CC BY
3Процессы и машины агроинженерных систем
УДК 528.721.221.6:528.8 Код ВАК 4.3.1
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНЯ АЭРОФОТОСЪЕМКИ ПРИ СОЗДАНИИ ОПОРНЫХ ТОЧЕК НА ОТКРЫТОЙ МЕСТНОСТИ А.П. Татарчук1*, А.С. Гусев1
ХФГБОУ ВО Уральский ГАУ, Екатеринбург, Россия
*E-mail: [email protected]
Аннотация: Использование БПЛА (беспилотного летательного аппарата) в геодезии значительно упрощает проведение работ, сокращает временные затраты, повышает общую эффективность. Преимущества беспилотного аппарата над традиционными методами инструментальной съёмки очевидны: для БПЛА не существует труднодоступных мест, водных препятствий, особенностей рельефа. Чем больше площадь съемки, тем экономически выгоднее становится использование беспилотного аппарата.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, топографическая съемка.
COMPARATIVE EFFECTIVENESS OF USING AERIAL PHOTOGRAPHY IN CREATING
REFERENCE POINTS IN OPEN AREAS A.P. Tatarchuk1*, A.S. Gusev1 1Ural State Agrarian University, Yekaterinburg, Russia *E-mail: [email protected]
Abstract. The use of UAVs in geodesy greatly simplifies the work, reduces time costs, increases the overall efficiency. The advantages of an unmanned vehicle over traditional instrumental survey methods are obvious: there are no hard-to-reach places, water obstacles, or relief functions for a UAV. The larger the survey area, the more cost-effective it becomes to use an unmanned vehicle.
Keywords: unmanned aerial vehicle, topographic survey.
Введение (Introduktion)
Работа геодезиста предполагает измерение расстояний на местности, расчёт площадей, выполнение других вычислений, составление топографической карты. Для осуществления этой работы традиционно применяется методика наземной съёмки посредством электронного тахеометра. Процесс разработки топографического плана большой территории достаточно длительный и трудоемкий. Использование квадрокоптера для геодезических съемок позволяет более оперативно получить топографическую карту местности в любом масштабе от 1:500 до 1:2000 и более мелкого [1].
В данной работе рассмотрена возможность использования аэрофотосъемки в целях геодезии. Произведено сравнение временных и трудовых затрат классического метода съемки (тахеометрической) и съемки при помощи БПЛА (квадрокоптера). На основании полученных с беспилотника снимков
создаются детальные 3D модели местности, матрицы высот и ортофотопланы. Результаты дистанционной съёмки с воздуха применяются:
- ведение кадастрового учета и контроль градостроительной деятельности;
- создание географических информационных систем (ГИС);
- обновление топографических карт;
- мониторинг состояния пашни, лесного хозяйства, целевого землепользования;
- контроль рек и водохранилищ, для предотвращения заторов льда и прогнозирования наводнения [2].
Методология и методы исследования (Methods)
Качество снимков с летающего дрона на порядок превосходят спутниковые аналоги, а расшифровка и создание топографических планов производится автоматически при помощи программного обеспечения [3,4,5]. Тактово-технические характеристики приведены на рисунке 1:
Рисунок 1. Тактово-технические характеристики БПЛА
Результаты исследований (The results of the research)
В основе работы БПЛА комплекса для геодезических работ лежит проведение аэросъёмки исследуемого участка. Борт такого летательного аппарата оснащён качественной аппаратурой для выполнения съёмки, сантиметровую точность которой обеспечивает геодезический приемник.
Данные съёмки автоматически обрабатываются, а результаты доступны для просмотра любой ГИС - совместимой программой. Все геодезические работы возможно намного эффективнее и быстрее выполнить с помощью БПЛА, а в дальнейшем создавать цифровую модель местности (рисунок 2).
Рисунок 2. Цифровая модель местности Создание цифровых моделей местности и рельефа призваны решать задачи топографии, вести подсчет объемов, разрабатывать проекты планировки территории. Использование дронов с применением
цифровых фотокамер значительно упрощает задачу построения 3D-поверхностей. На беспилотные аппараты может быть установлено различное оборудование для проведения изыскательских работ после которых создаются ортофотопланы (рисунок 3) - один из самых востребованных продуктов БПЛА в геодезии. Обработка снимков происходит с помощью специальных программ [3]. Беспилотный аппарат совершает полет в автоматическом режиме по заданному курсу. Дроны способны справиться с подобной задачей, но чтобы добиться по настоящему высокой точности - стоит использовать опорные точки и приобретать дополнительную полезную нагрузку.
Рисунок 3. Ортофотоплан
Использование же опорных точек для аэрофотосъемки - это метод повышения точности. Опорные точки значительно повышают общую точность карт, составляемых дронами, которые являются важным инструментом для проведения точного картографирования местности (рисунок 4). Создаются опорные точки различными методами, главное условие яркий и заметный цвет - красный, синий.
Рисунок 4. Создание опорных точек
Сравнение затрат времени при использовании классического метода съемки (тахеометрического) и съемки при помощи БПЛА. В качестве задачи необходимо отснять участок сельскохозяйственных угодий прямоугольной формы, размерами 200х100 м., получить высотные отметки поля, для определения объема земляных работ под снятие ПРС (плодородно-растительного слоя), с целью получения высотных отметок, для корректной работы техники (экскаватора) в дальнейшем. При подсчете затрат времени примем что все специалисты являются опытными, и выполняют действия максимально быстро. Также исключим из суммарного времени затраты на личные нужды и время на доставку людей и оборудования до места работы.
Подсчет времени при использовании тахеометрической съемки. Для выполнения данной задачи требуется 2 человека - человек за тахеометром, человек с вешкой - помощник. Это обосновано тем, что съемку данного поля невозможно сделать в «без-отражательном режиме» съемки тахеометра, т.к. геодезист не сможет увидеть куда именно попадает лазерный луч прибора в силу расстояния и иных факторов. Поэтому данный вид съемки выполняется только с помощником, который будет ходить с вешкой.
Выводы и рекомендации (Conclusions and recommendations)
Временные затраты на выбор места установки прибора (станции) с которого должны быть видно весь участок съемки, либо хотя бы его половину. Далее, если примем за условие снимать данный участок местности квадратами шагом 5*5 метров, то: (200/5)*(100/5)=40*20=800 измерений на весь участок. Примем, что на одно измерение потребуется 1,5 минуты. 30 сек. на установку вешки по уровню, 30 сек. на наводку и съемку геодезистом и 30 сек. на выбор нового места установки и переход к нему. Следовательно, на съемку участка уйдет 800*90=72000 сек., что равняется 20 часам рабочего времени. Это больше рабочего дня в 8 часов и составляет 20:8=2,5 рабочих дня, без учета камеральной обработки данных, или 40 человеко-часов.
Подсчет времени при использовании квадрокоптера. Для выполнения данной задачи потребуется лишь один человек. Для этого необходимо нарисовать несколько опорных знаков на местности, на это уйдет 30 минут. На настройку оборудования уйдет 30 минут. На съемку самого участка размерами 200*100 метров уйдет 1 час, или 2 человека-часа. Соответственно, в первом случае, затраты времени в 20 раз больше. А во втором случае, эффективность по сравнению с первым составляет 2000%.
Библиографический список:
1. Беличев А.А., Гусев А.С. Некоторые аспекты применения беспилотных летательных аппаратов для повышения эффективности использования сельскохозяйственных угодий // В сборнике: Актуальные проблемы аграрной науки: прикладные и исследовательские аспекты. Сборник научных трудов II Всероссийской (национальной) научно-практической конференции. Нальчик, 2022. С. 429-431.
2. Гусев А.С., Варнина В.А., Броницкая С.А., Беличев А.А., Вяткина Г.В. Применение стереомодели при мониторинге земель сельскохозяйственного назначения // Московский экономический журнал. 2023. Т. 8. № 7.
3. Васенев И. Смарт-системы агроэкологического мониторинга для интеллектуальных систем поддержки принятия решений (СППР) [Электронный ресурс] / Ресурсосберегающее земледелие. 2022. № 3 (55). URL: https://agriecomission.com/base/smart-sistemy-agroekologicheskogo-monitoringa-dlya-intenektualnyh-sistem-podderjki-prinyatiya-reshemi-sppr
4. Ведомственный проект «Цифровое сельское хозяйство»: официальное издание. - М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2019. - 48 с. URL: https://mcx.gov.ru/upload/iblock/900/900863fae06c026826a9ee43e124d058.pdf
5. Воронков И. В. Разработка методов и аппаратно-программных средств автоматизированного мониторинга и контроля выполнения посевных работ: дисс. ... канд. техн. наук. - Москва, 2018. - 147 с.
Refere^es:
1. Belichev A.A., Gusev A.S. Some aspects of the use of unmanned aerial vehicles to increase the efficiency of use of agricultural land // In the collection: Current problems of agricultural science: applied and research aspects. Collection of scientific works of the II All-Russian (national) scientific and practical conference. Nalchik, 2022. pp. 429-431.
2. Gusev A.S., Varnina V.A., Bronitskaya S.A., Belichev A.A., Vyatkina G.V. Application of a stereo model in monitoring agricultural land // Moscow Economic Journal. 2023. T. 8. No. 7.
3. Vasenev I. Smart systems of agroecological monitoring for intelligent decision support systems (DSS) [Electronic resource] / Resource-saving agriculture. 2022. No. 3 (55). URL:
https://agriecomission.com/base/smart-sistemy-agroekologicheskogo-monitoringa-dlya-intellektualnyh-sistem-podderjki-prinyatiya-reshenii-sppr
4. Departmental project "Digital Agriculture": official publication. - M.: FGBNU "Rosinformagrotekh", 2019. - 48 p. URL: https://mcx.gov.ru/upload/iblock/900/900863fae06c026826a9ee43e124d058.pdf
5. Voronkov I.V. Development of methods and hardware and software for automated monitoring and control of sowing operations: diss. ...cand. tech. Sci. - Moscow, 2018. - 147 p.
