Беспилотные системы LiDAR: использование беспилотных летательных аппаратов, оснащенных LiDAR
Дроны, оснащенные камерами, дают компаниям дополнительную пару глаз в небе, позволяя по-новому взглянуть на операции, происходящие на земле. В самых разных отраслях, таких как строительство, аварийно-спасательные службы, сельское хозяйство и коммунальное хозяйство, беспилотники приносят большую пользу.
Технология датчиков на беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) постоянно развивается, что означает, что эти аппараты не просто делают стандартные снимки и видео. Одно из последних достижений в оснащении БПЛА – использование все более совершенных систем обнаружения света и дальности (LiDAR).
Развертывая беспилотник, оснащенный датчиком LiDAR, компании могут делать более точные снимки с воздуха, создавая 3D-модели с сантиметровой точностью и обнаруживая объекты, которые были бы невидимы для менее сложных методов.
LiDAR не является нишевой технологией, а охватывает все отрасли, нуждающиеся в услугах по картографированию и сбору геопространственных данных. Отслеживая последние варианты использования беспилотников с датчиками LiDAR, вы сможете определить, вписываются ли эти полезные БПЛА в планы вашего бизнеса.
Что такое LiDAR?
LiDAR – это одна из разновидностей технологии дистанционного зондирования. Вместо обычных фотокамер датчики LiDAR посылают быстрые лазерные импульсы и фиксируют ответную реакцию, используя эти точки данных для составления карты местности с высокой точностью и аккуратностью.
Система LiDAR создает облако точек с помощью данных, полученных от объектов на земле. Эти точки являются исходным материалом для создания 3D-моделей. Хотя для сборки этих моделей требуется специализированное программное обеспечение и специалисты, знающие, как им пользоваться, процесс этот относительно быстрый и позволяет создавать высококачественные карты с небольшими размерами файлов.
Однако следует отметить, что эти 3D-изображения не обладают фотографической детализацией. Например, лазерные импульсы сами по себе не передают цвета предметов на земле. Эти данные должны быть получены из другого источника, например, с помощью дополнительного датчика.
В последние годы технология LiDAR претерпела некоторые изменения, а именно: сенсорные модули стали доступнее и значительно легче. Это позволило быстро эволюционировать беспилотным системам LiDAR: появляются новые модели, позволяющие компаниям применять технологию в большем количестве случаев.
Системы LiDAR разрабатываются не одной компанией, а сразу несколькими, включая Livox и Velodyne. Системные интеграторы, такие как GreenValley, YellowScan, Emescent и LiDARUSA, отвечают за превращение технологических компонентов в коммерчески пригодные модули.
Имея перед собой такие возможности, некоторые организации могут рассмотреть возможность использования LiDAR для выполнения функций, которые ранее выполнялись другими методами съемки, например фотограмметрией. В других случаях предприятия, ранее использовавшие наземную LiDAR-съемку, могут переместиться в небо с помощью беспилотников.
Везде, где требуется геодезическая съемка и моделирование с сантиметровой точностью, LiDAR может стать новой технологией выбора. В ближайшие несколько лет, благодаря большей доступности систем, они могут распространиться на новые отрасли и сферы применения.
LiDAR против фотограмметрии: В чем разница?
Организации, которые уже используют аэрофотограмметрию в качестве основного метода съемки и картографирования, могут задаться вопросом, насколько выгоден для них переход на LiDAR. Прежде всего, необходимо дать определение фотограмметрии и объяснить ее возможные применения и ограничения.
Фотограмметрия – это процесс использования многочисленных фотографий для определения расстояния. Фотограмметрические дроны пролетают над ландшафтом или строением и делают снимки, которые с помощью программного обеспечения собираются в 2D- или 3D-модели. Эти модели используются в строительстве, сельском хозяйстве, горнодобывающей промышленности и в любой другой отрасли, где требуется частое картографирование.
По сравнению с LiDAR, фотограмметрические системы могут с трудом улавливать очень мелкие и тонко детализированные объекты – например, если импульсы LiDAR могут улавливать линии электропередач, то на снимках, сделанных фотограмметрическими модулями, провода могут быть не видны. LiDAR также способен проникать сквозь растительность и фиксировать форму рельефа, и он может работать даже в темноте.
Основной причиной выбора фотограмметрии является ее относительная доступность. Благодаря более легким и недорогим модулям, ее выбирают компании, которым не нужен дополнительный уровень точности, обеспечиваемый данными LiDAR. Кроме того, программное обеспечение для создания облаков точек из необработанных фотограмметрических данных более распространено и часто используется, чем альтернатива LiDAR.
По мере снижения стоимости и веса LiDAR математика для некоторых из этих предприятий может измениться, что будет способствовать более широкому использованию LiDAR. Кроме того, возможно использование беспилотного LiDAR наряду с другими методами картографирования для создания более детальных моделей в целом. Это важно в тех случаях, когда готовый продукт должен быть фотореалистичным, поскольку, как уже отмечалось, импульсы LiDAR не передают цвета объектов.
Зачем использовать беспилотник LiDAR?
Полет дрона LiDAR – это способ быстро и безопасно собрать информацию о любом наземном объекте или объекте. Это включает в себя целый ряд применений – от проведения инспекций безопасности до контроля за ходом горных или сельскохозяйственных работ или даже оценки размера запасов ресурсов с воздуха.
Создание точных 3D-моделей ландшафтов и сооружений не составляет труда для компаний, использующих парк беспилотных летательных аппаратов LiDAR. Они также могут получать обновления с течением времени, например, для отслеживания хода строительства здания и измерения его размеров относительно планов и схем.
LiDAR позволяет реализовать сценарии, которые раньше требовали слишком высокой точности для фотограмметрических систем. Например, операторы теперь могут составлять карты линий электропередач и восстанавливать места аварий с помощью высокодетализированных 3D-облаков точек, создаваемых модулями LiDAR.
Есть также ситуации, в которых компании не будут отказываться от фотограмметрии в пользу LiDAR. Скорее, они будут использовать оба типа решений, чтобы всегда иметь в своем распоряжении нужный тип датчика для конкретной работы. Это становится все проще, поскольку организации инвестируют в универсальные шасси для дронов, способные поддерживать несколько модулей датчиков.
Беспилотники LiDAR в сравнении с наземными LiDAR
Еще один вопрос, который должны задать себе руководители компаний, принимая решение об использовании беспилотных систем LiDAR, – не лучше ли будет использовать наземные модули LiDAR. Наземные модули от таких поставщиков, как Faro и Trimble, отличаются высокой точностью и обеспечивают сканирование на миллиметровом уровне.
Недостатком использования LiDAR на земле является недостаточная эффективность. Полет беспилотника над участком позволяет геодезистам выполнить больший объем работ за меньшее время, а также добраться до труднодоступных мест, по сравнению с иногда утомительным процессом работы с наземными лазерными сканерами.
Если организация может допустить погрешность +/- 5 см при создании 3D-моделей из облаков точек, воздушные датчики, установленные на дроне LiDAR, обеспечивают гораздо более эффективный подход к картографированию и съемке.
Пример из практики: Инспекция градирни
Перед сносом градирни реактора во Франции компании, занимающейся сносом, необходимо было создать точные 3D-модели, чтобы процесс был выполнен точно и аккуратно. Традиционные методы обследования были бы небезопасны из-за наличия асбеста в краске на градирнях. Кроме того, сроки выполнения работ были сжатыми, поэтому обследование пришлось бы проводить по вечерам.
Столкнувшись с этими сложными условиями, команда использовала фотограмметрию и дроны LiDAR для создания 3D-моделей башен. В то время как большая часть дневных работ выполнялась с помощью фотограмметрии, LiDAR был привлечен для работы вечером и в сумерках. В результате были получены облака 3D-точек, которые быстро превратились в детальные 3D-модели.
Читайте полный текст исследования, чтобы узнать больше о том, как БПЛА LiDAR работает на стройплощадке.
Беспилотники LiDAR в действии: Лучшие варианты использования
Использование БПЛА LiDAR – это отличный способ для компаний всех отраслей повысить эффективность картографирования и съемки. Впечатляет, как много уникальных сценариев применения поддерживает технология LiDAR. Некоторые из них могут также включать фотограмметрию, в то время как другие являются совершенно новыми и обусловлены появлением доступных беспилотников LiDAR.
Землеустроительные работы на небольших участках
Когда возникает необходимость провести точную аэрофотосъемку участка земли, идеальным инструментом может стать беспилотник LiDAR. В то время как большой участок земли может больше подходить для облета с помощью самолета или пилотируемого вертолета, беспилотная технология идеально подходит для небольших участков.
Легко создавайте точные карты местности, чтобы принимать взвешенные решения по ландшафтному дизайну. Изображение LiDARUSA
Использование дрона в качестве геодезического инструмента более доступно по цене, чем ввод в эксплуатацию, укомплектование штата и заправка топливом стандартного самолета. Кроме того, беспилотники используют небольшие БПЛА, которые не требуют от пилотов пролета над участком, что делает их более безопасным вариантом. Несколько операторов, размещенных на земле, могут быстро и методично составить карту местности и двигаться дальше.
Топографическая и батиметрическая съемка
Помимо небольших съемок, дроны LiDAR могут использовать датчики для съемки больших топографических участков, выполняя работу, которая традиционно проводилась с самолетов или вертолетов. В случае наземной съемки беспилотник использует лазер ближнего инфракрасного диапазона.
Пролетая над водой и используя проникающий в воду зеленый свет, дроны LiDAR могут также собирать данные о глубине морского дна или русла реки в конкретном районе. При создании карт, включающих батиметрические данные, дроны LiDAR могут охватывать как сушу, так и море.
Цифровое моделирование местности перед началом работ
Когда компании готовятся к масштабным земляным работам, важно иметь карту участка в 3D. Именно здесь точная цифровая модель рельефа (ЦМР), созданная на основе облака точек LiDAR 3D, может сыграть решающую роль.
Истинно цветное облако точек, снятое камерой Zenmuse L1
Перемещение грунта обычно оплачивается за ярд вынутого грунта, а это значит, что для планирования бюджета компаниям необходимо точно знать, с чем они имеют дело на конкретной территории, используя 3D-снимки. LiDAR может проникать сквозь растительность и другие особенности, чтобы получить точные данные о топографии конкретного участка.
Картографирование и реконструкция мест происшествий
Дроны всех видов становятся все более популярными в сфере общественной безопасности – например, тепловизионные дроны могут искать пропавших людей даже ночью. В случае с дронами LiDAR эта технология идеально подходит для комплексной реконструкции мест происшествий. Экипажи могут выполнять эту работу в любое время суток, поскольку для работы LiDAR не требуется свет.
Реконструкция столкновений в условиях недостаточной освещенности с помощью LiDAR
После получения высокоточной 3D-модели экипажи могут освободить место аварии. Такая оперативность особенно важна, когда место аварии мешает движению. Данные, полученные с помощью беспилотника LiDAR, могут служить доказательством при рассмотрении любых судебных дел, связанных с аварией. Обратите внимание, что фотограмметрия также является отличным вариантом для реконструкции места аварии и составления карт чрезвычайных ситуаций, о чем вы можете узнать из нашего руководства по составлению карт чрезвычайных ситуаций.
Лесное хозяйство
Измерение запасов леса, используемого для производства сиропа, пасты или пиломатериалов, может быть сложным и длительным из-за больших площадей. Компаниям, не использующим дроны LiDAR, приходится полагаться на оценки, основанные на догадках рабочих.
LiDAR позволяет измерять высоту пологов и плотность деревьев
Беспилотник LiDAR может не только давать точные показания таких параметров, как высота полога и плотность деревьев, но и с помощью достаточно точных датчиков получать данные об отдельных деревьях. Беспилотники LiDAR могут работать даже при слабом освещении, когда видимость ограничена.
Точное сельское хозяйство
В последние годы все более популярными становятся методы ведения сельского хозяйства, основанные на точных данных. Дроны-фотографы помогают во всем – от планирования урожая до отслеживания стада. Дроны LiDAR могут добавить новый уровень точности к прогнозам, позволяя фермерам реагировать на условия на своих полях.
Одним из основных направлений использования дронов LiDAR в сельском хозяйстве является предоставление 3D-данных о рельефе местности, что позволяет операторам строить дамбы на рисовых полях. Еще одно применение – измерение прогресса посевов, что позволяет фермерам более целенаправленно использовать удобрения.
Проверка линий электропередач
Если до появления доступных по цене беспилотных систем LiDAR операторы коммунальных служб испытывали трудности с измерением небольших объектов инфраструктуры (в том числе линий электропередач), то теперь они могут проводить воздушные инспекции. Сканирование линий электропередач с воздуха позволяет геодезистам измерять факторы риска, например, заросли растительности.
При снятии показаний о текущем состоянии инфраструктуры электросетей или планировании строительства новых линий электропередач коммунальщики могут полагаться на 3D-модели, полученные с помощью беспилотников LiDAR. Благодаря тому, что аппараты летают, они могут легче и безопаснее преодолевать пересеченную местность.
Горнодобывающая промышленность
Горнодобывающие компании могут измерять пространство для добычи руды в шахтах. Вычисляя данные о поверхности и сравнивая текущие и прошлые показатели, шахтеры могут определить ход работ. Дроны – более экономичный вариант по сравнению с самолетом, а также более безопасный и эффективный, чем наземное сканирование.
Отправка беспилотников в шахты – еще один ценный способ сбора данных с учетом требований безопасности. SLAM LiDAR может служить инструментом обнаружения столкновений и одновременно позволяет дрону составлять карту внутри мины. После запланированного взрыва беспилотник может сначала войти в шахту, чтобы убедиться, что конструкция достаточно надежна для входа людей.
Matrice 300 RTK с картой Emesent Hovermap
Археология
Беспилотники LiDAR отлично справляются с нанесением на карту точных контуров строений – и эти строения не обязательно должны быть новыми. Используя БПЛА на археологическом объекте, исследователи могут получить четкое представление о размерах и относительном расположении всех соответствующих элементов рельефа, а также любых остатков, созданных человеком.
Картографирование археологических объектов с помощью БПЛА LiDAR является быстрым и эффективным по сравнению с наземными методами сканирования и картографирования. Поскольку беспилотники могут покрывать большие площади, археологи могут заново открыть целые “потерянные” участки за короткое время, даже если эти участки включают в себя целые древние города.
Измерение объема запасов
Строительные компании выходят за рамки геодезических работ и используют системы для других функций, например, для измерения объема запасов. Многократное сканирование запасов материалов позволяет предприятию определить скорость их использования, что дает возможность руководителям в нужный момент пополнить запасы.
Понимание каждого аспекта рабочей площадки позволяет повысить эффективность операций в целом. Наблюдать за тем, как со временем меняется объем склада, можно с помощью точных датчиков, таких как LiDAR, а установка их на беспилотники – эффективный способ воплотить эти решения в жизнь.
Лучшие варианты дронов LiDAR
Поскольку дроны LiDAR становятся все более доступными, покупатели техники могут начать сравнивать варианты оборудования, чтобы найти идеальный БПЛА и набор датчиков для своих целей. Zenmuse L1, модель с датчиком LiDAR, предлагаемая DJI, является ценным вариантом для предприятий благодаря широкому набору функций, включая:
- Встроенный инерциальный измерительный блок, способный обеспечить точность съемки в 5 см и абсолютную точность в 10 см с высоты 50 метров.
- 3-осевой стабилизированный кардан, который обеспечивает полностью автоматическое управление креплением благодаря интеграции с системой управления полетом DJI.
- 1-дюймовый 20-Мп CMOS-сенсор, который записывает фото- и видеоданные. Это позволяет пользователям накладывать цветные данные на облака точек LiDAR, а также использовать другие функции.
- Поддержка трех возвратов для каждого лазерного выстрела, что обеспечивает большую точность при проникновении в густую листву и измерении рельефа местности под ней.
- Режим неповторяющегося сканирования, обеспечивающий более высокую степень разрешения данных по сравнению с обычной линией сканирования, когда дрон снимает одну область в течение длительного времени.
- Сертификация IP54, подтверждающая, что L1 может работать в неблагоприятных погодных условиях, таких как туман, дым и снег.
Zenmuse L1 на 3-осевом стабилизированном кардане
L1 разработан для использования с универсальной и мощной системой Matrice 300 RTK, которая оснащена несколькими имбалами, что позволяет операторам использовать несколько датчиков одновременно. Данные облака точек, полученные с дрона, могут быть затем собраны в 3D-модели с помощью программного обеспечения DJI Terra. С помощью этого БПЛА LiDAR компании, работающие в сфере строительства, общественной безопасности, сельского хозяйства, горнодобывающей промышленности и т. д., смогут изменить свои ежедневные рабочие процессы.
Владельцы L1 могут оптимизировать свою работу с L1, обратившись к Руководству по эксплуатации L1 V1.1. В нем подробно описано все, что нужно знать о L1, – от технических характеристик и настроек, параметров, которые следует использовать для тех или иных сценариев, до калибровки полезной нагрузки, планирования миссий и обработки данных с помощью DJI Terra.
Чтобы помочь вам решить, подходит ли беспилотник LiDAR для условий вашей компании, свяжитесь с представителем DJI или прочитайте больше о том, как беспилотники изменили жизнь наших клиентов к лучшему.
