3D цифровые модели с помощью беспилотников

Создание цифровой модели рельефа с применением беспилотников

Цифровая модель рельефа (ЦМР) — это разновидность трехмерных моделей местности, которая содержит данные только высотных показателей поверхности (без деревьев, домов и других объектов). В последние несколько лет ЦМР создаются после обработки снимков, полученных беспилотными летательными аппаратами (БПЛА).

Специалисты компании Aeromotus, интегратора беспилотных промышленных решений в России и официального дилера DJI, в данной статье рассказывают, как дроны помогают повысить эффективность работ по сбору данных для построения цифровых моделей рельефа.

Цифровая модель местности с автоматически построенными контурами объекта

Сферы применения цифрового рельефа местности (ЦМР)

Цифровые графические изображения высот местности используются в различных отраслях и позволяют значительно снижать сроки выполнения работ и финансовые затраты.

По словам специалиста Маркшейдерского отдела «ЕвроХим-проект» Дмитрия Хвостанцева: «В 21 году мы выполнили топографическую съемку территории порядка 75 кв. км. в масштабе 1:500, 1:10000. С использованием беспилотников полевая работа у нас заняла 1,5 месяца, а камеральная еще месяца 3. Но думаю, если бы мы делали эту работу классическими методами, в лесу в тайге это у нас могло занять порядка двух лет».

Основные сферы применения ЦМР:

●      Строительство дорог;

●      Маркшейдерские работы, связанные с добычей полезных ископаемых и оптимизацией их вывоза;

●      Определение уровня залегания грунтовых вод;

●      Городское и территориальное планирование;

●      Архитектурные работы;

●      Ландшафтный дизайн крупных территорий;

●      Охрана природных ресурсов;

●      Создание электронных карт.

Пример цифровой модели местности с картой высот

Цифровая модель рельефа необходимая для успешного начала и проведения целого ряда работ и в других сферах деятельности человека. Благодаря такой модели специалисты получают качественное и всестороннее представление об обследуемом объекте.

ЦМР в виде плотного облака точек

ЦМР (рельефа) в виде горизонталей

Как создаются цифровые модели с помощью беспилотника

Цифровая модель рельефа является частью общей карты местности и имеет свои привязки к координатам. При необходимости такая модель может достраиваться за счет последующих съемок близлежащих участков. Это очень удобно при проведении исследовательской деятельности.

Методы сбора информации для составления ЦМР:

● Наземная топографическая съёмка. Требует много усилий, времени, использования специальной аппаратуры, при этом вероятность допущения ошибки выше, чем при использовании нижеперечисленных методов.

● Фотограмметрия, выполняемая летательными аппаратами: спутниками, самолётами или беспилотниками.

● Лазерное сканирование с воздуха с применением дронов, оборудованных лидарами.

● Радиолокационная интерферометрия.

ЦММ населенного пункта на высоком берегу реки в виде триангуляционной поверхности

Цифровая модель рельефа в виде карт высот (приближение)

Часто для получения более точных результатов суммируют данные, полученные несколькими методами. Хотя современные методы получения качественной и точной информации при помощи беспилотников давно зарекомендовали себя как одни из самых эффективных.

Разумеется, фотограмметрия и воздушное лазерное сканирование, последующая обработка полученных данных для построения цифровой модели рельефа требует профессиональных знаний и навыков. Инженеры компании Aeromotus на теории и практике обучают новых пользователей беспилотников основам пилотирования дронов и обработки данных. Занятия проводятся всего несколько дней, однако полученных навыков достаточно, чтобы на профессиональном уровне решать при помощи БПЛА задачи производства, бизнес-процессов, научных изысканий и пр.

Пример съемки карьера с помощью воздушного лазерного сканирования

На одном из промышленных предприятий было выполнено воздушное лазерное сканирование (ВЛС) карьера площадью 180 гектаров с помощью беспилотного комплекса Matrice 300 RTK + Zenmuse L1. Время облета территории составило 77 минут при скорости проведения съемки 11,5 м/c. Приэтом высота проведения съемки составила 60 м относительно точки взлета.

Цифровая модель карьера (ВЛС) 

Беспилотное оборудование для создания ЦМР

Мощные профессиональные камеры и лазерные сканеры, а также активное развитие цифровых инструментов для анализа и обработки данных, превратило беспилотники в незаменимые инструменты для составления ЦМР.

Оптимальные решения для этой цели, по мнению специалистов компании Aeromotus,- это промышленный беспилотный комплекс на основе универсальной летной платформы Matrice 300 RTK в сочетании с подключаемыми полезными нагрузками - камерой для фотограмметрии Zenmuse P1 и лидара Zenmuse L1 для проведения ВЛС.

Воздушное лазерное сканирование с помощью Zenmuse L1 позволяет получить съемку рельефа даже под кронами деревьев

Универсальная беспилотная платформа DJI Matrice 300 RTK

«Одна платформа – сотня решений» - так называют дрон Matrice 300 RTK. Особенностью данного беспилотника является его универсальность. Благодаря возможности подключения широкого спектра полезных нагрузок (разнообразных камер, тепловизионных датчиков, лидаров и другого оборудования) данный дрон может собирать высокодетализированные данные для выполнения разнообразных работ в самых разных отраслях.

M300 RTK – это флагманский беспилотник промышленного уровня, который сочетает в себе опыт многолетних разработок компании DJI. Благодаря возможности длительного нахождения в воздухе (до 55 минут), дрон способен проводить съемку участков с большой площадью без прерывания миссий. Максимальная скорость беспилотника составляет 84 км/час. Самообогревающийся аккумулятор обеспечивает работу дрона даже при низких температурах (до - 20°С).

Дрон Matrice 300 RTK + камера для фотограмметрии Zenmuse P1

Связь с M300 RTK поддерживается на большом расстоянии: дрон можно запускать на расстояние до 15 км. При этом дрон имеет защиту по стандарту IP45 для использования в сложных погодных условиях.

Вебинар: Опыт использования профессиональных решений DJI Zenmuse P1 и Zenmuse L1

Камера для фотограмметрии Zenmuse P1

С помощью Zenmuse P1 возможно создавать фотореалистичные трехмерные изображения и облака точек. Камера P1 обладает мощной полнокадровой матрицей 45Мп с разрешением 3:2 (8192×5460) и видео 16:9 (3840×2160).

Matrice 300 RTK с камерой Zenmuse P1

Лидар DJI Zenmuse L1

Сочетает в себе RGB-камеру с 1-дюймовой CMOS-матрицей, высокоточный блок IMU и модуль Livox LiDAR. Все это обеспечивает высокое качество топографического картографирования и воздушного лазерного сканирования.

Отлично интегрируется с дроном M300 RTK, дает возможность одновременно работать с облаком точек, уменьшать или увеличивать изображения с последующим их переносом на 3D-модель. Лазер абсолютно безопасен для человека и животных. При попадании на глаз или слизистые лазер не вызывает ответной реакции и не наносит вред организму.

БПЛА Matrice 300 RTK с лидаром DJI Zenmuse L1

Интеграция беспилотных технологий на предприятиях

При традиционных методах создания цифровых моделей рельефа применяют данные аэрофотосъемки и фотографии, которые делает команда специалистов во время экспедиций. В пользу применения беспилотников говорит то, что БПЛА дешевле пилотируемых аппаратов, имеют в своем арсенале цифровые технологии и технологии ИИ для обработки и хранения полученных данных. Кроме того, усовершенствованные системы навигации позволяют применять дроны в труднодоступной местности. 

Специалисты компании Aeromotus перед каждым внедрением беспилотных технологий проводят анализ поставленных перед предприятием целей и подбирают оптимальное беспилотное оборудование. Затем проводятся пуско-наладочные работы и тестовые запуски, и обучение сотрудников принимающей организации. Дополнительно ко всему перечисленному компания Aeromotus осуществляет постоянную бесплатную техническую консультацию для пользователей дронов на весь период эксплуатации.