Является ли фотограмметрия с дронов альтернативой классическим методам наземной съемки?

Что такое аэрофотограмметрия?

Чтобы понять, как дроны могут быть использованы для съемки, позвольте нам быстро напомнить вам об аэрофотограмметрии. Она включает в себя получение нескольких аэрофотоснимков объекта и их использование для создания оцифрованных 2D- или 3D-моделей с высоким разрешением, на основе которых можно вывести точные измерения. Это может быть выполнено с помощью специализированного картографического программного обеспечения, которое ищет общие черты в изображениях и использует их для объединения ваших фотографий таким образом, чтобы обеспечить точное представление пространства. Хотя обычно это координатная точка может варьироваться в зависимости от того, какой тип фотограмметрии вы используете. В зависимости от масштабов проекта для создания фотограмметрической модели может потребоваться от пары сотен до нескольких тысяч отдельных изображений.

Примечательно, что одиночный аэрофотоснимок нельзя использовать в качестве фотограмметрической карты, поскольку не были решены такие проблемы, как перспектива и искажения. Хотя аэрофотоснимки отлично подходят для фото- и видеосъемки, вам нужны кадры под разными углами, чтобы обеспечить точность.

Как правило, наиболее экономичный способ сделать все необходимые вам аэрофотоснимки - это использовать беспилотный летательный аппарат. Хотя можно использовать как самолеты, так и вертолеты, но эти варианты гораздо более дорогостоящие.

Одним из ключевых преимуществ фотограмметрических аэрофотоснимков является то, что их можно использовать для создания различных типов карт. В зависимости от типа программного обеспечения для фотограмметрии, которое у вас есть, можно создавать различные выходные данные, такие как ортофотоплан, 3D-модели облака точек, цифровые модели поверхности и многое другое. Однако для других типов карт, таких как LiDAR потребуется отдельная полезная нагрузка.

Виды аэрофотограмметрии

Фотограмметрию можно условно разделить на две категории:

• Метрическая фотограмметрия: этот метод использует точки координат на объектах для визуализации объекта с почти точными размерами. Затем карты могут быть построены на основе расположения координат относительно друг друга. Эти координаты обычно физически устанавливаются с помощью так называемых наземных контрольных точек .
• Интерпретирующая фотограмметрия: вместо конкретных координат, интерпретирующая фотограмметрия делает снимок и добавляет топографию, глядя на индикаторы, такие как формы, тени и узоры, представленные на изображении, а не на координаты.

Каждый стиль фотограмметрии может использоваться для топографической съемки, в зависимости от специфики работы и необходимого внимания к деталям. В целом, однако, метрическая фотограмметрия является более точной из двух и рекомендуется для геодезических работ, требующих точности сантиметрового уровня. Оба стиля зависят от специализированного картографического программного обеспечения для объединения изображений в фотограмметрическую карту.

Фотограмметрия с дронов против классической наземной съемки

Несмотря на достижения в области технологий, наземная съемка все еще может быть сложной задачей. Традиционно геодезисты полагались на такие инструменты, как тахеометры, приемники GPS и наземные лазерные сканеры, для получения пространственных данных с высоким разрешением о топографии поверхности земли. Это может занять много времени и рабочей силы, увеличивая затраты на геодезические проекты и отвлекая рабочих от других задач. В некоторых случаях наземная съемка может быть даже опасна для сотрудников, особенно при работе на участках с крутым или удаленным ландшафтом, до которых сложно добраться пешком.

Однако фотограмметрическое картирование с дронов позволяет геодезистам делать больше за меньшее время. Геодезические работы, на выполнение которых обычно уходят недели, могут быть выполнены с помощью дронов за считанные дни. Таким образом, использование дронов может оказаться значительно дешевле для многих проектов.

Поскольку дроны могут быть развернуты быстро и практически в любом месте, их использование устраняет необходимость отправки геодезической бригады в опасные зоны, такие как крыши, уступы, дороги, неустойчивый грунт и крутые насыпи. Даже недоступные объекты, такие как вышки сотовой связи и верхушки деревьев, можно легко нанести на карту с помощью дронов.

Доказательство ценности фотограмметрии дронов

Хотя каждое из перечисленных выше преимуществ связано со способностью дронов сокращать время, опасность и стоимость проекта, следует учитывать еще один очень важный фактор: так ли точны дроны, как традиционные наземные методы? В течение многих лет сообщаемая точность дронов обычно не соответствовала их теоретическому потенциалу. Однако это начало меняться.

Согласно недавнему исследованию, опубликованному в Journal of Unmanned Vehicle Systems , беспилотный летательный аппарат с необходимыми возможностями, такими как передовое беспилотное оборудование и тщательная обработка данных, является достаточно точным, чтобы дополнять или заменять методы наземной съемки для многих приложений, утверждали исследователи.

Чтобы подтвердить свою гипотезу, эти исследователи семь раз триангулировали участок церкви площадью 4 акра, используя дрон DJI Inspire 2, оснащенный высокоточной системой PPK GNSS и камерой Zenmuse X4S. Сайт содержал как гладкие поверхности, которые, как известно, хорошо моделируются данными дронов (парковки, поля и крыши), так и элементы, которые, как ожидается, не будут хорошо работать с аэрофотограмметрией (стены, воздушные провода и земля под растительностью). Исследователи использовали данные из пар стереоизображений, чтобы заполнить пропущенные или искаженные элементы.

И хотя высококлассная система позиционирования дрона означала, что точность мало зависит от наземного контроля, команда собрала 23 хорошо распределенных контрольных точки, чтобы вычислить преобразование для избыточности и предоставить достаточно данных для статистики.

Сбор аэрофотоснимков был завершен за полдня полевых работ и еще полтора дня на обработку. Между тем обычная съемка и обработка данных заняли три дня.

Исследователи дополнительно изучили экономическую жизнеспособность картографирования дронов, проведя обследование на крыше установки солнечных панелей. За один день команда собрала аэрофотоснимки трех крыш продуктовых магазинов площадью от 3 до 7 акров. В то время как обычная наземная съемка заняла бы 12 дней от начала проекта до окончательной сдачи, «от полета до доставки» потребовалось всего 7 дней, что позволило сэкономить 41 процент затрат и 58 процентов времени.

В другом примере команда собрала аэрофотоснимки для полной топографо-контурной съемки с поля для гольфа площадью 260 акров за один день. Если бы использовались классические методы, трем полевым бригадам потребовалось бы 30 дней, чтобы собрать эти данные, что привело бы к значительному простою во время курса. Действительно, некоторые густо заросшие участки на трассе требовали традиционной съемки, но дрон смог нанести на карту многие частично затемненные места с помощью стерео-компиляции, выбрав подходящую стереомодель. Фактически, весь сайт был нанесен на карту за 15 дней с экономией затрат на 75% и экономией времени на 50%.

Так можно ли назвать дроны точными и эффективными инструментами для землеустройства? Ответ однозначный: да. Мало того, исследование Journal of Unmanned Vehicle Systems ясно демонстрирует потенциал этой технологии в плане экономии средств и времени, о чем никогда не следует забывать геодезистам.

Другие приложения для фотограмметрии дронов

На данный момент мы установили, что дроны могут иметь огромное влияние на геодезические проекты, потенциально сокращая рабочие дни в разы. Однако топографическая съемка - не единственная область, в которой фотограмметрия БПЛА оказывает трансформирующее влияние . Другие секторы включают:

• Строительство: Фотограмметрическая съемка может выявить информацию о земле, на которой ведется строительство. Кроме того, моделирование с воздуха с помощью дронов может помочь в BIM и общем управлении строительными проектами.
• Недвижимость: риэлторы используют дроны для создания точных 3D-моделей домов на продажу и предлагают виртуальные туры. Этот метод получил широкое распространение в результате пандемии COVID-19.
• Инженерное дело: инженеры могут использовать фотограмметрические изображения для построения 3D-модели зданий и оборудования.
• Энергетика: нефтегазовые компании используют беспилотные летательные аппараты для мониторинга территорий вокруг трубопроводов на предмет изменений окружающей среды с течением времени. Землемерные работы также широко используются в этом секторе.

Практически в любой отрасли, где важны точные измерения, БПЛА потенциально может использоваться в качестве актива.

Почему DJI?

Совершенно очевидно, что современные дроны стали чрезвычайно ценным дополнением к инструментарию геодезистов и все чаще дополняют или заменяют методы наземной съемки для многих приложений. Однако, чтобы гарантировать получение именно тех точных результатов, на которые вы рассчитываете, вам необходимо не только использовать правильные методы съемки с помощью дронов, но и самое лучшее оборудование.

Картографические дроны нового поколения, такие как DJI Phantom 4 RTK , позволяют геодезистам достигать точности данных сантиметрового уровня при меньшем количестве контрольных точек. Основные характеристики этого дрона включают систему позиционирования на сантиметровом уровне, систему TimeSync для обеспечения точности данных и 1-дюймовый 20-мегапиксельный CMOS-датчик. Такая точность координат стала возможной благодаря горизонтальному позиционированию RTK и абсолютной горизонтальной точности фотограмметрических моделей. В сочетании с мощной камерой для фотограмметрии, такой как Zenmuse P1 , вы получаете идеальную установку для геодезистов.

Конечно, даже лучший дрон ограничен программным обеспечением для картографии, которое вы с ним используете. Мощные решения, такие как DJI Terra, помогают преобразовать ваши фотографии в интерактивные 2D-ортофотоплан и 3D-модели.

Автор: Андрей Савельев