Сравнительный анализ точности геодезических работ при их выполнении с помощью БПЛА «Gatewing x100» и наземной сканирующей установки «Riegl vz-1000» Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТ ПРИ ИХ ВЫПОЛНЕНИИ С ПОМОЩЬЮ БПЛА «GATEWING X100»

И НАЗЕМНОЙ СКАНИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКИ «RIEGL VZ-1000»

Вячеслав Денбинович Хан

Национальный Исследовательский Иркутский Государственный Технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова д. 83, инженер НИЧ, тел. (950) 110-07-56, e-mail: Mithril [email protected]

Владимир Игоревич Кугаевский

Национальный Исследовательский Иркутский Государственный Технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова д. 83, инженер НИЧ, тел. (950)094-46-01, e-mail: [email protected]

В статье рассмотрена возможность применения БПЛА при выполнении топографической съемки, выполнен анализ точности двух разных методик съемочных работ, с применением НЛС и БПЛА.

Ключевые слова: БПЛА, ДЗЗ, облако точек.

ANALYSIS OF THE ACCURACY OF GEODETIC WORKS, WITH THEIR EXECUTION BY A UAV «GATEWING X100» LAND AND SCANNING SETTINGS «RIEGL VZ-1000»

Vyacheslav D. Khan

National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov, Irkutsk, 664074, Russia, an engineer Department of Research, tel. (950) 110-07-56, e-mail: Mithril 1990@mail. ru

Vladimir I. Kugaevsky

National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov, Irkutsk, 664074, Russia, an engineer Department of Research, tel. (950) 094-46-01, e-mail: [email protected]

The possibilities of the UAV when the topographical survey, the analysis of the accuracy of two different methods of surveying, using the NLS and the UAV.

Key words: UAV remote sensing point cloud.

За последние годы в России и за рубежом многие компании предлагают различное высокоточное геодезическое оборудование и методики выполнения инженерных изысканий в области геодезии и маркшейдерского дела. Ни для кого не секрет, что при топографических изысканиях больших площадей, большинство геодезических компаний обращаются за помощью к технологиям ДЗЗ (Дистанционного Зондирования Земли).

ДЗЗ - это наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащенными различными видами съемочной аппаратуры. В 21 веке широко развивается направление космического ДЗЗ, одним из важнейших видов дистанционных исследований являются радарные съемки. Этот метод сбора данных незаменим в условиях, когда непосредственное наблюдение по-

верхности планеты затруднено различными природными условиями. Использование радиолокационных данных применяется в различных областях ГИС (Г ео Информационных Систем).

Параллельно развитию космического ДЗЗ, широко развиваются аэрофотосъемки с применением БПЛА (Беспилотных Летательных Аппаратов). У многих возникает вопрос: «Зачем использовать методику БПЛА при выполнении топографических съемок больших площадей, когда низкоорбитальный спутник снимет в сотни раз больше и во много раз быстрее?» На сегодняшний момент технологии спутниковой съемки находятся на стадии доработок. Использовать данные полученные путем космического зондирования при построении ЦМР (Цифровой Модели Местности) невозможна, из-за недостаточной точности.

Обратим внимание на технологию БПЛА, каждый производитель данной технологии предлагает «новое решение». Это решение должно упростить поставленные задачи перед инженером, за счет повышения производительности съемки крупных площадей. Минимизировать затраты и предоставить высокую точность используя полученные данные при моделировании. Все это выглядит красиво по презентациям и видеороликам, которые часто выкладывают производители данных технологий на страницы своих сайтов.

Летом 2012 года сотрудниками кафедры маркшейдерского дела и геодезии НИ ИрГТУ был выполнен научный эксперимент, заключающийся в сравнении двух методов съемки: НЛС (Наземное Лазерное Сканирование) и съемка с использованием БПЛА Gatewing x100. В качестве объекта наблюдений было выбрано действующее горнодобывающее предприятие, находящееся в Иркутской области.

Выполнение топографической съемки с помощью БПЛА Gatewing x100 состояло из нескольких этапов:

• подготовительные работы;

• выполнение полетов;

• обработка полученных результатов.

К подготовительным работам относят создание и координирование опознавательных знаков на земной поверхности в контуре выполнения съемки. Опознавательный знак имеет простую, крестообразную конструкцию, размеры ее зависят от высоты полета БПЛА. Цвет и размеры опознавательного знака рассчитывается заведомо, чтобы на темной поверхности он был ярких тонов, а на светлых, темным. В данном случае мы использовали обычную доску (перекрестие). По всему периметру границ съемки опознавательные знаки были расставлены, так чтобы их покрытие было равномерным. Координирование опознавательных знаков осуществлялось с помощью GPS оборудования (рис. 4).

Комплектация БПЛА состоит (рис. 1):

• контроллер;

• USB-радиомодем;

• пусковая установка;

• БПЛА с установленной на борту цифровой камерой;

• Программное Обеспечение.

Управление БПЛА выполнялось с помощью 1 специалиста весь сеанс (рис.2). В контроллере-устройстве, с которого задается программа полетов установлено специально ПО предназначенное для управления и отслеживания за БПЛА. Связь между самолетом и контроллером осуществляется через специальный USB-радиомодем. Запуск выполняется с пусковой установки, а сеанс полета проходит в автоматическом режиме.

После успешного запуска, по запроектированной траектории БПЛА в течение 30 минут выполнялся полет на высоте 150 метров. На борту БПЛА установлена цифровая камера высокого разрешения, которая ежесекундно производила фотографирование местности. По завершению сеанса, БПЛА совершил «мягкую посадку» и с камеры находящейся на борту самолета был выполнен импорт полученных снимков.

Имея координаты опознавательных знаков и снимки, на которых они были определены по средствам ПО PhotoScan, в течение 1 вечера произвелась обработка данных. На выходе получены данные разных форматов, «облако точек» файл формата *.txt несущий в себе более 8 млн. точек с пространственными координатами X, Y, Z. Эти данные возможно использовать при построении цифровой модели рельефа. Так же был получен файл формата *.tif, который используется в любой ГИС системе, с его помощью возможно построение и обрисовка топографического плана.

Наземное лазерное сканирование было осуществлено с применением наземной сканирующей системы RieglVZ-1000 (рис.3). Съемку выполняли два специалиста, оператор и помощник. Всего по карьеру было сделано две скан позиции в течение 5 минут каждая. В камеральных условиях были обработаны полученные данные по средствам ПО RiSCAN и Microstation. По итогам обработки было получено трехмерное облако точек (рис.5), каждая точка имеет координаты X,Y, Z. В дальнейшем обработанные данные возможно применять при построении цифровой модели.

Рис. 3. Сканирующая система RieglVZ-1000

Рис. 4. GPS оборудование-RTK режиме

После обработки двух вариантов топографической съемки, было предложено проанализировать полученные результаты. Для этого использовали программный продукт Microstation, в который загрузили полученные результаты. Во время проверки обработанных данных съемок в плановом положении, обе съемки находились в одних и тех же плоскостях «X>rn «Y». Анализ полученных результатов в плоскости «Z» было предложено оценить способом вертикальных сечений. Для построения сечений использовался инструмент TSCAN (рис.6), ПО Microstation. Разрезы были построены в местах максимального перекрытия точек двух съемок. По построенным разрезам измерялась величина A h данных полученных и обработанных методикой БПЛА относительно НЛС. Значения A h приведены в табл. 1.

Рис. 5. Облако точек Рис. 6. Построение сечений

Таблица 1

Отклонения значений съемки БПЛА относительно НЛС

Метод наблюдений БПЛА

Разрез Ah+ м Ah- м

1-1 0,134

2-2 0,092

3-3 0,088

4-4(1) 0,162

4-4(2) 0,162

5-5(1) 0,181

5-5(2) 0,077

5-5(3) 0,110

6-6(1) 0,168

6-6(2) 0,176

6-6(3) 0,168

Из табл. 1 видно, что данные, полученные методом аэрофотосъемки, значительно отличаются от данных, полученных при помощи НЛС. Эта разница существенно превышает допустимое значение, заявленное производителем (5 см при полете на высоте 150 м). Согласно вышесказанному я могу сделать вывод, что применение данного БПЛА не целесообразно использовать на местности со значительными перепадами высот, высокой травяной растительностью и густого лесного покрова.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Gatewing - A TRIMBLE COMPANY - [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.gatewing.com/

2. Беспилотные летательные аппараты - [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.racurs.ru/

3. RIEGL LASER MEASUREMENT SYSTEMS - [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.riegl.ru/

© В.Д. Хан, В.И. Кугаевский, 2013