LiDAR-система, встановлена на дроні, здійснює революцію в картографії та індустрії геопросторових даних

Дрони забезпечують для компаній додаткові очі в небі, даючи змогу по-новому подивитись на операції. Безпілотники корисні в різних галузях, як-от будівництво, аварійні служби, сільське й комунальне господарство.

Технології сенсорів на БПЛА постійно вдосконалюються, ці апарати не просто роблять стандартні знімки та відео. Одна з останніх розробок у галузі оснащення БПЛА включає використання досконаліших систем виявлення світла та дальності (LiDAR).

Використовуючи безпілотники з LiDAR, компанії можуть знімати точніші дані з повітря, створюючи 3D-моделі з точністю до сантиметрів та виявляючи особливості, які були б невидимі для менш складних методів.

LiDAR не є нішевою технологічною сферою, а охоплює всі види промисловості, які потребують послуг із картографування та збору геопросторових даних. Відстежуючи останні варіанти використання безпілотників із LiDAR, можна просто визначити, чи ці корисні БПЛА вписуються в плани вашого бізнесу.

Sopreco - L1 Point Cloud Data

Що таке LiDAR?

LiDAR — це різновид технології дистанційного зондування. Замість того, щоб використовувати звичайні фотокамери, датчики LiDAR посилають швидкі лазерні імпульси і фіксують реакцію у відповідь, використовуючи ці точки даних для складання карти місцевості з великою точністю й акуратністю. Технологію можна порівняти з більш досконалим та швидким видом ехолокації, яку застосовують кажани чи дельфіни.

Система LiDAR створює хмару точок, використовуючи дані, отримані за допомогою відбивання від об'єктів. Ці точки є вихідним матеріалом для створення 3D-моделей. Хоча для збирання цих моделей потрібне спеціалізоване програмне забезпечення та фахівці, цей процес відносно швидкий і дає змогу створювати високоякісні карти з невеликими розмірами файлів.

Слід зазначити, що ці 3D-зображення не мають фотографічної деталізації. Наприклад, лазерні імпульси не можуть визначити колір предметів. Ці дані мають бути отримані з іншого джерела, наприклад, за допомогою додаткового датчика.

Останніми роками технологія LiDAR зазнала деяких змін, а саме: сенсорні модулі стали доступнішими та значно легшими. Це дало змогу безпілотним LiDAR-системам швидко еволюціонувати: з'явилися нові моделі. Компанії застосовують технологію все частіше.

Системи LiDAR розробляються кількома постачальниками, включаючи Livox та Velodyne. Системні інтегратори, як-от як GreenValley, YellowScan, Emescent та LiDARUSA, відповідають за перетворення технологічних компонентів на комерційно придатні модулі.

Маючи такі можливості, деякі організації використовують LiDAR для завдань, які раніше виконувалися іншими методами зйомки, як-от фотограмметрія. Підприємства, які раніше застосовували наземну LiDAR-зйомку, можуть піднятися в небо за допомогою безпілотників.

Скрізь, де потрібна геодезична зйомка та моделювання із точністю до сантиметрів, LiDAR може стати новим технологічним вибором. Протягом наступних кількох років завдяки більшій доступності систем їхнє впровадження може поширитися у нові галузі та сфери застосування.

Point Cloud - Powerline Inspection

LiDAR та фотограмметрія: у чому різниця?

Організації, які вже використовують аерофотограмметрію як метод зйомки та картографування, ставлять запитання, чи виграють вони від переходу на LiDAR? Насамперед, важливо дати визначення фотограмметрії та пояснити її потенційне застосування й обмеження.

Фотограмметрія — це використання численних фотографій. Фотограмметричні дрони пролітають над ландшафтом або будівлями і роблять знімки, які потім збираються в 2D або 3D-моделі за допомогою програмного забезпечення. Ці моделі використовуються в будівництві, сільському господарстві, гірничодобувній промисловості та в будь-якій галузі, де потрібне часте картографування.

Порівнюючиз LiDAR, фотограмметричні системи складно розрізняють дуже маленькі й тонко деталізовані об'єкти — наприклад, якщо LiDAR-імпульси можуть виявити лінії електропередачі, то на фотографіях, зроблених фотограмметричними модулями, дротів може бути не видно. LiDAR може проникати крізь рослинність і передавати форму рельєфу місцевості й працювати навіть у темряві.

Основною причиною вибору фотограмметрії є відносна доступність. Завдяки більш легким та недорогим модулям, вона є перевагою для компаній, яким не потрібен додатковий рівень точності, що забезпечується LiDAR. Крім того, програмне забезпечення для створення хмар точок із необроблених даних фотограмметрії є більш поширеним і часто використовується, ніж альтернатива для LiDAR.

У міру зниження вартості та маси LiDAR-систем математика може змінитися для деяких із цих підприємств, що сприятиме ширшому використанню LiDAR. Крім того, можливе використання безпілотного LiDAR поряд із іншими методами картографування для створення більш детальних моделей загалом. Це важливо в тих випадках, коли готовий продукт має бути фотореалістичним, оскільки, як зазначалося, імпульси LiDAR не передають кольору об'єктів.

Для чого використовувати безпілотник з LiDAR?

Політ дрона з LiDAR-підвісом — це спосіб швидко та безпечно зібрати інформацію про будь-який наземний об'єкт. Це включає цілу низку застосувань — від проведення інспекцій безпеки до контролю ходу гірничих робіт, сільського господарства або навіть оцінки розміру запасів ресурсів із повітря.

Створення точних 3D-моделей ландшафтів та будівель — просте завдання для компаній, що мають парк дронів із системами LiDAR. Вони також можуть отримувати оновлення з часом, наприклад, для відстеження прогресу будівництва й вимірювання відповідно до планів і схем.

LiDAR дає змогу виконувати сценарії, які раніше потребували дуже високої точності від фотограмметричних систем. Наприклад, оператори можуть оформити карти ліній електропередачі та відновлювати місця аварій за допомогою високодетальних тривимірних хмар точок від LiDAR-модулей.

Існують також ситуації, в яких компанії не відмовлятимуться від фотограмметрії на користь LiDAR. Імовірно, вони використовуватимуть обидва типи рішень, щоб завжди мати потрібний тип датчика для конкретної роботи. Це стає все простіше, оскільки організації інвестують в універсальні  дрони, які можуть підтримувати кілька корисних навантажень.

LiDAR Bridge GIF

LiDAR на безпілотниках проти наземних LiDAR-систем 

Запитання, яке керівники компаній мають поставити собі під час ухвалення рішення про використання безпілотних систем LiDAR, полягає в тому, чи не краще використовувати наземні модулі LiDAR. Варіанти від таких постачальників як Faro і Trimble відрізняються високою точністю, забезпечуючи сканування на рівні міліметра.

Недоліком використання наземних LiDAR є недостатня ефективність. Політ безпілотника над ділянкою дає змогу геодезистам виконати більший обсяг роботи за менший час, а також дістатися складних для доступу ділянок, порівнюючи з виснажливим процесом роботи з наземними лазерними сканерами.

Якщо організація може допустити похибку +/- 5 см під час створення 3D-моделей із хмар точок, повітряні датчики, встановлені на дроні з LiDAR, забезпечують набагато ефективніший підхід до картографування та зйомки.

Тематичне дослідження: Інспекція градирні

 

Перед зносом градирень у Франції необхідно було створити точні 3D-моделі, щоб процес був виконаний точно й акуратно. Традиційні методи обстеження були б небезпечними через наявність азбесту в фарбі на вежах. Крім того, терміни виконання робіт були стислими, тому обстеження проводили вечорами.

Зіткнувшись із цими складними умовами, команда використовувала фотограмметрію та дрони з LiDAR для створення 3D-моделей веж. Якщо вдень велика частина роботи виконувалася за допомогою фотограмметрії, то LiDAR був залучений для роботи ввечері та в сутінках, в результаті чого були отримані хмари 3D-точок, які перетворилися на детальні 3D-моделі.

LiDAR-безпілотники у дії: найкращі варіанти використання

Використання БПЛА з LiDAR — це чудовий спосіб для компаній усіх галузей підвищити ефективність картографування та зйомки. Багато унікальних сценаріїв використання підтримують технологію LiDAR для безпілотників. Деякі з них можуть також включати фотограмметрію, тоді як інші є абсолютно новими та обумовлені появою доступних LiDAR-безпілотників.

Землевпорядні роботи на невеликих ділянках

Коли виникає необхідність провести точну аерофотозйомку ділянки землі, безпілотник LiDAR може стати ідеальним інструментом. Якщо велика ділянка землі підходить для обльоту з літака або гелікоптера, що пілотується, то  технології безпілотників ідеально підходять для невеликих ділянок.

LiDAR point cloud of a park
Легка побудова точних карт місцевості для прийняття обґрунтованих рішень щодо ландшафтного дизайну. Зображення LiDARUSA

Використання дрона як геодезичного інструменту доступніше, ніж введення в експлуатацію, укомплектування флоту та заправка стандартного літака. Крім того, дрони не вимагають від пілотів прольоту над ділянкою, що робить їх більш безпечним варіантом. Кілька операторів на землі можуть швидко й методично скласти карту місцевості та рухатися далі.

Топографічна та батиметрична зйомка

Крім невеликих зйомок, дрони LiDAR можуть використовувати датчики для зйомки великих топографічних ділянок, беручи на себе роботу, яка традиційно виконувалася з літаків або гелікоптерів. У разі наземної зйомки, безпілотник використовує лазер ближнього інфрачервоного діапазону.

Пролітаючи над водою й використовуючи зелене світло, що проникає у воду, дрони LiDAR можуть також збирати дані про глибину морського дна або русла річки в цьому районі. Під час створення карт, що включають батиметричні дані, дрони LiDAR можуть охоплювати як сушу, так і море.

Цифрове моделювання місцевості напередодні робіт

Коли компанії готуються до великих земляних робіт, важливо мати карту ділянки у 3D. Саме тут точна цифрова модель рельєфу (DTM), створена за допомогою хмар точок LiDAR у 3D, може відіграти вирішальну роль.

True-Color Point Clouds
Хмара точок true-color, знята камерою Zenmuse L1

Вивіз грунту зазвичай оплачується за метр вийнятої землі, а це означає, що для планування бюджету підприємствам необхідно точно знати, з чим вони мають справу на даній території, використовуючи 3D-знімки. LiDAR може проникати крізь рослинність та інші особливості, щоб дати точні свідчення про топографію цієї ділянки.

Картографування й реконструкція місць інцидентів

Дрони всіх видів стають дедалі популярнішими у сфері громадської безпеки. Наприклад, тепловізійні дрони можуть шукати зниклих людей навіть уночі. Щодо LiDAR, то ця технологія ідеально підходить для складної реконструкції місць пригод. Екіпажі можуть виконувати цю роботу в будь-який час доби, оскільки для роботи LiDAR не потрібне світло.

Collision Reconstruction LiDAR
Реконструкція зіткнень в умовах недостатнього освітлення за допомогою LiDAR

Після отримання високоточної 3D моделі бригади можуть очистити місце аварії. Така оперативність є особливо важливою, коли місце аварії заважає руху транспорту. Дані, отримані з безпілотника LiDAR, можуть бути доказом під час розгляду будь-яких судових справ, пов'язаних із аварією. Зверніть увагу, що фотограмметрія також є чудовим варіантом для реконструкції місця аварії та складання карт надзвичайних ситуацій.

Лісове господарство

Інвентаризація лісу може бути утруднена або забирати багато часу через великі площі. Компаніям, які не використовують безпілотні літальні апарати з LiDAR, доводиться покладатися на оцінки, засновані на здогадках робітників.

LiDAR Foliage Penetration
LiDAR може вимірювати висоту пологу та щільність дерев

Безпілотник LiDAR може не лише надавати точні показники таких параметрів, як-от висота пологу та щільність дерев, але й достатньо точні дані щодо окремих дерев. Безпілотники LiDAR можуть працювати навіть за слабкого освітлення, коли видимість обмежена.

Точне сільське господарство

Останніми роками сільськогосподарська практика, заснована на точних даних, стає дедалі популярнішою: безпілотники-фотографи допомагають у всьому — від планування врожаю до відстеження стада. Дрони з LiDAR можуть додати новий рівень точності до прогнозів, даючи змогу фермерам реагувати на умови на своїх полях.

Одним із основних напрямів використання дронів із LiDAR у сільському господарстві є надання 3D-даних про рельєф місцевості, що дає змогу операторам будувати греблі на рисових полях. Інший спосіб застосування — вимірювання прогресу посівів, щоб ефективніше використовувати добрива.

Інспекція ліній електропередачі

Якщо до появи доступних систем LiDAR на БПЛА оператори комунальних служб зазнавали труднощів із вимірюванням невеликих компонентів інфраструктури (включаючи лінії електропередачі), то тепер вони можуть проводити інспекції з повітря. Сканування ліній електропередачі з повітря дає змогу геодезистам виміряти фактори ризику, як-от рослинність.

LiDAR Power Cables with measurement GIF

Знімаючи дані про поточний стан інфраструктури електромереж або плануючи будівництво нових ліній електропередачі, постачальники комунальних послуг можуть покладатися на 3D-моделі, отримані за допомогою безпілотників із LiDAR. Завдяки тому, що апарати літають, вони можуть легше та безпечніше перетинати пересічену місцевість.

Гірничодобувна промисловість

Гірничодобувні компанії можуть вимірювати місце видобутку руди в шахтах. Розраховуючи дані про поверхню та порівнюючи поточні свідчення з минулими, шахтарі можуть визначити прогрес своїх операцій. Дрони — більш економічний варіант порівняно з аерофотозйомкою літаком чи гелікоптером, а також безпечніший і ефективніший, ніж наземне сканування.

Відправлення безпілотників до шахт — ще один цінний спосіб збору даних, за якого на перший план виходить безпека. LiDAR може бути інструментом виявлення зіткнень і одночасно давати змогу дрону складати карту всередині шахти. Після запланованого вибуху безпілотник може спочатку увійти до шахти, щоб переконатися, що конструкція є достатньо надійною для входу людей.

Emesent Hovermap M300 1
Matrice 300 RTK з Emesent Hovermap

Археологія

Безпілотники LiDAR чудово справляються з точним відображенням контурів будівель — і вони не обов'язково мають бути новими. Використовуючи БПЛА на археологічному об'єкті, дослідники можуть мати чітке уявлення про розміри та відносне розташування всіх відповідних елементів місцевості, а також будь-яких залишків, створених людиною.

Картографування археологічних об'єктів за допомогою БПЛА LiDAR є швидким та ефективним, порівнюючи з наземними методами сканування та картографування. Оскільки безпілотники здатні покривати великі площі, археологи можуть за короткий час знову відкрити «втрачені» ділянки, навіть якщо вони являють собою цілі стародавні міста.

Вимірювання обсягу запасів

Будівельні фірми виходять за межі геодезичних робіт і використовують системи інших функцій, наприклад, для вимірювання обсягу запасів. Багаторазове сканування запасів матеріалів дає змогу підприємству визначити швидкість їх використання, а керівникам у потрібний момент поповнити запаси.

Розуміння кожного аспекту робочого майданчика підвищує ефективність операцій у цілому. Спостереження за тим, як із часом змінюється обсяг запасів, можливе за допомогою точних датчиків, як-от LiDAR, а встановлення їх на безпілотники — ефективний спосіб застосувати ці рішення на практиці.

Найкращі варіанти LiDAR для БПЛА

Оскільки LiDAR-дрони стають дедалі доступнішими, покупці техніки можуть порівнювати варіанти обладнання, знайти ідеальний БПЛА та набір датчиків для своїх цілей. Zenmuse L1, корисне навантаження із датчиком LiDAR від компанії DJI, є цінним варіантом для підприємств завдяки широкому набору функцій, включаючи:

  • Вбудований інерційний вимірювальний блок здатний забезпечити точність зйомки 5 см і абсолютну точність 10 см на висоті 50 метрів.
  • 3-осьовий стабілізований кардан підвісу, який забезпечує повністю автоматичне керування кріпленням завдяки інтеграції із системою керування польотом DJI.
  • 1-дюймовий 20-Мп CMOS-датчик, який записує фото- та відеодані. Це дає змогу користувачам застосовувати кольорові дані до хмар LiDAR поряд з іншими функціональними можливостями.
  • Підтримка трьох повернень для кожного лазерного сканування, що забезпечує велику точність під час проходження крізь густе листя та вимірювання рельєфу місцевості під нею.
  • Режим неповторного сканування, що забезпечує більш високий ступінь роздільної здатності даних, порівнюючи зі звичайною лінією сканування, коли дрон фіксує одну область протягом тривалого часу.
  • Захист від вологи та пилу за стандартом IP54 підтверджує, що L1 може працювати в несприятливих погодних умовах, як-от туман, дим і сніг.

3 Axis Gimbal 1024x512

L1 призначений для розгортання з універсальною та потужною системою DJI Matrice 300 RTK. яка дозволяє операторам використовувати кілька корисних навантажень одночасно. Дані хмари точок, отримані з дрона, можуть бути зібрані в 3D-моделі за допомогою програмного забезпечення DJI Terra. За допомогою цього БПЛА та корисним навантаженням із LiDAR компанії, що працюють у сфері будівництва, громадської безпеки, сільського господарства, гірничодобувної промисловості тощо, зможуть змінити свої щоденні робочі процеси.

Читайте також:

Дрони з тепловізором: теорія та практика

Дрони з нічним баченням | DJI Enterprise