Применение перепиленных гражданских дронов для профессиональной геодезической аэрофотосъёмки местности. Аэрофотосъёмка бпла в геодезии Применение аэрофотосъёмки бпла

Расчет параметров аэрофотосъемки беспилотным летательным аппаратом

к. с.-х. н., доц.

(СПбГЛТА, г. Санкт-Петербург, Россия)

In article calculation of parameters for aerial photography planning by digital cameras with use of unmanned aerial vehicles is presented.

Аэрофотосъемка беспилотными летательными аппаратами получает все большее распространение, что обуславливает применение в комплексе с БЛА современных цифровых фотокамер, как специально спроектированных, так и стандартных. Снимки, сделанные на цифровую камеру, сразу же после съемки могут быть обработаны. Применение аэрофотоаппаратов (АФА) с БЛА, относящихся к классу Микро и Мини по международной классификации , невозможно, так как они имеют достаточно большой вес и размер, а также обладают рядом недостатков. Например, чтобы получить материалы аэросъемки, пленку нужно проявить и отсканировать. В то же время главным недостатком цифровых фотокамер является низкое разрешение получаемых снимков по сравнению со снимками, полученными АФА с размером кадра 23х23 см .

Для планирования аэрофотосъемки необходимо произвести расчет основных параметров . При расчете параметров аэрофотосъемки беспилотным летательным аппаратом, оснащенным цифровой камерой, потребуются следующие исходные данные, которые сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Исходные данные для расчета параметров аэрофотосъемки

При проведении аэрофотосъемки цифровыми фотокамерами, чтобы получить снимки с требуемым размером пикселя на местности, необходимо выполнять съемку на определенной высоте . Разрешающую способность цифровых снимков принято характеризовать числом точек на дюйм - dpi (от англ. dots per inch) и размером пикселя на местности – GSD (от англ. Ground Sample Distance ). Рассчитывается высота полета по следующей формуле:

H пол - высота полета, м;

GSD - размер одного пикселя на местности, разрешение пикселя, м/пкс;

l х - размер снимка камеры, пкс.

Так как цифровые снимки имеют форму прямоугольника, рекомендуется во время съемки располагать камеру длинной стороной вдоль направления съемки, т. к. это позволит увеличить базис фотографирования, а, значит, и улучшить фотограмметрическую засечку (Рис.1).

Рис. 1. Взаимное расположение снимков в маршруте

На рис. 1 хорошо видно, что если соотношение сторон снимка составляет 2:3, то, расположение снимка длинной стороной вдоль направления съемки позволяет увеличить базис фотографирования (b ) в 1,5 раза. Соответственно в 1,5 раза увеличивается время TRF для записи информации с цифровой камеры на накопитель. Поэтому минимальное расстояние между кадрами Bmin для цифровой камеры в первую очередь зависит от ее технических характеристик и скорости беспилотного летательного аппарата V .

Перекрытия между соседними снимками одного маршрута называются продольными (Px ) . Как слишком малые, так и слишком большие перекрытия для производства непригодны. Для стереоскопического просматривания заснятой местности достаточно иметь продольное перекрытие в 50%. Но краевые части аэроснимков имеют ряд дефектов, поэтому просмотреть стереоскопически всю площадь аэроснимка не удается. Большие перекрытия также недопустимы, так как это резко снижает объемность изображения. При почти 100% перекрытии получаются два одинаковых аэроснимка, у которых нет стереоскопического эффекта. Перекрытия между соседними снимками в равнинных условиях съемки должны находиться в пределах 56-69%, в горных – до 80-90%. Таким образом, расстояние между снимками (B ) с учетом продольного перекрытия определяется по следующей формуле:

Но при проведении аэрофотосъемки с применением БЛА, для того чтобы обеспечить необходимое продольное перекрытие между соседними снимками одного маршрута (Рис.2), должно соблюдаться следующее ограничение:

Рис. 2. Схема аэрофотосъемки участка

Ширина маршрута на местности (LM ) зависит от высоты кадра (ly ) применяемой в комплексе с БЛА цифровой камеры.

Перекрытия между маршрутами называются поперечными (Py ). Величина их обычно задается в пределах 20-40%. Определить расстояние между смежными маршрутами можно по формуле:

Длина участка Dx равна длине среднего маршрута в продольном направлении от левого края первого аэрофотоснимка до правого края последнего аэрофотоснимка. Ширину участка Dy измеряют в поперечном направлении посередине от верхней стороны аэрофотоснимка первого маршрута до нижней стороны аэрофотоснимка последнего маршрута. Таким образом, количество снимков в маршруте N сн определяется как отношение длины участка к расстоянию между снимками с учетом продольного перекрытия.

Количество же маршрутов будет больше на единицу отношения ширины участка к расстоянию между смежными маршрутами.

Количество снимков на участок N уч определяют как общее количество снимков по всем маршрутам аэрофотосъемки.

При оценке эффективности и экономической целесообразности важно определить сколько времени потребуется на аэрофотосъемку участка t уч . Это также позволит оценить в какой период времени лучше проводить данные работы.

В результате можно сделать следующие выводы:

1. По сравнению с традиционными АФА цифровые камеры уступают по техническим показателям (в разрешении снимков), что повышает количество маршрутов и снимков в них при аэрофотосъемке, и как следствие усложняют дальнейшую обработку полученных материалов.

2. При проведении аэрофотосъемки БЛА для обеспечения перекрытия между снимками необходимо учитывать технические характеристики цифровых камер, а также желательно выбирать БЛА с аэродинамической схемой «планер», которая позволяет летать с достаточно малой скоростью.

3. БЛА очень эффективно могут быть использованы для съемки небольших площадей, например для составления кадастровых планов небольших участков и оперативного мониторинга ситуации на проблемных территориях.

Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации для молодых российских ученых МК-2617.2010.5.

Библиографический список

1. , Вавилов аэрофотосъемка и авиация. Оценка качества аэрофотосъемки: Методические указания к лабораторным занятиям. Л.:ЛТА, 1с.

2. Никифоров беспилотных летательных аппаратов для инвентаризации, картирования и управления объектами садово-паркового хозяйства.//Леса России в XXI веке. Материалы первой международной научно-практической интернет-конференции. - СПб.: СПбГЛТА, 2009. № 1, c. 248-251.

3. Никифоров фотоаппараты, применяемые для аэрофотосъемки беспилотными летательными аппаратами в лесном хозяйстве //Леса России в XXI веке. Материалы первой международной научно-практической интернет-конференции. - СПб.: СПбГЛТА, 2010. № 4, c. 65-70

4. , Кадегров летательные аппараты российского производства, применяемые в лесной отрасли // Леса России в XXI веке. Материалы третьей международной научно-практической интернет-конференции. - СПб.: СПбГЛТА, 2010. № 3, c. 144-149.

5. , Мунимаев зарубежных беспилотных летательных аппаратов // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. - Петрозаводск.: Изд-во ПетрГУ, 2010. № 8, с. 97-99.

6. Основные положения по аэрофотосъемке, выполненной для создания и обновления топографических карт и планов ГКИНП. –М.: Недра, 1982, -16 с.

7. Сухих методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве: Учебник. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 20с.

Приводим приблизительные расценки на аэросъёмочные работы, осуществляемые при помощи БПЛА.
Расценки могут меняться в зависимости от ПЛОЩАДИ СЪЁМКИ , ТРАНСПОРТНЫХ РАСХОДОВ , ВРЕМЕНИ ГОДА (наличия листвы/снега). Наилучшее соотношение цены/качества/скорости получается в промежутке между таянием снега и появлением листвы на деревьях.
Минимальная площадь съёмки одного объекта 6 км 2 , если есть несколько объектов с расстояниями между ними до 30 км, то мин объём 4 км 2 .

Цена аэрофотосъёмки БПЛА

Цены на аэрофотосъёмку БПЛА приведены на 1 км 2 .
1. Ортофотоплан в WGS84
Масштаб 1:500 (4 см./пикс) – 35 000 рублей 1 км 2 .
Масштаб 1:1000 (7 см./пикс) – 22 000 рублей км 2 .
Масштаб 1:2000 (10 см./пикс) – 17 000 рублей км 2 .
Масштаб 1:5000 (15 см./пикс) – 12 000 рублей км 2 .

2. Создание ортофотоплана с привязкой к местным системам координат:
Масштаб 1:500 + 10 000 рублей км 2 .
Масштаб 1:1000 + 6 000 рублей. км 2 .
Масштаб 1:2000 + 4 500 рублей км 2 .
Масштаб 1:5000 + 3 000 рублей км 2 .

3. Построение ЦМР или горизонталей:
Сечение 0,5 м + 12 000 рублей за км 2 .
Сечение 1 м + 8 000 рублей за км 2 .
Сечение 2 м + 5 000 рублей за км 2 .

4. Рассекречивание материалов ДЗЗ – 40 000 рублей за объект.
5. Отрисовка топографического плана по результатам съёмки БПЛА: оценивается индивидуально – от 5 000 рублей за км 2 .
Таким образом, стоимость 1 км 2 плана масштаба 1:2 000 при выходе на бумагу будет стоить 34 500, т.е. по 345 р/га – такую цену невозможно получить никаким другим способом!

Для больших площадей съёмки в более крупных масштабах (до 1:500) нами разработан способ комбинированных работ, включающих как съемку при помощи БПЛА, так и тахеометрию с проложением магистрального хода и подсъёмкой основных элементов местности.

Качество не раз проверялось инструментально с земли, в том числе силами заказчиков.

Преимущества технологии аэрофотосъёмки беспилотными летательными аппаратами.

Технология аэрофотосъёмки беспилотными летательными аппаратами развивается уже много лет но только в последнее время подошла по своим точностным характеристикам к классическим способам геодезической съемки и на уровне масштабного ряда от 1:500 и мельче сравнялась с ними. На данный момент АФС БПЛА находится на переднем крае развития геодезических технологий, вытесняя в обширном сегменте такие методы как тахеометрия, спутниковое позиционирование в режимах RTK, пилотируемая АФС, воздушное лазерное сканирование, делая их неконкурентоспособными как по стоимости, так и по срокам.
При больших объемах, слабо залесенной и слабо застроенной площади аэрофотосъемка БПЛА делает нерентабельными тахеометрическую и GPS съемку уже при площади в 70 га. В то же время воздушное лазерное сканирование и пилотируемая аэрофотосъёмка могут конкурировать с БПЛА лишь при объемах от 50 кв. км площадных объектов или от 200 пг км линейных. Итак, на данный момент развития технологий АФС БПЛА достаточно вольготно себе чувствует на открытых территориях в диапазоне объема работ от 0,7 до 50 кв. км.

К недостаткам АФС БПЛА стоит отнести ее метеозависимость и сезонозависимость (снежный покров или наличие очень густой растительности чаще всего препятствует получению достаточного для построения инженерно-топографического плана материала). Следует отметить, что эти факторы абсолютно в той же мере препятствует и другим способам съёмки. В масштабном ряду съёмка ограничена диапазоном от 1:5000 до 1:1000 (мельче 1:5000 целесообразнее использовать космические снимки, крупнее 1:1000 необходимы комбинированные с наземными средствами методы).
Растительность также может влиять на результат. В нашей практике мы сталкивались с бамбуковыми зарослями на южных Курильских островах, которые оказались не просвечиваемы практически на 100%, то же касается тростника заболоченных участков Юга России (например, дельта Волги) и, по всей видимости, тропической растительности юга Черноморского побережья. Лесные массивы средней и северной части страны, а также Сибири и Дальнего Востока, как правило, не являются помехой для АФС БПЛА.
Плотная городская застройка может накладывать ограничения на сам процесс полёта, а также скрывать за своими структурами множество элементов, не видимых сверху. Тем не менее, для таких объектов как СНТ, АФС БПЛА становится незаменимым решением ввиду ограничения доступа на каждый участок, значительно ускоряя процесс съёмки.

Применение аэрофотосъёмки БПЛА

Кроме топографической съёмки беспилотные технологии применяются нами и для различных форм мониторинга, объектами которого могут выступать несанкционированные свалки твердых бытовых отходов, линейные объекты - ЛЭП, трубопроводы, транспортная инфраструктура. Также БПЛА решает вопросы определения объемов земляных масс и их динамики при разработках месторождений открытым способом, карьеров. По сравнению с космическим мониторингов БПЛА дает несоизмеримо более актуальную информацию - при заказе космического снимка на конкретную территорию вы можете либо воспользоваться снимком их архива 1-3 месячной, а то и годовой давности или наоборот, ждать долгое время подходящей телеметрии спутника и своей очереди на съёмку вашей территории – данные с беспилотника вы можете получить в работу через несколько часов.
Аграрный сектор в последнее время становится одним из основных потребителей технологии. Агрохолдинги и крупные сельскохозяйственные объединения, обладающие большими площадями незастроенной и открытой местности, заинтересованы не только в производстве инженерно-геодезических изысканий для реконструкции и нового строительства, но и в мониторинге, инвентаризации сельхозугодий, оценки всхожести культур, прогнозе урожайности, мониторинге эрозионных процессов. Нами используется нормализованный вегетационный индекс (NDVI), позволяющий на основе разности ближней инфракрасной и красной областях спектра определять фотосинтезирующую активность биомассы.

Пространственное разрешение аэрофотоснимков с БПЛА

Сравнение снимка Google и аэрофотоснимка с БПЛА

• Какими бывают беспилотники?
• Какой БПЛА подойдет для решения ваших задач?
• Чем отличаются разные типы БПЛА друг от друга?

Возможности применения БПЛА сейчас очень широки: от видеонаблюдения с воздуха и художественных съемок, до инспектирования индустриальных объектов и картографирования. Кроме того, беспилотники часто находят применение при решении нетривиальных задач, таких как наблюдение за дикими животными в естественной среде обитания, исследования вулканов или ледников, проведение поисково-спасательных операций и многих других. БПЛА классифицируются в зависимости от конструкции, которая в свою очередь влияет на их летные характеристики.

На какие характеристики БПЛА стоит обратить внимание при выборе

При выборе наиболее подходящего типа БПЛА, главное определиться какие задачи вы собираетесь решать с помощью беспилотника, что вам нужно: скорость и большой радиус действия или маневренность и точность. Когда принято решение о том, какой тип БПЛА вам подходит, остальные критерии выбора зависят от вида работ, для которых вы приобретаете беспилотник. Давайте рассмотрим несколько основных характеристик, на которые следует обратить внимание если вы планируете купить БПЛА.

Это одна из ключевых характеристик беспилотных летательных аппаратов, именно от нее зависит, какую площадь Вы сможете отснять за один вылет, а значит и экономическая эффективность работ. У моделей одного класса часто указана примерно одинаковая продолжительность полета. Важно понимать, как выполнена данная оценка. Обычно, указывается максимальное время полета при наиболее благоприятных условиях (полный штиль, температура +20 °C). Некоторые компании, чтобы привлечь клиентов, публикуют время полета без полезной нагрузки (камеры). После установки полезной нагрузки, время полета таких БПЛА может сократиться до 50%. Поэтому перед покупкой лучше всего запросить у производителя демонстрацию беспилотника, чтобы точно убедиться, сколько он может находиться в воздухе. Время полета стоит рассматривать вместе с грузоподъемностью и взлетной массой. От грузоподъемности зависит возможность установки различной полезной нагрузки и дополнительного оборудования. Масса аппарата влияет на стабильность БПЛА в воздухе, поэтому, чем он тяжелее, тем стабильнее его траектория и выше качество получаемых снимков.

БПЛА Геоскан летают долго

При создании беспилотников Геоскан наши инженеры стремятся к достижению рекордной длительности полета. Так, квадрокоптер Геоскан 401, не имеющий аналогов в России, может находиться в воздухе до 60 минут. Геоскан 201 – беспилотник самолетного типа, способен летать до 180 минут, снимая до 22 км2 за один вылет.

На беспилотник можно устанавливать разные типы полезной нагрузки: фото или видео камеру, тепловизор, магнитометр, газоанализатор или лазерный сканер. Тип полезной нагрузки, как и тип БПЛА следует выбирать исходя из задач и того, какие данные вы хотите получить. Для топографических, геодезических и землеустроительных работ материалы съемки должны соответствовать нормативной документации. Чтобы достичь нужного качества, необходимо использовать высокоточные ГНСС приемники, снимать на камеры с большой матрицей и центральным затвором. Если не требуется высокая точность, можно использовать менее дорогие модели камер и обойтись без высокоточного навигационного оборудования.

Многие БПЛА могут поставляться с разной полезной нагрузкой, но не все они поддерживают её смену оператором. Если Вы выбираете БПЛА со сменной полезной нагрузкой, убедитесь, что для замены не требуются дополнительные инструменты, а электроника автоматически определяет тип полезной нагрузки и может ей управлять без дополнительной настройки или перепрошивки.

Если Вы выбираете беспилотник для сельского хозяйства, то Вам потребуется камера, способная снимать в ближнем инфракрасном диапазоне. Это нужно для расчета индексов состояния растительности, например NDVI. Еще один популярный тип полезной нагрузки это тепловизор. Он позволяет получать фото и видео изображение в тепловом диапазоне. Это может быть полезно для поиска утечек на теплосетях, определения неисправностей высоковольтных линий или выявления точек сброса сточных вод.

Полезные нагрузки для БПЛА Геоскан

Для БПЛА Геоскан представлен ряд полезных нагрузок, способных решать множество задач. Это и камеры для съемки в видимом диапазоне, и мультиспектральные камеры, и гиростабилизированные платформы с видеокамерой или тепловизором, и специальные решения для съемки панорам, и даже FullHD видеоканал. Если вы не найдете у нас подходящей полезной нагрузки, то мы всегда готовы сконструировать и изготовить её специально для вас.

Очень важно, чтобы БПЛА был надежен, портативен и не требовал длительной подготовки к старту. Надежность прежде всего определяется используемыми материалами. Они должны быть легкими и достаточно прочными, чтобы выдержать полетные нагрузки и, что важнее - нагрузки во время приземления.

Композитные материалы обеспечивают необходимую жесткость и прочность, но могут быть недостаточно гибкими и устойчивыми к ударным нагрузкам. Полимерные материалы способны выдерживать удары, не ломаться при деформации и сохранять форму, но не способны обеспечить жесткость конструкции.Поэтому наиболее оптимальным является совместное использование полимеров и композитных материалов.

Портативность БПЛА достигается такими решениями, как складная рама или модульная конструкция. Удобнее всего те беспилотники, которые можно поместить в прочный транспортировочный кейс и перевозить в багажнике автомобиля. Время подготовки беспилотника к полету одним оператором не должно превышать нескольких минут.

БПЛА Геоскан надежны

Мы первыми в России создали серию со съемными крыльями из вспененного полипропилена. Это делает их ударостойкими при посадках и упрощает ремонт в полевых условиях. Легкая и жесткая рама квадрокоптера сделана из углепластика. Она способна выдержать серьезные нагрузки и жесткие условия эксплуатации. При этом особый механизм сложения позволяет достичь максимальной компактности при транспортировке.

У БПЛА самолетного типа существует два способа старта - с рук и с катапульты, и два способа посадки - с парашютом и на корпус. Запуск с катапульты справедливо считается самым безопасным для оператора, а посадка на парашюте самой щадящей для беспилотника. У БПЛА мультироторного типа главной особенностью является вертикальный взлет и посадка. Это позволяет им взлетать и садиться, используя любую относительно ровную поверхность.

Безопасность оператора, людей и имущества, над которыми выполняются полеты, должна учитываться при выборе БПЛА. Лучше всего выбирать беспилотники с продуманным руководством по применению и встроенными функциями обеспечения безопасности. Среди таких функций можно назвать систему оповещения об уровне заряда батареи и качестве радиосвязи, автоматическую проверку полетного задания на выполнимость и автоматический возврат в точку старта при потере связи или критическом разряде батареи.

Еще одна важная функция, это возможность задать максимальное удаление от точки старта. Она позволяет создать виртуальный периметр, за который БПЛА не сможет вылететь. Это обеспечит безопасность имущества и людей на территориях, прилегающих к месту съемок. Наличие функций обеспечения безопасности позволит значительно снизить риски при эксплуатации беспилотных летательных аппаратов.

БПЛА Геоскан безопасны и удобны

Все самолетные беспилотники Геоскан взлетают с катапульты и садятся на парашюте, обеспечивая безопасность оператора и сохранность БПЛА. Наш автопилот и наземная станция управления поддерживают перечисленные выше функции обеспечения отказоустойчивости. Это все делает БПЛА Геоскан одними из самых безопасных и удобных для использования.

Еще одна важная характеристика БПЛА это погодные условия, при которых можно выполнять полеты, а также, получать качественные результаты съемки. Скорость ветра, осадки и температура воздуха могут значительно ограничить ваши возможности, если купленный беспилотник рассчитан только на полеты в условиях близких к идеальным.

Для серьезной работы следует выбирать профессиональную технику, предназначенную для применения в широком диапазоне температур и способную выдерживать значительную скорость ветра.

А если вы планируете использовать беспилотник в суровых условиях, например, высоко в горах, при очень низких или высоких температурах, то, скорее всего вам понадобится специально адаптированная под эти условия модель БПЛА.

Где могут летать БПЛА Геоскан

Наша техника рассчитана на работу при температуре от -20 °С до +40 °С. Максимальная скорость ветра, при которой можно летать: 12м/с. Именно поэтому, у нас за плечами по всей России, а также в Монголии, Казахстане, Греции и Мексике.

Важнейшей частью БПЛА является наземная станция управления (НСУ). Её функциональность во многом определяет возможности самого беспилотника.

В первую очередь НСУ должна предоставлять удобные инструменты для создания полетного задания. Маршрут полета для аэрофотосъемки должен создаваться автоматически, для указанной пользователем области съемки. Кроме того, должна быть возможность задать требуемое разрешение и процент перекрытия снимков, скорость полета и точку посадки. Если НСУ не обладает таким функционалом, нормально выполнить аэрофотосъемку будет практически невозможно.

Между тем, наземная станция управления нужна не только для создания полетного задания, но и для контроля БПЛА во время полета. С помощью НСУ оператор может следить за выполнением полетного задания, воспользоваться возможностью полета по заданным точкам или управлять полезной нагрузкой, а при необходимости отменить миссию. Кроме того, многие БПЛА для видеонаблюдения транслируют изображение камеры на экран НСУ в реальном времени.

НСУ Геоскан

С НСУ Геоскан вы сможете контролировать пространственное разрешение снимков, процент перекрытия, скорость полета и другие важные параметры съемки. Система автоматически проверит созданный план полета на выполнимость, и если нужно, предложит разделить его на несколько частей. Также, вы сможете видеть положение, траекторию и телеметрию БПЛА в реальном времени и полностью контролировать его на всех стадиях полета.

Даже самые детальные и качественные аэрофотоснимки останутся всего лишь красивыми изображениями без фотограмметрической обработки. Чтобы получить цифровую модель рельефа, 3D облако точек и ортофотоплан, вам понадобится специализированное программное обеспечение. Существуют различные программные продукты для работы с материалами съемки с БПЛА, все они предоставляют примерно одинаковый набор выходных данных. Однако скорость обработки и качество результатов может значительно отличаться. Чтобы избежать разочарования от ортофотоплана неудовлетворительного вида и грубой 3D модели, лучше использовать проверенное, хорошо зарекомендовавшее себя программное обеспечение.

Для точного определения пространственного положения снимков, используются координаты центров фотографирования, записанные навигационным оборудованием БПЛА. Поэтому стоит обратить внимание, поддерживает ли фотограмметрическое ПО импорт этих данных с вашего беспилотника. Идеальный вариант, это когда БПЛА и ПО для фотограмметрической обработки изначально создавались для совместной работы и интегрированы в единый рабочий процесс.

ПО Геоскан

В комплект поставки БПЛА Геоскан входит программа профессиональной фотограмметрической обработки снимков и создания 3D моделей . Кроме того, мы предлагаем трехмерную для анализа и визуализации полученных данных. Не нужно быть экспертом в ГИС и фотограмметрии, чтобы пользоваться комплексами Геоскан. Наш софт возьмет все сложности обработки на себя, предоставив вам удобные инструменты измерения и анализа.

Немаловажным фактором при выборе БПЛА является его цена. Естественно, что более привлекательными кажутся модели, цена которых ниже. Но не стоит рассматривать стоимость беспилотника отдельно от перечисленных выше характеристик.

Следует обратить особое внимание на то, что именно вы получаете за ваши деньги. Предлагает ли производитель обучение, техническую поддержку и гарантию? Входит ли фотограмметрическое ПО в комплект, или его придется покупать отдельно?

Помните также и о затратах на эксплуатацию и ремонт. С этой точки зрения выгоднее приобретать модульные аппараты, поскольку заменить или отремонтировать отдельную его часть достаточно просто и недорого. В случае цельнокорпусного решения придется отправлять на ремонт весь БПЛА, что повлечет за собой дополнительные расходы.

Сравнивая цены на беспилотники, стоит сравнить их ремонтопригодность, наличие запчастей и заявленный ресурс комплектующих. Если невозможно выполнить мелкий ремонт своими силами прямо в поле, то небольшая поломка может сорвать съемочный день. А это невыполненная работа и потеря денег из-за простоя оборудования.

Что входит в стоимость комплексов Геоскан

Покупая у нас съемочный комплекс, вы получаете все, что нужно для аэросъемки: БПЛА, НСУ, кейсы, зарядное устройство, набор ЗИП, ПО. В стоимость комплекса также входит индивидуальное обучение работе с БПЛА и софтом фотограмметрической обработки, после которого сотрудник сможет сразу приступать к работе. На все поставки действует гарантия

Заключение

Для того чтобы выбрать беспилотник, который окупится и принесет прибыль, убедитесь в качестве получаемых результатов, надежности и производительности. Идеальный БПЛА должен быть простым в использовании, портативным и обеспечивать быструю подготовку к старту. Он должен предлагать выбор нескольких видов полезных нагрузок, обладать интуитивно понятным управлением и обеспечивать интеграцию с профессиональным фотограмметрическим программным обеспечением.

Данные съёмки с БПЛА, показанные на этой странице, предоставлены . Технология обработки материалов съемки в ПО Agisoft PhotoScan предоставлена ООО "Плаз" .

Применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) позволяет существенно снизить затраты на производство аэрофотосъемочных работ. С точки зрения традиционной фотограмметрии качество подобной съемки вероятнее всего будет оценено, как неприемлемое, поскольку на БПЛА, как правило, устанавливаются камеры бытового сегмента, не используется гиростабилизирующая аппаратура, при съемке нередки отклонения оптических осей от вертикали в несколько градусов, что значительно усложняет процесс первичной обработки снимков. Однако для современного фотограмметрического программного обеспечения эти недостатки не представляют значительных проблем. Более того, развитие цифровых методов фотограмметрической обработки уже привело к появлению программ и программных комплексов, способных обрабатывать даже такие "некачественные" данные аэрофотосъемки в высокоавтоматизированном режиме, при минимальном участии оператора.

Рассмотрим технологическую цепочку получения топографической карты с использованием следующих компонентов:

• БПЛА для выполнения аэрофотосъемки;
• ПО Agisoft PhotoScan в качестве инструмента обработки материалов съемки;
• инструментарий ГИС Панорама для векторизации ортофотопланов и получения топокарт.

Аэрофотосъемка с использованием БПЛА

В техническом плане процесс аэрофотосъемки с использованием БПЛА состоит из трех этапов: подготовительного, собственно съемки, и постобработки полученных данных.

Подготовительный этап
На данном этапе производится:

• изучение имеющихся материалов; формирование или сбор требований к материалам, которые нужно получить по результатам съемки – тип и масштаб карты, границы объекта съемки; приведение их в технические требования к съемочным материалам: разрешение, координаты контура участка съемки, перекрытие снимков, точность определения координат центров фотографирования, требования к наземной опорной сети (при комбинированной съемке, например, когда привязка фотоплана производится по точкам наземной опорной сети, требования к точности определения КЦФ вообще не предъявляются);
• формирование полетного задания для БПЛА. Выполняется программой – планировщиком полета, входящей в состав комплекса. Оператор должен выбрать используемый комплекс БПЛА (в случае, если программа позволяет работать с несколькими конфигурациями БПЛА и фотоаппаратуры), задать на карте контур участка съемки и примерное положение стартовой площадки, установить требуемое разрешение и перекрытие, после чего программа рассчитывает план полета и проверяет его выполнимость.

Выполнение аэрофотосъемки
По прибытии на стартовую площадку производится:

• уточнение положения стартовой площадки, задание точки возвращения и ввод данных о скорости и направлении ветра на рабочей высоте, если таковые известны;
• автоматическое уточнение плана полета и повторная проверка его выполнимости;
• старт БПЛА с пускового устройства;
• выполнение съемки в автоматическом режиме;
• посадка.

Выполнение съемки местности с использованием БПЛА

При использовании комбинированного способа выполняется определение координат опорных точек, выбранных для привязки.

Постобработка данных
Заключается в:

• снятии данных (фотоснимки и журнал полета) с бортовых носителей информации;
• визуальной оценке качества фотографий и отбраковке "технических" кадров, если такие записаны. Под техническими кадрами понимаются снимки, сделанные вне пределов участка съемки - при подлете к участку, на дугах разворота и т.п.;
• генерация файла привязки центров фотографирования. В ходе полета аппаратура управления ведет запись различных параметров, среди которых – координаты, скорость и параметры ориентирования летательного аппарата. После окончания съемки из файла журнала полета необходимо выбрать координаты, соответствующие моментам фотографирования, и приписать их конкретным снимкам. Такая обработка, как правило, выполняется в той же программе – планировщике полетного задания.

В соответствии с требованиями отраслевых инструкций , для получения топокарт масштаба 1:2000 необходима фотооснова, имеющая разрешение 15 см/пикс и имеющая погрешность определения координат в каждой точке не выше 60 см. Такое разрешение легко обеспечивается при съемке с БПЛА с использованием компактных фотоаппаратов. Например, съемка камерами типа Canon S-95 или Sony NEX-5 (с объективом SEL30M35) с высоты порядка 200-300 м дает снимки, имеющие разрешение 5 см/пикс.

Привязка требуемой точности достигается измерением координат центров фотографирования с использованием высокоточных GNSS-приемников в пределах референцной сети, или задействованием наземной опорной сети, точки которой привязаны с погрешностью не выше 30 см.

Обработка аэрофотоснимков в ПО Agisoft PhotoScan

Программа Agisoft PhotoScan - универсальный инструмент для генерации трехмерных моделей поверхностей объектов съемки по фотоизображениям этих объектов. PhotoScan с успехом применяется как для построения моделей предметов и объектов разных масштабов – от миниатюрных археологических артефактов до крупных зданий и сооружений, так и для построения моделей местности по данным аэрофотосъемки и генерации матриц высот и ортофотопланов, построенных на основе этих моделей. Обработка данных в PhotoScan предельно автоматизирована – на оператора возложены лишь функции контроля и управления режимами работы программы.

Построение и привязка модели местности в программе состоит из трех основных этапов:

• построение грубой модели. На этом этапе производится автоматическое определение общих точек на перекрывающихся снимках, восстановление проектирующих лучей, определение координат центров фотографирования и элементов взаимного ориентирования снимков, расчет параметров, описывающих оптическую систему (дисторсия, коэффициент ассиметрии, положение центральной точки). Все эти расчеты выполняются в программе за одну операцию;
• привязка полученной модели к внешней (геодезической, географической) системе координат и уравнивание всех параметров системы – координат центров фотографирования и наземных опорных точек, углов ориентирования снимков, параметров оптической системы с использованием параметрического метода уравнивания. В качестве весовых коэффициентов для уравнивания выступают погрешности определения координат точек съемки (центров фотографирования), определения координат точек наземной опорной сети, дешифрирования и маркирования опорных точек на снимках;
• построение полигональной модели поверхности местности на основе определенных на предыдущем этапе параметров. В программе реализован экспресс-способ, заключающийся в триангуляции только общих точек, полученных на первом этапе, и более точные способы обработки, заключающиеся в определении пространственного положения для каждого пиксела изображения (в зависимости от заданной степени детализации обрабатывается каждый первый, каждый четвертый, каждый шестнадцатый, и т. д. – всего пять возможных уровней).

Затем полученная модель используется для генерации ортофотопланов и матриц высот.

С точки зрения оператора процесс работы с программой выглядит следующим образом:

Приведенные скриншоты окна программы наглядно иллюстрируют процесс обработки материалов аэрофотосъемки на примере съемки полигона "Заокский", материалы которой предоставлены ОАО "Газпром космические системы" . Обработка данных материалов на ПК, оснащенном 4-хядерным процессором Intel Core i7 2600K и имеющем 16 Гб оперативной памяти, заняла порядка трех-четырех часов – от загрузки фотографий до экспорта ортофотоплана и цифровой модели местности в формате GeoTiff. Из этого времени около одного часа ушло на дешифирование и маркирование опорных точек – ручной труд оператора, а остальное время заняло выполнение расчетов.

Имеется возможность формирования пакетного задания на обработку. Загрузив исходные снимки, можно сразу указать параметры для каждого из этапов, и программа самостоятельно выполнит весь цикл обработки.

Непосредственно в графическом интерфейсе программы можно производить базовые измерения на полученной модели - измерять расстояния, площадь поверхности и объем модели.

Развитый API позволяет создавать скрипты на языке Python, управляющие обработкой и отображением данных, что позволяет еще более автоматизировать решение типовых задач.

1) Фотографии загружены. В свойствах проекта видно, что проект состоит из блоков (chunks) – обрабатываемых независимо частей проекта со своими фотографиями, моделью, СК, параметрами калибровки оптики и т.п. В данном проекте - один блок, состоящий из 415 фотографий. Метки NA (not aligned) рядом с фотографиями показывают, что положение этих снимков в пространстве модели еще не известно.

2) Выбор системы координат

4) Метки в форме синих шариков отображают взаимное расположение точек съемки (КЦФ), после уравнивания они будут заменены метками другого вида, соответствующим положению плоскостей кадров

5) После выполнения первого этапа обработки – первичного уравнивания и построения точечной модели, формируется облако точек, описывающее модель, и набор параметров взаимного ориентирования фотоснимков. Положение выбранного снимка отображается в области просмотра модели. Снимки, которые не удалось уравнять, по-прежнему отображаются сферами/шариками, и в списке фотографий отмечены меткой NA (not aligned). В данном проекте таких нет

6) Установка маркеров (меток опорных точек). Если известно положение маркеров на снимках (в системе координат снимка), можно просто импортировать эти данные в PhotoScan. Если маркеры еще не дешифрированы, придется задавать их расположение прямо в программе. Для каждого маркера достаточно отметить их положение на одном-двух снимках, и PhotoScan автоматически определяет их положение на других снимках, выделяя снимки, на которых присутствует выбранный маркер, специальными метками. На каждом снимке можно подтвердить итли уточнить автоматически выбранное положение маркера

7) Маркеры расставлены. Можно выполнять построение модели местности

8) Модель готова. Ее можно экспортировать как матрицу высот (цифровую модель местности) и сформировать на основе этой модели ортофотоплан местности.

9) В завершение можно построить текстуру модели и рассматривать ее прямо в программе.

10) Внутреннее представление модели поверхности Землки в PhotoScan - сеть триангуляции Делоне, TIN модель

11) Ортофотоплан всего участка съемки.

12) Цифровая модель местности всего участка съемки

Получение карт на основе ортофотопланов в ГИС Панорама

Комплекс автоматизированного дешифрирования и векторизации по данным ДЗЗ, разработанный на базе ГИС "Панорама" , предназначен для автоматической векторизации линейных и площадных объектов по цветным растровым изображениям земной поверхности.

Процесс автоматической векторизации состоит из следующих основных этапов:

• предварительная обработка растра;
• классификация;
• обработка растра классификации;
• преобразование растра в вектор;
• векторная обработка.

Предварительная обработка является необязательным этапом, включает масштабирование и фильтрацию растра. Масштабирование позволяет значительно ускорить обработку при избыточном разрешении снимка. Фильтрация уменьшает шумы изображения, что положительно влияет на результаты распознавания.

Классификация – процесс определения принадлежности отдельных пикселей исходного растра тому или иному распознаваемому объекту. Классификация состоит из трех основных этапов. На первом этапе пользователь определяет обучающие выборки – указывает области на снимке, однозначно принадлежащие распознаваемым объектам. Затем происходит обучение классификатора – процесс выявления и запоминания статистических дешифровочных характеристик, присущих распознаваемым объектам. Эти данные используются собственно в классификации - определения принадлежности отдельных пикселей исходного растра распознаваемому объекту.

Вычисление статистических дешифровочных характеристик при обучении и классификации выполняется для скользящего окна. При обучении окно перемещается в пределах обучающих выборок, при классификации на всем остальном снимке. В качестве статистических дешифровочных характеристик используется спектральные (средний цвет) и текстурные характеристики (контраст, энергия, корреляция).

К загруженному ортофотоплану в формате GeoTiff применяется технология классификации и распознования

Результатом классификации является растр классификации – растр принадлежности пикселей исходного растра тому или иному распознаваемому объекту. Растр классификации содержит много шумов – неправильно классифицированных пикселей. Их можно отфильтровать исходя из предположения, что плотность расположения неправильно классифицированных пикселей меньше правильно классифицированных.

На следующем этапе производиться фильтрация лишней информации, ее сглаживание и перевод с в линейный и площадной вид

Для этого используются морфологические операции - изменение бинарного состояния пикселя на основе анализа состояния его соседей. К таким операциям относятся:

• эрозия – замена на ноль единичных пикселей, если рядом есть хоть один нулевой пиксель;
• наращивание – замена на единицу нулевого пикселя, если рядом есть хоть один единичный пиксель;
• удаление небольших областей – замена восьмисвязных локальных групп единичных пикселей на нули, если количество пикселей меньше допуска;
• заливка небольших дырок – замена восьмисвязных локальных групп нулевых пикселей на единицы, если количество пикселей меньше допуска;

После обработки растр классификации преобразуется в набор векторных объектов – линий или площадей. В процессе преобразования в линии создаются непересекающиеся линейные объекты. При преобразовании в площади создаются площадные объекты, имеющие общие части контура. На окончательном этапе распознанные объекты объединяются или удаляются на основе анализа их взаимного расположения. Объединенная сеть объектов совместно сглаживается и фильтруется перед сохранением в создаваемую карту.

Результат автоматизированного дешифрирования и векторизации ортофотопланов можно посмотреть и отредактировать в ГИС "Панорама"

При обновлении цифровых карт имеющиеся контура объектов используются для автоматического обучения программы дешифрирования и векторизации. При необходимости оператор может выбрать отдельные участки, которые попадают на наиболее характерные изображения дешифрируемых объектов.

Программа сопоставляет контура объектов и соответствующие им области снимков, запоминает свойства изображения и выполняет уточнение контуров объектов по реальным границам областей с подобными свойствами изображения. При этом создаются и новые объекты в тех местах снимка, где будут найдены близкие по изобразительным свойствам области.

Литература
1. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов ГКИНП (ГНТА)-02-036-02. Москва, ЦНИИГАиК, 2002