Беспилотники, оснащенные полезной нагрузкой и различными датчиками видения, дают производствам дополнительное преимущество в небе, обеспечивая визуальный контроль и более точный сбор данных с земли. Один из методов сканирования пространства является использование лидара, или так называемое лазерное сканирование.
Технология LiDAR возникла в 60-е годы, но развитие получила в конце 80-х с развитием систем GPS. Принцип работы лазерного сканирования заключается в сборе данных с помощью импульсов, которые затем используют для создания 3D-моделей, карт территорий и объектов. Изначально и почти по 2019 годы лидары применялись на борту пилотируемых устройств или наземных средств. Этот метод использовался редко из-за высокой стоимости и сложностей обработки данных. Дроны значительно упростили лазерное сканирование благодаря высокой скорости получения данных, максимальной точности и меньшей стоимости.
Используя беспилотник, оснащенный лидаром, производства могут получать более точные показания с воздуха, создавая 3D-модели с точностью до сантиметра и обнаруживая особенности, которые были бы невидимы с использованием других методов воздушного сканирования. Так, сегодня лидарная технология является не только высокотехнологичной областью, но и она охватывает большинство видов отраслей, которым требуются услуги по картографированию и сбору геопространственных данных.
Что такое LiDAR?
Базовое понятие включает в себя лидар как форму технологии дистанционного зондирования. Вместо использования обычных фотокамер лидарные датчики (внутри корпуса находится излучатель) отправляют быстрые световые импульсы в окружающее пространство и фиксируют отдачи, используя эти точки данных для составления карт местности с высокой точностью. Время, которое световой луч прошел от излучателя до исследуемого объекта или территории, позволяет вычислить также расстояние до этого объекта.
Датчик лидара создает плотное облако точек с данными, поступающими от объектов на земле. Эти точки являются исходным материалом для 3D-моделей. Хотя для сборки этих моделей требуется специализированное программное обеспечение и специалисты, которые знают, как им пользоваться, процесс относительно быстрый и позволяет создавать высококачественные карты с небольшими размерами файлов.
Следует, однако, знать, что эти 3D-изображения не имеют фотографической детализации. Лазерные импульсы, например, не передают действительных цветов предмета на земле, который находится под воздействием LiDAR. Эти данные должны поступать из альтернативного источника, такого как дополнительный датчик.
В последние годы технология LiDAR претерпела изменения: сенсорные модули становятся более доступными, меньше по размеру и легче. Как раз это позволило расширить возможности, используя беспилотные летательные аппараты в качестве основного инструмента для лидара в качестве полезной нагрузки. Это также позволило эволюционировать производителям БПЛА с разработкой новых моделей, уже оснащенных системами LiDAR.
Лидар против фотограмметрии
Фотограмметрия — это еще один метод исследования метрических характеристик объектов и территорий путем создания 3D-моделей из нескольких изображений, снятых с разных ракурсов. Глубина исследований заключается в перекрывании этих снимков друг другом методом триангуляции. Метод сравнивают еще с восприятием окружающего пространства человеческих глазом. То есть мы видим мир не в плоскости, а объемным, а происходит это как раз путем соединения нескольких отдельных изображений в единую картину.
Аэрофотограмметрия востребована в таких областях как сельское хозяйство, горнодобывающая промышленность, строительство и другие, где требуется частое картографирование. Как и любая технология, фотограмметрия имеет свои преимущества и недостатки.
В первую очередь, фотограмметрия является наиболее доступной для использования в промышленных работах. Второе — это значительно низкая стоимость. Фотограмметрия по большей части — это автоматизированный метод, не требующий особой обработки данных после создания карт и моделей поверхности.
Еще одним преимуществом фотограмметрии является ее способность создавать высококачественные аэрофотоснимки с использованием полного спектра цветов. Так как в процессе используется видимый свет, в результате получаются карты высочайшего качества. Это в полной мере относится и к трехмерным моделям ландшафта, которые нередко используются не только по прямому назначению (в строительстве, городском планировании или других подобных сферах), но и в целях создания визуальных образов, которые выглядят очень привлекательно и могут встраиваться в рекламные материалы, видеоролики или презентации.
Но если сравнивать метод с LiDAR технологией, системам фотограмметрии сложно выделить очень мелкие и детализированные детали. Импульсы лидара могут улавливать линии электропередач или видеть мельчайшие сколы на железнодорожных путях, которые не обнаруживаются фотограмметрическими модулями. LiDAR также способен проникать сквозь растительность, чтобы сканировать пространство вглубь, а также может работать в темноте.
Выбор в пользу фотограмметрии также зачастую падает из-за доступности программного обеспечения. ПО для сбора облаков точек из необработанных данных фотограмметрии является более распространенным и часто используемым, а кроме того, сегодняшние возможности включают анализ и автоматическую обработку данных.
Зачем использовать дрон с лидаром?
Ключевая задача любого беспилотника в промышленных работах — определять, что происходит вокруг него. Устройству для планирования своих движений каждую секунду нужно понимать, где находится земля, исследуемый объект или группа объектов, движимые они или нет, с какой скоростью они передвигаются. Все примерно как у машин. Собирать такие данные помогают встроенные сенсоры — обычно это камеры, радары и датчики в различных количествах и комбинациях.
Помимо камер и прочих датчиков, дроны стали оснащать и лидарами. И в отличие от базовых нагрузок, лидары более точные в своих расчетах. Они позволяют получать трехмерную карту окружающего пространства с точными расстояниями до объектов. Они также могут получать обновления с течением времени, например, для отслеживания хода строительства здания и измерения его относительно планов и схем. Сенсор хорошо работает и при плохой погоде и в темное время суток, но его главный недостаток — высокая стоимость.
Но если раньше это дополнялось расходами на пилотируемую авиацию или наземные дополнительные установки, то с помощью БПЛА метод сканирования поверхности гораздо более быстрый и безопасный с точки зрения сбора информации о любом наземном объекте. Это включает в себя широкий спектр применений — от проведения проверок безопасности до проверки хода добычи полезных ископаемых или сельского хозяйства или даже оценки размера запасов ресурсов с воздуха.
Создание точных 3D-моделей ландшафтов и сооружений — несложная задача для компаний, эксплуатирующих парки беспилотных летательных аппаратов LiDAR. Лидар позволяет использовать сценарии, которые требуют высокой точности для систем фотограмметрии. Это важно в таких работах, как осмотр линий электропередач или реконструкции мест аварий с помощью высокодетализированных 3D-облаков точек, генерируемых модулями LiDAR.
Инспекции с воздуха могут не ограничиваться одним использованием лидарной технологии. Платформы типа DJI Matrice 300 RTK предлагают возможность установки до трех полезных нагрузок одновременно, что расширяет функционал и возможности для проведения инспекций.
Дрон с лидаром против лидаров наземного базирования
Еще один вопрос, который руководители предприятий должны задать себе при принятии решения об использовании БПЛА с полезной нагрузкой, - это будут ли дроны эффективнее лидарных модулей, базирующихся на земле. Наземные устройства типа Trimble, отличаются высокой точностью сбора данных и обеспечивают сканирование на миллиметровом уровне.
Но недостатком лидаров наземного базирования является мЕньшая эффективность обрабатываемой площади. Полет дрона позволяет охватить большие пространства и выполнять это за меньшее количество времени, а кроме того, БПЛА способны преодолевать труднодоступные пространства и вовсе непроходимые части. Кстати, что касается точности данных, то погрешность точности у наземных датчиков составляет +/- 5 см при создании 3D-моделей из облаков точек. Воздушные датчики для БПЛА обеспечивает более точный сбор данных с погрешностью +/- 1,5-2 см.
Где эффективны методы сканирования пространства с LiDAR?
Сфера применения технологии воздушного лазерного сканирования крайне широка. С помощью лидаров, устанавливаемых на БПЛА, можно быстро и легко создавать виртуальные модели местности и 3D-модели объектов, контролировать ход инженерных работ, лазерное сканирование можно применять для патрулирования и охраны объектов. Датчики легко интегрируются в беспилотную летательную платформу и позволяют эффективно выполнять различного вида работы.
- Землеустройство для небольших участков
- Топографическая и батиметрическая съемка
- Цифровое моделирование местности перед началом работ
- Отображение и реконструкция места происшествия
- Лесное хозяйство
- Точное земледелие
- Проверка линий электропередач
- Добыча полезных ископаемых
- Археология
- Измерения объема запасов
- Транспорт: при проектировании строительных работ, геодезические изыскания / воссоздание картины аварий и ДТП
Что предлагает DJI?
Беспилотные летательные аппараты с LiDAR становятся все более доступными, покупателям открываются возможности сравнивать варианты и выбирать наиболее подходящий вариант для реализации поставленных задач. Zenmuse L1 - модель лидарного датчика, является хорошим вариантом для производств, обладая:
- Встроенным инерциальным измерительным блоком, способным обеспечить точность съемки на уровне 5 см на высоте до 50 метров.
- 3-осевым стабилизированным подвесом, который обеспечивает полностью автоматическое управление креплением благодаря интеграции с системой управления полетом DJI.
- 1-дюймовым 20-мегапиксельным CMOS-сенсором, который записывает фото- и видеоданные. Это позволяет пользователям применять данные о цвете к облакам точек LiDAR наряду с другими функциями.
- Поддержкой трех отдач на лазерный импульс, обеспечивающей большую степень точности при проникновении в густую листву и измерении рельефа местности под ней.
- Режимом неповторяющегося сканирования, который обеспечивает более высокую степень разрешения данных по сравнению с обычной линией сканирования, когда беспилотник записывает одну область в течение длительного времени.
- Сертификацией защиты IP54, подтверждающей, что L1 может функционировать в неблагоприятных погодных условиях, таких как туман, дым и снег.
Модель L1 предназначена для использования с универсальной и мощной системой DJI Matrice 300 RTK. Платформа предлагает возможность использования до трех подвесов одновременно, 55 минут полетного времени и надежную защиту ваших данных и безопасность полета. Данные облака точек с беспилотника затем могут быть собраны в 3D-модели с помощью программного обеспечения DJI Terra.
Автор: Кристина Волкова
