Dlaczego drony stają się podstawowym narzędziem pracy geodetów i jakiego drona wybrać na początek?

Ponieważ dokładność i niezawodność są kluczowe dla profesjonalistów w dziedzinie geodezji, zrozumiałe jest, że wielu z nich waha się przed wprowadzeniem technologii dronów. Tradycyjne metody się sprawdzają, a jeżeli coś działa, to dlaczego szukać czegoś nowego?

Sceptycyzm ten jest jednak spowodowany błędnymi przekonaniami. Wiele projektów geodezyjnych można z powodzeniem zrealizować z dokładnością, jaką zapewniają drony. I choć w niektórych przypadkach istnieje kompromis pomiędzy precyzją a dokładnością, to integracja dronów z tradycyjnym tokiem pracy przynosi ogromne oszczędności kosztów, czasu i bezpieczeństwa.

Drony stały się narzędziami transformacyjnymi w wielu branżach. Geodezja nie jest wyjątkiem, jednak w pewnych sytuacjach tradycyjne metody są jedynym rozwiązaniem.

Dlaczego geodeci wybierają drony?

Oszczędność czasu, kosztów i poprawa bezpieczeństwa to główne korzyści, jakie przynoszą drony w wielu sektorach. Wszystkie te trzy czynniki już teraz mają wpływ na pracę geodetów.

Weźmy za przykład Altametris, spółkę córkę francuskiego giganta kolejowego SNCF zajmującą się gromadzeniem i analizą danych. Porównując różne metody podczas pomiarów odcinka linii kolejowej, zespół odkrył, że DJI Matrice 300 RTK i Zenmuse P1 łącznie skróciły czas przygotowania operacji o dwie godziny. Stało się tak, ponieważ wbudowany moduł RTK i pełnoklatkowy sensor Zenmuse P1 dostarczyły wystarczającą ilość metadanych, aby skutecznie zredukować liczbę wymaganych fotopunktów (GCP) do zera.

W przypadku Altametris, poprzednie pomiary z dokładnością do 3 cm wymagałyby 40 fotopunktów (GCP) na kilometr kwadratowy. Konieczne byłoby również zastosowanie tachimetru.

Poza tym, że metody te zabierają cenne godziny pracy, wymagają również fizycznej obsługi sprzętu na linii kolejowej i w jej pobliżu. Jest to zarówno niebezpieczne, jak i skomplikowane miejsce pracy. Wprowadzenie dronów oznaczało mniej godzin spędzonych w terenie, większą automatyzację procesów i mniejsze ryzyko dla geodetów – a wszystko to bez utraty wymaganej dokładności. W rzeczywistości ładunek użytkowy Zenmuse P1 radził sobie doskonale nawet w warunkach słabego oświetlenia.

Dzięki zmniejszeniu liczby fotopunktów (GCP) wymaganych podczas misji pomiarowych, zaawansowane drony mogą zaoszczędzić geodetom ogromną ilość czasu. Jednak to właśnie w niedostępnych lub niebezpiecznych obszarach technologia ta sprawdza się najlepiej. Tory kolejowe to tylko jeden z przykładów środowiska pracy, które jest o wiele bardziej odpowiednie dla maszyn autonomicznych.

Ostatnią kwestią, na którą należy zwrócić uwagę, jest ilość danych, które można uzyskać za pomocą dronów. Pomimo, że potrzeba jedynie części personelu, chmurę punktów z milionami punktów danych i, w wielu przypadkach, większą ilością szczegółów, można uzyskać w rozsądnym czasie. Uzyskanie takich samych wyników przy użyciu klasycznych metod wymagałoby znacznie więcej czasu, sprzętu i kosztów.

Jakie projekty geodezyjne są idealne dla dronów?

Pomimo korzyści, jakie oferują drony w porównaniu do tradycyjnych metod geodezyjnych, istnieją sytuacje, w których tradycyjne sposoby pozostają ważną częścią równania.

Pierwszą rzeczą, którą należy rozważyć jest stopień i rodzaj dokładności, jakiej wymaga Twój projekt.

To właśnie tutaj ważna jest różnica między dokładnością względną a bezwzględną. Dla wielu zastosowań liczy się tylko dokładność względna – dokładność określenia położenia obiektów względem siebie. Wynikiem tych projektów mogą być zrekonstruowane modele, takie jak chmury punktów 3D lub mapy ortomozaikowe. Gdy istotnym czynnikiem w równaniu jest rzeczywiste położenie obiektów na Ziemi, konieczny jest proces pomiarowy zapewniający dokładność bezwzględną.

Podejście względne jest prostym sposobem na dokładną ocenę objętości, odległości i zmian wysokości. Jeśli jednak dane te mają być połączone z innymi warstwami informacyjnymi, lub jeśli masz zamiar stworzyć profesjonalną fotogrametryczną dokumentację geodezyjną, pomiary te będą musiały być zorientowane geograficznie przy użyciu punktów kontroli terenu i/lub wspierane przez technologię Real-Time Kinematic (RTK). RTK to rozwiązanie korekcji GPS zastosowane w dronach, które współpracuje ze stacją naziemną w celu dokładnego geotagowania obrazów z informacjami GPS w trakcie ich wykonywania.

Z reguły projekty, które wymagają dokładności do 2 cm, będą musiały być wspomagane metodami tradycyjnymi. Drony konsekwentnie osiągają dokładność 5cm, a w zależności od obciążenia użytkowego i parametrów lotu, nawet do ~1cm. Jeśli Twój projekt wymaga dokładności na poziomie 2, 1, lub nawet milimetra, nie obędziesz się bez tradycyjnych narzędzi.

Projekty geodezyjne idealne dla tradycyjnych narzędzi geodezyjnych

Pomiary geodezyjne w pomieszczeniach lub pod ziemią

Ze względu na ograniczony zasięg sygnału GPS i słabe oświetlenie, realizacja projektów pod ziemią i w pomieszczeniach za pomocą dronów jest znacznie utrudniona, a czasem niemożliwa. Zamiast tego, badanie geometrii jaskiń i struktur wewnętrznych najlepiej przeprowadzać metodami pomiarów tachimetrycznych lub, w celu uzyskania większej szybkości i wyższej rozdzielczości wyników, technologiami naziemnego skanowania laserowego (TLS).

Niektóre firmy pracują jednak nad rozwiązaniami, które łączą drony, funkcje nawigacji SLAM (simultaneous location and mapping) i czujniki LiDAR do mapowania złożonych obszarów podziemnych. Już niedługo drony będą odgrywać ważną rolę pod ziemią, zwłaszcza że geodeci starają się łączyć dane z różnych źródeł.

Projekty geodezyjne, w których występują obiekty utrudniające pracę

Pomiary z powietrza mogą być również skomplikowane przez obecność budynków lub gęstego listowia. Problemy te nasilają się, gdy przeszkody zasłaniają zmiany wysokości. Skaner LiDAR może przenikać przez niewielkie liście, ale gęste drzewa będą blokować pomiary do gruntu i zmniejszać dokładność wyników.

Projekty, które nie mają ściśle określonego terminu realizacji

Czas to pieniądz. Jedną z największych korzyści płynących z pomiarów dronem jest skrócenie czasu potrzebnego na wykonanie zadania. Jednak nie wszystkie projekty muszą być ukończone na „wczoraj” i nie wszystkie pomiary wymagają znalezienia równowagi pomiędzy dokładnością a czasem realizacji zadania.

Drony pokonują teren szybciej niż ludzie, a odpowiedni sprzęt może drastycznie zmniejszyć liczbę potrzebnych fotopunktów (GCP). Jeśli jednak nie gonią Cię terminy realizacji projektów, możesz nadal korzystać z tradycyjnych metod.

Projekty geodezyjne, w których drony sprawdzają się najlepiej

Obszary trudno dostępne

Niektóre środowiska i infrastruktura są dosłownie poza zasięgiem tradycyjnych technik pomiarowych. Ale kiedy trzeba zebrać dane – szczególnie na dużą skalę – drony są idealnym rozwiązaniem. Wieże telefonii komórkowej, farmy słoneczne i korony drzew to tylko kilka przykładów obszarów, które można łatwo zmapować za pomocą dronów.

Tereny niebezpieczne

To, że dany obszar jest w zasięgu naziemnych technik pomiarowych nie oznacza, że przebywanie na tym terenie jest bezpieczne. Niebezpieczne lokalizacje, w tym dachy, krawędzie, drogi, niestabilna gleba, strome nasypy i, jak wspomniano powyżej, linie kolejowe – wszystkie te miejsca stanowią zagrożenie dla zdrowia i życia. Innowacyjne rozwiązania dronowe mogą wykonywać zadania pomiarowe bez narażania na niebezpieczeństwo personelu na ziemi.

Gdy szczegółowość danych ma znaczenie

Istotną zaletą pomiarów z powietrza jest szczegółowość i różnorodność dostępnych danych wyjściowych. Jeśli prowadzisz badania rolnicze, czujniki multispektralne i kamery o wysokiej rozdzielczości mogą zebrać dane potrzebne do oceny stanu upraw i zrozumienia sytuacji w najdrobniejszych szczegółach. Jeśli przeprowadzasz badania topologiczne przed rozpoczęciem projektu budowlanego, LiDAR i fotogrametria umożliwiają tworzenie chmur punktów 3D, map ortomozaiki i cyfrowych modeli terenu o dużej gęstości, zapewniając obszerny obraz sytuacji. Jeśli szacujesz zapasy i szukasz dokładnych pomiarów objętości, eliminując błąd ludzki, kilka zdjęć z kamery drona może zebrać potrzebne informacje bez narażania pracowników na niebezpieczeństwo.

Dlaczego Phantom 4 RTK jest idealnym dronem do pomiarów geodezyjnych na początek

Wybór odpowiedniego sprzętu dla misji pomiarowych jest istotny z wielu powodów.

Na początek, kluczowym parametrem dla każdego pomiaru jest rozdzielczość przestrzenna lub wielkość piksela terenowego(eng. Ground Sampling Distance). Szczegółowość każdego piksela zależy od rozdzielczości sensora Twojego drona, długości ogniskowej i wysokości, na której lecisz. Pierwsze dwa elementy są wyraźnie zależne od sprzętu. Ale można również argumentować, że wybrana przez Ciebie wysokość pomiaru jest wynikiem innych czynników sprzętowych, takich jak czas i prędkość lotu.

DJI Phantom 4 RTK to kompletne rozwiązanie, które jest wysoce wydajne, łatwe w użyciu i niedrogie. Posiada jednocalowy, 20-megapikselowy sensor CMOS. Mechaniczna migawka przyspiesza akwizycję obrazu z minimalnymi zniekształceniami w porównaniu do modeli konsumenckich. Szerokokątny obiektyw o ogniskowej 24 mm zapewnia wyraźne i spójne obrazy.

System nawigacji i pozycjonowania na poziomie centymetra wspiera zarówno metody pomiarowe RTK jak i PPK. Moduł RTK jest wspierany przez GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, Galileo E1 E5a oraz BeiDou B1 B2. Może on efektywnie zredukować wymaganą ilość fotopunktów (GCP) do 0. Chociaż dla uzyskania optymalnych wyników nadal zaleca się stosowanie kilku fotopunktów punktów na kilometr kwadratowy, użytkownicy Phantom 4 RTK mogą zaoszczędzić co najmniej 75% czasu potrzebnego na ustawienie fotopunktów. Phantom 4 RTK opiera się na technologii TimeSync do koordynacji kamery i odbiornika RTK, oznaczając każdy obraz dokładnymi informacjami geoprzestrzennymi. Korekty są również odbierane ze naziemnej stacji bazowej, co zapewnia wysoki stopień dokładności.

Phantom 4 RTK posiada również wymienne baterie, oferuje czas lotu do 30 minut oraz prędkość maksymalną ponad 48 km/s, co pozwala geodetom na objęcie większego obszaru w krótszym czasie. Wszystko to w połączeniu z aplikacją DJI GS RTK i aparaturą zdalnego sterowania, która posiada wbudowany monitor i wiele trybów planowania, w możliwość wykonywanie pomiarów fotogrametrycznych (2D i 3D), lotów po punktach trasy, funkcje taki jak Terrain Awareness i Block Segmentation.

Jest to przełomowe ulepszenie dla geodetów obecnie używających konsumenckich dronów do mapowania.

Dokładność danych pozyskanych dronem Phantom 4 RTK

Phantom 4 RTK

Pomiary z użyciem drona Phantom 4 RTK otwierają nowe możliwości. Dokładne wyniki zależą od wybranego oprogramowania, ale potencjalne dane wyjściowe obejmują:

Mapy ortomozaikowe

Każde mapy przestrzenne pozyskane przez drona P4 RTK podczas lotu pomiarowego zawierają informacje geoprzestrzenne i są przetwarzane i korygowane w celu uwzględnienia perspektywy, z której zostały wykonane, potencjalnych zniekształceń obiektywu, pochylenia kamery i zmian topograficznych.

Jednym z najczęstszych wyników pomiarów jest ortofotomapa o wysokiej rozdzielczości. Zestawiając ze sobą obrazy zarejestrowane przez drona, można uzyskać widok z lotu ptaka na obszar w jego obecnym stanie, co pomaga w planowaniu, podejmowaniu decyzji i śledzeniu postępów projektu.

Modele 3D powierzchni, terenu i wzniesień

Ponieważ obrazy z drona Phantom 4 RTK zawierają punkty danych na szerokości, długości i wysokości geograficznej, każdy piksel przenosi dane w trzech wymiarach. Oznacza to, że jednym z najbardziej atrakcyjnych wyników pomiarów wykonanych dronem jest model 3D.

Te realistyczne i fascynujące modele łączą w sobie wizualizacje o wysokiej rozdzielczości z dokładnymi punktami danych geograficznych. Rezultatem jest łatwe w nawigacji narzędzie, które może być używane do planowania projektu, wykonywania dokładnych pomiarów i analizy postępu prac.

Doskonałym przykładem jest Cyfrowy Model Powierzchni, który zapewnia teksturę terenu i stanowi natychmiast rozpoznawalne narzędzie eksploracyjne. Cyfrowe Modele Terenu są zbudowane z tych samych danych, ale są pozbawione struktur i obiektów stworzonych przez człowieka. Jak sugeruje sama nazwa, nacisk kładziony jest na ukształtowanie terenu. Wreszcie, Cyfrowe Modele Elewacji idą o krok dalej, reprezentując gołą powierzchnię ziemi poprzez usunięcie zarówno naturalnych, jak i stworzonych przez człowieka elementów. Cyfrowe Modele Elewacji są wykorzystywane w konturowaniu map topograficznych.

Pomiary objętościowe

P4 RTK może zbierać dane wymagane do tworzenia modeli wolumetrycznych, które mogą być wykorzystywane do pomiaru zapasów w przemyśle górniczym i budowlanym. Studium przypadku i metodologię Heliguy i Terra Drone Europe można przeczytać tutaj. Werdykt? P4 RTK „to narzędzie pomiarowe o wysokiej dokładności”.

Drony w akcji: Wykorzystanie P4 RTK do mapowania infrastruktury transportowej

Rhein-Neckar-Verkehr GmbH (RNV) zarządza transportem publicznym w regionie Rhein-Neckar w Niemczech. Do zadań firmy należy 301 km linii tramwajowej i 827 km linii autobusowej, z których codziennie korzysta 370 000 pasażerów. W eksperymencie przeprowadzonym wraz ze specjalistami od pomiarów geodezyjnych Vermessungbüro Wolfert GmbH (Heidelberg) oraz przy wsparciu i szkoleniu ze strony DJI Enterprise Dealer Epotronic. RNV porównało wydajność P4 RTK z tradycyjnymi metodami (Total stations) podczas pomiarów odcinka torów kolejowych.

Porównanie obejmowało przelot nad odcinkiem torów, zebranie obrazów i ich przetworzenie przed wykonaniem pomiarów na podstawie wygenerowanego modelu 3D. Wyniki zostały następnie ocenione wraz ze standardowymi szablonami pomiarowymi RNV.

Oglądając wyniki CAD z pomiarów Total Station obok siebie z wynikami CAD i chmurami punktów z P4RTK, jest jasne, jak wiele danych zostało zebranych przez drona DJI. Dane z powietrza umożliwiają również tworzenie ortofotomap, które mogą być orientowane i manipulowane w celu uproszczenia planowania projektu.

Taka ilość szczegółów jest szczególnie przydatna podczas pomiarów fundamentów planowanej trasy. Na poziomie szczegółowym, Vermessungsbüro Wolfert porównał dokładność obu metod pomiarowych i stwierdził, że P4RTK był dokładny z dokładnością do 1,5 cm w stosunku do wyników tachimetru.

Prawdopodobnie największe korzyści z wykorzystania dronów do tego zadania miały charakter proceduralny. Podczas tradycyjnego projektu pomiarowego, zespoły są zmuszone do pracy na torach i wokół nich, podczas gdy są one wyłączone z ruchu na czas trwania projektu. Pierwszą rzeczą, jaką zauważyła firma RNV jest to, że „bezkontaktowe” pomiary z góry zmniejszyły ryzyko dla zespołów na ziemi i pozwoliły na kontynuowanie operacji transportowych dla lekkiej kolei. Poza mniejszymi opóźnieniami w rozkładzie jazdy, pomiary, które zwykle są ograniczone ze względu na presję czasu – mogły być wykonywane z łatwością.

Szczegółowość danych wyjściowych generowanych przez P4 RTK również była zadowalająca. Przy porównywalnej dokładności, orientacja modeli 3D z perspektywy powietrznej pozwoliła na uzyskanie wiarygodnych. Zespół Vermessungsbüro Wolfert zwrócił jednak uwagę, że niektóre punkty danych nie mogą być uchwycone z góry, np. obszary pod gęstym listowiem. Z tego powodu, badania łączące fotogrametrię lotniczą z klasycznymi metodami geodezyjnymi odgrywają istotną rolę.

Gotowy wykorzystać potencjał platformy geodezyjnej Phantom 4 RTK?

Pojedynczy lot z Phantomem 4 RTK może dostarczyć danych, których potrzebujesz do generowania ortomozaiki i precyzyjnych modeli 3D. Chcesz dowiedzieć się więcej? Skontaktuj się z naszymi specjalistami przechodząc na stronę kontakt – kliknij tutaj.