Применение перепиленных гражданских дронов для профессиональной геодезической аэрофотосъёмки местности



    Привет!

    Я геодезист, коллеги из КРОК попросили меня рассказать про то, как мы переделываем дроны, как программируем полёт и как всё потом обрабатываем, превращая снимки, полученные с беспилотника, в детальные ортофотопланы, высокоточные трёхмерные модели местности и топографические планы масштабов 1:500–1:10 000.

    Мы с командой попробовали несколько разных дронов и в итоге остановились на «рабочей лошадке» DJI Phantom 4 PRO с несколькими модификациями. Первое и главное, что мы с ним сделали, — это оснастили его геодезическим GNSS-приёмником, который позволяет определять центры фотографирования с сантиметровой точностью.

    Стандартный его GPS обеспечивал точность порядка 15–20 метров. Для решения геодезических задач при такой точности нужны либо специальные кресты на земле, либо ещё какое-нибудь извращение вроде раскладывания бумажных тарелок по известным координатам.




    Мы делаем и проще, и сложнее: ставим наземную базовую станцию с точно известными координатами, и интегрируем в дрон дополнительный GNSS-приемник и устанавливаем внешнюю антенну. Например, начинали мы с MATRICE 600 c установленной на борту D-RTK системой фирмы DJI, которая была очень громоздкой, дорогой и не удобной для решения геодезических задач.

    Потом мы переделали более компактный DJI PHANTOM 4 PRO: удалось интегрировать дополнительное GNSS-оборудование в стандартный корпус. Общая масса беспилотника увеличилась примерно на 100 граммов. Время полёта немного пострадало, но некритично: набора из четырёх батарей хватает для выполнения съемки площадью 200–300 Га.

    Фантом дал одну важную возможность — основной набор стал умещаться в ручную кладь пассажирского самолёта. То есть мы можем теперь возить весь комплект оборудования с собой куда угодно очень и очень просто.

    Минимальный набор — модифицированный дрон (весь его комплект), геодезический GNSS -приёмник в качестве наземной базовой станции, ноутбук с программой планирования полётов, скачанной картой (для работы без Интернета) и прописанным под точку планом полётов, если была такая возможность заранее. Ещё нужны дополнительные батареи, зарядное устройство (или несколько) и генератор. Мы берём бензиновый генератор, который выполнен в виде кейса, он очень удобен для наших нужд. Либо инвертор для питания от двигателя автомобиля. Для некоторых регионов надо брать ещё обогрев (в частности, для аккумуляторов и рук).

    С одного аккумулятора можно отснять 50 Га с разрешением 2–5 сантиметров на пиксель.

    Работаем так: приезжаем на место с подробно прописанным заранее (в офисе) заданием для дрона. Мы используем UgCS (это профессиональный довольно дорогой софт для планирования полётов дронов, который в России продаёт и консультирует по интеграции и доработкам КРОК. Конечно, такой софт применим не только в геодезии, им могут пользоваться спасатели, агрономы, строители и т. п., но в этих областях я не силён, поэтому все вопросы — к коллегам из КРОК). В нём мы указываем границы района работ, поперечное перекрытие, высоту фотографирования, и дальше ПО само рассчитает маршрут полёта дрона с учетом особенностей рельефа местности. То есть UgCS нарезает всё как надо: с промежуточными посадками для замены батарей и остальным.

    Смотрим, нет ли каких-то неучтённых препятствий, затем ставим базовую станцию GNSS. Координаты наземных точек уточняются приёмником Topcon GR-5.



    Дальше уже есть полётное задание. Вот границы зоны облёта и продольное или поперечное перекрытие для склейки. Ставим пару контрольных контрастных точек для контроля:



    Чтобы подключить автопилот из GNSS, мы соединяем дрон с пультом, пульт — с планшетом с управляющей программой DJI, а затем планшет — с ноутбуком. Настроить эту связку с ходу непросто. Тут мне существенно помогли коллеги из КРОК: установить, подогнать, протестить до запуска.

    Следующий момент в том, что примерно каждый третий объект находится там, где нет стабильного доступа в Интернет. С этим софт справляется. Но бывают и сложные участки, например, горы, где уже начинаются проблемы с распространением сигнала. Именно поэтому мы используем Фантомы: у них есть множество встроенных датчиков для обхода препятствий. Когда он теряет связь, то возвращается назад. Когда не может вернуться назад, то начинает садиться. И эти датчики помогают летать в сложных условиях, таких, как горная местность или в городе. У нас было несколько случаев, когда датчики препятствий помогли избежать аварийной ситуации. Например, в горах эмирата Фуджейра (ОАЭ) мы потеряли связь с дроном, и из-за ветра беспилотник не смог вернуться на точку взлёта. Тогда автопилот принял решение о посадке и по датчикам препятствия посадил дрон в расщелину между двумя склонами горного массива на сравнительно ровную площадку.



    Итог полёта дрона — фотографии вот в этих точках (это софт для обработки уже выделяет их центры):



    Данные GNSS-измерений скачиваются по Wi-Fi отдельно после завершения полёта, они хранятся на дроне и не транслируются на землю в реальном времени.

    Дальше можно уезжать, потому что следующий шаг — фотограмметрическая обработка материалов аэрофотосъёмки. Координаты наземных опорных точек используются только для контроля:



    Вот облако точек после классификации. Цветом выделены растительность, опоры, провода ЛЭП, здания и сооружения:



    А это уже 3D-модель по этому облаку:



    На этом коттеджном посёлке задание было простым: 5 см на пиксель, простой ландшафт, минимум деревьев, нет наводок. Мы получили ортофотоплан и совместили его с кадастровым планом:



    Он может использоваться для межевания, инвентаризации и кадастровой оценки земельных участков, оценки эффективности использования земельных ресурсов, проектирования развития территорий, проектно-изыскательских работ, реконструкции и развития дорожных сетей, мониторинга состояния наземных и подземных коммуникаций, трубопроводов, ЛЭП и т. п., мониторинга земель с целью охраны, экологического мониторинга границ и площадей земель, подверженных изменению, создания трехмерных моделей местности для ГИС.

    Почему UgCS? Потому что других вариантов на рынке особо и нет, всё остальное — любительского уровня. Очень удобно, что любой дрон можно выставить на задание, и он просто полетит: поддерживается вся линейка DJI включая Мавики и ещё с десяток популярных в геодезии дронов. Нет привязки к железу вообще. Очень хорошее планирование — из офиса. Нормальное управление с ноутбука джойстиком или CLICK&GO, хорошее геокодирование изображений для Photoscan или Pix4D. На рынке есть альтернативное ПО без необходимости таскать ноутбук, но с куда меньшим количеством возможностей. Ноутбук — это огромное преимущество, но одновременно и проклятие системы: он сильно усложняет командировки. Зимой всё это становится ещё сложнее из-за того, что батареи всей связки мёрзнут, и приходится работать в перчатках (что не очень точно). Но других вариантов пока нет: либо такие неудобства, либо ограниченные возможности.

    Вот пример результата трехмерной модели города:



    Вот ещё один объект — трехмерная модель карьера:





    Вот такая история.

    Ссылки


    КРОК

    352,97

    №1 по ИТ-услугам в России

    Поделиться публикацией

    Похожие публикации

    Комментарии 49
      +2
      Пару вопрос.
      А что такого не хватало в других программах для планирования миссий? Почему спрашиваю. У меня есть свой проект для этого (правда больше нацелен на DJI Spark, где миссии до недавнего времени были «вырезаны» из прошивки). Берем прямоугольник из координат, считаем по нему «сетку», считаем шаг сетки в зависимости от высоты и перекрытия кадров, интервал съемки. Можно снимать. Сам снимал немало моделей (немного примеров).
      И как решаете проблему получения разрешений на полет в разных местах? Мы сейчас пилим проект по получению разрешений в один клик за день до полета. Пока работаем в одном городе, но собираемся выходить на регион и далее в другие регионы. Интересно, как это решается «на местах».
        0
        Софт рассчитан на более сложные сценарии, когда очень важно планировать полет над сложным рельефом и важна 3D карта, работать полностью в офлайне, летать длинный маршрут по частям со сменой аккумуляторов.
        Разрешения это довольно болезненный вопрос. Сейчас в основном получением разрешений и согласованием с органами управления воздушным движением занимается заказчик услуги.
          0
          Спасибо за ответ!
          Я почти все это интуитивно реализовал ))
          По поводу разрешений и заказчика, да, такое часто бывает. У нас сейчас стали появляться курьезные случаи, когда пилот получает через нас разрешение, а заказчик в это не верит («ну как так то за 5 минут его получил, это невозможно»), обращается за разрешением сам и ему говорят: «а не могли бы вы работать по разрешению, которое уже получил пилот?».
        0
        У меня есть матенинка от фантома, на ней есть разём API. Используете такое?
        developer.dji.com
          0
          Разъем API не используем. Насколько нам известно, onboard SDK для фантома не поддерживается
          0
          Строится ли карта высот местности?
          Если да — то какая погрешность измерений по сравнению с теодолитным ходом?
            +2
            В результате обработки данных аэрофотосъемки строится высокточная тремерная модель местности, карта высот и ортофотоплан. Точность построения трехмерной модели местности в зависимости от высоты съемки составляет 3-5 см в плане и повысоте.
              0
              Тут некорректно сравнивать с теодолитным ходом. Теодолитный ход — это метод создания съемочного обоснования, а здесь обоснованием являются координаты центров снимков полученные с помощью GPS в режиме RTK. Так что сравнивать нужно отдельно RTK со всеми параметрами вычисления координат с полигонометрией и отдельно готовый материал с таким же, но полученным тахеометрической съемкой(точность вычисления координат твердых контуров со учетом всех факторов).
              0
              игры с реальной местностью уже близко?)
                0
                Как бы уже давно, MSFS X — реальная местность и реальная погода.
                0
                Является ли законным то, чем вы занимаетесь? Должны ли вы получать разрешение на полет у собственников территории?
                  +2
                  Ну вообще то, для использования воздушного пространства над частными территориями, у нас не нужно получать разрешения от собственников. В случае автора поста, заказчик скорее всего как раз является владельцем территории.
                    +1
                    Да, безусловно, у нас есть все необходимые разрешения. Разрешения на полет получаются в Росавиации.
                      0

                      А как к построению карт высот относятся военные? IMHO раньше это расценивалось весьма неоднозначно :-)

                        0
                        Вы знаете, военные/ФСБ и прочие в принципе не очень хорошо относятся к созданию любых карт =) И если бы все делалось по их желаниям, то строительство одного дома в городе занимало бы лет 20-30 наверно. Пока получишь все разрешения на изыскания, пока откопаешь все коммуникации(ибо на карты/планы наносить нельзя — секретно), чтобы знать как они расположены. Потом через «первый отдел» передай план с высотными отметками в Балтийской системе проектировщикам…

                        Желания их не совпадают с реальностью и они этого не признают, к сожалению. В итоге имеем сваи забитые в тоннель метро, порванные кабеля связи и т.д.
                    +1
                    Подскажите, а чем вам не нравится, например DroneDeploy?
                      0
                      В пересеченной местности порой очень важен для планирования рельеф и Terrain Following
                        +1
                        А какая разница собственно? Следовать высотам не нужно же, главное учитывать самую высшую точку (чтоб перекрытия там хватило). Все что ниже, хватит по перекрытию даже с запасом.
                      +1

                      А можно подробнее про модификации.
                      Что ставите на дроны? одночастотные ублоксы?


                      Координаты передаются дрону в кан и он их и использует или потом приходится как-то синхронизировать сделанные снимки с логом gnss?

                        0
                        Emlid Reach они ставят. А Emlid в свою очередь использует ублокс. И, скорее всего, приходится синхронизировать полученные координаты со снимками.
                        0
                        Прайслист на софт не абонентка 600$ или 2000$, если речь идет о действительно самодостаточности то это очень круто, или же используются и другие програмные пакеты? карту подгружаете с помощью чего? Собственно обработка облака точек и получение трехмерной модели, обработка модели, упрощение, очистка от мусора и прочее? Например наложение 3Dкарты на плоский кадастровый план в GIS пакетах?
                          0
                          600$ и 2000$ – это постоянная лицензия. Есть также варианты с временной на месяц и 3 месяца. Временная оправдана, когда работы сезонные. Карта может подгружаться из тайлсервисов, также поддерживается WMS. Можно загружать GeoTiff из файлов. Причем это касается как самой подложки, так и рельефа. Обработка есть, но скорее для задачи быстрого получения карты и рельефа для дальнейшего планирования полета в UgCS. Хотя в сторонний ГИС тоже можно результаты загрузить. Т.е. можно сделать ортофотоплан и высоты в формате GeoTiff. 3D модели не генерируются. Также пока не поддерживаются GCP, но зачастую для быстрого создания картосновы в незнакомой местности это и не требуется.
                          0
                          я правильно понимаю, что всё сводится к обработке в фотоскане массива фото (или стереофото?) с мегаточными координатами позиций съемок?
                          а мегаточные координаты определяет «дополнительная коробочка», которая от дрона берет только питание и флаг «спуска затвора»?
                          только вот зачем это проброс дистанционного управления дроном? ведь фотоскану, вроде как, совершенно безразлична равномерность сетки…
                            0
                            Связь нужна как минимум для работы этой коробчки в режиме RTK(Real-time kinematic), которая вычисляет мегаточные(на самом деле не мега :) но все же достаточные для данного вида работ) исходя из работы стационарного GPS приемника который шлет поправки на GPS приемник на дроне.
                              0
                              и флаг «спуска затвора»?


                              Ну это главное ноу-хау ребят с топдрона. DJI же сплошная пропиетарщина. Открытых решений как синхронизировать спуск затвора фантома 4-го и Emlid Reach(лоукост GPS-приёмник, которым ребята пользуются) нет. Если разузнаете, то можете клепать своё решение или поделиться с сообществом :).

                              P.S. Есть решение через фотоэлектрический датчик, который улавливает срабатывание диода затвора камеры на корпусе Фантома. Метод получается «неинвазивный», пример реализации есть на форуме Emlid, но оставляет желать лучшего, ибо обработка замороченная. Возможно ребята с Топдрона обошлись без фотоэлектрического датчика и как-то соединились напрямую.
                                0

                                Проще менять exif в фотографиях по метки времени. Пишется за пол часа на

                                  0
                                  Для понимания почему важно именно синхронизировать камеру с GPS:
                                  When the drone is flying at 20m/s and GPS works at 5Hz, that means your autopilot will have position readings only each 4m. While enough for navigation such readings are not suitable for precise georeferencing.
                                    0
                                    С меткой времени в Exif я конечно погорячился (там нет милисекунд), но и синхронизация не даст вам нужную точность при таких условиях.
                                    Нужно снижать скорость и повышать частоту приемника.
                              +1
                              Зимой всё это становится ещё сложнее из-за того,… и приходится работать в перчатках (что не очень точно).


                              проблема перчаток частично решается мышкой или трекболом в меховой «муфточке.
                              Летал так зимой с ноута.
                              Рука с манипулятором в тёплом „домике“.
                                0
                                А вот про связку пульт-планшет-ноутбук, можно чуть подробнее? Непонятно зачем тут планшет вообще. И если уж на то пошло зачем пульт, если есть ноутбук? :)
                                  0
                                  Интересно как вы оцениваете отечественный продукт типа Геоскан 101 или 201
                                  www.geoscan.aero/ru/products/tags/sony-dsc-rx1.
                                  Цена кусачая, но на борту только оптика и GPS с последующей постобработкой в 3D сомнительной точности. Еще и ловить его с парашютом нужно.
                                  Есть ли у них хоть какое-то преимущество по сравнению с вашим решением (например, температура применения, автономность)
                                    0
                                    Во-первых, Геоскан совсем другого класса устройства. Fixed-wing летает дольше, намного дольше. Даже самые дешёвые летают по часу, а Геоскан 201 вообще заявлено 3 часа. DJI Phantom летает 20 минут. Хотя у квадрокоптеров конечный результат получается лучше. Тут выбор либо скорость съёмки, либо точность. Во-вторых, у геоскана камера с полноразмерной (Sony DSC-RX1) или APS-C матрицей. У DJI то ли 2/3 дюйма или 1 дюйм, не помню. Во-третьих, у Геоскана L1-L2 GPS-приёмник, который сам по себе стоит недёшево. А у ребят свыше лоукост решение Emlid Reach с поддержкой только L1 и обработкой координат через опенсорсный RTKLIB. Вообще решение Геоскана — классика на топовых и дорогих компонентах для тех, у кого с бюджетом проблем нет.

                                    В общем, сравнивать ребят с топдрона надо с Tuffwing и Event38. Те делают fixed wing дроны за 2-3 тыс. баксов с поддержкой Emlid Reach. И по цене получается сравнимо. Но тут опять встаёт вопрос — нужна точность или скорость съёмки.
                                      0
                                      В целом понятно. Просто со стороны кажется, что Геоскан — дорогущий архаичный самолетик, а у ребят из поста — высокотехнологичный измерительный комплекс.
                                        0
                                        Вообще «самолетик» постоянно дорабатывается. И также надо понимать что это цена за комплекс.
                                        Также считайте rx1 170к + доработка по фиксированию фокусного расстояния.
                                        rx1 берется за счет того что тут центральный затвор, в отличии от большинства фотоаппаратов у которых rolling-shutter.
                                        Плюс идет gnss который тоже стоит денег.
                                        И наземная станция предоставляется + обучение.
                                        У нас решение больше для бизнеса который на постоянной основе нужно летать.
                                    –2
                                    Как-то всё мудрёно. Левый софт за очень дорого говорит о том, что кое-кто бабло рубит с лохов.
                                      0
                                      Непонятно о чем речь. Развернуто можете объяснить свою мысль?
                                        +1
                                        Я объясню развернуто:
                                        1. Дело в том, что Крок с этого года официальный дилер UGCS, поэтому теперь монополия и кроме них официально лицуху на юр. лицо не купить. Отсюда цены, отсутствие маркетинга и тот факт, что они UGCS будут пихать везде.
                                        2. Drone Harmony лучше UGCS.
                                        3. Реконструкцию в каком софте вы делали? Я так понимаю это Геоскан? Тогда важно понять ваши дальнейшие планы, а то получается интересная ситуация, софт латвийский, аппарат китайский, реконструкция от конкурента? Или в Кроке кончились программисты?
                                        4. UGCS в текущем виде это софт с огромным числом багов, которые фиксятся по году и более. Команда UGCS не имеет даже нормальной системы вознаграждения и стимулирования к поиску и тестированию. Из 3х официально зафиксированных командой багов, найденных моей командой — исправлена одна.
                                        5. Формат лицензий UGCS изменился в течение года без уведомлений. В результате лично у меня UGCS отвалился из всех закупок почти.
                                        6. Прочитав статью, у меня сложилось впечатление, что вы не понимаете связь между параметрами матрицы и объектива и качеством реконструкции. Напишите свои мысли, хотелось бы понять; впрочем ваши рассуждения о Геоскане уже дают некоторый ответ, но было бы интересно узнать ваши мысли как есть.
                                        7. В статье вы скомбинировали результаты сырой реконструкции и финальные, укажите, в каком софте вы получили финальную трехмерную модель.
                                          0
                                          Для получения трехмерных моделей я использую Photoscan или ContextCapture.
                                          Насчет UGCS, насколько я знаю, Крок уже несколько лет их реселлер в России, но есть и другие, см на сайте вендора — www.ugcs.com/en/page/resellers
                                          0
                                          Я об этом:
                                          Мы используем UgCS (это профессиональный довольно дорогой софт для планирования полётов дронов, который в России продаёт и консультирует по интеграции и доработкам КРОК.

                                          Что мешает кроку свой софт нормальный опенсурсный разрабатывать или вам?
                                          Только не говорите, что нет специалистов. Просто на этом деньги стригутся.
                                          В общем ясно, что ниши толковой нет. Развивать надо, но некому. Проще перепродать :) я об этом.
                                            0
                                            Я понял уже про забагованный софт от UgCS.
                                            Но
                                            Что мешает кроку свой софт нормальный опенсурсный разрабатывать или вам?

                                            Как это «или вам»? Я вообще не имею отношения к этой теме. Просто интересно было различие в цене и подходе.
                                              0
                                              Wicron уже правду-матку высказал ;)
                                        0
                                        Wicron, спасибо за ответ, но тут всё вперемешку у вас. Я — не автор статьи. Моя контора приобрела Геоскан и я лишь задал вопрос, чтобы понять чем обоснована такая высокая цена «самолётика». Если именно ко мне у вас есть вопросы, то я готов пообщаться конечно. Но не знаю о чем говорить, т.к. не специалист в этой области )
                                          0
                                          Ок, к вам вопросов не имел, хотел более структурно по статье ответить на ваш вопрос, чтобы другие увидели. Комбинировать софт от Геоскана (лицензия до 7000 у.е), с базовой станцией за 500-1.5 млн. руб и аппарат из Китая — вы сами понимаете, к чему идет дело. Автор статьи смешал подходы, которые не совместимые в реальной жизни и к сожалению сделал статью так, что скрыл некоторые этапы камеральной обработки. Из интересных новостей — я имею контакты и информацию от сотрудников DJI. Внутри компании есть софт, аналогичный фотоскану, есть облачный сервис, есть агросервис. К сожалению они по каким-то причинам это не выпускают. Поэтому ниша дешевых и массовых услуг никак не взлетает.
                                          0
                                          А что у вас лицензией на фотоскан?
                                            0
                                            А можно ли эмлидовский приемник просто вставить вместо стандартного в мавик?
                                              0
                                              DJI не даст. Пропиетарщина. У них, кстати, есть RTK GPS для дронов старших моделей. Цена что-то типа 5 тыс. баксов. В общем, им надо старшие модели продавать и GPS за 5 косарей. Так что они на вряд ли позволят колхозить к дешёвым дронам всё, что народу вздумается.
                                                0
                                                Вообще там довольно стандартный u-blox по UART.
                                                Автор статьи и приколхозил. Вот и хочу понять, напрямую или пришлось изгаляться.
                                                topodrone.ru/uncategorized/blog-8-8.html
                                                  0
                                                  Для геодезии DJI серийно делает phantom 4 RTK. Без колхоза. На корпусе их шишка с антенной, в комплекте их же блок. Красиво и надежно.
                                                  Что касается увеличения точности, то подождите 2 недели и закажите Phantom 5. Там должны были добавить Beidou.
                                                  В остальном статью нужно было делать нормально. Чтобы заказчики поняли стоимость, риски, сроки, а публика поняла уровень решения. Например достаточно интересно узнать о бюджетных базовых станциях для уточнения координат.
                                                  Я думаю, еще публику интересует как авторы статьи получили разрешение на полеты над жилым сектором. Сколько это заняло времени, средств и как это влияло на работу?
                                              0

                                              Какой конфиг ПК для обработки в фотоскане?

                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                              Самое читаемое