С недавним выпуском DJI Matrice 4 Enterprise (M4E) компания DJI Enterprise представила преемника Mavic 3 Enterprise, установив новый стандарт для точной воздушной картографии. Этот компактный, но универсальный дрон обеспечивает высокую точность данных, что делает его идеальным решением для сложных геодезических задач.
Ричард Буткус III, ведущий специалист по картографии с помощью БПЛА и основатель компании SURVAIR, обладает обширным опытом в области аэрофотосъемки, сбора геопространственных данных и картографических решений на базе БПЛА. Имея опыт точной геодезической съемки и страсть к развитию беспилотных технологий, Ричард находится на переднем крае оценки передовых систем БПЛА, чтобы убедиться в их соответствии отраслевым стандартам точности и эффективности.
Получив первый практический доступ к DJI Matrice 4 Enterprise (M4E), Ричард провел тщательную оценку его точности и эффективности, сравнив его со стандартным для отрасли DJI Matrice 350 RTK в паре с камерой Zenmuse P1. Его оценка была сосредоточена на ключевых факторах производительности, включая время сбора данных, объем данных и результаты точности, как в сценариях NADIR, так и при косой съемке. Эти показатели важны для оценки производительности БПЛА в таких приложениях, как ортомозаичное картографирование, геодезическая съемка и захват 3D-реальности, гарантируя, что профессионалы могут положиться на систему для высокоточного сбора геопространственных данных.
Поскольку Zenmuse P1 по умолчанию оснащен 35-мм объективом, а Matrice 4 Enterprise (M4E) – 24-мм объективом, это различие может повлиять на сравнение эффективности. Чтобы обеспечить справедливую и точную оценку, обе системы были настроены на захват наборов данных на одинаковом расстоянии до образца земли (GSD) как для косых, так и для NADIR полетов. Кроме того, для отслеживания рельефа местности использовалась одна и та же цифровая модель рельефа (ЦМР), что обеспечило согласованность высоты полета и сбора данных на обеих платформах.
| Полеты в рамках миссии | Расстояние отбора проб грунта (GSD) |
| Matrice 4 Enterprise – NADIR (ортомозаика) | 1,563 см/пиксель |
| Matrice 350 RTK + Zenmuse P1 – NADIR (Orthomosaic) | 1.405 см/пиксель |
| Matrice 4 Enterprise – Smart Oblique (Oblique) | 1.632 см/пиксель |
| Matrice 350 RTK + Zenmuse P1 – Smart Oblique (Oblique) | 1.511 см/пиксель |
Один из ключевых выводов из этих тестовых полетов – важность выбора наземных контрольных точек (GCP) соответствующего размера. При GSD около 1,5 см/пиксель, 4-дюймовые (10 см) GCP отображаются на захваченных изображениях примерно 7×7 пикселей или меньше, что затрудняет их точную идентификацию и маркировку. Для повышения точности рекомендуется использовать более крупные цели, такие как стандартные ПГП размером 2′ × 2′ с высококонтрастным цветовым рисунком, что улучшает видимость. Кроме того, уменьшение GSD (увеличение разрешения) может улучшить четкость цели и повысить точность набора данных.
Компания SURVAIR выбрала ПГП меньшего размера, поскольку ее система P1 обычно работает при гораздо более тонком GSD, что позволяет получать высокодетализированные модели. Для этих тестов мы выбрали GSD 1,5 см/пиксель, поскольку он обеспечивает баланс между точностью и операционной эффективностью, что соответствует предпочтениям большинства пользователей.
Однако при сравнении идентификации GCP после процесса аэротриангуляции система P1 продемонстрировала явное преимущество. Ее более крупный размер пикселя 4,4 микрометра обеспечивает заметно лучший динамический диапазон по сравнению с 3,3-микрометровыми пикселями M4E, повышая контрастность и детализацию. Это облегчает идентификацию целей, даже если оба набора данных имеют одинаковые GSD и разрешение. Напротив, более мелкие пиксели M4E с трудом позволяют выделить наземные цели из окружающей среды, что подчеркивает преимущества большего размера пикселя для фотограмметрических приложений.
GCP 303, снятый камерой Matrice 4 Enterprise GCP 303, снятый камерой Zenmuse P1
При оценке эффективности полета учитываются два ключевых критерия:
Более эффективная система обеспечивает баланс между минимизацией продолжительности полета и достаточным количеством данных для высококачественного картографирования и моделирования. В этом сравнении мы анализируем производительность Matrice 350 RTK с Zenmuse P1, Matrice 4 Enterprise (M4E) и Mavic 3 Enterprise (M3E), чтобы определить, какая система обеспечивает наилучший баланс эффективности полета и сбора данных для типичной миссии по картографированию 40 акров с GSD 1,5 см.
Планы полетных заданий
Ниже приведены подробные планы полетов NADIR и Smart Oblique для Mavic 3 Enterprise (M3E), Matrice 4 Enterprise (M4E) и Matrice 350 RTK с Zenmuse P1. Каждый раздел включает в себя параметры миссии, а также соответствующие скриншоты плана полета для лучшей визуализации.
Планы полетов NADIR
При выполнении картографических миссий NADIR все три системы дронов следуют одним и тем же параметрам полета:
Параметры миссии
Скриншоты плана полета:
Mavic 3 Enterprise NADIR Flight Plan
Matrice 4 Enterprise NADIR Flight Plan
Matrice 350 RTK + Zenmuse P1 NADIR Flight Plan
| Система | Продолжительность полета NADIR | Фотографии NADIR |
| Matrice 350 RTK + Zenmuse P1 (35 мм) | 7 минут 14 секунд | 379 |
| Matrice 4 Enterprise (24 мм) | 7 минут 58 секунд | 856 |
| Mavic 3 Enterprise (24 мм) | 9 минут 37 секунд | 739 |
DJI Smart Oblique – это автоматизированная функция фотограмметрии, которая оптимизирует захват косых изображений, регулируя углы камеры в полете, уменьшая избыточные изображения и повышая точность 3D-модели, экономя при этом время и память. Первоначально эта функция была представлена в модели Zenmuse P1, а теперь Smart Oblique доступна в модели Matrice 4 Enterprise. В связи с этим возникает интересный вопрос: Сможет ли M4E достичь того же уровня эффективности, что и система P1?
Для миссий Smart Oblique во всех трех системах дронов применяются следующие настройки:
Параметры миссии
Скриншоты плана полета:
Mavic 3 Enterprise Smart Oblique Flight Plan
Matrice 4 Enterprise Smart Oblique Flight Plan
Matrice 350 RTK + Zenmuse P1 Smart Oblique Flight Plan
| Система | Smart Oblique Продолжительность полета | Фотографии Smart Oblique |
| Matrice 350 RTK + Zenmuse P1 (35 мм) | 28 минут 17 секунд | 1,460 |
| Matrice 4 Enterprise (24 мм) | 33 минуты 24 секунды | 3,011 |
| Mavic 3 Enterprise (24 мм) | 24 минуты 11 секунд + 18 минут 10 секунд = 42 минуты 21 секунда | 1,840 + 1,234 = 3,074 |
Разница между традиционной косой миссией с 5 направлениями и миссией Smart Oblique существенна:
| Система | 5-направленный косой полет Продолжительность полета | Smart Oblique Продолжительность полета | Повышение эффективности |
| Matrice 350 RTK + Zenmuse P1 (35 мм) | 6 минут 49 секунд + 5 минут 16 секунд + 6 минут 16 секунд + 5 минут 13 секунд + 6 минут 17 секунд = 29 минут 51 секунда | 28 минут 17 секунд | 5.25% |
| Matrice 4 Enterprise (24 мм) | 9 минут 20 секунд + 6 минут 57 секунд + 7 минут 36 секунд + 6 минут 55 секунд + 7 минут 46 секунд = 38 минут 34 секунды | 33 минуты 24 секунды | 13.40% |
| Mavic 3 Enterprise (24 мм) | 9 минут 17 секунд + 8 минут 6 секунд + 8 минут 46 секунд + 8 минут 6 секунд + 9 минут 1 секунда = 43 минуты 16 секунд | 24 минуты 11 секунд + 18 минут 10 секунд = 42 минуты 21 секунда | 2.12% |
| Система | 5 Направленные косые Фотографии | Умные косые снимки Фотографии | Увеличение количества данных в процентах |
| Matrice 350 RTK + Zenmuse P1 (35 мм) | 358 + 186 + 221 + 183 + 226 = 1174 | 1460 | 24.36% |
| Matrice 4 Enterprise (24 мм) | 719 + 362 + 398 + 359 + 407 = 2245 | 3011 | 34.12% |
| Mavic 3 Enterprise (24 мм) | 718 + 337 + 366 + 336 + 379 = 2136 | 3074 | 43.91% |
Система Zenmuse P1 демонстрирует явное преимущество в эффективности благодаря своему сенсору высокого разрешения, который требует меньшего количества фотографий при значительном сокращении общей продолжительности полета. По сравнению с M4E и M3E, система P1 минимизирует время пребывания на объекте, сохраняя при этом высокое качество сбора данных.
При оценке продолжительности полета M4E практически совпадает с P1, демонстрируя значительные улучшения по сравнению с Mavic 3 Enterprise (M3E). В частности, при выполнении миссии на площади 40 акров, 1,5 см GSD, M4E сокращает время работы на 17-21 % по сравнению с M3E. Это улучшение в значительной степени обусловлено повышением эффективности авиации, что делает M4E заметным достижением по сравнению с предшественником.
Кроме того, включение функции Smart Oblique повышает эффективность, позволяя сэкономить до 13 % оперативного времени на всех платформах дронов. Однако эта функция увеличивает количество фотографий, необходимых для обработки, что создает компромисс между сокращением времени работы на месте и увеличением времени обработки. При выполнении обычных 5-направленных миссий Smart Oblique самолету приходится перелетать на следующий маршрут после завершения одной, что увеличивает время перехода и влияет на общую расчетную продолжительность полета. Операторы, предпочитающие перекладывать нагрузку на постобработку, а не на сбор данных на месте, могут счесть включение функции Smart Oblique полезным. Хотя эта функция увеличивает объем захвата изображений, ее влияние менее значительно для небольших проектов, поскольку площадь, требующая многократного захвата изображений, меньше по сравнению с крупными объектами.
Важным моментом является влияние продолжительности полета вблизи предельного заряда батареи БПЛА, например, при сравнении 37-минутного полета с 42-минутным. Хотя разница в 5 минут может показаться незначительной, она может оказать существенное влияние из-за ограничений по времени полета БПЛА. Например, M3E может не справиться с 42-минутной миссией Smart Oblique (24 минуты 11 секунд + 18 минут 10 секунд) на одном аккумуляторе, в то время как M4E может уверенно завершить миссию Smart Oblique за 33 минуты 24 секунды без замены аккумулятора. Дополнительное время, необходимое для посадки, замены батареи и восстановления RTK-связи, может значительно увеличить общую продолжительность работы и повысить риск ошибки пользователя.
Это не означает, что эти компактные дроны не способны работать с несколькими батареями. Однако большая продолжительность полета в сочетании с более эффективной авиационной системой и датчиком высокого разрешения больше подходит для крупномасштабных проектов. Если место проведения работ часто превышает размеры нашего тестового сценария, инвестиции в более совершенную систему, такую как Zenmuse P1, могут значительно сократить время сбора данных и повысить общую эффективность.
Ричард протестировал M4E на участке площадью 40 акров, состоящем из полностью застроенной территории с различными строениями, асфальтированной поверхности и слегка заросших лесом участков. Восточная граница была отмечена общественной дорогой, а северная и западная – густым лесом. Южную границу определяла просека линии электропередач.
Для съемки и регистрации координат наземных контрольных точек (НКТ) и контрольных пунктов (КП) использовался прибор Spectra SP60. Координаты были зафиксированы в системе координат государственной плоскости Нью-Джерси NAD83 с высотами NAVD88 в футах США.
Всего было обследовано 13 известных точек, из которых 8 были определены как GCP, а 5 использовались в качестве контрольных точек.
Spectra SP60 в работе, собирает координаты контрольных точек
Фотография образца контрольной цели. Диаметр мишеней составляет 4″ (10 см).
Все наземные контрольные точки (НКТ) и контрольные точки (КТ) были затем импортированы в программу DJI Terra для оценки точности. Отчет о точности был создан после процесса аэротриангуляции в программе DJI Terra.
Наземные контрольные точки (всего 8)
Контрольные точки (всего 5)
Ричард использовал две системы БПЛА для этого теста: M4E с многоцелевой станцией D-RTK 3 для RTK привязки; M350 RTK с Zenmuse P1 с мобильной станцией D-RTK 2 для RTK привязки. Обе системы выполнили два тестовых сценария в одном и том же месте в один и тот же день. При этом обе системы D-RTK были установлены на разные известные координаты, записанные одним и тем же GNSS-приемником Spectra SP60.
Пилот: Рич Буткус III
Дата и время сбора данных: 31 декабря 2024 года, с 12:00 до 16:00 EST
Условия окружающей среды:
После включения всех 13 известных точек в четыре набора данных и завершения процесса аэротриангуляции в DJI Terra мы повторно обработали каждый полет без применения GCP, чтобы сравнить точность в разных условиях.
Всего Ричард выполнил четыре полета: два для создания ортомозаики и два для интеллектуального косого захвата. При первоначальной обработке 8 точек GCP использовались для ограничения всех четырех полетов, а остальные 5 известных точек служили контрольными точками для проверки точности результатов.
После того как все четыре полета были обработаны с помощью ПГП, мы повторно обработали их – на этот раз без применения ПГП. Вместо этого ранее использовавшиеся 8 ПГП были назначены в качестве контрольных точек, что увеличило общее количество контрольных точек до 13. Это позволило оценить точность обработки только RTK (без GCP) и обработки с ограничением GCP.
После обработки мы извлекли значения RMSE и медианной ошибки из контрольных точек и составили график сравнительного анализа для оценки точности систем M4E и P1.
Обработанная модель аэротриангуляции DJI Terra
Применение GCP и CPs в DJI Terra
Отчет о качестве реконструкции в DJI Terra
Результат тестирования точности
По результатам тестирования точности можно сделать несколько ключевых замечаний:
1. Минимальное улучшение при использовании GCP (указывает на более высокую внутреннюю точность)
Система M4E демонстрирует минимальные различия между обработкой только RTK и обработкой с ограничением GCP, что говорит о том, что ее встроенное решение RTK и система камер уже обеспечивают высокоточные результаты по сравнению с P1. Например, в полетах Smart Oblique ошибка 3D RMSE системы M4E улучшается лишь незначительно – с 0,035 м до 0,032 м, в то время как P1 демонстрирует более значительное снижение – с 0,044 м до 0,035 м. Меньшее улучшение M4E указывает на то, что он достигает высокого уровня точности, не требуя внешних ограничений GCP, в то время как P1 больше выигрывает от коррекции GCP.
2. Последовательно более низкие медианные ошибки (указывающие на большую стабильность)
Значения медианных ошибок, которые представляют собой центральную тенденцию ошибок, служат сильным показателем точности. Во всех сценариях испытаний M4E постоянно поддерживает более низкие или сопоставимые медианные ошибки по сравнению с P1. Это особенно заметно в полетах Smart Oblique, где медианная ошибка M4E по вертикали составляет 0,022 м с GCP по сравнению с 0,029 м у P1. Более низкая медианная ошибка говорит о том, что M4E дает более стабильные и последовательные результаты с меньшим количеством выбросов, что еще больше повышает его точность.
3. Точность только RTK по сравнению с точностью с ограничением GCP
В то время как P1 демонстрирует значительные улучшения при использовании GCP, что указывает на большую зависимость от внешних поправок, M4E сохраняет стабильную точность даже без GCP. В полетах по надиру без ПГП и M4E, и P1 имеют 3D RMSE 0,055 м, но после применения ПГП точность P1 значительно улучшается до 0,038 м, в то время как M4E демонстрирует лишь незначительное улучшение до 0,053 м. Это еще раз подтверждает, что решение M4E, основанное только на RTK, уже обладает высокой точностью, в то время как для достижения оптимальной точности P1 требуются GCP.
Хотя данный набор тестов ограничен и не обеспечивает всестороннего сравнения двух фотограмметрических решений, он позволяет получить первое представление о производительности M4E по сравнению с высококлассной системой P1.
В целом, система M4E демонстрирует более высокую точность, поскольку ее точность остается стабильной независимо от того, применяются ли ПГП. Напротив, хотя система P1 достигает более высокой абсолютной точности при использовании GCP, это говорит о большей зависимости от внешних поправок для оптимизации результатов.
Для приложений, где главными приоритетами являются точность и согласованность, а разница между обработкой только с использованием RTK и с ограничением GCP минимальна, M4E является лучшим выбором для достижения точности съемки с использованием только RTK. Его высокоточная система камер позволяет получать надежные результаты без GCP на небольших участках или с уменьшенным количеством GCP на крупных проектах, что в конечном итоге повышает эффективность работы. Однако если основное внимание уделяется абсолютной точности, крупномасштабной съемке и максимальной эффективности, система P1 предлагает более совершенную камеру и значительно выигрывает от интеграции GCP, позволяя достичь большей конечной точности после коррекции.
DJI Matrice 4 Enterprise представляет собой хорошо сбалансированное решение для аэросъемки, сочетающее в себе эффективность, точность и портативность. Встроенная система RTK и оптимизированная визуализация обеспечивают точность съемки, а расширенные режимы полета повышают скорость сбора данных. По сравнению с более крупными платформами БПЛА, M4E упрощает развертывание и эксплуатацию без ущерба для производительности.
Для съемочных групп портативность так же важна, как и производительность. Ричард подчеркивает преимущества M4E в полевых условиях, отмечая, что более крупные беспилотные системы, такие как Matrice 350, могут быть непрактичными из-за своих размеров и требований к хранению. В отличие от них, компактная и легкая конструкция M4E позволяет легко транспортировать его и быстро развертывать, что делает его идеальным инструментом как для рутинного картографирования, так и для высокоточных съемок.
Компания DJI объявляет об официальном выпуске FlightHub 2 On-Premises, обеспечивающего полный контроль над данными при…
Стремясь продвинуть вперед индустрию UAS и возобновляемые источники энергии, долгосрочный конечный пользователь DJI и транснациональный…
В мире геопространственных данных и 3D-моделирования точность - это все. Данные облака точек, полученные с…
DJI Dock 3 - ведущее решение для беспилотников в коробке - позволяет операторам доков автоматизировать…
Если вы еще не знакомы с FlightHub 2, то это комплексная облачная платформа DJI Enterprise…
Являясь одним из крупнейших в мире производителей ананасов, компания DOLE Philippines уже давно стала пионером…
This website uses cookies.