Все, что вам необходимо знать о геодезических исследованиях с помощью дронов

Беспилотные технологии все больше и больше проникают в коммерческую среду. Их начинают широко использовать в промышленности, строительстве, горном деле, в области общественной безопасности и чрезвычайных ситуаций (например, в борьбе с вирусом COVID-19). Геодезические исследования и картография, разумеется, не могли оказаться исключением в силу их специфики и широкого использования аэрофотосъемки. 

Те, кто уже успел испытать беспилотники для своих профессиональных задач, смогу добиться поразительных результатов. Наземные методы геодезических исследований остаются востребованными, однако беспилотные системы, позволяющие быстро и качественно собирать данные с воздуха, уже успешно интегрируют в рабочие процессы, используя новые технологии и возможности для фотограмметрии, 3D-моделирования, топографической съемки и множества других задач.   

Мы надеемся, что эта статья, обобщающая наиболее интересные варианты применения беспилотных технологий, заинтересует как опытных специалистов в области геодезии, так и обычных любителей беспилотников, интересующихся новыми направлениями коммерческого и промышленного применения БПЛА. Мы рассмотрим здесь все возможности, которые на сегодня может предоставить синтез новейших технологий в области беспилотных решений, программного обеспечения и цифровых технологий в целом. 

Геодезическое исследование с помощью дронов: что это такое и в чем его особенности?

Геодезия наряду с астрономией, как известно, относится к числу наиболее древних точных наук. Геодезические исследования ставят своей задачей измерения земной поверхности с помощью комплекса различных научно обоснованных методов и отображение результатов на картах и планах. Некоторые также определяют геодезию, как науку об определении положения точек и расстояния между ними в двух- и трехмерном пространстве (2D/3D-модели). Эти измерения нужны нам не только в качестве источника знаний о собственной планете, но для решения важных экономических и инженерных задач. 

О том, где применяют геодезические исследования, мы уже рассказывали в статье “Летающие платформы и программное обеспечение DJI для геодезических исследований”, но на всякий случай напомним. Геодезические исследования помогают специалистам принимать обоснованные решения по широкому кругу проблем: планированию строительной площадки, проектированию и эксплуатации инфраструктуры, установлению границ кадастровой собственности и многим другим вопросам. 

Внедрение беспилотников позволило заменить ими другие летательные аппараты (самолеты и вертолеты, а иногда даже и спутники) для выполнения съемки поверхности сверху. То есть, простыми словами, геодезическое исследование с помощью беспилотных летательных аппаратов – это то же геодезическое исследование, отличие которого только в том, что основным инструментом выступает БПЛА с комплексом специального оборудования на борту (и иногда на земле). Какое оборудование и программное обеспечение необходимо для этого, читайте в нашей статье “Летающие платформы и программное обеспечение DJI для геодезических исследований”.  

Почему использование беспилотных летательных аппаратов для съемки превосходит традиционные методы?

Применение беспилотных летательных аппаратов как в ходе тестирования, так и в реальных “боевых” условиях показало, что они помогают собирать данные намного быстрее, чем наземные команды даже самых опытных геодезистов с самым современным оборудованием. Особенно ярко превосходство БПЛА над наземными инструментами прослеживается, когда задачи исследования требуют проведения работы в сложных рельефных и погодных условиях. Если людям достаточно сложно, а порой и невозможно, добраться до нужной точки на земле, то эту работу за них с успехом выполнят дроны.

Кроме того, в то время как традиционные методы съемки требуют тщательного измерения, подготовки и планирования, дроны могут собирать сопоставимые данные в значительно более короткие сроки. Например, в одной из ведущих строительных компаний австрийской “STRABAG” считают, что беспилотники для геодезических работ позволили специалистам сократить время на исследования и установку GCP на 75%. В целом, съемка с беспилотников дает качественные результаты намного быстрее, с большей выгодой и с более высоким уровнем безопасности.

Каких результатов можно добиться с помощью дронов?

Геодезическое исследование может преследовать разные задачи, и в зависимости от них вы выбираете не только модель дрона, но и специализированное оборудование, а также программное обеспечение. В одном случае вам будет достаточно сверхкомпактного складывающегося DJI Mavic 2 Enterprise или среднего DJI Phantom 4 RTK, а в других случаях может потребоваться более тяжелый, мощный и всепогодный квадрокоптер из серии DJI Matrice 210 RTK V2. 

Также ваши задачи будут определять набор необходимого оборудования: камер, датчиков, сканеров и другого оборудования для точной съемки. Наконец, никогда не стоит забывать и о профессиональном программном обеспечении. Его выбор также во многом определяется решаемыми задачами. Собственно, эти задачи будут определять то, какое программное обеспечение вам понадобится: DJI Terra, DJI GS Pro или другие программы. 

Преимущество многих программных продуктов для обработки снимков, полученных с дрона, заключается в возможности сшивать сотни и даже тысячи цифровых фотографий, созданных камерой беспилотника, и превращения их в высококачественные 2D/3D-ортомозаичные карты и необходимые для работы топографические данные.

Создание 3D-моделей

Дроны вместе с соответствующим оборудованием и программным обеспечением помогают создавать точные 3D-модели объектов на интересующем исследователей месте и сравнивать полученные результаты (трехмерные модели) с информационными моделями зданий (BIM).

Тепловизионная съемка аномальных объектов

Еще одно нововведение, которое предоставляет беспилотная съемка, использование тепловизионных камер для выполнения тепловизионного исследования объекта. Обычно такой формат интересует исследователей в том случае,если необходимо выяснять наличие каких-либо аномалий и дефектов (например, если проводится обследование кровли или каких-либо производственных объектов). 

LiDAR и мультиспектральные камеры

В геодезии исследователи нередко сталкиваются с весьма сложными задачами, когда необходимо выявить какие-то скрытые части рельефа или найти какие-то скрытые от человеческого глаза признаки, указывающие на важные, но не видимые обычными камерами, процессы. Визуальные и тепловизионные камеры в таких случаях помогают далеко не всегда. Но если их заменить или совместить с таким оборудованием, как лазерные сканеры (LiDAR) или мультиспектральные камеры, то можно решить много ранее недоступных для исследователей вопросов (скрытые густой растительностью объекты обычно обнаруживаются сканированием с помощью LiDAR, а мультиспектральная съемка позволяет выявить пострадавшие от природных бедствий почвы и растения). 

Дроны и BIM

В строительстве и управлении проектами геодезическая съемка может предоставить критически важные данные, которые неразрывно связаны с информационным моделированием зданий (BIM).

На каждом этапе процесса строительства трехмерные фотограмметрические или лазерные модели с высоким разрешением, созданные с помощью дронов, можно накладывать и сравнивать на предварительно запланированные объекты BIM (BIM – Информационная модель здания). Это позволяет выявить расхождения между планами и реальностью.

Раннее обнаружение этих проблем может уменьшить ошибки или даже избежать их еще на стадии строительства, а также избежать упущений и повторных работ (а значит, дополнительных затрат). Неудивительно, что беспилотники в последние годы становятся органичной частью надзорных инструментов в современном строительстве.

Насколько точны результаты геодезических исследований с беспилотников?

Разумеется, что у геодезистов перед первым использованием беспилотников в своем рабочем процессе возникает закономерный вопрос: а насколько точна аэрофотосъемка с дрона? И вообще, какой степени точности можно добиться с помощью новых методов сбора и обработки информации, то есть с помощью беспилотных решений? 

Можно ответить и очень просто: да, высокую точность с помощью беспилотников обеспечить можно, и это не составит большого труда. Но гораздо точнее будет такой ответ: беспилотные решения для геодезии могут отличаться разной степенью точности, так как это во многом зависит от требований проекта (а иногда и от правильности действий самих специалистов). 

Так, например, исследование компании DroneDeploy с применением специального геодезического квадрокоптера DJI Phantom 4 RTK показало, что уровень вертикальной точности составил 2 см, а относительной горизонтальной точности 1,20 см. Многое также зависит от специфики задач и используемых летающих платформ. Так, для таких задач, как проверка роста урожая или хода строительства, достаточно высокой относительной точности. Для других задач, которые также требуют высокой абсолютной точности, существуют дроны, оснащенные возможностями кинематики в реальном времени (RTK) и кинематики постобработки (PPK). В сочетании с несколькими опорными точками можно достичь высочайшей точности в соответствии с самыми высокими требованиями. Подробнее о том, как и какими методами можно решать подобные задачи, читайте в нашей статье “Основы точности позиционирования в аэросъемке”.

Решения DJI для геодезической съемки с помощью беспилотников

Преимущества беспилотных летательных аппаратов ясны. Есть также довольно большой выбор как самих моделей, так и дополнительных компонентов, включая оборудование и программное обеспечение. И тогда возникает вопрос, какой беспилотник лучше всего подойдет для геодезического исследования?

Ответ в конечном итоге зависит от ваших приоритетов. Необходимо учитывать требования к точности исследования, датчикам данных и стоимости. Более детальное представление об этом можно получить, если прочитать нашу статью “Летающие платформы и программное обеспечение DJI для геодезических исследований”.