Команда TOPODRONE представляет свою новейшую разработку - компактный, самый легкий и доступный по цене, среди профессиональных геодезических систем, воздушный лазерный сканер TOPODRONE LIDAR 100 LITE.
TOPODRONE LIDAR 100 LITE предназначен для выполнения воздушного лазерного сканирования на рабочих высотах порядка 70 - 80 метров и обеспечивает построение облака точек и цифровой модели рельефа с точностью 3-5 см и плотностью точек порядка 150 шт. на один кв.м.
При создании TOPODRONE LIDAR 100 LITE мы использовали самые последние разработки в области лазерного сканирования, ГНСС технологий и инерциальных измерительных систем, что обеспечило высокую надежность, точность и удобство эксплуатации.
Низкий вес TOPODRONE LIDAR 100 LITE, не превышающий 1 кг, позволяет устанавливать лазерный сканер на промышленные квадрокоптеры DJI MATRICE 200/210 и DJI MATRICE 300, которые обеспечивают рабочее время полета 28 и 35 минут соответственно, плюс 20% запаса батарей для возврата домой.
Одновременно следует обратить внимание, на то что дроны DJI M200/300 являются одними из самых надежных (если не самыми надежными среди доступных коммерческих) беспилотных систем на рынке, оснащенными влаго/пыле защищенным корпусом и моторами, многочисленными датчиками и системами избегания препятствий, подогреваемыми батареями, мощной системой связи, что позволяет их использовать в суровых климатических условиях, горной местности, а также в агрессивной среде действующих предприятий.
Установка TOPODRONE LIDAR 100 LITE на дрон не занимает много времени, достаточно подключить лазерный сканер в «родной» разъем DJI Skyport либо установить его на специально разработанное крепление на батарейном отсеке.
Предусмотрена интеграция с камерами DJI X4S, Sony R10C, SonyRX1RM2 и др, что позволяет получать высокоточное и детальное облако точек, раскрашенное в естественные RGB цвета.
Мы специально разрабатывали несколько вариантов установки TOPODRONE LIDAR 100 LITE на дрон DJI MATRICE 200/210, так что бы пользователи, смогли легко установить наше новое решение на борт уже имеющегося в наличии квадрокоптера и интегрировать с камерой DJI X4S (Рис. 1 и Рис. 2).
Рис. 1. Вариант установки TOPODRONE LIDAR 100 LITE в штатный разъем DJI MATRICE 200. 
Рис. 2. Совместное использование камеры DJI X4S и TOPODRONE LIDAR 100 LITE.
В таблице 1 представлены основные параметры TOPODRONE LIDAR 100 LITE
| Технические характеристики ГНСС | |
| Кол-во каналов | 186 |
| ГНСС системы | L1/L2/L5 GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo, SBAS |
| Частота сохранения данных | До 20 Гц |
| Технические характеристики инерциальной измерительной системы | |
| Gyro Bias Repeatability ( o /hr 1σ) | 65 |
| Gyro Bias In-run Stability ( o /hr 1σ) | 3 |
| ARW ( o /√hr ) | 0.15 |
| Accel Bias Repeatability (mg 1σ) | 1.0 |
| AccelBias In-run Stability (mg 1σ) | 0.02 |
| VRW (m/s/√hr) | 0.02 |
| Съемочные характеристики системы TOPODRONE LIDAR 100 LITE при установке на квадрокоптер DJI M200/M300 | |
| Рабочая высота полета (м) | 50-70 |
| Ширина полосы съемки с высоты 70 метров (м) | 130 |
| Средняя плотность облака точек (точек/м.кв) | 150 |
| Площадь съемки (га) | 100 |
| Точность (см) | 3-5 |
| Вес TOPODRONE LIDAR 100 LITE (грамм) | 800 |
Далее Ваше вниманию будут представлены примеры реализации проектов по воздушному лазерному сканированию, а также примеры проектов, выполненных на территории городской застройки, плотной лесной растительности, промышленных предприятий и строительных площадок.
Этапы полевых и камеральных работ по воздушному лазерному сканированию (ВЛС)
Планирование маршрутов
Для подготовки полетных заданий мы используем программное обеспечение UGCS, которое обладает всеми необходимыми инструментами для планирования ВЛС (Рис. 3). О преимуществах данного ПО мы неоднократно писали в наших предыдущих постах.
Рис. 3. Планирование полетного задания площадной лазерной съемки с учетом рельефа местности, конфигурации района интереса и времени полета квадрокоптера.
Полевые работы
В ходе полевых работ необходимо установить базовую станцию на точке с известными координатами в режиме статических ГНСС наблюдений или в последствии скачать Rinex файлы из сети постоянно действующих базовых станций.
Для выполнения ВЛС вам достаточно установить TOPODRONE LIDAR 100 LITE на квадрокоптер и включить его питание. Система полностью автоматически инициализируется, показывая свое текущее состояние с помощью светодиодов.
Рис. 4. Выполнение полевых работ.
Далее выполнить аэросъемочные полеты в автоматическом режиме по заранее спланированным маршрутам.
По завершению полетов вставить USB флэш накопитель и скопировать данные ГНСС и IMU, а также «сырые» лазерные измерения.
Камеральная обработка
В первую очередь нам бы хотелось обратить внимание, что общее время обработки данных с одного полета ВЛС, начиная с копирования данных с SD карты, до получения итогового облака точек занимает 30-50 минут, в зависимости от навыков оператора и вычислительной производительности компьютера. При этом все вычисления возможно производить на ноутбуке в полевых условиях, что значительно сокращает сроки выполнения проектов и позволяет оценить качество материалов, не покидая района выполнения работ.
Одним из первых этапов выполняется постобработка ГНСС измерений совместно с данными IMU. В результате получается высокоточная траектория движения лидара с учетом изменения углов полета с частотой измерений до 300 Гц. (Рис. 5)
Рис. 5. Траектория движения квадрокоптера и расположение центров фотографирования.
На следующем шаге в программном обеспечении TOPOLIDAR производится генерация облака точек (Рис. 6) в заданной системе координат с учетом предварительно рассчитанной траектории движения лазерного сканера (Риc. 7 - 13)
Рис. 6. Интерфейс ПО TOPOLIDAR.
Рис. 7. Облако точек лазерного сканирования, совмещенное с траекторией полета.
Рис. 8. Облако точек лазерного сканирования, раскрашенное в зависимости от высоты объектов.
Рис. 9. Облако точек лазерного сканирования с RGB цветами.
Рис. 10. Облако точек лазерного сканирования, раскрашенное в зависимости от высоты объектов.
Рис. 11. Облако точек лазерного сканирования с RGB цветами.
Рис. 12. Облако точек лазерного сканирования, раскрашенное в зависимости от высоты объектов.
Рис. 13. Облако точек лазерного сканирования с RGB цветами.
Классификация облака точек, определение поверхности рельефа построение DEM и горизонталей
Для визуализации и классификации облака точек мы рекомендуем использовать программное обеспечение LIDAR 360. Данное ПО обладает всеми необходимыми функциями для обработки данных воздушного лазерного сканирования, такими как Strip alignment, фильтрация шумов, редактирование и классификация облака точек, выделение поверхности рельефа, построение цифровой модели рельефа DEM, а так же TIN моделей, раскрашивания облака точек в RGB цвета по уже готовому ортофотоплану, классификация растительности и линий электропередач и многое другое.
Огромным преимуществом ПО LIDAR 360 является высокая скорость обработки больших объемов данных. Так классификация облака точек и выделение рельефа местности с одного полета занимает порядка 3 – 5 минут. На Рис. 14 - 25 представлены примеры автоматической классификации облака точек территории покрытой густой лесной растительностью.
Рис. 14. Облако точек на территорию, покрытую лесной растительностью.
Рис. 15. Облако точек на территорию, покрытую лесом в RGB цветах.
Рис. 16. Профиль местности, построенный по залесенной территории, четко прослеживается поверхность земли под деревьями.
Рис. 17. Горизонтали совмещенный с облаком точек, построенные полностью в автоматическом режиме с учетом классификации рельефа.
Рис. 18. Горизонтали совмещенный с облаком точек, построенные полностью в автоматическом режиме с учетом классификации рельефа.
Рис. 19. Пример данных ВЛС на залесенную территорию, где четко отслеживается линия рельефа под плотной лесной растительностью.
Рис. 20. Автоматически выделенная поверхность земли.
Рис. 21. Горизонтали, построенные в автоматическом режиме по классифицированному облаку точек.
Рис. 22. Пример данных ВЛС на залесенную территорию, где четко отслеживается линия рельефа под плотной лесной растительностью.
Рис. 23. Автоматически классифицированное облако точек, отображающее поверхность рельефа.
Рис. 24. Горизонтали, построенные в автоматическом режиме по классифицированному облаку точек, совмещенные с облаком точек.
Рис. 25. Горизонтали, построенные в автоматическом режиме по классифицированному облаку точек.
Высокая точность и детальность материалов воздушного лазерного сканирования позволяет значительно ускорить создание топографических планов на застроенную и покрытую лесной растительностью территорию.
На Рис. 26-31 показан пример цифровой трехмерной модели застроенного участка местности площадью порядка 100 Га, отображающей здания и сооружения, столбы освещения и линии электропередач, дороги, ограждения, растительность, полученную в результате всего лишь одного полета квадрокоптера, оснащенного TOPODRONE LIDAR 100 LITE. Камеральная обработка этого участка съемки и генерация высоко детального облака точек, заняла не более 40 минут, что наглядно показывает преимущество технологии ВЛС перед фотограмметрическими методами построения трехмерной модели, а возможность быстрой и автоматической классификации рельефа под лесной растительностью открывает новые возможности, для значительного сокращения стоимости и сроков выполнения полевых и камеральных работ, там где раньше могли применятся только наземные методы тахеометрической съемки.
Рис. 26. Трехмерная модель застроенной территории, отображающая здания и сооружения, заборы, опоры ЛЭП, растительность, дороги и т.д.
Рис. 27. Трехмерная модель застроенной территории в RGB цветах, отображающая здания и сооружения, заборы, опоры ЛЭП, растительность, дороги и т.д.
Рис. 28. Трехмерная модель застроенной территории в RGB цветах, отображающая здания и сооружения, заборы, опоры ЛЭП, растительность, дороги и т.д.
Рис. 29. Профиль рельефа.
Рис. 30. Профиль рельефа под лесной растительностью.
Рис. 31 Автоматическая классификация облака точек, отображающая рельеф.
На Рис. 32–35 приведен пример трехмерной модели строительной площадки по материалам лазерного сканирования, позволяющая оперативно выполнить мониторинг выполненных объемов работ в течении 30-40 минут после выполнения ВЛС.
Рис. 32. Пример трехмерной модели строительной площадки по материалам лазерного сканирования.
Рис. 33. Пример трехмерной модели строительной площадки по материалам лазерного сканирования.
Рис. 34. Пример трехмерной модели строительной площадки по материалам лазерного сканирования.
Рис. 35. Пример трехмерной модели строительной площадки по материалам лазерного сканирования.
