Наземная геодезия — работа, подразумевающая множество сложностей. Традиционно специалисты геодезии полагались на такие инструменты, как тахеометры, приемники GPS и наземные лазерные сканеры, чтобы получить пространственные данные с высоким разрешением о топографии поверхности земли. Однако за последние несколькот лет с постоянным развитием беспилотных технологий дроны превратились в незаменимый инструмент для геодезии и картографии.
При картировании при помощи дронов используется фотограмметрия для создания точных 3D-моделей из 2D-изображений. Аэрофотоснимки с географической привязкой комбинируются и обрабатываются для создания таких данных, как трехмерные облака точек, растровые цифровые модели рельефа и ортофотопланы.
Одним из самых больших преимуществ фотограмметрического картирования при помощи дронов является то, что оно позволяет специалистам геодезии выполнять большие объемы работы за меньшее время. Геодезические работы, на выполнение которых обычно уходят недели, теперь можно выполнить при помощи дронов за считанные дни. Так, во многих проектах использование дронов поможет сократить затраты и сэкономить время.
Дроны помогают начать работу быстро и практически в любом месте, их использование устраняет необходимость отправки геодезических бригад в опасные зоны, такие как крыши, уступы, проезжие части, неустойчивый грунт и крутые насыпи. Даже такие труднодоступные объекты, как вышки мобильной связи и верхушки деревьев, теперь можно легко нанести на карту с помощью дронов.
Однако если не брать во внимание преимущества фотограмметрии с примененим дронов, геодезия — это работа, требующая высокой степени точности. Заявленная точность дронов часто не соответствует их возможностям в теории.
Можно ли назвать дроны эффективным инструментом для геодезии?
Да, говорится в отчете, опубликованном в «Journal of Unmanned Vehicle Systems» (декабрь 2019 г.). Исследователи утверждают, что благодаря инновационному беспилотному оборудованию и тщательной обработке данных картографирование при помощи дронов позволяет обеспечить достаточную точность, чтобы дополнить или заменить методы наземной геодезии во многих задачах.
Чтобы подтвердить гипотезу, исследователи семь раз провели триангуляционную съёмку участка церкви площадью 4 акра с помощью дрона DJI Inspire 2, оснащенного высокоточной системой PPK GNSS и камерой Zenmuse X4S. Место содержало как гладкие поверхности, которые просты в создании моделей (парковки, поля и крыши), так более сложные в работе элементы (стены, воздушные провода и земля под растительностью). Исследователи использовали данные из пар стереоизображений, чтобы заполнить пропущенные или исправить искаженные элементы.
И хотя инновационная система позиционирования дрона показала, что точность мало зависит от наземного контроля, команда собрала 23 хорошо распределенных контрольных точки, чтобы вычислить преобразование для избыточности и предоставить данные для статистики.
Сбор аэрофотоснимков был завершен за полдня съемок, а обработка заняла около полутора дней. Между тем, съемка и обработка данных при помощи традиционных методов заняли три дня.
С вертикальной среднеквадратичной ошибкой (RMSE) всего 2 см картографирование при помощи дрона оказалось стабильным и достаточно точным методом, который можно использовать для целого ряда целей. Исследователи также обратили внимание, что показатели точности улучшались, когда дрон летел на меньшей высоте (хотя и с уменьшающимся значением отраженных импульсов). Если в качестве примера использовать обычную задачу наземной геодезии, использование дронов при работе над ней привело бы к экономии времени на 33% и затрат на 58%.
Исследователи дополнительно изучили экономическую жизнеспособность картографирования при помощи дронов, проведя исследование на крыше для последующей установки солнечных панелей. В течение одного дня команда собрала аэрофотоснимки трех крыш продуктовых магазинов площадью от 3 до 7 акров. Без непосредственного подъема на крышу были созданы подробные модели, включая газопроводы, вентиляционные отверстия на крыше, системы вентиляции, кондиционирования и обогрева, световые люки и электрические панели. В то время как при обычных методах работы это заняло бы 12 дней от начала до окончания проекта, дроны позволили завершить работу всего за 7 дней, что позволило сэкономить 41 процент затрат и 58 процентов времени.
В другом примере команда собрала данные с воздуха, облетев поле для гольфа площадью 260 акров за один день. Если бы использовались классические методы, трем бригадам потребовалось бы около 30 дней, чтобы собрать эти данные, что привело бы к невозможности использовать поле по назначению. Некоторые густо заросшие участки на поле потребовали традиционных методов съемки, но дрон позволил нанести на карту многие частично затемненные места при помощи стерео-компиляции, подобрав подходящую стереомодель. Так, вся территория была нанесена на карту за 15 дней, что позволило сэкономить 75 процентов затрат и 50 процентов времени.
Если вы хотите прочитать полный отчет с подробной методологией тестирования и детальными результатами, перейдите по этой ссылке.
Подводя итог, можно сказать, что дроны уже стали незаменимым инструментом геодезии и все чаще дополняют или заменяют традиционные методы. Картографические дроны нового поколения, такие как DJI Phantom 4 RTK, уже позволяют геодезистам достичь точности данных до сантиметра при меньшем количестве контрольных точек. А с помощью мощного картографического ПО, такого как DJI Terra, позволяющего использовать точные 2D-ортофотопланы и 3D-модели, специалисты геодезии могут выполнить все необходимые задачи.
