CC BY
23
УДК 528.48
DOI 10.33764/2618-981X-2022-1-45-50
Применение БПЛА в качестве подвижной вехи
В. Г. Сальников1 *, А. М. Астапов1, А. Ш. Тюндешева1, Д. А. Баранников1 1 Сибирский государственный университет геосистем и технологий, г. Новосибирск,
Российская Федерация
* e-mail: salnikov@ssga.ru
Аннотация. В настоящее время происходит активное внедрение современных технологий и методик в традиционные методы производства геодезических измерений. Основная цель их внедрения - сокращение временных затрат и повышение качества работ. С каждым годом применение беспилотных летательных аппаратов для решения геодезических задач приобретает большую популярность за счет простоты и доступности технологии. Методика фотограмметрической обработки материалов аэрофотосъемки полученных с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), позволяет решать проблему своевременного создания и обновления картографической основы, построения цифровых моделей местности и объектов, а также других задач, в которых возможно использовать фотограмметрический способ. Авторами статьи предлагается использовать БПЛА для решения инженерных задач на промышленной площадке в качестве подвижной вехи. Экспериментально показано, что подвижной вехой можно выполнять геодезические работы с точностью масштаба 1: 500.
Ключевые слова: БПЛА, подвижная веха, топографическая съемка, тригонометрическое нивелирование
The use of UAVs as a mobile milestone
V. G. Salnikov1 *, A. M. Astapov1, A. Sh. Tyundesheva1, D. A. Barannikov1
1 Siberian State University of Geosystems and Technologies, Novosibirsk, Russian Federation
* e-mail: salnikov@ssga.ru
Abstract. Currently, there is an active integration of modern technologies and techniques into traditional methods of Production of geodetic measurements. The main purpose of their implementation is to reduce time costs and imProve the quality of work. Every year, the use of unmanned aerial vehicles for solving geodetic Problems is gaining popularity due to the simplicity and accessibility of the technology. The technique of photogrammetric Processing of the obtained aerial photography materials using unmanned aerial vehicles (UAVs) allows solving the Problem of timely creation and updating of the cartographic basis, building digital models of terrain and objects, as well as other tasks in which it is possible to use the photogrammetric method. The authors of the article Propose to use UAVs to solve engineering Problems on an industrial site as a mobile milestone.
Keywords: UAV, mobile milestone, topographic survey, trigonometric leveling Применение БПЛА в качестве подвижной вехи
На производственных площадках геодезисту часто приходиться сталкиваться с ситуациями, когда невозможным является его доступ в определенную область или место выполнения работ по следующим причинам: отсутствует допуск по технике безопасности, опасная внешняя среда и другие негативные условия из-за которых невозможно выполнить измерения. Сотрудники организации,
выделяемые в помощь геодезической бригаде для обеспечения доступа в сложные места, не обладают нужной квалификацией. В результате этого возникают ошибки, вызываемые человеческим фактором, из-за чего значительно ухудшается качество выполненных работ или же возникает брак в полученных результатах геодезических измерений. Как правило, источник ошибок заключается в неправильной постановке вехи с отражателем.
Беспилотные летательные аппараты активно интегрируются во множество видов деятельности, и геодезия не стала исключением. БПЛА можно использовать не только для получения ортофотопланов и цифровых моделей, но и применять для решения инженерно-геодезических задач, например, в качестве подвижной вехи [1]. Данный способ позволяет выполнить измерения в недоступных геодезисту местах. С целью изучения возможности применения подвижной вехи, а так же получаемой точности результатов геодезических измерений, нами были выполнены исследования. Суть исследований заключалась в определении точности посадки подвижной вехи (квадракоптер с наклеенной на корпус отражающей пленкой) над точкой с известной координатой. При этом были рассмотрены два варианта применения подвижной вехи [1, 2].
Первый вариант заключается в закреплении на квадракоптере отрезка рулетки, на котором на определенных высотах размещаются отражательные марки. Данный вариант невозможно реализовать на модели квадрокоптера DJI Mavic Mini 2, приведенной на рис. 1, так как он не имеет возможности поднять в воздух вес рулетки и пленки. Попытка крепления сторонних конструкций также приводит к дестабилизации положения квадрокоптера в пространстве, вследствие чего теряется стабильное управление полетом.
Рис. 1. DJI Mavic Mini 2
В связи с этим исследования были выполнены на более крупной модели квадрокоптера DJI Phantom 4 Pro, приведенной на рис. 2. В этом случае управляемость полета сохранялась, однако выполнить измерения на отражающую пленку было невозможно из-за отсутствия его четкой стабилизации.
Во втором варианте отражающая марка была закреплена на корпусе квадрокоптера (рис. 3), а расстояние до поверхности измерялось рулеткой.
При выполнении измерений тахеометром предварительно координируется центр посадочной мишени, а затем посадка квадрокоптера осуществляется при
помощи камеры квадрокоптера (рис. 4). После этого тахеометром выполняются измерения на отражающую марку [3].
Рис. 2. DJI Phantom 4 Pro
Рис. 3. Подвижная веха
Рис. 4. Вид с камеры при посадке квадрокоптера
47
Результаты
В ходе проведения исследований было выполнено два цикла измерений. Первый цикл выполнялся в лабораторных условиях квадрокоптером DJI Mavic Mini 2. Полученные результаты измерений приведены в табл. 1.
Таблица 1
__Результаты первого цикла измерений__
Х, м У, м Н, м
Исходная 101,797 187,698 110,730 ДХ, мм ДУ, мм ДН, мм
1 101,823 187,738 110,729 -26 -40 1
2 101,773 187,725 110,730 24 -27 0
3 101,808 187,716 110,730 -11 -18 0
4 101,823 187,771 110,730 -26 -73 0
5 101,815 187,690 110,729 -18 8 1
6 101,751 187,766 110,730 46 -68 0
7 101,745 187,768 110,731 52 -70 -1
8 101,754 187,671 110,730 43 27 0
9 101,800 187,705 110,729 -3 -7 1
10 101,835 187,720 110,729 -38 -22 1
11 101,853 187,777 110,730 -56 -79 0
12 101,763 187,716 110,729 34 -18 1
13 101,833 187,777 110,730 -36 -79 0
14 101,870 187,774 110,730 -73 -76 0
15 101,742 187,756 110,730 55 -58 0
16 101,822 187,691 110,729 -25 7 1
17 101,815 187,662 110,729 -18 36 1
18 101,812 187,697 110,730 -15 1 0
19 101,802 187,799 110,731 -5 -101 -1
20 101,814 187,764 110,730 -17 -66 0
21 101,867 187,709 110,729 -70 -11 1
22 101,830 187,750 110,729 -33 -52 1
23 101,799 187,634 110,728 -2 64 2
24 101,843 187,671 110,729 -46 27 1
25 101,820 187,714 110,729 -23 -16 1
26 101,748 187,708 110,730 49 -10 0
27 101,776 187,695 110,729 21 3 1
28 101,769 187,694 110,730 28 4 0
Средняя квадратическая ошибка определения координат, вычисленная по формуле Гаусса, составила: по оси Х38,0 мм, по оси У 45,0 мм и по оси Н 1,0 мм. Измерение 19 было исключено из обработки как ошибочное, так как посадка была осуществлена вне допустимого радиуса [4].
После этого исследования были выполнены в полевых условиях с применением квадрокоптера DJI Phantom 4 Pro. При выполнении исследования был слабый ветер. Полученные результаты приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты второго цикла измерений
Исходная Х, м У, м Н, м АХ, мм АУ, мм АН, мм
1032,060 1994,814 298,081
1 1032,018 1994,830 298,078 42 -16 3
2 1032,036 1994,769 298,077 24 45 4
3 1032,054 1994,800 298,079 6 14 2
4 1032,081 1994,847 298,078 -21 -33 3
5 1032,051 1994,831 298,079 9 -17 2
6 1031,988 1994,882 298,082 72 -68 -1
7 1031,981 1994,817 298,081 79 -3 0
8 1032,032 1994,812 298,077 28 2 4
9 1032,081 1994,823 298,079 -21 -9 2
10 1032,055 1994,869 298,079 5 -55 2
11 1032,009 1994,836 298,079 51 -22 2
12 1032,004 1994,808 298,077 56 6 4
13 1032,026 1994,834 298,078 34 -20 3
14 1032,090 1994,792 298,083 -30 22 -2
15 1032,051 1994,773 298,078 9 41 3
16 1032,093 1994,800 298,080 -33 14 1
17 1032,017 1994,810 298,077 43 4 4
18 1032,097 1994,830 298,077 -37 -16 4
Средняя квадратическая ошибка, вычисленная по формуле Гаусса, составила: по оси Х 39,0 мм, по оси У 29,0 мм, по оси Н 3,0 мм.
Заключение
На основе выполненных исследований можно сделать следующие выводы:
-СКО посадки квадрокоптера в плане составляет 5-6 см и её значение зависит от модели квадрокоптера и навыка пилота;
- СКО измерений высотных отметок в лабораторных условиях составила 1,0мм, а в полевых 3,0 мм.
Таким образом, БПЛА можно использовать в качестве подвижной вехи с возможностью получения топографических данных с точностью масштаба 1: 500. Подвижная веха позволяет определять превышения и высоты поверхностей с СКО порядка 2,0-3,0 мм [5-7].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Украинко В. М., Уставич Г. А., Сучков О. П., Созыкин С. И. Автоматизация инженерно-геодезических измерений // методические указания. - Новосибирск : НИИГАиК, 1985. - 75 с.
2. Уставич, Г.А. Геодезия // учебник. - Новосибирск : СГГА, 2012. - Книга 1, 40 с.
3. Уставич, Г.А. Геодезия // учебник. - Новосибирск: СГГА, 2014. - Книга 2, 94 с.
4. ГКИНП (ГНТА)-02-033-82. Инструкция по топографической съемке масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500. - Введ. 1983-01-01. - М. : Недра, 1989. - 38 с.
5. СП 47.13330.2012. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция. СНиП 11-02-96. - Введ. 2013-07-01. - М. : 2012. - 23 с.
6. СП 47.13330.2016. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96. - Введ. 2017-07-01. - М. : 2016. - 31 с.
7. СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства. - Введ. 199801-01. - М. : Геострой России, 1997. - 27 с.
© В. Г. Сальников, А. М. Астапов, А. Ш. Тюндешева, Д. А. Баранников, 2022
