Подготовка БПЛА к геодезическим миссиям. Что нужно знать?

Съемка с помощью дрона открывает огромный потенциал для специалистов ГИС. С помощью БПЛА можно проводить топографические съемки того же качества, что и высокоточные измерения, собранные традиционными методами, но за значительно меньшее время. Это существенно снижает стоимость обследования участка и нагрузку специалистов на местах. Кроме того, традиционные методы геодезических исследований включают в себя огромные человеческие ресурсы, нагрузку на местах, начиная от длительной подготовки к исследованиям, заканчивая сбором и анализом данных. Особенно, если речь идет об обширных территориях строек, мусорных полигонов, промышленных сложных объектов, сложно проходимых горных и лесных территорий. Что включает в себя геологическая разведка с помощью БПЛА, какие нюансы нужно знать и как подготовиться к работам, разбираем сегодня в материале.

Применение БПЛА в области инженерной геодезии и геологоразведке

За последние 20 лет человечество ощутило настоящую революцию в микроэлектронике, технологии батарей и камер, а также глобальном позиционировании, фотограмметрическом программном обеспечении и его доступности, основанном на теории фотограмметрии “ближнего действия”. Это в свою очередь подпитало разработки и позволило практически любому типу камеры, установленной на БПЛА, достичь надежно точных результатов с точки зрения 3D-моделей поверхности и 4D-мониторинга. На практике результаты фотограмметрии БПЛА могут быть соединены с методами, основанными на лидарах, как наземными, так и воздушными, а также спутниковыми методами, и все чаще используются в тандеме для получения DTM, или цифровых моделей рельефа.

На основе фотограмметрических данных программное обеспечение может создавать орто-мозаику, ортопланы с географической привязкой, модели высот или 3D-модели проектной территории. Эти карты также можно использовать для извлечения такой информации, как высокоточные расстояния или объемные измерения. В отличие от пилотируемых самолетов или спутниковых снимков, беспилотные летательные аппараты могут летать на гораздо меньшей высоте, что делает генерацию данных с высоким разрешением и высокой точностью намного быстрее, дешевле и независимо от атмосферных условий, таких как облачный покров или суровые климатические условия.

Что дает БПЛА?

Сокращение времени проведения полевых работ и затрат на изыскания

Сбор топографических данных с помощью беспилотного летательного аппарата происходит по меньшей мере в пять раз быстрее, чем с помощью наземных методов, и требует меньше рабочей силы. С помощью геотегирования PPK (кинематики в постобработке) производства значительно экономят время, так как размещение многочисленных наземных контрольных пунктов не требуется. В конечном счете результаты предоставляются быстрее и с меньшими затратами.

Получение точных и исчерпывающих данных

Тахеометры измеряют только отдельные точки. Один вылет БПЛА производит тысячи измерений, которые могут быть представлены в разных форматах (ортоплан, облако точек, DTM, DSM, контурные линии и другое). Каждый пиксель созданной карты или точка 3D-модели содержит точную привязку к 3D-геоданным.

Карта недоступных районов

Беспилотный летательный аппарат может взлетать и использоваться практически в любом месте. Для этого не требуются специально оборудованные площадки и ВПП. Производства не ограничены недоступными областями, небезопасными крутыми склонами или суровой местностью, непригодной для традиционных измерительных инструментов. Нет необходимости в перекрытии автомагистралей или железнодорожных путей. Фактически, вы можете осуществлять сбор данных одновременно при проведении других работ без организационных накладных расходов.

Какие основные работы выполняются с помощью БПЛА?

Лазерное сканирование пространства, или облако точек на основе необработанных данных

Облако точек - это набор отдельных точек в пространстве в трехмерной системе координат. Эти наборы, как правило, определяются и обозначаются координатами X, Y и Z. Облака точек создаются лазерными сканерами и фотограмметрическими методами обработки изображений. Принцип работы можно сравнить с работой радара. Сканер выпускает лазерный луч, или несколько лучей, которые обладают высокой частотой. Они достигают объекта, сканируют его, после чего возвращаются в отправную точку. Данные об объекте фиксируются в момент возврата лучей, получая данные о расстоянии, на котором находится объект. Лазерный сканер может сканировать до нескольких миллионов точек в секунду. Так, с помощью БПЛА буквально за один рабочий день можно получить точную цифровую модель объекта. В итоге мы получаем набор 3D-координат точек, которые соответствуют поверхностям сканируемого здания или сооружения. Это облако координат и называется “облаком точек”. Сканирование пространства включает в себя:

• Создание 3D моделей сооружений, фасадов, промышленных объектов, помещений, дорог, полигонов и других объектов;
• Автоматизированный анализ и контроль за строительством, ремонтными работами или эксплуатационными на промышленных объектах;
• Визуализация труднодоступных мест или особо крупных объектов;
• Оцифровка и современное BIM проектирование объектов.

Ортомозаические фотографии с географической привязкой

Включают в себя фотографии в масштабе земной поверхности с пространственной привязкой через заранее определенную систему координат. Ортомозаические фотографии с географической привязкой обрабатываются в разных масштабах/разрешениях из аэрофотоснимков или текстурированных лидарных данных в соответствии с применением или целью использования. Ортомозаические фотографии служат основой для геодезии, регистрации состояния и картографии и лучше всего подходят для использования в программном обеспечении ГИС (геоинформационных системах). Они часто используются в сельском и городском планировании, а также для визуализации объектов, фасадов и больших поверхностей.

Цифровые модели местности на основе фотограмметрических облаков точек

Цифровая модель рельефа - это общий термин для различных типов цифровых отображений в рисунке рельефа, местности, поверхности. Цифровая модель рельефа используется как технология, когда структура рельефа имеет ключевое значение и требуется только естественная поверхность земли. Элементы, которые не являются обязательными или желательными, такие как растительность и различные объекты, могут не включаться и не отображаться в модели. Цифровая модель поверхности относится к точному изображению реальных условий, на которых изображена не только поверхность, но и расположенные там сооружения, объекты, здания. Цифровые модели местности обычно изображают очень реалистичные и реалистичные иллюстрации ландшафтов, поверхностей и объектов и предлагают широкий спектр вариантов применения.

3D съемка фасадов с помощью БПЛА

Для 3D-съемки фасадов и регистрации их состояния использование беспилотных летательных аппаратов часто неизбежно с точки зрения эффективности, особенно когда речь идет о высотных зданиях. Рисование 3D-CAD-моделей, планов фасадов или создание ортомозаических фотографий на основе облака точек или CAD-совместимых записей данных легко выполнимо. В зависимости от требований проекта используются различные методы для быстрого, бесконтактного и высокоточного 3D-захвата (измерения) фасада. Особенно хорошие результаты дает сочетание фотограмметрического каротажа и лидарного сканирования.

Расчет объема и количества геодезических работ с использованием БПЛА

Запись данных для объемных расчетов сложна и в основном очень неточна при использовании обычных методов измерений. БПЛА позволяют получать трехмерные данные о поверхности эффективно, безопасно и в цифровом формате. Данные обрабатываются в высокоточные объемные 3D-модели в кратчайшие сроки (с помощью 3D-сетки на основе облака точек). В дополнение к 3D-каротажу также предлагается полная оценка данных и предоставляется числовая документация соответствующих объемов для количественной съемки. Также возможна передача необработанных данных (облако точек или 3D-сетчатая модель / каркасная модель) для внешней оценки. Кроме того, существует возможность производить ортомозаическую фотографию, если это необходимо для ориентации или определения объектов, материалов и/или складских помещений. За один-два вылета в разное время можно изобразить и задокументировать точную дельту (разностное сравнение) изменений объема и количества; то же самое касается целевых/фактических сравнений из двух полетов.

Использование данных БПЛА в геоинформационных системах (ГИС)

Как и в ортомозаических фотографиях, цифровых моделях местности (DTM) и цифровых моделях поверхности (DSM), данные БПЛА предназначены для использования в геоинформационных системах (программное обеспечение ГИС) и могут выводиться во всех распространенных форматах. Таким образом, пространственные данные, зарегистрированные в ходе полетов беспилотных летательных аппаратов, могут быть легко интерпретированы, обработаны и оценены в ГИС. Оптимальный размер и разрешение имеют решающее значение для эффективного использования геоданных с воздуха в программном обеспечении ГИС. Именно поэтому обсуждение всех форматов данных и требований к качеству заранее, чтобы иметь возможность систематически и эффективно работать с ними после регистрации, имеют решающее значение.

Что нужно знать о подготовке к геодезическим работам с БПЛА?

Пилотируемая и беспилотная авиация создали настоящий прорыв в области геодезии. Современные беспилотные решения предлагают быстрое и точное получение данных со значительно меньшими затратами. При этом современные БВС совершенствуются под промышленные нужды, включая бо́льшую выносливость, полезную нагрузку и дальность полета, предотвращение столкновений и повышение сложности бортовых ИДУ.

Однако же при всех очевидных преимуществах БПЛА многие компании все еще опасаются использовать новые технологии. И если второстепенной проблемой называют выбор оборудования, то первостепенной и значимой - действующее законодательство в отношении беспилотных систем. Далее по пунктам мы разберем основные проблемы и поясним, почему в действительности не нужно опасаться этих и других “неизвестных”.

1. Регистрация права

При использовании любого беспилотного летательного аппарата, в особенности промышленного применения, регистрация права - это главный вопрос и первостепенная задача. Вместе с развитием технологических решений растут и пишутся все новые правила на безопасное использование этих самых решений. Кроме того, что дроны являются удобными технологическими устройствами для промышленных миссий, в других руках они стали инструментом для беззакония. С помощью БПЛА в ряде стран были систематически фиксируются незаконная съемка, сбор разведывательных данных в пользу противника, пересечение границы, передача данных и запрещенных веществ в тюрьмы, браконьерство и вырубка лесов. В связи с этим законодательство в отношении дронов во многих странах достаточно жесткое. Вместе с тем прорабатываются все более новые регулирования, которые бы позволили предприятиям и бизнесу использовать дроны в своих целях без ущерба и лишних проблем в регистрации, оформлении документов и непосредственно использования. В ряде штатов в США, в странах Европы кроме основных законодательных мер, существуют дополнительные упрощенные решения в виде инструкций, стандартов и правил, которые действуют раздельно для производств.

В России правила на использование БПЛА упростились в разы после вступления в силу Постановление Правительства РФ от 03.02.2020 N 74 “О внесении изменений в Федеральные правила использования воздушного пространства Российской Федерации”. И хотя регистрацию БВС весом более 250 грамм никто не отменял, но процедуру значительно упростили, переведя ее полностью в онлайн-формат. Регистрация на практике происходит в течение 7-10 дней с момента приобретения продукта, включает в себя следующие документы для легальной эксплуатации и выполнения геодезических миссий:

• разрешение на использование воздушного пространства для полетов;
• полис страхования гражданской ответственности;
• документ, подтверждающий постановку БПЛА на учет в государственных органах;
• сертификат пилота БВС для эксплуатации БПЛА весом более 30 кг.

Каких-то особых отдельных правил на использование БПЛА в промышленном секторе нет. На промышленные платформы распространяются все те же правила, что и на пользовательские более легкие модели. В этом и заключается основная разница. Если для съемки можно использовать простые легкие модели, не требующие регистрации, то для промышленных работ подразумевается использование более сложных и тяжелых устройств. Документы на регистрацию права на использование БПЛА можно получить в Федеральном агентстве воздушного транспорта (Росавиации).

После этого необходимо еще одно заявление на получение сертификата эксплуатанта (пилота БВС). Для этого необходимы следующие документы

• свидетельство о государственной регистрации/учете БПЛА;
• руководство по производству полетов (РПП);
• полис страхования гражданской ответственности;
• сертификат летной годности;
• свидетельство о квалификации внешнего пилота/пилотов (для эксплуатации моделей серии DJI Matrice 300 RTK будет полезно получить по 2 свидетельства на каждый дрон).

Для понимания, все эти документы, кроме свидетельства о квалификации внешнего пилота, пользователь получает во время постановки на учет/регистрации БПЛА. Полис страхования оплачивается отдельно в момент регистрации.

Что такое сертификат о квалификации пилота?

Говоря простым языком, это документ, подтверждающий, что вы умеете управлять беспилотным летательным аппаратом. Но здесь есть один нюанс. Такой документ является строго обязательным за рубежом, где курс обучения обязан пройти любой, кто планирует использовать дрон весом более 30 кг. Для этого существуют официально поддерживаемые государством и входящие в госреестр курсы, программы обучения, тесты.

В России как таковых государственных курсов не существует. Хотя профессия оператор БПЛА официально зарегистрирована, но все образовательные программы по направлению и курсы, являются сугубо частным делом компаний и университетов. Программы во многом схожи, но единого стандарта обучения, закрепленного федеральным законодательством все же не существует.

Так может и не нужен тогда этот сертификат вовсе? С одной стороны для эксплуатации в России промышленного дрона сертификат как таковой не нужен, все верно. Более того, в ведомстве его не выдают, норм, каким должен быть этот сертификат, не установлено. С другой стороны, в правилах прописана необходимость иметь такой сертификат, а значит, в случае его отсутствия будет повод придраться. Что делать в этой ситуации? Правильный и единственный вариант - это пройти квалификационную подготовку у специалистов. Компании, в том числе Skymec (Небесная механика) предлагает краткосрочные курсы с получением по итогам прохождения соответствующего сертификата эксплуатанта БПЛА.

Кроме того, нужно понимать, что беспилотный летательный аппарат является сложным техническим устройством, для управления им необходимы хотя бы базовые навыки пилотирования, а также съемки с воздуха. В промышленном применении речь идет не только об использовании квадрокоптера, но и работу с программным обеспечением, которое необходимо для обработки и анализа данных, собираемых с БПЛА.

2. Разрешение на съемку

Если регистрация дрона и получение сертификата о квалификации пилота являются формальностью, то есть их получить можно достаточно быстро и просто, то разрешение на съемку является отдельным этапом. Он не занимает много времени, но знать о нем необходимо каждому.

Что это вообще такое за разрешение? В первую очередь нужно понимать, что аэросъемка делится на две основные группы: любительская и коммерческая. Первая относится к фотографии с воздуха понравившихся мест, красивых достопримечательностей, семейных фотографий. Коммерческая, куда входит в том числе промышленная фотограмметрия, лазерное сканирование пространства, топография с воздуха и общий мониторинг пространств, имеет свои особенности. По закону запрещено осуществлять съемку населенных пунктов, охраняемых объектов, заповедников, аэропортов, вертодромов, промышленных предприятий и других. Геодезические исследования могут включать в себя съемку всего этого, и даже больше. Геодезическая съемка, как уже ранее было обозначено, включает в себя работы в различных отраслях от проектирования строительных объектов до перерабатывающей промышленности и охраняемых государственных объектов. Для использования в данном случае дронов в промышленных целях необходимо получения соответствующих документов. Это план полета воздушного судна (БВС), а также “получение разрешения центра ЕС ОрВД на использование воздушного пространства”, следует из Постановления Правительства. 

“При необходимости использования воздушного пространства БВС над населенным пунктом пользователю воздушного пространства (владельцу БВС) в соответствии с пунктом 49 ФАП-138 дополнительно необходимо получить разрешение органа местного самоуправления такого населенного пункта”, - говорится в документе.

А кроме того, при работе на охраняемых и государственных объектах может потребоваться разрешение Генерального штаба России и регионального УФСБ. Если по закону прописано, что такие разрешения нужно получать перед каждым вылетом, то на практике все гораздо проще. Конкретное предприятие или бизнес заключает сотрудничество с местными региональными властями о том, что при работах будет использоваться беспилотный летательный аппарат. Чаще всего предприятиям идут навстречу, а разрешительный документ выдается на неограниченный срок действия.

3. Ограничения полетов в геодезическом применении

Это еще важный вопрос, который нужно предусматривать при использовании БВС в промышленных инспекциях и при геодезических изысканиях. Так называемые зоны ограничения полетов, запрещающие полеты зоны, зоны повышенного внимания и другие необходимы, чтобы пользователи заранее могли выстраивать оптимальные маршруты, знали, где можно или нельзя использовать БПЛА, подготавливали соответствующие документы и запросы для территориальных органов с целью разрешить полет. DJI предлагает и более упрощенные версии, которые позволяют предприятиям координировать все свои действия на местах без лишних затрат и рисков. Одним из лучших решений считается DJI FlightHub. В версии Government оно позволяет государственным компаниям и частным предприятиям работать в зонах с ограничениями для полетов БПЛА. 

И все же прежде, чем использовать и полностью полагаться на какую-либо программу, или готовое решение, следует изучить основы. Ниже рассмотрим некоторые из них.

1. В международных нормах воздушное пространство делится на несколько категорий (классов). В США таких категорий шесть. В России - три основных:

Класс А, где “разрешаются полеты, выполняемые только по правилам полетов по приборам. Все воздушные суда обеспечиваются диспетчерским обслуживанием и эшелонируются. Ограничения по скорости не применяются…”.

Класс С, где “разрешаются полеты, выполняемые по правилам полетов по приборам и правилам визуальных полетов. Все воздушные суда обеспечиваются диспетчерским обслуживанием. Воздушные суда, выполняющие полеты по правилам полетов по приборам, эшелонируются относительно других воздушных судов, выполняющих полеты по правилам полетов по приборам и правилам визуальных полетов…”.

Класс G, “разрешаются полеты, выполняемые по правилам полетов по приборам и правилам визуальных полетов. Эшелонирование воздушных судов не производится. Все полеты по запросу обеспечиваются полетно-информационным обслуживанием. Для всех полетов на высотах ниже 3050 м действует ограничение по скорости, составляющее не более 450 км/ч. Воздушные суда, выполняющие полеты по правилам полетов по приборам, обязаны иметь постоянную двухстороннюю радиосвязь с органом обслуживания воздушного движения (управления полетами)…”.

2. В России существуют ограничения по высоте и дальности полета: полеты осуществляются в пределах прямой видимости и только в светлое время суток. Высота полета должна составлять не более 150 метров от земной или водной поверхности.

3. Полеты осуществляются “вне диспетчерских зон аэродромов гражданской авиации, районов аэродромов (вертодромов) государственной и экспериментальной авиации, запретных зон, зон ограничения полетов, специальных зон, воздушного пространства над местами проведения публичных мероприятий, официальных спортивных соревнований, а также охранных мероприятий, проводимых в соответствии с ФЗ “О государственной охране”...”.

4. Удаление от неконтролируемых аэродромов и посадочных площадок должно составлять не менее 5 километров.

Все зоны ограничения полетов можно смотреть на доступных сервисах fpln.ru или более адаптивный PilotHub.

Автор: Андрей Савельев