Выполнение геодезической фасадной съёмки и создание высокодетальных 3D моделей памятников архитектуры с использованием квадрокоптеров DJI Phantom 4Pro RTK/PPK

ВВЕДЕНИЕ

Выполнение фасадной съемки или архитектурных обмеров всего здания, а так же фотореалистичное 3D моделирование является необходимым этапом работ по составлению детального описания памятников архитектуры, а так же при их реконструкции.

На сегодняшний день для фасадной съемки широко применяются такие методы, как наземное лазерное сканирование и тахеометрическая съемка.

Метод лазерного сканирования отличается высокой производительностью и точностью измерений, при этом используются наземные лазерные сканеры, имеющие высокую стоимость, а выполнение замеров на высоких этажах зданий и их крышах значительно затруднено.

Тахеометрическая съемка, как правило, используется при небольших объемах измерений либо при строительстве или отделке фасадов.

ОПИСАНИЕ РАБОТ ПО 3D МОДЕЛИРОВАНИЮ С ПОМОЩЬЮ КВАДРОКОПТЕРА DJI PHANTOM 4PRO RTK/PPK

Сегодня в нашей статье мы хотим представить новую технологию высокоточного трехмерного моделирования геометрически сложных архитектурных объектов с использованием беспилотных летательных аппаратов, на примере реализованного специалистами компании Topodrone проекта, по трехмерной съемке здания церкви преподобного Серафима Саровского.

Для выполнения данного проекта, нами были выбраны беспилотные технологии, которые позволяют значительно сократить сроки выполнения работ, обеспечивают измерение труднодоступных участков, таких как крыши, навесы, купола и т.д., а так же делают данный вид работ более доступным, за счет применения более дешевого по стоимости комплекта оборудования.

Рис.1.

Для фасадной съемки мы использовали доработанный квадрокоптер DJI Phantom 4Pro RTK/PPK и геодезический GNSS приемник EMLID REACH RS+.

Перед выполнением съемочных работ мы установили GNSS приемник REACH RS+ на месте обеспечивающем наиболее стабильный прием спутниковых данных и определили координаты его местоположения.

Затем спланировали маршруты аэрофотосъемки (расположение маршрутов представлено на Рис.2.), после этого провели фотографирование здание с дрона DJI Phantom 4Pro RTK/PPK. Следует отметить, что съемка проводилась полностью в автоматическом режиме и для ее успешного выполнения нам потребовалось всего 5 аккумуляторных батарей и 3 часа полевых работ, при этом для каждой фотографии определялись высокоточные координаты x,y,z, которые в последующим позволили обработать данные в автоматическом режиме и обеспечили точность построения модели.

Рис.2. Маршруты аэрофотосъемки

Более подробно о технологии постобработки GNSS измерений, замене навигационных координат на высокоточные и фотограмметрической обработке вы можете прочитать в разделе «БЛОГ», а так же получить более продвинутые знания и практические навыки, позволяющие выполнять подобные проекты самостоятельно у нас на обучении.

После обработки материалов аэрофотосъемки была построена высокоточная трехмерная модель храма.

Рис.3. 3D и TIN модели церкви преподобного Серафима Саровского

 

Рис.4. 3D и TIN модели церкви преподобного Серафима Саровского

 

Рис.5. 3D и TIN модели церкви преподобного Серафима Саровского

 

Рис.6. 3D и TIN модели церкви преподобного Серафима Саровского

 

Рис.7. 3D и TIN модели церкви преподобного Серафима Саровского

 

Рис.8. 3D и TIN модели церкви преподобного Серафима Саровского

 

 

ВЫВОДЫ

Результаты данного проекта наглядно показывают возможность применения квадрокоптеров для выполнения фасадной съемки архитектурных памятников, а так же высокодетального трехмерного моделирования зданий и сооружений.

Разработанное нашей компанией решение по апгрейду стандартного квадрокоптера DJI Phantom 4Pro PPK до уровня профессионального геодезического дрона позволяет создать высокоточную трехмерную модель здания, провести съемку в труднодоступных для «стандартных» технологий местах, значительно сокращает время проведения полевых работ, а также уменьшает стоимость финансовых вложений на закупку оборудования.

DJI Phantom 4 Pro RTK/PPK для проектирования и строительства в Швейцарии

Сегодня мы продолжим тему использования БПЛА для проектирования и строительства, и теперь у вас есть возможность посмотреть на реальный проект в франкоязычном кантоне на западе Швейцарии.

Агентство недвижимости AGRUS SA, которое разрабатывает и строит широкий спектр недвижимости и бизнес-проектов, включая создание проектов от начальной идеи до конечного результата, попросило нашу команду провести обследование с целью получения точных и детальных 3D-моделей земельных участков и инфраструктуры вокруг этой области для дальнейшего проектирования и продвижения материалов.

.

Все земельные участки новых проектов расположены в предгорье в непосредственной близости от Женевского озера с прекрасным видом на горы и озеро. (Рисунок.1,2)

Мы предложили передовые технологии беспилотных летательных аппаратов, которые позволяют более точно и быстро, чем обычные методы съемки, исследовать большие площади земли, обеспечивая клиентов 3D-моделями, контурами и цифровыми моделями рельефа.

Обследование территории и обработка данных.

Для топографической съемки было использовано следующее оборудование и программное обеспечение (Рисунок 3,4):

  1. Два GNSS приемника Emlid RS+.
  2. DJI PHANTOM 4 Pro PPK с дополнительно установленным GNSS приемником, подключенным к камере.
  3. Программное обеспечение Pix4DMapper для 3D-моделирования, RTKlib для постобработки данных GNSS и приложения TOPOSETTER для геокодирования изображений.
Местоположение 1-го и 2-го участка работ

Рис.1. Местоположение 1-го и 2-го участка работ

 

Рис.2. Вид на участки работ в 3D

На первом этапе Reach RS+ был установлен на пункте с известными координатами. Он использовался в качестве базы для измерения наземных контрольных точек (GCP) в режиме RTK вторым REACH RS+, а также собирал сырые данные Rinex в статическом режиме во время полетов.

Рис.3,4. DJI Phantom 4 Pro RTK/PPK и комплект GPS Приемников для работы в RTK режиме

В первый день мы обследовали два разных района, расположенных в пределах 2 км друг от друга, без прямой видимости. Для экономии времени полетов над районом № 1 мы использовали базовую станцию, установленную в районе № 2. Все полеты и полевые работы не заняли много времени и были выполнены в течение одного часа.

После полетов данные с GNSS приемника беспилотника и базовой станции были скачены для того, чтобы получить точные координаты каждого момента фотографирования. Наконец, мы назначили точные координаты каждого изображения в EXIF-теги с помощью программы TOPOSETTER.

Фотограмметрическая обработка производилась с помощью программы Pix4D без использования GCP.

В целом, обработка в Pix4DMapper состоит из следующих простых шагов:

  • Импорт изображений вместе с точными координатами изображений и GCP’s.
  • Запуск начальной обработки для поиска связующих точек и оптимизации внутренних и внешних параметров ориентирования камеры.
  • Проверка точности путем определения местоположения контрольных точек (Рисунок.5,6). Отчет о точности представлен в таблице 1.
  • Запуск построения облака точек, DTM, DSM и создание ортофотоплана (Рисунок .7-12)

На заключительном этапе результаты аэрофотосъемки проверяли по измеренным контрольным точкам.

Рис.5. Определение местоположения контрольных точек в PIX4D.

 

Рис.6. Местоположение контрольных точек

 

Таблица 1. Отчет по точности контрольных точек

 

Рис.7. Плотное облако точек

 

Рис.8. Классификация плотного облака точек

 

Рис.9. 3D модель второго участка работ

 

Рис.10. 3D модель второго участка работ

 

Рис.11. 3D модель второго участка работ

 

Рис.12. 3D модель второго участка работ

В результате этого исследования мы получили высокоточную 3D модель, которая была высоко оценена ARGUS SA. Они будут использовать эту модель в проекте строительства.

Перейдите по ссылке если вы хоте скачать детальное руководство по высокоточной обработке данных в Pix4D.

Использование доработанных квадрокоптеров DJI Phantom 4PRO RTK-PPK и DJI Matrice 200 RTK-PPK для решения маркшейдерских задач на острове Масбате, Филиппины

Сегодня мы хотим поделиться результатами выполненного проекта по геодезической аэрофотосъемке с использованием доработанных коптеров DJI PHANTOM 4PRO RTK/PPK и DJI MATRICE 200 RTK/PPK действующего горнодобывающего предприятия MASBATE GOLD PROJECT на острове Масбате, Филиппины.

В ходе работ была выполнена аэрофотосъемка и построены трехмерные модели территории площадки складирования грунта ROMpad area, карьера основной жилы (Maim Vein Pit area) и бортов карьеров представленных на Рис.1

  • Район ROMpad общей площадью 140 000 кв.м.
  • Район Main Vein Pit площадью 200 000 кв.м
  • Высоко детальная трехмерная съемка Main Vein Pit Wall

Рис.1 Расположение районов работ

Общая технология работ на проекте выглядела следующим образом:

  1. Подготовительный этап, на котором были спланированы маршруты полетов (Рис.2), установлена на пункте с известными координатами базовая станция (Рис.2).
  2. Полевые работы включающие маркировку на местности и определение координат контрольных точек (Рис.3), выполнение аэрофотосъемки (Рис.4 и 5)
  3. Камеральные работы. Постобработка ГНСС измерений, предварительная фотограмметрическая обработка, оценка точности построения модели по контрольным точкам
  4. Камеральные работы и построение высоко детальной трехмерной модели территории

Рис.2 Планирование маршрутов аэрофотосъемки

Рис.3 Планирования маршрутов для трехмерного моделирования

Рис.4 Установка базовой станции

Рис.5 Расположение контрольных точек

По завершению полетов была выполнена постобработка данных GNSS измерений, получены и присвоены снимкам высокоточные координаты центров фотографирования, выполнена фотограмметрическая обработка данных аэрофотосъемки, проведен контроль точности построенной трехмерной модели по ранее измеренным контрольным точкам, отчет по контролю точности приставлен в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Отчет по точности построения модели в районе ROMpad

#Label

X Y Z Error_(m) X_error Y_error Z_error

GC1

29436.09 25455.36 1062.941 0.041656 -0.01529 -0.03871

0.001728

GC2

29424.71 25481.87 1062.678 0.044686 0.037046 0.021721

0.012354

GC3

29462.4 25470.99 1063.142 0.036729 0.031004 0.019692

0.00017

GC4

29474 25494.37 1063.164 0.033717 0.001213 0.011139

0.0318

GC5

29461.39 25534.23 1063.135 0.026046 -0.003 0.023188

0.011474

Base

29491.3

25240.93 1123.2 0.023857 0.000045 -0.01259 0.020267

Таблица 2. Отчет по точности построения модели в районе Main Vein Pit

#Label

X Y Z Error_(m) X_error Y_error

Z_error

1

29809.288 25338.7987 1050.3999 0.038513 0.011266 0.035448 -0.009989
2 29962.4151 25340.0493 1040.1786 0.030702 -0.008612 0.018132

-0.023231

3

29814.733 25397.4027 1039.9323 0.026568 0.008551 0.02318

-0.009768

По результатам работ были созданы высоко детальные трехмерные модели территории, карта высот, горизонтали показанные на Рис. 6,7,8,9,10,11,12,13

Рис. 6 3D модель территории

Рис. 7 3D модель территории

Рис. 8 3D Борта карьера

Рис. 9 3D Борта карьера

Рис. 10 3D Бортов карьера

Рис. 11 3D TIN модель бортов карьера

Рис. 12 Горизонтали совмещенные с 3D модель бортов карьера

Рис. 13 Карта высот

Выводы

Высокая точность. Применение разработанной командой Topodrone технологии геодезической аэрофотосъемки на территории действующего горнодобывающего предприятия показало высокую точность построения цифровой модели местности соответствующей требованиям нормативных документов масштаба 1: 500 без использования наземных опорных точек которая составила 3 см в плане и по высоте.

Высокая производительность. Использование беспилотных технологий позволяет выполнять аэрофотосъемку и автоматизированную обработку данных с получением итогового результата в виде детальной трехмерной модели местности на площади порядка 300 га в день

Надежное решение для горных районов и местности со сложным рельефом. Применяемая технология Post Processing Kinematic обеспечивает высокую стабильность получения фиксированного решения и сантиметровую точность определения координат центров фотографирования, при этом позволяет работать без прямой связи между дроном и базовой станции.

Экономия времени и средств Разработанная Topodrone технология позволяет получать высокоточные данные без использования опорных точек, что значительно экономит время и средства на выполнение полевых работ, особенно в труднодоступных участках карьеров и действующих предприятий

Легкость и удобство обработки данных. Набор данных получаемых с дрона позволяет провести их камеральную обработку в автоматическом режиме при минимальном использовании труда оператора.

DJI Matrice 200 RTK-PPK

DJI Matrice 200 RTK-PPK

 

Тестирование DJI Phantom 4PRO PPK по критериям национального стандарта National Standard for Spatial Data Accuracy (NSSDA) в Индии

Topodrone (Россия) and Matrix Geo Solution (Индия) совместно с Institute of Photogrammetry & Geo-Informatics (IPGI) (Индия) рады предложить вашему вниманию результаты тестирования квадрокоптера DJI PHANTOM 4 PRO PPK, которые подтверждают, что стабильная точность построения ортофотопланов и цифровых моделей местности без использования наземных опорных точек составляет 3 см  и может быть улучшена до 2 см в плане и по высоте.

Технология DJI Phantom PPK обеспечивает стабильные результаты и является действительной альтернативой использованию наземных опорных точек.

Проведение тестирования было выполнено по следующей схеме:

Схема проведения тестирования


  1. 1. Определение района работ

Тестовый полигон был выбран за границами полетных зон аэропортов. Площадь района в размере 11 Га была выбрана таким образом, что бы могла быть покрыта полетом на одной батарее с высоты 60/100/150 метров (Рис.1).

Pиc.1 Район работ

  1. Установка базовой станции и определение наземных контрольных точек

В качестве базовой станции мы использовали REACH RS+ GNSS приемник, установленный на точке и известными координатами (Рис.2).

Контрольные точки были равномерно расположены по району работ и их координаты определены в РТК режиме (Рис.3).

Рис.2. Базовая станция Reach RS+

Рис.3 Определение координат опорных точек

Pиc 4. Расположение опорных точек

  1. Планирование и выполнение полетов

Мы запланировали и выполнили три полета на высоте 60, 100, 150 метров с продольным и поперечным перекрытием в размере 85% и 70 % соответственно на скорости до 9 м/сек.

Рис.5 Планирование полетов

  1. Обработка данных

После полетов мы скачали набор изображений, сырые данные с дрона и GNSS приемника.

GNSS измерения были сконвертированы в Rinex формат и выполнена их постобработка в RTK LIB. В результате были получены высокоточные координаты центров экспозиции снимков, которые в дальнейшем были импортированы в изображения приложением Toposetter.

Была проведена фотограмметрическая обработка данных полученных с различной высоты съемки в программном обеспечении AGISOFT PHOTOSCAN.

После обработки координаты контрольных точек были импортированы в проект и выполнена оценка точности уравнивания блоков изображений для каждого полета на высоте 60, 100, 150 метров.

Одновременно была проведена оценка точности в традиционном стерео режиме на фотограмметрической рабочей станции. Результаты были признаны высокоточными, все ошибки были распределены в пределах 3-4 см в плане и по высоте. В отдельных случаях была достигнута точность порядка 2 см.

В представленных ниже таблицах приведены результаты сравнения координат контрольных точек определенных на изображениях и в полевых условиях.

Таблица 1. Высота 60м

Таблица 2. Высота 100м

Таблица 3. Высота 150м

Выводы

Представленные выше результаты обработки данных трех тестовых полетов показывают стабильную точность в пределах двух пикселей изображений и удовлетворяют Национальному Индийскому Стандарту Точности Геопространственных Данных (National Standard for Spatial Data Accuracy (NSSDA)).

 

 

 

 

 

DJI Phantom 4PRO для построения высокоточной 3D модели Храма Святителя Николая Чудотворца

Одним из многочисленных и перспективных направлений использования дронов является создание высокоточных трехмерных моделей объектов историко-культурного наследия как основы для получения обмерных чертежей для нужд реконcтрукционно — реставрационных работ, а также оперативной оценки и мониторинга состояния объекта (Рисунок 1). В марте 2018 года специалисты Topodrone  совместно с доцентом, кандидатом технических наук Курковым Владимиром Михайловичем с кафедры Фотограмметрии, входящей в Факультет прикладной космонавтики и фотограмметрии университета МИИГАиК, выполнили проект по перспективной аэрофотосъемке Храма Святителя Николая Чудотворца для создания его 3D-модели.

Храм Святителя Николая Чудотворца

Риcунок 1 – Храм Святителя Николая Чудотворца

На подготовительном этапе на земле были заложены и закоординированы контрольные точки в режиме RTK спутниковым приемником Topcon GR-5, а также характерные части фасада тахеометром Trimble S6 Robotic. В программе для планирования геодезической аэрофотосъемки и управления БЛА  — UGCS, есть возможность совмещать маршруты площадной и перспективной аэрофотосъемки. Программа позволяет подготовить полет удаленно – на стационарном компьютере в офисе. В UGCS была спланирована геодезическая аэрофотосъемка c двумя маршрутами (Рисунок 2, 3). Компания Topodrone  является официальным дистрибьютором  UGCS в России.

Маршрут аэрофотоcъемки на высоте 10м в программе UGCS

Риcунок 2 – Маршрут аэрофотоcъемки на высоте 10м

Маршрут аэрофотоcъемки на высоте 15м в программе UGCS

Риcунок 3 – Маршрут аэрофотоcъемки на высоте 15м

Результатом аэрофотосъемки являются аэрофотоснимки с изображением объекта в формате JPEG и текстовые файлы c навигационными параметрами центров фотографирования, полученными дополнительным GNSS-приемником.

Данные c GNSS-приемников, установленных на борту БЛА и пункте c известными координатами, использовались для дальнейшей постобработки и получения высокоточных координат центров фотографий в программно комплексе Magnet Tools (Рисунок 4).

Обработка данных в ПО Magnet Tools

Риcунок 4 – Обработка данных в ПО Magnet Tools

Средние CКО  координат снимков после уравнивания составили:

  • По оcи Х – 0.019 м;
  • По оcи У – 0.016 м;
  • По выcоте – 0.021 м.

Полученный набор данных в виде фотографии c высокоточными координатами служит основой для построения 3D-модели храма в программе Agisoft Photoscan (Рисунок 5,6,7).

3D-модель Храма Святителя Николая Чудотворца

Риcунок 5 – 3D-модель Храма Святителя Николая Чудотворца

3D-модель Храма Святителя Николая Чудотворца

Риcунок 6 – 3D-модель Храма Святителя Николая Чудотворца

Полученная 3D-модель является полноценным измерительным документом для получения метрической информации следующих видов:

  • Пространственные координаты любой выбранной точки на модели (Риcунок 7)
Пространственные координаты характерных точек объекта

Риcунок 7– Пространственные координаты характерных точек объекта

  • Линейные измерения форм и отдельных частей объекта (Риcунок 8)
Линейные измерения частей объекта

Рисунок 8 – Линейные измерения частей объекта

А также оперативной оценки и мониторинга на наличие участков нарушений внешнего слоя отделочных материалов, кровли и т.п. (Рисунок 9)

Участок нарушения внешнего слоя отделочных материалов

Рисунок 9 — Участок нарушения внешнего слоя отделочных материалов

Перспективная аэрофотосъемка c БПЛА может c успехом заменить традиционные методы сбора пространственных данных c целью создания трехмерных моделей объектов культурного наследия для нужд реконструкционных и реставрационных работ, а также оперативной оценки и мониторинга состояния объекта. Точность созданных в результате обработки материалов, не уступает точности материалов традиционных методов, которые требуют значительных трудовых, временных и финансовых затрат.

DJI Phantom 4PRO RTK/PPK и высокоточная мультиспектральная съемка для мониторинга состояния лесов и решения сельскохозяйственных задач

Применение дронов для мониторинга лесов и сельскохозяйственных культур на сегодняшний день является актуальным и одним из самых динамично развивающихся направлений развития беспилотных систем, как за рубежом, так и в России.

По прогнозам отечественных и иностранных специалистов лесная и сельскохозяйственная отрасли станут одними из основных потребителей беспилотных систем.

Одним из основных фактором сдерживающих применение беспилотников для сельского и лесного хозяйства является их высокая стоимость и сложность управления, что делает не возможным использование БПЛА обычными лесниками и сельхозработниками.

Компания Topodrone разработала комплект оборудования устанавливаемый на легкий в управлении и доступный потребителям квадрокоптер DJI PHANTOM 4PRO оснастив его геодезическим GNSS приемником и мультиспектральной камерой PARROT SEQUOIA, что позволяет выполнять мультиспектральную съемку и получать координаты положения дрона с сантиметровой точностью.

Теперь пользователи могут обрабатывать мультиспектральные данные и создавать ортофотопланы и трехмерные модели с высокой точностью без необходимости закладывать и координировать наземные опорные точки.

Комплект состоит из квадрокоптера DJI PHANTOM 4PRO RTK/PPK c интегрированным в него GNSS приемником (примеры его использования неоднократно освещались у нас в статьях ) и дополнительных разъемов питания и съемных креплений для установки камеры SEQUOIA. Таким образом создан универсальный  инструмент, как для стандартной геодезической аэросъемки, так и для получения мультиспектральных данных.

Технология выполнения и фотограмметрической обработки проекта мультиспектральной аэрофотосъемки не отличается от выполнения стандартной геодезической аэрофотосъемки. До полета на пункт с известными координатами устанавливается базовая станция (обычный GNSS приемник), планирование полета и управление дроном возможно в любом из доступных приложений (например, Pix4D, MapPilot, DJI GS Pro и т.д.). После полета пилот скачивает данные GNSS измерений с квадрокоптера и «базы», копирует снимки с камер DJI и  Sequoia.

На следующем этапе выполняется постобработка GNSS измерений для определения высокоточных координат изображений, затем данные загружаются в ПО для фотограмметрической обработки, результатом которой является цифровая модель рельефа и ортофотопланы с точностью привязки порядка 7 см.

Процесс фотограмметрической обработки данных

Photogrammetry processing

Digital elevation model

Ortomosaic (RGB)

Мультиспектральный ортофотоплан

Ortomosaic (multispectral)

Ortomosaic (RGB+Multispectral)

Практические работы выполненные командой Topodrone по мультиспектральной аэрофотосъемке лесного массива в провинции Pohjois-Karjala,Финляндия, показали возможность создания высокоточного ортофотоплана в мультиспектральном и видимом диапазонах.

Для создания этого набора данных не потребовалось выполнение дополнительных работ по закладке наземных опорных точек, что позволило упростить процесс полевых работ в лесном массиве и значительно сократило сроки выполнения проекта.

Совместная обработка полученных данных позволила определить вид, местоположение и высоту деревьев, а так же найти больные и засыхающие растения дистанционно.

Ortomosaic (RGB)

Ortomosaic (Multispectral)

UAV Multispectral images classification

 

 

Таким образом квадрокоптер DJI PHANTOM 4PRO PPK + камера SEQUOIA поможет решать следующие задачи:

— мониторинг и таксация лесов, определение качественных и количественных характеристик лесных массивов, контроль вырубок;

— оперативный мониторинг состояния посевов;

— оценка состояния урожая, определение вегетативного индекса.

Применение разработанной компанией Topodrone технологии позволяет уже сегодня перейти к точному земледелию – так называемой комплексной системе агроменеджмента, при которой с помощью высокотехнологичного оборудования более продуктивно выращивают урожай, основываясь на анализе состояния почвы и внешних факторов.

Дрон для сельского хозяйства собирает информацию о состоянии полей, а автоматизированная программа обработки данных сформируют на этой основе электронную высокоточную карту с характеристиками растений и лесопосадок с минимальными трудозатратами. При этом местоположение объектов на ней возможно определить с точностью выше 10 см.

Обучение технологии геодезической аэрофотосъемки с использованием DJI Phantom 4 PRO PPK

Сегодня мы хотим поделится информацией о проведенном в июле 2018г командой Topodrone тренинге для специалистов компаний TOPOGRAPHERS.GR (Греция) и FORGIS (Финляндия) по выполнению геодезической аэрофотосъёмки с применением беспилотников, обработке материалов АФС, построению ортофотоплана и цифровой модели местности.

Обучение проходило на территории Финляндии и включало в себя практические занятия по двум основным блокам:

  1. Полевые подготовительные и аэрофотосъемочные работы
  2. Камеральная обработка результатов аэрофотосъемки

На всех этапах мы совместно с нашими зарубежными коллегами выполняли все необходимые процедуры и проводили живое обсуждение возникших вопросов.

Полевые работы

Базовая станция Emlid

GNNS приемник Reach RS

На первом этапе мы установили на штатив GNNS приемник Reach RS (см. Рис. 1), который в дальнейшем будет использоваться в качестве базовой станции для полетов и определили географические координаты его местоположения в системе координат WGS84 от VRS сети финского провайдера TRIMNET в RTK режиме.

Затем мы подключили к базе по радио каналу второй GNNS приемник Reach RS в виде ровера и измерили координаты хорошо опознаваемых на аэрофотоснимках контрольных точек, таких как дорожная разметка и пешеходные переходы.

 

 

 

На втором этапе мы подготовили DJI PHANTOM 4 PRO PPK к работе (Рис.2а, Рис. 2b), установили съемную GNSS антенну и включили питание дрона. Создали новый проект площадной аэрофотосъемки в мобильных приложениях MapPilot и Pix4D, выполнили настройки камеры, необходимые для установки фиксированного фокусного расстояния и правильного значения освещенности.

Провели серию полетов для аэрофотосъемки, получили набор стерео изображений, а так же скачали необходимые данные GNSS измерений с дрона и базовой станции.

Phantom 4 Pro PPK

Рис.2а Phantom 4 Pro PPK

Phantom 4 Pro PPK

Phantom 4 Pro PPK

 

Камеральная обработка

Обработка данных в ПО Agisoft Photoscan

Рис.3 Обработка данных в ПО Agisoft Photoscan

Во второй день мы совместно выполнили весь процесс камеральной обработки данных, входе которого было живое обсуждение технических и технологических аспектов.

В начале с помощью ПО Toposetter мы заменили навигационные координаты снимков, на высокоточные, рассчитанные в ходе постобработки GNSS данных в ПО RTKLIB.

Создали новый проект в ПО Photoscan (см. Рис.3, Рис.4) импортировали изображения, установили откалиброванное значение фокусного расстояния 8.82576 мм и точность определения координат снимков равную 1 см., выровняли фотографии, загрузили координаты ранее измеренных опорных точек и проверили качество уравнивания блока изображений и построения цифровой модели местности. Участники семинара были приятно удивлены полученной точностью цифровой модели порядка 3 см (см. Таб.1), которой они смогли добиться при самостоятельной обработке данных

Обработка данных в ПО Agisoft Photoscan

Рис.4 Обработка данных в ПО Agisoft Photoscan

 

 

#Label

X/Longitude Y/Latitude Z/Altitude Error_(m) X_error Y_error

Z_error

Point 2

29.745413 62.602363 97.539300 0.032160 0.031041 0.008358

-0.000943

Point 3

29.745415 62.602363 97.519643 0.034508 0.029503 -0.000398

0.017894

Point 5

29.745643 62.602864 98.252712 0.053743 0.031798 0.017201

-0.039765

Point 6

29.745645 62.602863 98.250907 0.043566 0.037336 -0.010807

-0.019678

Point 9

29.747084 62.603126 97.648058 0.055341 0.051491 0.017736

-0.009833

Point 10

29.747038 62.603135 97.650754 0.022952 0.014786 0.016383

0.006304

В ходе обучения наши коллеги получили следующие практические навыки:

— По планированию маршрутов полетов БПЛА для геодезической аэрофотосъемки в ПО MapPilot и Pix4D

—  Подготовке геодезического беспилотника к работе

— Установка геодезической базовой станции, определению координат наземных контрольных точек

— Управлению БПЛА

— Камеральной обработки (конвертация данных, постобработка ГНСС измерений, создание проекта для фотограмметрической обработки в ПО Photoscan, Pix4D, создание ортофотоплана и цифровой модели местности)

Следует отметить, что в ходе тестовых полетов были подтверждены простота использования и заявленные разработчиком технические характеристики DJI PHANTOM 4 PRO PPK и особое внимание мы хотим обратить на достигнутую точность построения трехмерной модели, которая составила 3 см без использования наземных опорных точек.

Благодарим наших коллег за активное участие в семинаре, огромное количество интересных вопросов и идей, надеемся, что полученные навыки будут активно использоваться для реализации проектов и на дальнейшее сотрудничество в области развития доступных по стоимости и высокотехнологичных беспилотных систем для геодезии.

Исходные данные по указанному выше проекту доступны по ссылке:

https://cloud.mail.ru/public/6n12/ktTYzemYc

DJI PHANTOM 4PRO RTK PPK для построения высокоточной 3D-модели городской территории

Сегодня мы хотим продолжить серию статей об опыте использования квадрокоптера DJI PHANTOM 4PRO RTK PPK для построения высокоточной трехмерной модели городской территории.

В конце мая 2018 года специалисты Topodrone  совместно со специалистами финской компанией Tasamitta Oy  (www.tasamitta.fi), выполнили пилотный проект по аэрофотосъемке территории города Йоенсуу (Joensuu) в Финляндии.

Для оценки точности работ по всей площади тестового полигона были измерены контрольные точки в виде дорожной разметки и др. объектов хорошо дешифрируемых на материалах аэрофотосъемки. Измерения проводились двухчастотным ГНСС приемником Javad от сети базовых станций TRIMNET в RTKрежиме.

 

 

Сами аэрофотосъемочные работы не заняли много времени. Для покрытия площади порядка 8 га двойной сеткой маршрутов было достаточно одной стандартной батареи, которой хватает на 21 минуту полета + 20% запаса энергии для возврата «домой» и посадки.

Рис.1

Отдельно следует обратить внимание, что в качестве базовой станции для полетов использовался GNSS приемник REACH RS, который зарекомендовал себя, как надежный и простой в использовании прибор, и как показала практика, обеспечивающий достаточную точность для решений наших задач.

Рис.2 Toposetter — ПО для геокодирования изображений с БПЛА

После выполнения аэрофотосъемки и постобработки GNSS измерений, полученные координаты центров фотографирования были импортированы в EXIF теги изображений при помощи приложения Toposetter. Таким образом мы заменили навигационные координаты, определенные «гражданским» GPS модулем дрона, на высокоточные, что в последствии значительно упростило процесс создания проекта для фотограмметрической обработки данных и построения цифровой модели местности.

Для обработки снимков в Photoscan достаточно загрузить изображения в проект, установить точность координат центров снимков 1 см и запустить автоматический процесс уравнивания изображений и генерации плотного облака точек. Точность построения модели проверялась по ранее измеренным контрольным точкам, не участвующим в процессе уравнивания (табл.). Средняя квадратическая ошибка составила x= 4см, y=5 см, z= 7 см,

#Label

X/Longitude Y/Latitude Z/Altitude X_error Y_error

Z_error

1

29.750268 62.594423 78.626 -0.076576 -0.051925 0.072994

2

29.751747 62.593955 78.908 -0.035505 -0.053669

0.061148

3 29.751656 62.593974 78.915 -0.032421 -0.089987

0.045332

4

29.750855 62.595417 81.68 0.062724 -0.020427 0.071645
5 29.751278 62.595409 82.11 -0.041076 -0.073572

0.040098

6

29.751299 62.595422 82.061 -0.012024 0.003381

0.061621

После автоматической классификации облака точек были построены цифровая модель рельефа, горизонтали с шагом 0,5 метра и ортофотоплан.

Рис.4. 3D модель

 

Рис.5. Классификация облака точек

 

Рис.6. DEM

 

Рис.7. Ортофотоплан

Выводы

В результате проведенных работ была отработана технология цифровой аэрофотосъемки местности с применением дрона DJI PHANTOM 4 PRO PPK с дополнительно установленным GNSS приемником GPS/QZSS L1, GLONASS G1, BeiDou B1, Galileo E1, SBAS, позволяющим определять координаты центров фотографирования с сантиметровой точностью, а дальнейшая фотограмметрическая обработка данных позволяет в автоматическом режиме превратить набор аэрофотоснимков в высокоточную и детальную трехмерную модель местности, без закладки и координирования наземных опорных точек.

Полученное облако точек по своей детальности и точности не уступает материалам воздушного лазерного сканирования, а современные алгоритмы классификации данных обеспечивают распознавание поверхности земли, деревьев, зданий, сооружение и других технологических объектов.

Применение описанной выше технологии позволяет получать данные для построения топографических планов застроенной территории вплоть до масштаба 1:500 и имеет следующие  преимущества перед использованием дорогостоящих профессиональных беспилотных дронов и лазерных сканеров:

  • Низкая стоимость;
  • Легкость перевозки и простота управления дроном;
  • Оперативность получения информации;
  • Минимальное привлечение труда оператора, сокращение объемов полевых работ;
  • Детальность и точность данных.

 

Использование DJI PHANTOM 4PRO PPK для аэрофотосъемки карьеров и подсчета объемов работ

В данной статье мы хотели бы продолжить цикл наших публикаций о возможности использования квадрокоптеров DJI PHANTOM 4 PRO дополнительно оборудованных GNSS приемником для решения маркшейдерских и геодезических задач на примере практического проекта по аэрофотосъемка карьера в близи города Тортоса, Испания.

Сразу хочется отметить, что все процессы аэрофотосъемки, камеральной обработки материалов и построения цифровой модели местности осуществлялись совместно с представителем заказчика отвечающим за маркшейдерское сопровождение выполняемых на месторождении работ по добыче ОПИ.

В первую очередь хотелось бы отметить удобство и легкость транспортировки. Весь комплект оборудование помещается в стандартный кейс DJI, который по своим габаритам проходит для провоза багажа в виде ручной клади, что сокращает расходы и обеспечивает сохранность оборудования.

Развертывание всего аэрофотосъемочного комплекса после перевозки и подготовка его к работе не потребовала много времени, достаточно было достать квадрокоптер из транспортировочного кейса, установить съемную GNSS антенну и включить питание дрона. В качестве базовой станции был использован GNSS приемник заказчика Topcon GR 3 установленный на пункте с известными координатами.

Рис 1

Маршруты площадной аэрофотосъемки были запланированы на высоте 120 метров от дна карьера с 80% поперченным и продольным перекрытием изображений, общая площадь съемки составила 2 га. Рельеф карьера достаточно изрезан, на территории размещены административные здания и техника, ведется его активная разработка. На склонах и вершинах горного массива имеется растительность, представленная кустарниками и хвойными породами деревьев (Рис.2).

Маршруты площадной аэрофотосъемки

Рис.2. Маршруты площадной аэрофотосъемки

Предварительная фотограмметрическая обработка была осуществлена на месте при помощи полевого ноутбука в офисном помещении администрации карьера.

Выполнена постобработка GNSS измерений, уравнивание траектории полета, проведена фотограмметрическая обработка стереоизображений с использованием координат центров фотографирования определенных с сантиметровой точностью бортовым GNSS приемником (Рис.3), сгенерированы плотное облако точек (Рис.4,5,6) и ортофотоплан (Рис.6).

Центры фотографирования определенные с сантиметровой точностью бортовым GNSS приемником

Рис.3. Центры фотографирования определенные с сантиметровой точностью бортовым GNSS приемником

 

Плотное облако точек

Рис.4. Плотное облако точек

 

Плотное облако точек

Рис.5. Плотное облако точек

 

Плотное облако точек

Рис.6. Плотное облако точек

 

Для оценки качества уравнивания и построения цифровой модели рельефа использовались координаты опорных точек представленных заказчиком. Среднеквадратические ошибки в плане и по высоте составили до 8 см и 15 см соответственно. При калибровке фокусного расстояния камеры хотя бы по одной из опорных точек точность по высоте улучшается до 8 см.

Для создания цифровой модели рельефа была выполнена автоматическая классификация облака точек и выделена «чистая» поверхность земли, по которой построены изолинии рельефа с шагом 0,5 метра.

Следует отметить, что по своей информативности полученное облако точек с шагом 5 см на местности соответствует материалам лазерного сканирования, а применяемые алгоритмы автоматизированной классификации позволяют выделить из него растительность, здания, сооружения и другие технологические объекты с высоким процентом соответствия реальному состоянию местности практически без использования ручного труда оператора.

Результаты выполненных работ полностью соответствовали требованиям заказчика и показали на практическом примере следующие преимущества DJI PHANTOM 4PRO PPK для аэрофотосъемки карьеров перед использованием традиционных методов:

— высокая точность и детальность

— высокая оперативность и производительность

— высокий процент автоматизации процесса обработки

-низкие трудозатраты и себестоимость работ

-сжатые сроки выполнения проекта

Цифровая модель местности до классификации

Рис. 7. Цифровая модель местности до классификации

 

Цифровая модель рельефа, растительность и технологические объекты исключены

Рис.8. Цифровая модель рельефа, растительность и технологические объекты исключены

 

Ортофотоплан совмещенный с горизонталями

Рис. 9. Ортофотоплан совмещенный с горизонталями

 

Автоматизированная фотограмметрическая обработка материалов аэрофотосъемки, создание детальной трехмерной модели местности, классификация облака точек в программном обеспечении — Pix4Dmapper.

Как мы уже писали ранее в наших статьях, современные беспилотники позволяют оперативно и с минимальными затратами провести аэрофотосъемку местности, получить высоко детальные и актуальные данные о состоянии территории. Беспилотные системы находят все большее применение в таких областях, как мониторинг, топография, инженерные изыскания, кадастр, различные виды маркшейдерских работ (об этих и других возможностях использования БПЛА можно прочитать  в разделе «Блог»).

При выборе беспилотника для геодезии следует учитывать такие факторы, как удобство транспортировки и использования, легкость формирования полетных заданий для площадных и линейных объектов, надежность и стабильность работы всех систем в полете, стоимость приобретения оборудования и его дальнейшего обслуживания, разрешение камеры, возможность координировать аэрофотоснимки с геодезической точностью и, что не маловажно, получать данные позволяющие проводить автоматизированную обработку  информации в специализированном ПО «Pix4Dmapper» для сокращения сроков и стоимости камеральных работ.

Рассмотрим автоматизированную обработку данных аэрофотосъемки выполненной квадрокоптером DJI PHANTOM 4 PRO доработанным специалистами нашей компании до уровня профессиональных БПЛА для геодезии и оснащенного высокоточным GPS/GLONASS приемником (технические характеристики приведены в разделе «Продажа геодезических беспилотников»)

геодезический беспилотник, квадрокоптер, бпла

DJI Phantom 4 PRO TOPO

Фотограмметрическая обработка в программном обеспечении Pix4D состоит из следующих этапов:

— Этап 1. Загрузка изображений, предварительное уравнивание

— Этап 2. Оценка точности по наземным контрольным точкам

— Этап 3. Построение плотного облака точек, автоматическая классификация (выделение поверхности земли, отдельно стоящих зданий, растительности, дорог и других технических объектов, построение ортофотоплана)

На первом этапе мы имеем набор данных из 161-го стереоснимка с разрешением 5 см, снятых с высоты 200 метров над уровнем земли, а так же координаты центров фотографирования определённых геодезическим GNSS приемником, что позволяет с высокой точностью, в автоматическом режиме выполнить предварительное уравнивание изображений. Следует отметить, что при использовании данных с квадрокоптера DJI в стандартной комплектации это невозможно.

На рис. 1 и 2 красным цветом показаны координаты центров фотографирования определенных стандартным GPS приемником  DJI Phantom 4 PRO, а зеленым — координаты фактического местоположения снимков полученных геодезическим GNSS приемником. В среднем разница между координатами составляет от 15 до 20 метров в плане и от 25 до 30 метров по высоте.

Схема расположения центров фотографирования

Рис.1. Схема расположения центров фотографирования

 

Схема расположения центров фотографирования

Рис.2. Схема расположения центров фотографирования

 

На втором этапе для оценки точности построения модели использовались шесть ранее измеренных наземных опорных точек, расположенные по всей площади района работ. Вычисленная среднеквадратическая ошибка по осям х,y и z составила 12.89 см, 13.66см, 16.10 см соответственно. (см. Таблица 1)

Таблица 1. Отчет точности определения координат контрольных точек

Check Point Name

Accuracy XY/Z [m] Error X [m] Error Y [m] Error Z [m]

point 1

-0.041 0.235

0.157

point 2

-0.077 0.187

0.108

point 3

-0.074 0.068

0.203

point 4

-0.173 0.020

0.158

point 5

-0.191 0.039

0.160

point 6

-0.142 0.124 0.166

Mean [m]

-0.116364 0.112186

0.158658

Sigma [m]

0.055455 0.077976

0.027734

RMS Error [m] 0.128902 0.136623

0.161063

Цифровая модель местности, наземные опорные точки, проекции аэрофотоснимков

Рис.3 Цифровая модель местности, наземные опорные точки, проекции аэрофотоснимков

 

На третьем этапе был выполнен процесс построения облака точек и его классификации, в результате которого получена высокоточная трехмерная модель местности состоящая из 18 937 834 точек, плотностью порядка 20 точек/м2.

С помощью инструментов автоматической классификации выделены здания, сооружения, опоры и провода ЛЭП, а также растительность (Рис.4,5,6,7,8), что позволило в автоматическом режиме исключить эти объекты из поверхности и построить цифровую модель рельефа (Рис.9)

Плотное облако точек

Рис.4 Плотное облако точек

 

Облако точек после классификации. Цветом выделены растительность, опоры, провода ЛЭП, здания и сооружения

Рис.5 Облако точек после классификации. Цветом выделены растительность, опоры, провода ЛЭП, здания и сооружения

 

Облако точек

Рис.6. Облако точек

 

Облако точек после классификации. Выделены деревья, опоры и провода ЛЭП, здания и сооружения

Рис.7 Облако точек после классификации. Выделены деревья, опоры и провода ЛЭП, здания и сооружения

 

Цифровая модель местности

Рис.8 Цифровая модель местности

 

Цифровая модель рельефа совмещенная с горизонталями

Рис.9 Цифровая модель рельефа совмещенная с горизонталями

 

Итоги:

Подводя итоги, хочется отметить 3 причины использования профессиональных решений на базе беспилотников фирмы DJI, разработанных нашей компанией, для геодезической аэрофотосъемки:

‌Инновационность
Будьте на шаг впереди в области геодезической аэрофотосъемки, фотограмметрии и визуализации полученных данных
‌Эффективность
Используйте полностью автоматические рабочие процессы аэрофотосъемки и фотограмметрической обработки данных
Точность
Получайте высокоточные и детальные материалы, соответствующие самым высоким стандартам