Aš, šio tinklaraščio įrašo autorius, esu Mart Rae ir dirbu inžinieriumi savo įmonėje „Rae Geodesies OÜ”. Daugiau nei dvidešimt metų dirbu statybose ir jei ne visada atlieku geodezinius matavimus statybvietėje, tai širdyje visada buvau geodezininkas. Pirmuosius 14 metų dirbau „Nordecon” grupėje, pradėdamas nuo geodezininko padėjėjo pareigų ir baigdamas vyriausiojo geodezininko pareigomis. Per tą laiką trumpai dirbau geodezijos įmonės generaliniu direktoriumi, tačiau pastaruosius penkerius metus dirbu geodezininku savo įmonėje. Tokie žodžiai kaip geodeziniai matavimai, projektavimas, 3D modeliavimas, mašinų valdymas, BIM ir t. t. yra mano kasdienio darbo dalis, o dirbdamas priėjau prie to, kad darbas su dronais yra neatsiejama mano darbo, o kartais net laisvalaikio dalis.
„Rae Geodesy”, kaip matyti iš pavadinimo, atliekame įvairius geodezinius darbus – nuo statybinių brėžinių, matavimų, tūrio skaičiavimų iki didelės apimties kartografavimo. Įdomu tai, kad paaiškėjo, jog beveik pusę mūsų apyvartos sudaro darbas su bepiločiais orlaiviais ir jais surinktų duomenų analizė bei apdorojimas.
Perfrazuojant Agu Sihvką, norėdamas būti sąžiningas, turiu pradėti nuo pradžių ir pabandyti padaryti nedidelę įžangą į geodezijos pasaulį apskritai.
Nors RTK GNSS imtuvai, elektroniniai tacheometrai ar net juostiniai matuokliai yra pagrindiniai įprastinių geodezinių matavimų įrankiai, vis dažniau naudojami lazeriniai skeneriai, bepiločiai orlaiviai ar kitos nuotolinio stebėjimo priemonės. Rae geodezijoje įsitvirtino nuostata, kad daugumoje darbų, atliekamų su bepiločiais orlaiviais, rezultatams gauti naudojama fotogrametrija.
Jei pabandysiu kuo paprasčiau paaiškinti šių skirtingų matavimų skirtumus, paskambinsiu. įprastinis matavimas ( e. kontaktinis matavimas ) reiškia, kad kažkas turi nueiti iki konkretaus taško, nurodyti į jį arba surasti konkretų tašką, kurį reikia išmatuoti. Tai reiškia, kad viskas, ką reikia išmatuoti, turi būti tiesiogiai matoma ir, jei reikia, pasiekiama. Prieiga kartais gali būti gana sudėtinga.
1, 2, 3, 4 pav. Sunkiai pasiekiamas kontaktinis matavimas
Tai reiškia, kad kai kurie darbai yra pavojingi, todėl reikia naudoti specialią įrangą ir papildomas saugos priemones. Pavyzdžiui, reikės surasti arba įrengti apsauginių detalių tvirtinimo įtaisus, samdyti krautuvus, kopėčias ir pan. Dėl to darbai užima daugiau laiko ir kainuoja brangiau, ypač kai statybvietėje yra daug kitos technikos ir žmonių.
5, 6, 7, 8 pav. Pavojinga ir naudojama speciali įranga
Kiti metodai, pavyzdžiui, lazerinis skenavimas, fotogrametrija, LiDAR arba sonaras, leidžia atlikti matavimus per atstumą, nebūtinai lankantis matavimo vietoje, ir iš karto gauti didelį kiekį aukštos kokybės duomenų. Tokius sprendimus galima montuoti ant įprasto trikojo, taip pat ant automobilių, laivų, sunkiosios statybinės įrangos, traukinių ar kitų mobiliųjų mašinų ir, žinoma, ant (bepiločių) orlaivių. Nesvarbu, ar tai būtų daugiarotoriai, lėktuvai, sraigtasparniai, ar, mano nuomone, karšto oro balionai. Visa tai leidžia darbą atlikti greičiau, saugiau ir naudojant mažiau išteklių. Tačiau šio įrašo tema yra bepiločių orlaivių darbas, todėl apie tai parašysiu šiek tiek daugiau. Vienas iš labiausiai paplitusių duomenų rinkimo būdų yra fotogrametrija, kuri taip pat yra mūsų kasdienio darbo dalis.
9 paveikslas. Fotogramos metrikos apibrėžtis iš Estijos enciklopedijos.
Dažnai mokiniai labiausiai laukia, kada galės pamatyti, kaip atrodo fotogrametrijos lauko darbai, atliekami bepiločiu orlaiviu, o kai tai pamatys, nusivils, nes skrydžio metu vyksta ne kas kita, kaip įdomus dalykas – tik taškelis danguje, kuris automatiškai juda atgal. Iš tikrųjų svarbiausios dalys yra tos, kurios yra prieš pakilimą. Nuo visų reikiamų patvirtinimų ir leidimų gavimo iki konkretaus skrydžio planavimo. Atliekant fotogrametrinį tyrimą, priklausomai nuo darbo tikslo, turi būti parengtas skrydžio planas su iš anksto nustatyta skrydžio trajektorija, fotoaparato kampu, nuotraukų perdangomis ir pan. Mūsų naudojamas parkas (DJI M300 RTK + DJI P1 viso kadro kamera arba anksčiau DJI Phantom 4 RTK) leido šias užduotis palyginti paprastai ir lengvai suplanuoti.
10 pav. skrydžio planavimas
11 pav. skrydžio planas
Atlikus suplanuotus skrydžius, sėkmingos darbo dienos pabaigoje turėsime maždaug. 500 GB ar daugiau nuotraukų (t. y. kartais 20 000+ nuotraukų), kurias pradėsime apdoroti specialioje darbo vietoje. Baigus apdorojimą, darbo rezultatas yra taškų debesis, reljefo vaizdas, ortofoto, 3D modelis ar kitas panašus rezultatas. Iš šių išvestinių duomenų galime sudaryti darbo brėžinius, apskaičiuoti tūrius, rengti projektus, analizuoti augmeniją ir atlikti daug kitų dalykų, kurių klientas iš pirmo žvilgsnio gali nežinoti. Tokio darbo proceso rezultatus galite pamatyti naudodamiesi, pavyzdžiui, Estijos žemės tarnybos ir „Google Maps” žemėlapių programomis.
12 paveikslas. ortofoto
13 pav. apdorojimas
14 paveikslas. apdorojimas
15 paveikslas. ortofoto
16 paveikslas. ortofoto
17 paveikslas. ortofoto
18 pav. taškų debesis
19 pav. taškų debesis
Naudodami fotogrametrinę darbo eigą galime palyginti greitai ir gana tiksliai išmatuoti didelius plotus. Jei darbas atliekamas teisingai, rezultatų tikslumas siekia kelis centimetrus. Tačiau yra situacijų, kai LiDAR naudojimas turi pranašumų.
- LiDAR veikimas pagrįstas trimačių koordinačių apskaičiavimu pagal atsispindėjusį lazerio impulsą. Skenavimas gali būti atliekamas iš orlaivio (skenavimas iš oro) arba nuo žemės. LiDAR siunčia šviesos impulsą, kuris, pasiekęs taikinį, atsispindi atgal į prietaisą. Kadangi lazerinis skenavimas vyksta maždaug 0,3 m/ns šviesos greičiu, galima apskaičiuoti sklidimo kelio ilgį nuo prietaiso iki paviršiaus, nuo kurio spindulys atsispindi atgal.
- Vienas iš dažniausiai pasitaikančių LiDAR taikymo būdų – rengti išsamius žemėlapius ir paviršiaus modelius, naudojamus geografijoje, geologijoje, geodezijoje, geomorfologijoje, taip pat atmosferos fizikoje, miškininkystėje, žemės ūkyje ir aplinkos tyrimuose. Šiuo atveju tai yra nuotolinis Žemės paviršiaus stebėjimas[1].
20 pav. 20. Lidaras https://et.wikipedia.org/wiki/Lidar
Naudodami LiDAR taip pat galime gauti taškų debesį, aukščio modelį ir, esant tam tikroms sąlygoms, ortofoto, tačiau LiDAR privalumai išryškėja tada, kai būtų sunku dirbti su fotogrametrija arba būtų gautas neišsamus rezultatas. Pavyzdžiui, kai reikia atlikti geodezinius matavimus taip, kad tiriama teritorija nėra aiškiai matoma akimis – žemę slepia medžiai, žolė ar krūmai.
21 paveikslas. aukštas šienas.
Šiuo atveju LiDAR privalumas yra tas, kad dalis lazerio spindulių pasiekia žemę per žolę, todėl duomenis apie žemę galime gauti naudodami įvairius algoritmus. Be to, jei reikia išmatuoti ką nors aukštai ore, pavyzdžiui, 330 kV elektros oro linijas, visiškai tikra, kad, jei skrydis bus atliktas teisingai, dalis lazerio spindulių pataikys į elektros oro liniją ir gausime tikslius duomenis apie jos buvimo vietą.
22 paveikslas. elektros linijos
23 paveikslas. elektros linijos
Pirmasis didelis LiDAR trūkumas yra palyginti didelė kaina ir, palyginti su fotogrametrija, mažesnis tikslumas, ypač kai LiDAR yra tokio dydžio, kad jį galėtų naudoti bepiločiai orlaiviai. Laimei, prieš kurį laiką rinkoje pasirodė vienas pirmųjų už prieinamą kainą pagamintų LiDAR’ų, užtikrinančių reikiamą tikslumą, – DJI L1. Tiems, kurie šaukia: „Yellowscan, Velodyne ar kiti?”, atsakysiu savo subjektyviu vertinimu, kad DJI L1 vis dėlto buvo gerokai geresnis kainos ir kokybės santykis.
24 pav. DJI M300 RTK + DJI L1
Pavyzdžiui, su DJI L1 atlikome 90 km ilgio aukštos įtampos linijos nuo Tartu iki Valgos tyrimą. Iš pradžių L1 buvo planuota naudoti kaip bandomąjį, tačiau kai rezultatai parodė, kad duomenimis galime pasitikėti, ištyrėme visą atkarpą. Atliekant tyrimą kilo savų problemų, kurių iš pradžių nenumatėme. Pavyzdžiui, pavasario-žiemos laikotarpiu LiDAR siaubingai ilgai užtruko, kol įšilo. Kartais kai kurie duomenys nebuvo užfiksuoti, todėl ruožą teko perskristi. Kalibravimą reikėjo atlikti kas 100 skrydžio sekundžių ir t. t. Be to, skrendant ilgu siauru tiesiu koridoriumi be įterptų kontrolinių taškų, linijos galas, lyginant su kontroliniais taškais, galėjo neatitikti padėties, tarkime, 15 m. Kaip dažnai būna tokiais atvejais, problema gali būti plomba už nuotolinio valdymo pulto, o kartais gali būti, kad nebuvo imtasi visų reikiamų priemonių, kad darbas būtų atliktas sėkmingai. Dabar, jei kas nors paklaus, kokie tai metodai, turėsite ateiti į vieną iš mano paskaitų, kad tai sužinotumėte – juk negalima tiesiog išduoti visų paslapčių ir gudrybių. Bet kokiu atveju tai buvo įnirtingas įrankis, bet ne toks, kurį skubėčiau pirkti.
Todėl labai apsidžiaugiau, kad spalio mėnesį dalyvavau Berlyne vykusioje parodoje „Intergeo”, kai DJI pristatė naująjį LiDAR – DJI L2. Naujasis LiDAR parodoje sukėlė tikrą ažiotažą, o aplink DJI zoną susibūrė minia, kuri užstojo priėjimą prie daugelio kitų stendų, ir šiuolaikiškai žmonės stengėsi viską kažkur perkelti filmuodami ištiestais telefonais. Šalia manęs kažkas gyvai tinklaraštyje fiksavo kiekvieną pristatymo sakinį taip, kaip matome, kai Jüri Ratas keičiasi partijomis. Nemaniau, kad geodezijos įranga yra tokia įdomi. Juo labiau apsidžiaugiau, kai Eduardas iš Droon.ee paskambino ir pasakė, kad pirmasis L2 netrukus turėtų atvykti į Estiją ir ar norėčiau jį išbandyti. Lygiai taip pat galėtum paklausti vaiko, ar nenori saldainių. Atsakymas vis tas pats. Žinoma, kad noriu. Taip ir nutiko, kad atvykęs į Estiją L2 kelias savaites buvo mano rankose, kur jį išbandžiau ir palyginau su jo pirmtaku DJI L1, taip pat su man įprasta DJI P1 fotogrametrija.
L2 LiDAR naujovės
DJI L2 nereikia IMU įšilimo laiko, kuris buvo reikalingas L1. Kartais su L1 tai užtrukdavo net 10-12 minučių. Didesnis jutiklis, geresnis lazerio tikslumas ir atstumas, daugiau įrašomų atspindžių ir t. t.
„Droon.ee” mielai pasidalijo techninių duomenų palyginimu, kurį taip pat pateikiu čia:
25 pav. DJI L2 ir L1
26 pav. DJI M300 + P1 ir DJI M350 + L2
27 pav. DJI M300 + P1 ir DJI M350 + L2
Atlikdamas savo eksperimentus, stengiausi kuo labiau įtraukti L2 į „tikrą” veiklą. Vienas iš šio darbo rezultatų – pavasarį Gyvybės mokslų universitete ginama disertacija, kurioje analizuojamas elektros linijų geodezinių matavimų tikslumas, lyginant tacheometrinį tyrimą, fotogrametrinį tyrimą ir L2 lidarinį tyrimą. Jei susidomėjote, atkreipkite dėmesį.
Dar vienas iš įdomesnių mano darbų buvo tas, kuriame per gana trumpą laiką turėjau ištirti kiek mažiau nei 10 km2 arba 1000 hektarų žemės. Atliekant šią apžiūrą ypač išryškėjo LiDAR pranašumai prieš fotogrametriją. Tuo metu, kai LiDAR dronas baigė savo darbą, kameros dronas tik artėjo prie pusiaukelės. Tačiau, atsižvelgiant į užduotį, LiDARr užtikrino užduočiai būtiną tikslumą ir duomenis. Be to, šio darbo pavyzdys gražiai iliustruoja, kad vienas iš LiDAR naudojimo privalumų yra trumpesnis laikas, reikalingas tolesniam apdorojimui (ta dalis, kai kompiuteris užstringa ir nieko negali padaryti).
Šiame darbe pateiktame pavyzdyje skraidyti dronu su L2 užtruko 2 val. 39 min., o apdoroti taškų debesį – 2 val. 35 min. Dronu su kamera P1 skrydis truko apie 7 h, o apdorojimas – šiek tiek mažiau nei 100 h.
Jei kam nors buvo įdomu, kodėl atkreipiau dėmesį į IMU įšilimą, šio darbo su senesniu L1 LiDAR pavyzdžiu, IMU įšilimo laikas būtų buvęs papildomos 2 valandos. Taigi beveik tiek pat laiko, kiek ir pats skrydis.
Žinoma, darbo rezultatas taip pat buvo kitoks (fotogrametrinės ortofotografijos detalumas buvo toks, kad 2 cm elementus buvo lengva atskirti), tačiau šiai užduočiai atlikti iš esmės būtų pakakę ir LiDAR atlikto darbo.
28 pav. Išrašai iš apdorojimo ataskaitos
29 paveikslas. Išrašai iš apdorojimo ataskaitos
Kaip matyti iš pirmiau pateiktos ataskaitos, faktinis taškų debesies tikslumas, kai naudojami kontroliniai taškai, yra netgi gerokai geresnis, nei teigia gamintojas. Be to, taškų debesies kokybė buvo daug geresnė atliekant grynai vizualinius stebėjimus. Debesyje buvo geriau užfiksuoti objektai, kuriuos kitu atveju užstotų medžių šakos, taip pat objektai, kurie buvo už ko nors, ore ar kitaip sunkiai įžiūrimi. Pavyzdžiui, taškų debesyje aptikau žemos įtampos stulpų ištraukas, kurių geodezininkas nepastebėjo.
30 paveikslas. Taškų debesies vaizdas iš miško
Pirminis šio trumpo eksperimento įspūdis labai teigiamas, todėl žiemą bandysiu rasti laiko atlikti rimtesnę analizę. Galima drąsiai teigti, kad veikimo greitis, duomenų kokybė ir naudojimo paprastumas yra labai dideli, palyginti su praeitimi, ir tai yra labai geras produktas, pasižymintis geru kainos ir kokybės santykiu.
Jei jus domina ši tema, rekomenduoju atsisiųsti išsamią analizę „DJI ZENMUSE L2 ACCURACY ANALYSIS AND USE CASE EXPLORATION”, kurią kartu parengė DJI ir BAAM.Tech ir kurioje pateikiama daug daugiau informacijos, nei būtų galima pateikti viename tinklaraščio įraše.
Jei turite klausimų apie DJI L2 lidarą ir jo naudojimą, nedvejodami kreipkitės į mane arba į drone.ee komandą.