Сравнение наземного лазерного сканирования со съемкой с БПЛА

19 июля 2018
БПЛА

Превосходят ли фотограмметрические облака точек лидарные облака точек, или наоборот? В поисках ответа на продолжающиеся дебаты авторы статьи, опубликованной на сайте www.gim-international.com, провели исследования наземного лазерного сканирования (НЛС) и аэрофотосъемки гравийного карьера с помощью беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Сопоставление показало превосходство НЛС в случаях, когда требуется самый высокий уровень детализации. Тем не менее, для более крупных геодезических проектов аэрофотосъемка с БПЛА обеспечивает достаточные уровни детализации и точности, а также более высокую эффективность и более надёжную безопасность геодезистов.

Многочисленные методы измерения в современной геодезии можно разделить на две большие категории: 1) применяемые на месте проведения работ с использованием приемников ГНСС, тахеометров или нивелиров и 2) методы дистанционного зондирования с использованием лазерных сканеров или аэрофотосъемки. НЛС и аэрофотосъемка с БПЛА широко применимы для многих проектов. Точность, плотность точек, время съёмки, время обработки и затраты являются важными критериями оценки производительности. Сравнение НЛС и аэрофотосъемки с БПЛА на примере единичного проекта не может дать окончательных ответов, поскольку выбор зависит от потребностей специалистов и характеристик проекта. Тем не менее, сравнение может помочь в определении сопоставимых сильных и слабых сторон НЛС и аэрофотосъемки с БПЛА , что и являлось целью настоящего исследования.

Характеристика участка

В качестве участка был выбран гравийный карьер площадью 4 га в районе Олтен в северо-западной части Швейцарии. В таких зонах плотные облака точек позволяют пользователям рассчитывать значения наклонов и объемов, определять пониженные и возвышенные элементы ландшафта и проводить изолинии. Глубина карьера около 40 м явилась проблемой для съемки с БПЛА из-за окклюдированных областей, что приводило к интерполяции и снижению точности. Для привязки станций НЛС и оценки точности полетов БПЛА было установлено девять наземных опорных точек, координаты которых определялись с использованием приемника GNSS Trimble R10 .

Съемка НЛС

Для проведения НЛС использовался лазерный сканер Trimble SX10. Подготовка к съемке включала определение оптимального расположения опорных точек и станций НЛС. Для каждой станции НЛС требовалась прямая видимость, по крайней мере, трёх опорных точек, причем эти точки должны были распределяться по участку максимально равномерно. Для охвата всего участка три станции НЛС были расположены снаружи карьера и две на его дне. Для ориентации и установки положения НЛС потребовался нивелир. Затем был использован метод «трёх станций» для определения трехмерных координат неизвестного положения станции относительно видимых опорных точек. В среднем, съемка одной станции НЛС занимало 45 минут, а общая затрата времени на съемку на месте составила около четырех часов.

Съемка с БПЛА

Съемка на базе БПЛА проводилось с использованием senseFly eBee Plus RTK / PPK. Во-первых, границы маршрута и полета определялись с помощью eMotion 3, программного обеспечения eBee для планирования и управления полетом. Это профессиональное программное обеспечение использовалось для определения контуров участка, выделения области картирования и автоматической разработки траектории полетов. В целях оценки влияния разрешения на качество облака точек и определения оптимального рабочего процесса БПЛА, полеты осуществлялись на двух высотах: 100 и 150 м. Возможности RTK eBee также использовались для получения поправок RTK и повышения точности. Это также способствовало формированию четырех облаков точек БПЛА. PC1 было зафиксировано на высоте 100 м, PC2 — 150 м, а PC3 —  на слиянии PC1 и PC2. PC1 и PC2 были пространственно привязаны с использованием GCP. PC4 было зафиксировано на высоте полета 100 м и привязано по географическим координатам с использованием поправок RTK. Луг рядом с гравийным карьером был выбран в качестве взлетно-посадочной площадки. На основе Agisoft PhotoScan были сгенерированы цифровые модели местности (ЦМР) и ортомозаика.  На показаны ЦМР сгенерированные на базе НЛС и съемки с БПЛА.

Критерии производительности

Критерии эффективности включали время на получение данных на месте, время подготовки к работе в офисе, время на обработку данных и имевшие место затраты. Облака точек БПЛА можно было сравнить на абсолютную точность и плотность точек на основе результатов двух полётов БПЛА, выполненных на разных высотах, и ??опорных точек, установленных по всему участку. Кроме того, выяснялся вопрос, может ли сам полёт в режиме RTK, т.е. без использования опорных точек, обеспечивать уровни точности. К другим исследованным показателям относилось определение влияния высоты полета / разрешения на качество облака точек и воздействие на плотность точек количества снимков, используемых при обработке (чем выше высота полета, тем меньше количество снимков).

Результаты

Облако точек НЛС с географической привязкой и четыре облака точек БПЛА были проанализированы в CloudCompare и Autodesk CAD Civil 3D. Точность облака точек БПЛА находится на уровне нескольких сантиметров, тогда как точки НЛС имеют точность в несколько миллиметров. В дополнение к этому, НЛС создает более высокие плотности точек, чем снимки БПЛА. В результате, облако точек НЛС использовалось в качестве эталона для сравнения облаков точек БПЛА. CloudCompare помог оценить смещение и стандартное отклонение (?) между двумя облаками точек. AutoCAD использовался для полного сравнения объемов на базе одной и той же базовой поверхности для всех облаков точек. Затем было проведено сравнение объемов выемок и насыпей относительно этой поверхности.

Облако точек БПЛА, привязанное к опорным точкам, и облако точек БПЛА, привязанное к RTK, оба показали минимальное смещение и аналогичные стандартные отклонения относительно эталона НЛС. Это указывает на то, что опорные точки не требуются для обеспечения высокой абсолютной точности БПЛА. Облако точек НЛС имеет очень высокую плотность точек и, поскольку облака точек БПЛА менее плотные, они, как представляется, показывают достаточно деталей для наиболее типичных приложений исследования. Уровень шума облаков точек БПЛА не оценивался, но при сравнении с облаком точек НЛС показаны аналогичные стандартные отклонения и минимальные смещения, что указывает на то, что уровень шума от источников БПЛА и НЛС не имеет значения. Все облака точек были вполне пригодными, а ЦММ, объёмы и другие производные продукты не пострадали.



Подписывайтесь на наш Twitter, чтобы быть в курсе важных новостей.



Еще новости по теме: БПЛА

Подписаться на рассылку



Поиск компаний




О-ГИС в цифрах

более 90000

новостей мы обработали за последние 12 месяцев




Не добавлено ни одной вакансии






Нет ни одного
резюме



Опрос

Ваша профессиональная сфера деятельности это: