Дроны для геодезии и картографии: ортофотопланы, 3D-модели и карты рельефа

Полезные статьи

Дроны для геодезии позволяют быстро собирать пространственные данные на больших территориях, в том числе там, где наземная съемка требует больше времени или осложнена рельефом. БПЛА выполняет серию геопривязанных снимков по заданному маршруту, а полученные материалы затем обрабатываются в фотограмметрическом или GIS-программном обеспечении. Результатом могут быть ортофотопланы, 3D-модели местности, цифровые модели поверхности и рельефа, которые используются в геодезии, строительстве, землеустройстве и мониторинге территорий.

Как БПЛА используют в геодезии и картографии

Геодезическая съемка дроном начинается со сбора исходных данных. Беспилотник движется по запланированному маршруту и делает серию снимков с достаточным перекрытием. Вместе с фотографиями сохраняется информация о координатах точек съемки.

После полета данные загружают в специализированное программное обеспечение. Оно сопоставляет одинаковые объекты на соседних кадрах, определяет их пространственное положение и формирует геопривязанные картографические материалы.

В зависимости от задачи результаты могут использоваться для:

• обмера территорий;
• планирования строительных и земляных работ;
• инвентаризации земель и объектов;
• контроля изменений на участке;
• создания карт и планов;
• построения трехмерных моделей местности.

При этом сам БПЛА не «создает карту». Его задача — собрать качественные изображения и пространственные данные. Конечный материал формируется после программной обработки.

Аэрофотосъемка территории

Аэрофотосъемка с дрона позволяет получить серию детальных изображений территории с воздуха. Для картографических работ важна не отдельная фотография, а систематическая съемка всей территории с перекрытием соседних кадров.

На качество материала влияют высота полета, характеристики камеры, освещение, погодные условия, стабильность полета и схема маршрута. Также важно, чтобы на снимках было достаточно четких общих точек, по которым фотограмметрическое ПО сможет сопоставить кадры. Качество и распределение таких точек непосредственно влияют на геометрическую точность результата.

Для больших территорий БПЛА помогает стандартизировать сбор данных: один и тот же участок можно снимать по заданной схеме для последующего сравнения результатов.

Создание ортофотопланов

Ортофотоплан — это геометрически скорректированное изображение территории, на котором минимизированы искажения, связанные с перспективой камеры и рельефом. В отличие от обычного аэрофотоснимка, такой материал можно использовать в качестве картографической основы и сочетать с другими GIS-данными.

Для его получения БПЛА собирает серию геопривязанных фотографий. Далее фотограмметрическое программное обеспечение обрабатывает перекрытия между кадрами, пространственные координаты и данные о поверхности, после чего создает ортомозаику или ортофотоплан. Подобные программные комплексы также могут формировать цифровые модели поверхности и другие производные материалы.

Ортофотоплан с дрона может использоваться для обмера территорий, обновления картографической информации, контроля строительства, землеустроительных работ и фиксации фактического состояния объектов.

3D-модели и цифровые модели рельефа

На основе фотограмметрической съемки можно построить 3D-модель местности или объекта. Для этого программное обеспечение анализирует положение одинаковых точек на разных фотографиях и восстанавливает их координаты в трехмерном пространстве.

В геодезии часто используют два типа моделей:

Цифровые модели используются для анализа высот, уклонов, особенностей рельефа и планирования работ. Точность таких результатов зависит не только от разрешения фотографий, но и от качества геопривязки и методики съемки.

Инвентаризация земель и объектов

Картография с дрона удобна для документирования фактического состояния территории. Полученные материалы можно использовать для инвентаризации земельных участков, зданий, дорог и других объектов.

Повторная съемка по той же схеме также позволяет сравнивать состояние территории в разные периоды. Это может быть полезно во время строительства, контроля земляных работ, оценки изменений рельефа или актуализации пространственных данных.

Для профессионального использования важно заранее определить, какую именно точность и конечный результат необходимо получить. От этого будут зависеть требования к платформе, камере, навигации и наземным контрольным измерениям.

Что влияет на точность съемки

На точность геодезических материалов влияет вся цепочка сбора и обработки данных.

• Камера. Имеют значение разрешение, качество оптики и стабильность изображения.
• GPS/GNSS. Стандартная спутниковая навигация позволяет геопривязывать кадры, но для задач с повышенными требованиями к абсолютной точности могут использоваться RTK или PPK. RTK вносит поправки во время съемки, PPK — после полета при обработке данных.
• Наземные контрольные точки. GCP с точно определенными координатами помогают привязать фотограмметрическую модель к системе координат и повысить ее абсолютную точность. Их правильное распределение по территории также имеет значение.
• Программная обработка. Алгоритмы фотограмметрии формируют ортомозаики, облака точек, DSM, DTM и другие результаты, поэтому качество исходных данных и правильные параметры обработки непосредственно влияют на результат.

Какие характеристики БПЛА важны для геодезии и картографии

Дроны стоит подбирать с учетом площади территории, необходимой детализации и типа данных. Для геодезических задач могут быть важны:

• стабильность полета и возможность движения по заданному маршруту;
• достаточная продолжительность полета для необходимой площади;
• совместимость с камерой или другим необходимым сенсором;
• возможность точной геопривязки данных;
• поддержка необходимого GNSS-оборудования, если проект предусматривает RTK/PPK;
• сохранение качественных метаданных для последующей фотограмметрической обработки;
• возможность адаптации payload под конкретную задачу.

Украинская компания BlueBird Tech имеет опыт разработки и собственного производства беспилотных платформ. Для геодезических и картографических сценариев речь может идти об адаптации платформы под необходимый набор камер, сенсоров и навигационного оборудования, исходя из требований конкретного проекта. Это не означает, что каждая платформа по умолчанию оснащена RTK/PPK или специализированными геодезическими сенсорами.

Вывод

БПЛА упрощают сбор пространственных данных для геодезии, картографирования и инвентаризации территорий. При этом конечное качество ортофотоплана, 3D-модели или карты рельефа зависит от комплекса факторов: камеры, маршрута, GNSS, контрольных точек и фотограмметрической обработки.

Поэтому выбор БПЛА или дрона для таких задач стоит начинать не с конкретной модели, а с требований к точности, площади съемки, типу конечных данных и необходимому оборудованию.