Дроны и геодезические исследования: возможности, преимущества и выбор инструментов

Одной из характерных тенденций сегодня становится активное использование беспилотных систем в различных отраслях человеческой деятельности.  Среди важнейших факторов, способствующих быстрому распространению новых технологий, наиболее заметными являются удешевление и совершенствование новой продукции, а также появление новых инструментов для исследований с воздуха. Кроме того, для компаний и специалистов, использующих беспилотники в своей профессиональной деятельности, стали очевидны преимущества новых технологий: сокращение операционных расходов, существенная экономия времени, возросшая безопасность и высокая окупаемость сделанных инвестиций.  

Разработка и внедрение беспилотных летательных аппаратов, оснащенных специализированным оборудованием, произвели если не революцию, то, по крайней мере, масштабный переворот в геодезических и картографических исследованиях.  В первую очередь, последствия внедрения беспилотных систем в эту сферу проявились в резком сокращении сроков выполнения работ. Судите сами. Традиционные методы вынуждали геодезистов тратить на выполнение проекта от нескольких дней до нескольких недель и даже месяцев (в зависимости от масштабов и сложности задачи). А специалисты, оснащенные беспилотными системами, способны выполнить основные задачи за несколько часов. 

Геодезия и картография стали одним из наиболее перспективных направлений использования беспилотных технологий. Это привело к появлению не только специальных подразделений беспилотников в крупных компаниях и государственных структурах, но и частных фирм, получающих значительные доходы от выполнения заказов на геодезические и картографические исследования. 

Популярность беспилотников и истории успешных компаний заставляют новичков обращаться к этой теме и искать возможности для развития собственного бизнеса или же развития нового направления в рамках своей организации. Возникает ряд вполне понятных вопросов: действительно ли дроны могут помочь в развитии геодезических исследований, стоит ли делать серьезные инвестиции в новое направление и какие инструменты лучше всего подойдут для нового бизнеса?

Что могут дать дроны для геодезических исследований?

Для начала следует разъяснить отличия между геодезическим исследованием и картографией. Даже неспециалистам известно, что карта представляет собой визуальное отображение части (или всей) земной поверхности. Это необходимо как для географических исследований, так и для других, более специфических задач. 

Между картографией и геофизическим исследованием имеются как сходства, так и различия. Например, и картография, и геодезические исследования служат для измерения местоположения и расстояний между двухмерными и трехмерными объектами (точками). Однако разница заключается в разных вариантах использования и стоимости подобных исследований. 

При выполнении картографических съемок фактор точности не столь важен, как при выполнении геодезических исследований. В свою очередь, невысокие требования к точности позволяют выполнять картографическую съемку быстрее. Впрочем, как в картографии, так и в геодезических исследованиях существуют методики, позволяющие получать данные более высокой степени точности, а также есть и такие методы, которые дают неплохие результаты за короткое время. 

Но что же именно подразумевается под точностью, когда мы говорим о геодезических исследованиях и картографии? Один из признаков – то, насколько точно полученный вами результат геодезических исследований отображает реалистичность объекта съемки. Основным способом расчетов, который описан в фотограмметрии, является размер пикселя на местности или разрешение снимка (Ground Sample Distance – GSD). GSD – это длина (в дюймах, сантиметрах или миллиметрах) между центрами двух последовательных пикселей на карте. Кроме того, под GSD понимают длину одного пикселя на карте. Для лучшего понимания данного способа расчетов предположим, что ваш беспилотник показывает GSD в 5 см/пиксель. Это значит, что 1 пиксель на цифровой карте соответствует 5 реальным сантиметрам. Чем меньше GSD карты, тем более высокое разрешение и большую точность вы получаете.

Мы представили в виде таблицы варианты выбора инструментария на беспилотной платформе для проведения картографических и геодезических исследований.

* GCP – наземная контрольная точка

Ниже представлена схема интеграции беспилотников в рабочие процессы компании по выполнению геодезических исследований. Различные беспилотные решения и разные рабочие процессы с применением беспилотников могут предоставлять вам результаты разной степени точности. При выборе геодезического беспилотника важно учитывать ваши требования, требования ваших клиентов и соотношение между скоростью и точностью.

Схема сбора данных на месте исследований

Схема обработки данных

Выбор датчиков сбора данных

При выборе аппаратного и программного решения для геодезических исследований и картографии необходимо также учитывать, какой тип данных потребуется вам или вашим заказчикам. Разные проекты могут потребовать различных типов данных, поэтому DJI предлагает разные и соответствующие требованиям аппаратные и программные решения.

Фотограмметрия

Наиболее распространенные варианты аэрофотосъемки требуются для задач фотограмметрии или создания двух- или трехмерных моделей высокого разрешения. В качестве объекта берется определенный участок (объект), а дрон создает необходимое количество цифровых фотографий. Из комбинации таких фотографий после обработки получают результат. 

Все дроны, предназначенные для геодезических и картографических работ, как правило, оснащаются мощной цифровой камерой для получения кадров высокого разрешения. Для получения кадров, необходимых в целях создания трехмерных моделей, беспилотные платформы могут оснащаться камерой для перспективной съемки при меньшем количестве полетных миссий. Затем полученные фотографии “сшиваются” при помощи программных пакетов для фотограмметрии, например, при помощи специального программного продукта DJI Terra. А полученные модели можно использовать для определения и измерения таких характеристик, как расстояние, площадь, объем и многое другое.

Подробнее о возможностях DJI Terra можно узнать из нашей статьи “Летающие платформы и программное обеспечение DJI для геодезических исследований” или на странице программного продукта DJI Terra. 

Специальное оборудование и датчики

• LiDAR, или оборудование для определения и идентификации расстояния с помощью света.

Эта технология в последние годы получила широкое распространение не только в геодезии. Но именно в последней она применяется особенно широко. Для измерения используется лазер. Его луч направляется на объект, а специальный датчик улавливает отраженный свет и измеряет его. Процесс повторяется тысячи раз и позволяет создать облако точек, отображающее объект с более высокой степенью точности, чем фотограмметрия.

Подробнее о технологии можно прочитать в статье “Как технология LiDAR совершила переворот в картографии и сборе геопространственных данных”.

• Мультиспектральный анализ

Этот вид камер появился относительно недавно, но уже смог завоевать признание профессионалов, прежде всего в сельском хозяйстве. Однако они могут быть полезны и для геодезических или картографических работ. Суть работы мультиспектральных камер заключается в том, чтобы улавливать видимые и невидимые длины волн света. Это позволяет исследовать не только состояние посевов, но и почвы, а также соблюдение экологических стандартов. При помощи мультиспектральных камер дроны можно задействовать для сбора критически важной и очень действенной информации.

Таким образом, беспилотные решения предоставляют вам широкий выбор не только инструментов, но и методов исследования в области геодезии и картографии. Вы сами сможете выбирать наиболее подходящие для ваших целей методы и инструменты. 

Выбор беспилотных решений

После того, как вы определились с типом и качеством необходимых для вашего проекта данных, остается подобрать подходящую беспилотную платформу из линейки профессиональных дронов DJI.

1. DJI Mavic 2 Pro

Этот компактный складывающийся квадрокоптер из знаменитой линейки Mavic оптимально подходит для тех, кто только начинает использовать беспилотные решения для картографии и кому достаточно именно такого типа оборудования. С помощью Mavic 2 Pro можно получать изображения метрового уровня точности. Компактные размеры летательного аппарата и минимальное количество дополнительного оборудования делают его незаменимым для выполнения исследований, где необходима высокая мобильность или наблюдаются затрудненные условия для установки более сложной, дорогой и тяжелой аппаратуры. 

2. DJI Phantom 4 RTK

Это одно из лучших решений для геодезии и картографии. Phantom 4 RTK оснащен встроенным модулем RTK и может быть также подключен к станции D-RTK 2. Аппаратные и программные возможности платформы позволяют добиться сантиметровой точности изображений. А компактные размеры обеспечивают высокую мобильность и гибкость применения.

3. DJI Matrice 600 Pro

DJI Matrice 600 Pro до сих пор остается одной из лучших беспилотных платформ для решения широкого круга задач. Аппарат оснащен шестью роторами и винтами, мощной силовой установкой и несколькими интеллектуальными полетными батареями. Это обеспечивает ему хорошие полетные характеристики, возможность брать на борт приличную полезную нагрузку и дополнительно оснащаться различным сторонним оборудованием. Конструкция гибкая и универсальная. В отличие от Mavic 2 Pro или Phantom 4 RTK, оснащенных штатными камерами, пользователи могут подвесить на Matrice 600 Pro практически любое оборудование: LiDAR, камеру перспективной съемки для трехмерного моделирования, мультиспектральную камеру или другое подходящее для выполнения задач оборудование. 

В заключение следует сказать, что настоящая статья призвана лишь помочь вам сориентироваться в том огромном на сегодня ассортименте оборудования, которое уже используется для геодезии и картографии. Если вы заинтересованы в приобретении аппаратных и программных средств DJI для своих задач, мы готовы вам в этом помочь.