ПРИМЕНЕНИЕ СКВОЗНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЫНКА АЭРОНЕТ
ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ С БПЛА
АРТЕМ МАЗУРОК
РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТОВ ГК ГЕОСКАН


ЧТО ТАКОЕ ВЛС?
Технология воздушного лазерного сканирования (ВЛС) — наиболее быстрый, полный и достоверный способ сбора пространственно-геометрической информации о труднодоступных (заболоченных и залесенных) территориях. В настоящий момент технология успешно используется для создания трехмерных моделей местности, цифровых топографических планов и карт, гидрометеорологических исследований, таксации леса и т. д. Одним из основных направлений использования ВЛС стало создание и обновление крупномасштабных топографических карт и планов — важнейшей части инженерно-геодезических изысканий.
методология лазерного сканирования
Суть метода лазерного сканирования сводится к получению пространственно-определенной модели местности, состоящей из точек лазерного отражения, описывающих как поверхность земли, так и все расположенные на ней объекты в виде координат XY и аппликаты Z, которые имеет каждая полученная точка. Воздушный лазерный сканер представляет собой комплекс, в котором кроме собственно лазерного сканера участвуют инерциальная система и приборы спутникового позиционирования.

Схема системы воздушного лазерного сканирования
Для каждого импульса измеряется время между его отправкой и приемом, и по этому времени измеряются расстояние. В то же время измеряется угол сканирования, координаты и высота воздушного судна, углы тангажа, крена и рыскания.
Бортовой GNSS-приемник регистрирует положение воздушного носителя (координаты X, Y и Z) через фиксированные интервалы времени. Инерциальная измерительная навигационная система (ИНС) используется для непрерывного определения таких параметров положения воздушного носителя в воздухе, как наклон относительно поперечной оси, рыскание и крен. Вычисление координат точек отражения каждого лазерного импульса производится путем совместной обработки текущих координат воздушного носителя, ориентации лазерного сканера в пространстве и измерений расстояний. Для вычисления траектории полета с высокой точностью проводится дифференциальная коррекция по измерениям наземных базовых станций. Как правило, в составе съемочного комплекса воздушного лазерного сканера присутствует цифровая аэрофотокамера, осуществляющая синхронную аэрофотосъемку местности с высоким разрешением (размер пикселя на местности от 3 см в зависимости от высоты съемки).
ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ БЫСТРОЕ СТАНОВЛЕНИЕ ВЛС И УСПЕШНОЕ ЕГО РАЗВИТИЕ
Высокая производительность по сравнению с традиционными методами топографической съемки, обусловленная аппаратными возможностями оборудования, достигающими 300 тысяч измерений в секунду, и как следствие, высокая оперативность проведения съемочных работ
Минимум полевых работ по обеспечению съемки, комплексный подход к использованию данных ВЛС и цифровой АФС
Уникальность метода при работе со сложным (горным) рельефом, территориями, покрытыми лесным массивом (в России площадь лесов составляет 70% от общей площади), территориями с отсутствием четких контуров, получение истинного рельефа поверхности земли для данных территорий без потери точности
Создание топографических планов и карт труднодоступной местности (тундра, полностью заснеженные территории, пустыни, песчаные пляжи, скалы и т. д.), с точностью и детальностью, недостижимыми другими методами
Все это, несомненно, сказывается на экономической эффективности метода, многократно превышающей традиционные способы создания и обновления крупномасштабных инженерно-топографических планов и карт. К недостаткам метода можно отнести:
Высокая стоимость оборудования
Небольшое время полета БПЛА — часто не больше 40 мин
Небольшая площадь покрытия вследствие короткого полета и маленькой высоты, с которой осуществляется съемка
Сильная зависимость от состояния атмосферы. Невозможность проведения работ в условиях дождя и сильного, особенно порывистого ветра
К особенностям метода ВЛС относится излишняя подробность получаемых материалов. Важным процессом становится оптимизация, когда из 1−2 млн измерений необходимо оставить 20−30 тысяч, не потеряв при этом точности и необходимой детальности. Дискретный характер первичных данных требует специализированных средств обработки, позволяющих перевести облако лазерных точек в поверхности, такие как:
Рельеф
Лесной покров
Здания
Сооружения и т. д.
Снижение точности с увеличением высоты съемки и ограничения по дальности (высоте) съемки определяют условия проведения полета, его тщательное планирование и соблюдение полетного плана. В то же время использование метода воздушного лазерного сканирования в инженерно-геодезических изысканиях сталкивается со следующими субъективными трудностями:
Отсутствует необходимая нормативно-техническая база создания и обновления топографических планов и карт, выполнения иных работ, входящих в состав инженерно-геодезических изысканий
Не разработаны сборники цен на выполнение инженерно-геодезических изысканий методом воздушного лазерного сканирования
Отсутствует организация, осуществляющая единую техническую политику в области внедрения в инженерно-геодезические изыскания воздушного лазерного сканирования, включая программное обеспечение
Процесс выполнения полевых работ мало чем отличается от обычной аэрофотосъемки с помощью БПЛА. Однако, стоит учитывать, что для ВЛС обычно используют БПЛА коптерного типа.
обработка данных
Исходными данными для комплексной обработки данных воздушного лазерного сканирования и аэрофотосъемки являются:
«Сырые» навигационные данные системы ВЛС
«Сырые» данные сканирования
«Сырые» материалы аэрофотосъемки (при их наличии)
Файлы спутниковых наблюдений на базовых пунктах, а также параметры установки антенн над пунктами
обработка навигационных данных
На первом этапе комплексной обработки данных аэросъемки выполняется обработка навигационных данных с целью получения точного навигационного решения. Для обработки навигационных данных необходимы следующие сведения:
«Сырые» навигационные данные
Файлы спутниковых измерений на базовых станциях; — геодезические координаты базовых станций в системе координат WGS-84 и их геодезические высоты
Обработка навигационных данных осуществляется в специализированных программах, например, в Inertial Explorer. Результатом обработки навигационных данных является файл навигационного решения.
Обработка «сырых» данных лазерного сканирования выполняется в программе, которую поставляет производитель сканерного оборудования. В этой программе происходит генерация сканов из «сырых» данных в необходимом формате. В обработке участвует файл навигационного решения.
Следующим этапом является обработка данных сканирования в программе TerraScan или любой подобной. Она позволяет разбить огромный массив данных на удобные блоки, провести классификацию точек и подготовить материалы для дальнейшего использования.
Проводится классификация ТЛО. Разбивка по классам позволяет в дальнейшем сильно упростить работу с облаками точек. Классы ТЛО аналогичны понятию слоев в CAD-подобных программах. Суть заключается в том, что точки по определенным признакам вносятся в тот или иной класс. Этот процесс носит в целом автоматический характер, однако, нельзя полностью доверять результатам, полученным таким образом. Необходимо проверять классификацию и, при необходимости, проводить ее заново для определенного участка или классифицировать точки вручную. Стандартными классами можно назвать:
Поверхность земли
Точки модели земли
«Вылетевшие» точки
Низкая растительность
А также средняя и высокая
При сканировании дорог, линий электропередач, городов целесообразно добавлять соответствующие классы. Самым важным классом является класс точек земли, т. к. он является отправным для всех остальных. От него отсчитываются высоты растительности, по нему строится класс точек модели земли необходимый для ЦМР. При работе в автоматическом режиме необходимо задать угол наклона между точками, расстояние между точкой и линией, соединяющей две другие. Схема этих параметров представлена на рисунке.

Параметры классификации для класса точек земли
Как уже было сказано ранее, из-за сложного рельефа может потребоваться классификация области или ручная классификация. Для определения такой необходимости обычно строят сечения, и на их основании принимают решение. Так как количество точек земной поверхности будет достаточно большим — до десятков миллионов точек на 0,5 км2, для построения ЦМР необходимо провести разрежение. Этим целям служит инструмент классификации Model keypoint — точки модели. В его механизм заложен принцип построения триангуляции. Программа строит триангуляцию и отсеивает точки, которые не входят в допуски, указанные пользователем.

Точки модели земной поверхности
В результате предварительной подготовки данных на выходе получается файлы, содержащие классифицированные облака точек. В дальнейшем эти данные можно использовать для решения разнообразных задач в таких программных продуктах, как:
Bentley Microstation
GIS Panorama
AutoCAD
материалы
С публикациями наших исследований, участие в различных мероприятиях
Компания Геоскан
#новыепроизводственныетехнологии #большиеданные #беспроводнаясвязьиинтернетвещей #проектированиеимоделированиедеятельности #сборииспользованиеданныхвуправлении #сенсорикаиробототехника