Беспилотник для геодезической съемки

Дроны для геодезической съемки

Беспилотные квадрокоптеры нашли свое применение во многих сферах деятельности современного человека, в том числе и в геодезии – науке об определении формы земли, месторасположении на ней определенных точек и так далее. На практике геодезия – это замеры земельных участков для строительства всевозможных объектов, дорог и автомагистралей, составление карт для создания проектов и планов освоения земель и лесов, картографирование участков под застройку. Специалисты-геодезисты проводят замеры для нужд картографирования, составляют земельные карты и описания рельефа местности, оценивают стоимость недвижимости на основе собранной геодезической и картографической документации. Просто ознакомившись со спецификой профессии геодезиста, можно с уверенностью сказать, что дроны — это один из важнейших инструментов для их работы.

Дроны на стороне науки

Геодезисты всегда имели наибольший опыт в области съемки местности, будь то использование таких инструментов, как спутниковая съемка, электронные тахеометры, 3D-сканеры, цифровые уровни, геодезическое программное обеспечение и ГИС. В настоящее время использование БПЛА (беспилотных летательных аппаратов) в геодезии постепенно становится повседневной практикой. Дроны используются для построения изображений, создания карт и пространственного анализа в таких областях, как:

• Топографическая аэрофотосъемка местности.
• Измерения с целью учета земли и зданий, идентификации границ землепользования.
• Визуализация LiDAR – точная визуализация полевых деталей и зданий на поверхности земли.
• Создание географических информационных систем и контроль градостроительной деятельности.
• Мониторинг сельскохозяйственных угодий.
• Контроль за реками и водоемами для предотвращения природных бедствий.
• Мониторинг лесных угодий для определения их нецелевого использования.
• Ведение кадастрового учета и обнаружение незарегистрированных самостроев.

Преимущества использования беспилотников

Сегодня можно без преувеличения сказать, что квадрокоптеры являются самым быстрым и эффективным методом аэросъемки. К тому же, в отличие от съемки с пилотируемых летательных аппаратов, использование дронов гораздо дешевле, да и дает возможность получать более качественную «картинку». Преимущества использования дронов в геодезии очевидны:

• Экономия времени, затрачиваемого на измерение и сбор данных.
• Успешное выполнение большего количества работ благодаря изучению большого количества деталей за один полет.
• Возможность проводить измерения практически в любой области, особенно когда речь идет о сельскохозяйственных, горных и труднодоступных районах.

Какие дроны используются в геодезии?

Не каждый беспилотник можно использовать в качестве «помощника» геодезиста. Дрон для геодезической съемки должен иметь следующие характеристики:

• Наличие аккумулятора, позволяющего летательному аппарату длительное время находиться в воздухе без подзарядки.
• Камера должна иметь хорошее разрешение, чтобы изображения, получаемые с ее помощью, были предельно четкими и хорошо читаемыми.
• Беспилотник должен иметь возможность подниматься на необходимую для геодезиста высоту, поэтому он должен иметь достаточно мощный сигнал.

Сегодня на рынке существуют специальные квадрокоптеры для геодезической съемки, оптимизированные под конкретные задачи, которые подбираются с учетом:

• типа местности;
• предполагаемых погодных условий;
• размера исследуемой территории;
• необходимого для аэросъемки времени;
• конечных материалов, которые нужно получить.

Топографическая съемка и материалы

Благодаря аэросъемке дроном можно получить следующие материалы:

• снимки и видеозаписи;
• 3D-модели;
• ортофотопланы;
• топопланы.

Процесс получения данных материалов можно разделить на два этапа:

1. 1. Работа в полевых условиях, в процессе которой используется следующее оборудование: беспилотник, наземная станция, система связи и навигации, специализированное программное обеспечение для планирования полета и мониторинга.
2. 2. Обработка полученных данных при помощи специализированного программного обеспечения для создания готовых ортофотопланов, топопланов и так далее.

Геодезические дроны

Геодезические дроны – это серия уникальных продуктов, идеально подходящих для нужд землеустроителей. Это промышленные, функциональные беспилотники, которые отвечают задачам картирования местности и объектов. Наиболее популярными моделями беспилотников в этом классе являются Yuneec H520 RTK и DJI Phantom 4 RTK, где RTK – это система спутниковой навигации, используемая для повышения точности данных о местоположении БПЛА, которая позволяет повысить точность GPS-позиционирования до 2,5 см.

MyDrone

Компания MyDrone предлагает широкий выбор квадрокоптеров, подходящих под любые задачи. В нашем каталоге вы найдете:

• Простые и доступные дроны для игр с детьми.
• Маневренные и быстрые модели для участия в гонках квадрокоптеров.
• Дроны для аэросъемок в любых погодных условиях, создания видео с уникальными ракурсами.
• Специальные беспилотники для доставки грузов, надводной или подводной видеозаписи, проведения геодезических работ, ведения спасательных операций с тепловизорами и системами ночного видения.
• Также у нас можно заказать сборку уникального квадрокоптера под любые ваши задачи.
• Добавки и аксессуары для модернизации и ремонта летающих беспилотников.

Перед приобретением у наших клиентов есть возможность провести тест-драйв устройства, чтобы убедиться в его качестве и заявленных возможностях.

Помимо этого, специалисты MyDrone предоставляют услуги по созданию высококачественных ортофотопланов и карт местности с высоким уровнем детализации.

Источник

Применение перепиленных гражданских дронов для профессиональной геодезической аэрофотосъёмки местности

Я геодезист, коллеги из КРОК попросили меня рассказать про то, как мы переделываем дроны, как программируем полёт и как всё потом обрабатываем, превращая снимки, полученные с беспилотника, в детальные ортофотопланы, высокоточные трёхмерные модели местности и топографические планы масштабов 1:500–1:10 000.

Мы с командой попробовали несколько разных дронов и в итоге остановились на «рабочей лошадке» DJI Phantom 4 PRO с несколькими модификациями. Первое и главное, что мы с ним сделали, — это оснастили его геодезическим GNSS-приёмником, который позволяет определять центры фотографирования с сантиметровой точностью.

Стандартный его GPS обеспечивал точность порядка 15–20 метров. Для решения геодезических задач при такой точности нужны либо специальные кресты на земле, либо ещё какое-нибудь извращение вроде раскладывания бумажных тарелок по известным координатам.

Мы делаем и проще, и сложнее: ставим наземную базовую станцию с точно известными координатами, и интегрируем в дрон дополнительный GNSS-приемник и устанавливаем внешнюю антенну. Например, начинали мы с MATRICE 600 c установленной на борту D-RTK системой фирмы DJI, которая была очень громоздкой, дорогой и не удобной для решения геодезических задач.

Потом мы переделали более компактный DJI PHANTOM 4 PRO: удалось интегрировать дополнительное GNSS-оборудование в стандартный корпус. Общая масса беспилотника увеличилась примерно на 100 граммов. Время полёта немного пострадало, но некритично: набора из четырёх батарей хватает для выполнения съемки площадью 200–300 Га.

Фантом дал одну важную возможность — основной набор стал умещаться в ручную кладь пассажирского самолёта. То есть мы можем теперь возить весь комплект оборудования с собой куда угодно очень и очень просто.

Минимальный набор — модифицированный дрон (весь его комплект), геодезический GNSS -приёмник в качестве наземной базовой станции, ноутбук с программой планирования полётов, скачанной картой (для работы без Интернета) и прописанным под точку планом полётов, если была такая возможность заранее. Ещё нужны дополнительные батареи, зарядное устройство (или несколько) и генератор. Мы берём бензиновый генератор, который выполнен в виде кейса, он очень удобен для наших нужд. Либо инвертор для питания от двигателя автомобиля. Для некоторых регионов надо брать ещё обогрев (в частности, для аккумуляторов и рук).

С одного аккумулятора можно отснять 50 Га с разрешением 2–5 сантиметров на пиксель.

Работаем так: приезжаем на место с подробно прописанным заранее (в офисе) заданием для дрона. Мы используем UgCS (это профессиональный довольно дорогой софт для планирования полётов дронов, который в России продаёт и консультирует по интеграции и доработкам КРОК. Конечно, такой софт применим не только в геодезии, им могут пользоваться спасатели, агрономы, строители и т. п., но в этих областях я не силён, поэтому все вопросы — к коллегам из КРОК). В нём мы указываем границы района работ, поперечное перекрытие, высоту фотографирования, и дальше ПО само рассчитает маршрут полёта дрона с учетом особенностей рельефа местности. То есть UgCS нарезает всё как надо: с промежуточными посадками для замены батарей и остальным.

Смотрим, нет ли каких-то неучтённых препятствий, затем ставим базовую станцию GNSS. Координаты наземных точек уточняются приёмником Topcon GR-5.

Дальше уже есть полётное задание. Вот границы зоны облёта и продольное или поперечное перекрытие для склейки. Ставим пару контрольных контрастных точек для контроля:

Чтобы подключить автопилот из GNSS, мы соединяем дрон с пультом, пульт — с планшетом с управляющей программой DJI, а затем планшет — с ноутбуком. Настроить эту связку с ходу непросто. Тут мне существенно помогли коллеги из КРОК: установить, подогнать, протестить до запуска.

Следующий момент в том, что примерно каждый третий объект находится там, где нет стабильного доступа в Интернет. С этим софт справляется. Но бывают и сложные участки, например, горы, где уже начинаются проблемы с распространением сигнала. Именно поэтому мы используем Фантомы: у них есть множество встроенных датчиков для обхода препятствий. Когда он теряет связь, то возвращается назад. Когда не может вернуться назад, то начинает садиться. И эти датчики помогают летать в сложных условиях, таких, как горная местность или в городе. У нас было несколько случаев, когда датчики препятствий помогли избежать аварийной ситуации. Например, в горах эмирата Фуджейра (ОАЭ) мы потеряли связь с дроном, и из-за ветра беспилотник не смог вернуться на точку взлёта. Тогда автопилот принял решение о посадке и по датчикам препятствия посадил дрон в расщелину между двумя склонами горного массива на сравнительно ровную площадку.

Итог полёта дрона — фотографии вот в этих точках (это софт для обработки уже выделяет их центры):

Данные GNSS-измерений скачиваются по Wi-Fi отдельно после завершения полёта, они хранятся на дроне и не транслируются на землю в реальном времени.

Дальше можно уезжать, потому что следующий шаг — фотограмметрическая обработка материалов аэрофотосъёмки. Координаты наземных опорных точек используются только для контроля:

Вот облако точек после классификации. Цветом выделены растительность, опоры, провода ЛЭП, здания и сооружения:

А это уже 3D-модель по этому облаку:

На этом коттеджном посёлке задание было простым: 5 см на пиксель, простой ландшафт, минимум деревьев, нет наводок. Мы получили ортофотоплан и совместили его с кадастровым планом:

Он может использоваться для межевания, инвентаризации и кадастровой оценки земельных участков, оценки эффективности использования земельных ресурсов, проектирования развития территорий, проектно-изыскательских работ, реконструкции и развития дорожных сетей, мониторинга состояния наземных и подземных коммуникаций, трубопроводов, ЛЭП и т. п., мониторинга земель с целью охраны, экологического мониторинга границ и площадей земель, подверженных изменению, создания трехмерных моделей местности для ГИС.

Почему UgCS? Потому что других вариантов на рынке особо и нет, всё остальное — любительского уровня. Очень удобно, что любой дрон можно выставить на задание, и он просто полетит: поддерживается вся линейка DJI включая Мавики и ещё с десяток популярных в геодезии дронов. Нет привязки к железу вообще. Очень хорошее планирование — из офиса. Нормальное управление с ноутбука джойстиком или CLICK&GO, хорошее геокодирование изображений для Photoscan или Pix4D. На рынке есть альтернативное ПО без необходимости таскать ноутбук, но с куда меньшим количеством возможностей. Ноутбук — это огромное преимущество, но одновременно и проклятие системы: он сильно усложняет командировки. Зимой всё это становится ещё сложнее из-за того, что батареи всей связки мёрзнут, и приходится работать в перчатках (что не очень точно). Но других вариантов пока нет: либо такие неудобства, либо ограниченные возможности.

Вот пример результата трехмерной модели города:

Вот ещё один объект — трехмерная модель карьера:

Источник

Геодезический квадрокоптер TOPODRONE DJI Mavic Mini PPK – самый доступный инструмент для кадастровой и топографической аэрофотосъемки

Начиная с 2018 года команда TOPODRONE разрабатывает доступные беспилотные геодезические системы, которые стали «законодателями моды» на рынке геодезических дронов и находят свое применение при инженерных изысканиях, мониторинге строительства, маркшейдерских работах, экологических исследованиях, поиске полезных ископаемых и геологических изысканиях, сельском хозяйстве, планировании городских территорий и многих других отраслях, где требуется проведение высокоточных измерений и создание трехмерных моделей. Более подробно о применение дронов TOPODRONE, оснащённых высокоточным геодезическим оборудованием, можно посмотреть на нашем youtube канале.

Рис. 2. Линейка продукции компании TOPODRONE.

Сегодня мы хотим представить Вашему вниманию самый миниатюрный геодезический квадрокоптер в мире, TOPODRONE DJI Mavic Min PPK, оснащенный высокоточным мультисистемным L1/L2 ГНСС приемником и камерой 12 Mp, обладающей фиксированным фокусным расстоянием

Основная идея данной разработки – это создание доступного, легкого в использовании геодезического дрона, который станет незаменимым инструментом кадастрового инженера, топографа или проектировщика. Ведь не секрет, что профессиональное геодезическое оборудование — тяжелые тахеометры и ГНСС приемники, с которыми сложно управляться в одиночку. Поэтому многие кадастровые инженеры и проектировщики вынуждены заказывать геодезические измерения границ участков, зданий и сооружения, выполнение мелких топографических съемок у геодезических бригад.

Преимущества мини коптера для аэросъёмки

TOPODRONE DJI Mavic Min PPK обладает весом менее 250 граммов при времени полета 16 минут и очень легок в управлении. А стоимость запасных батарей и комплектующих к нему минимальна, по сравнению с другими моделями квадрокоптеров.

Как показала практика, после 1-2 часов обучения пилотом данного дрона может стать любой пользователь и даже ребенок. Все примеры топографической съемки, представленные в этой статье, выполнялись молодым четырнадцатилетним человеком.

Следует отметить, что разработанная командой TOPODRONE технология выполнения работ позволяет полностью отказаться от использования отдельного геодезического ГНСС приемника в качестве базовой станции, это значительно сокращает начальную стоимость необходимо для закупки комплекта оборудования, что достаточно критично в такой сфере бизнеса, как кадастровые работы.

Как использовать TOPODRONE DJI Mavic Min PPK

Геодезическая аэрофотосъемка

Рис. 3. Подготовка к полётам на TOPODRONE DJI Mavic Mini PPK.

Рис. 4. Управление TOPODRONE DJI Mavic Mini PPK.

Как мы говорили ранее, перед началом полетов нет необходимости устанавливать ГНСС приемник в качестве базы, если вы находитесь в зоне сети постоянно действующих базовых станций, которые достаточно широко распространены на территории нашей страны и в мире.

Таким образов Вам достаточно включить дрон и выполнить аэрофотосъемку для выполнения кадастровых работ. Мы рекомендуем произвести полеты в режиме перекрещивающихся маршрутов на высоте 30-50 метров, а также осуществить перспективную съемку самого здания или границ участка, для последующего высокоточного измерения по фотографиям.

Обратите внимание, что камера этого квадрокоптера изначально настроена на бесконечность и имеет стабильное фокусное расстояние, что немаловажно для последующей фотограмметрической обработки и позволяет ее выполнять полностью в автоматическом режиме.

Рис. 5. Схема планирования полета.

Как правило время съемки нескольких садовых участков или района площадью 10 Га не занимает более 16 минут. В день, при наличии достаточного количества батарей вы можете легко выполнить полевые работы в размере 100 Га съемки или 10 отдельным участкам площадью 10-20 соток.

Постобработка ГНСС измерений и геокодирование изображений

Следующим этапом работ является камеральная фотограмметрическая обработка. До ее начала Вам необходимо скачать файл статических ГНСС измерений с сайта провайдера геодезической сети. Мы в своей работе используем официальный сайт СНГО г. Москвы. В первую очередь по причине полного покрытия Московского региона и наличия высокоточных координат базовой станции, записанных внутри Rinex файла.

Рис. 6. Сайт СНГО Москвы.

Рис. 7. Интерфейс для загрузки данных статических измерений.

На следующем этапе фотографии и ГНСС измерения с дрона, данные с базовой станции, совпадающие по времени с проведением полевых работ, загружаются в программу постобработки ГНСС измерений и геокодирования изображений TOPOSETTER 2 PRO. Далее вам необходимо просто запустить процесс постобработки ГНСС измерений и геокодирования изображений. По результатам вычислений будут представлены следующие данные:

1. Геокодированные изображения с записанными в EXIF теги координатами X,Y,Z и точностью постобработки;
2. Список имен снимков и соответствующие им координаты WGS84;
3. Список имен снимков и соответствующие им координаты МСК.

Обратите внимание, что если вы скачали несколько файлов, разбитых по одному часу наблюдений, то можно воспользоваться встроенной функцией объединения Rinex файлов.

Координаты базовой станции автоматически считываются из Rinex файла и пересчитываются в выбранной системе координат. На сегодняшний день в ПО TOPOSETTER 2 PRO предварительно включены параметры практически всех Российских МСК и международных проекций.

В TOPOSETTER 2 PRO мы постарались реализовать самые удобные и необходимы функции, в том числе и для автоматизации обработки нескольких полетов, выполненных от одной базовой станции. Для этого необходимо нажать кнопку «Пакетная обработка» и вы сможете загрузить все Ваши геодезические миссии для автоматизированного расчета высокоточных координат.

Рис. 8. Объединения нескольких файлов Rinex в один.

Рис. 9. Координаты базовой станции автоматически считываются из Rinex файла и пересчитываются в выбранной системе координат.
Рис. 10. Пакетная обработка данных с нескольких полетов от одной базовой станции.

Фотограмметрическая обработка снимков с дрона

Далее снимки с высокоточными центрами фотографирования загружаются в ПО для фотограмметрической обработки Pix4Dmapper. Так же возможно на первоначальном этапе импортировать систему координат МСК из prj файла, который входит в комплект поставки ПО TOPOSETTER 2 PRO.

После создания проекта достаточно запустить аэротриангуляцию, после чего установить откалиброванное фокусное расстояние в настройках элементов внутреннего ориентирования камеры и обновить уравнивание аэрофотосъемки, и на финальном этапе запустить процесс генерации плотного облака точек.

Рис. 11. Загрузка координат снимков в местной системе координат.

Рис. 12. Расположение участка работ и контрольных точек.

Рис. 13. Результаты аэрофототриангуляции.

Фотограмметрическая обработка. Контроль точности

Следует обратить особое внимание на стабильное значение фокусного расстояния по всем выполненным полетам, что позволяет выполнять фотограмметрическую обработку полностью в автоматическом режиме и отказаться от использования контрольных точек.

На каждом из участков работ мы проводили инструментальный контроль качества аэрофоториангуляции по заранее измеренным контрольным точкам. Точность построения плотного облака точек составляет порядка 3–5 см, как в плане и по высоте. При этом не одной контрольной точки не участвовало в уравнивании аэрофотоснимков.

Создание топографических планов и векторизация на основе данных АФС

Интерфейс программы Pix4Dmapper позволяет выполнять векторизацию точечных, линейных и полигональных объектов, а высокое качество и детальность плотного облака точек, отображающего здания и сооружения, столбы и опоры ЛЭП, провисы проводов, ограждения, дороги, растительность, реализует в полной мере возможность в камеральных условиях отрисовать ситуацию местности, удовлетворяющую по точности и детальности требованиям вплоть до масштаба 1:500.

Удобным инструментом является возможность корректировки узлов оцифрованных объектов по отдельным аэрофотоснимкам для более точного определения углов зданий, заборов и сооружений с точностью 2-3 см. Высокое качество и детальность облака точек позволяет выполнить его автоматическую классификацию и выделить рельеф, дорожное покрытие, здания и сооружения, растительность и построить горизонтали.

Рис. 14. Плотное облако точек.

Рис. 15. Векторизация и измерение провисов проводов.

Рис. 16. Векторизация бровок и подошв, границ дорожного покрытия, опор ЛЭП, заборов, зданий и сооружений.

Рис. 17. Точная корректировка границ здания по аэрофотоснимку.

Рис. 18. Плотное облако точек.

Рис. 19. Результаты автоматической классификации плотного облака точек.

Экспорт в ГИС и CAD программы, оформление топографического плана

На финальном этапе все отрисованные точечные, линейные и полигональные объекты, горизонтали и ортофотоплан экспортируются в ГИС или CAD программы в форматах SHP и DXF. Где происходит их окончательное оформление в соответствии с требованиями условных знаков и заказчика.

Рис. 20. Совмещение ортофотоплана с кадастровым планом территории.

Рис. 21. Автоматическое построение горизонталей по классифицированному облаку точек.

Рис. 22. Векторизация и создание топографического плана.

Рис. 23. Автоматическая классификация облака точек.

Рис. 24. Топографический план участка.

Применение TOPODRONE DJI Mavic Mini PPK для геодезии и кадастра

Как вы можете сами убедится из показанных нами практических материалов, применение TOPODRONE DJI Mavic Mini PPK для геодезической и кадастровой съемки не требует специальных навыков и с этой задачей может справиться практически каждый.

Применение миниатюрного геодезического дрона позволяет в разы сократить сроки полевых работ и отказаться от привлечения дорогостоящих специалистов для выполнения полевых работ.

Комплексное решение TOPODRONE автоматизирует процессы на всех этапах камеральной обработки: ПО TOPOSETTER 2 PRO выполняет постобработку ГНСС измерений и геокодирование изображений полностью в автоматическом режиме. Просто скопируйте данные с квадрокоптера, базовой станции и запустите процесс расчета в необходимой для Вас местной системе координат.

Учитывая фиксированное фокусное расстояние, никогда еще фотограмметрическая обработка не была такой простой. Загрузите данные подготовленные после TOPOSETTER 2 PRO в ПО Pix4Dmapper и выполните весь процесс фотограметрии и генерации облака точек в автомате.

Благодаря высокой детальности облака точек вы можете векторизовать объекты в 3D режиме, как будто вы находитесь в поле, на объекте, а автоматическая классификация позволит Вам выделить рельеф и создать горизонтали в течение нескольких минут.

Точность построения трехмерной модели и ортофотоплана удовлетворяет требованиям масштаба 1:500 и мельче, а высокая детальность облака точек позволяет выполнить векторизацию ситуации местности полностью в камеральных условиях, включая углы сооружений, и измерить провисы проводов.

Низкая стоимость квадрокоптера и расходных материалов (аккумуляторных батарей, пропеллеров), а также легкость в управлении приближают тот момент, когда каждый кадастровый инженер или топограф может позволить себе покупку геодезического беспилотника и повысить свою продуктивность, значительно сократив часы и затраты на выполнение полевых работ.

Источник