Коммерческое и промышленное использование беспилотников с каждым годом расширяется невиданными ранее масштабами. Часто они приходят на смену самолетам и/или вертолетам в тех областях, где применение дронов оказывается намного эффективнее и дешевле. Например, в геодезическим исследованиях съемка с воздуха используется достаточно давно, но применение беспилотников с соответствующим навесным оборудованием позволило вывести геодезию на новый уровень.

Происходит процесс интеграции беспилотных систем в исследовательский и производственный процесс, чтобы новые технологии в области топографической съемки, фотограмметрии и трехмерного моделирования способствовали повышению производительности и качества в геодезических исследованиях.

При этом не стоит думать, что беспилотные технологии полностью заменят традиционные наземные методы геодезии. В тех областях, где дроны бессильны, работа людей на земле остается востребованной и незаменимой. Таким образом, оба типа сбора, анализа и обработки информации гармонично дополняют друг друга и помогают добиться нужных результатов быстрее и качественнее.

В этом обзоре сделана попытка обобщить самые интересные варианты использования беспилотных систем в геодезии и помочь соответствующим специалистам, пока не применявшим их в работе, “войти в курс дела” и увидеть новые перспективы в профессиональной деятельности. Также надеемся, что статья будет интересна и обычным людям, интересующимся передовыми технологиями и беспилотниками, в частности.

Зачем нужны дроны для геодезических исследований?

Как ни покажется кому-то удивительным, но геодезия входит в число наиболее древних наук человечества. Развитие земледельческих цивилизаций, строительство городов и некоторые другие процессы способствовали развитию геодезических исследований сначала на самом примитивном уровне, а затем привели к появлению современной геодезии со всем ее разнообразием методов, подходов, технологий и инструментов.

Современное передовое оборудование и методология позволяют использовать двухмерные, но и трехмерные реконструкции для построения точных моделей рельефа и всего окружающего пространства, добиваться невиданной нашим предкам точности результатов и даже прогнозировать ряд процессов, которые происходят на поверхности, чтобы избежать катастрофических последствий для людей и сооружений.

Нет нужды много говорить, где востребованы геодезические исследования. Отметим лишь, что в них заинтересованы строители, промышленники, геологи, урбанисты и многие другие специалисты. Однако стоит отметить, что качественное и всестороннее исследование территорий требует много времени, трудовых ресурсов, затрат бюджета. Использование беспилотников для съемки и сканирования с воздуха стало настоящей находкой и набирающим популярность в современной практике решением.

Раньше съемку с воздуха выполняли чаще всего только для больших проектов, устанавливая сложное и дорогостоящее оборудование на самолет или вертолет. Стоило все это чрезвычайно дорого, часто сопровождалось различными проблемами и не всегда помогало ускорить выполнение этапа геодезических исследований в проекте. Появление у геодезистов беспилотных платформ различного формата с разнообразным оборудованием позволило резко снизить затраты на реализацию проекта, ускорить сбор, анализ и обработку данных, повысить безопасность при выполнении работ. Судите сами. Развертывание беспилотника с оборудованием для выполнения полетной миссии и съемки занимает от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от модели и класса дрона. Обследование и съемка территории, для которой в наземном варианте потребовалось бы несколько дней, а то и недель, у беспилотников займет от 1 до 2 дней максимум, в зависимости от интенсивности полетов и уровня задач.

Передовое бортовое оборудование, программное обеспечение и компьютерные технологии позволяют обрабатывать полученные данные уже в ходе полета дрона, так как последний способен передавать на землю информацию в реальном режиме времени. Резко сокращаются сроки обработки информации и создание реконструкций участка для последующего использования данных в строительстве, промышленности или городском развитии.

Каковы преимущества беспилотных технологий перед традиционными методами геодезических исследований?

Уже на этапе тестирования первыми беспилотниками с геодезическим оборудованием были показаны впечатляющие результаты. Не менее поразительными они были и в ходе выполнения реальных работ первыми компаниями. Обмен опытом, увеличивавшиеся публикации в печати, а также видеоматериалы о применении дронов в геодезии вдохновили многих внедрить беспилотные технологии в свою работу.

Прежде всего применение дронов показало, что сроки выполнения геодезических работ с помощью передовых методов и внедрения цифровизации по скорости и качеству в разы превзошло результаты работы команд опытных геодезистов, которые выполняли задачи исключительно наземными методами. Особенно отчетливо это видно тогда, когда необходимо решать задачи в сложных рельефных и погодных условиях.

Дистанционное управление работой дронов с подвесным оборудованием позволяет резко сократить количество занятых в проекте людей и снизить затраты на производственные процессы. Если работы нужно выполнять в тяжелых рельефных условиях, то помимо сокращения затрат и сроков выполнения поставленных задач, дроны помогают повысить уровень безопасности, снизить количество несчастных случаев на производстве.

Один из самых красноречивых примеров - применение дронов ведущей строительной компанией Австрии Strabag. Она хорошо известна и в России. Специалисты Strabag посчитали, что геодезические беспилотники помогли сократить время на выполнение геодезических работ и установку GCP на 75%.

Каких результатов можно добиться с помощью дронов?

В зависимости от проекта и подрядчика геодезические исследования могут быть разных масштабов и формата. Соответственно, параметры проекта определяют выбор методов и инструментов реализации (дронов, программного обеспечения, оборудования для съемки и/или сканирования). Современные производители, в частности компания DJI, предлагают компаниям широкий спектр моделей беспилотников и специализированного оборудования для них вместе с соответствующим ПО. Для небольших проектов можно обойтись компактными дронами серии Mavic Enterprise или специализированным геодезическим дроном среднего класса DJI Phantom 4 RTK. Для масштабных проектов лучше подойдут тяжелые всепогодные универсальные дроны серии DJI Matrice 300 RTK или же новейший Matrice 30.

При планировании геодезических исследований с применением беспилотников стоит обратить внимание на необходимый комплект оборудования и ПО. В зависимости от вида работ вам могут потребоваться визуальные камеры высокоточной съемки, LiDAR или другие датчики и модули. Если вы планируете использовать дроны от DJI, то рекомендуем использовать соответствующее оборудование и ПО от этого же производителя: камеры серии Zenmuse, включая новейшие гибридные модули, а также приложения для геодезии DJI Terra, DJI GS Pro или другие совместимые программы от сторонних разработчиков.

У перечисленных или аналогичных программ для геодезии имеется целый набор полезных функций, которые позволяют вам ускорить создание карт или трехмерных моделей исследуемых участков. Процесс обработки и реконструкции модели занимает намного меньше времени по сравнению с традиционными методами. Благодаря таким продуктам вы в короткие сроки получаете в свое распоряжение 2D/3D-ортомозаичные карты и топографические данные, которые можно сразу же применять для дальнейших этапов проекта.

3D-модель объекта компании Strabag, выполненная на основе снимков дрона

Создание 3D-моделей

В современной геодезии все больше и больше распространяется метод создания трехмерных моделей. Это вызвано целым рядом факторов. Трехмерные модели используются не только для более точного отображения рельефа местности, но и для работы с информационными моделями зданий (BIM). Модели в 3D позвоялют более точно отразить особенности рельефа интересующего специалистов участка, учесть различные объекты в границах и даже спрогнозировать поведение почвы и потенциальные угрозы людям и сооружениям. Трехмерные модели также востребованы в городском планировании и помогают повысить качество проектирования городских районов.

Использование LiDAR и мультиспектральных камер

Использование лазерного сканирования в геодезии - не новинка. Но до недавних пор специалисты работали с наземными приборами. Разработки DJI и других производителей позволили устанавливать на борт дрона летающие модели лазерных сканеров и модулей LiDAR. При этом у геодезистов имеется возможность пользоваться не только одним модулем, но и устанавливать гибридные приборы вроде камеры DJI Zenmuse L1. Новые приборы позволяют с воздуха увидеть то, что по тем или иным причинам невозможно снять с помощью наземных устройств.

Насколько точны результаты геодезических исследований с беспилотников?

Когда речь заходит о новых технологиях в любом деле, то первым делом возникают вопросы об эффективности и возможности добиваться нужных результатов. В геодезии среди всего прочего важно получать максимально точные данные. Возможно ли добиться высокой степени точности при работе с беспилотниками. Мы можем с уверенностью ответить: да.

Но существуют тонкости. Многое зависит от специфики проекта и используемого оборудования, вот почему перед работой с беспилотниками стоит тщательно подготовить план исследования и продумать, какое оборудование и ПО вам могут потребоваться. Также степень точности может зависеть от того, правильно или нет работали все участники команды, в которой был дрон.