Беспилотные летательные аппараты в геодезии реферат

Обновлено: 07.07.2024

Беспилотные квадрокоптеры нашли свое применение во многих сферах деятельности современного человека, в том числе и в геодезии – науке об определении формы земли, месторасположении на ней определенных точек и так далее. На практике геодезия – это замеры земельных участков для строительства всевозможных объектов, дорог и автомагистралей, составление карт для создания проектов и планов освоения земель и лесов, картографирование участков под застройку. Специалисты-геодезисты проводят замеры для нужд картографирования, составляют земельные карты и описания рельефа местности, оценивают стоимость недвижимости на основе собранной геодезической и картографической документации. Просто ознакомившись со спецификой профессии геодезиста, можно с уверенностью сказать, что дроны - это один из важнейших инструментов для их работы.

Дроны на стороне науки

Геодезисты всегда имели наибольший опыт в области съемки местности, будь то использование таких инструментов, как спутниковая съемка, электронные тахеометры, 3D-сканеры, цифровые уровни, геодезическое программное обеспечение и ГИС. В настоящее время использование БПЛА (беспилотных летательных аппаратов) в геодезии постепенно становится повседневной практикой. Дроны используются для построения изображений, создания карт и пространственного анализа в таких областях, как:

Преимущества использования беспилотников

Экономия времени, затрачиваемого на измерение и сбор данных.
Успешное выполнение большего количества работ благодаря изучению большого количества деталей за один полет.
Возможность проводить измерения практически в любой области, особенно когда речь идет о сельскохозяйственных, горных и труднодоступных районах.

Какие дроны используются в геодезии?

Наличие аккумулятора, позволяющего летательному аппарату длительное время находиться в воздухе без подзарядки.
Камера должна иметь хорошее разрешение, чтобы изображения, получаемые с ее помощью, были предельно четкими и хорошо читаемыми.
Беспилотник должен иметь возможность подниматься на необходимую для геодезиста высоту, поэтому он должен иметь достаточно мощный сигнал.

Сегодня на рынке существуют специальные квадрокоптеры для геодезической съемки, оптимизированные под конкретные задачи, которые подбираются с учетом:

типа местности;
предполагаемых погодных условий;
размера исследуемой территории;
необходимого для аэросъемки времени;
конечных материалов, которые нужно получить.

Топографическая съемка и материалы

Благодаря аэросъемке дроном можно получить следующие материалы:

снимки и видеозаписи;
3D-модели;
ортофотопланы;
топопланы.

Процесс получения данных материалов можно разделить на два этапа:

1. Работа в полевых условиях, в процессе которой используется следующее оборудование: беспилотник, наземная станция, система связи и навигации, специализированное программное обеспечение для планирования полета и мониторинга.
2. Обработка полученных данных при помощи специализированного программного обеспечения для создания готовых ортофотопланов, топопланов и так далее.

Геодезические дроны

Геодезические дроны – это серия уникальных продуктов, идеально подходящих для нужд землеустроителей. Это промышленные, функциональные беспилотники, которые отвечают задачам картирования местности и объектов. Наиболее популярными моделями беспилотников в этом классе являются Yuneec H520 RTK и DJI Phantom 4 RTK, где RTK – это система спутниковой навигации, используемая для повышения точности данных о местоположении БПЛА, которая позволяет повысить точность GPS-позиционирования до 2,5 см.

MyDrone

Компания MyDrone предлагает широкий выбор квадрокоптеров, подходящих под любые задачи. В нашем каталоге вы найдете:

Простые и доступные дроны для игр с детьми.
Маневренные и быстрые модели для участия в гонках квадрокоптеров.
Дроны для аэросъемок в любых погодных условиях, создания видео с уникальными ракурсами.
Специальные беспилотники для доставки грузов, надводной или подводной видеозаписи, проведения геодезических работ, ведения спасательных операций с тепловизорами и системами ночного видения.
Также у нас можно заказать сборку уникального квадрокоптера под любые ваши задачи.
Добавки и аксессуары для модернизации и ремонта летающих беспилотников.

Перед приобретением у наших клиентов есть возможность провести тест-драйв устройства, чтобы убедиться в его качестве и заявленных возможностях.

Помимо этого, специалисты MyDrone предоставляют услуги по созданию высококачественных ортофотопланов и карт местности с высоким уровнем детализации.

Если же для геодезической съемки местности использовать такое современное стредство как беспилотный летательный аппарат (квадрокоптер), то работу можно выполнить гораздо быстрее, дешевле и удобнее. Данное утверждение так же справедливо относительно применения беспилотников для десятков других, самых разных задач, требующих для своего решения высококачественной визуальной информации именно с воздуха.

Оснащение геодезических БПЛА (квадрокоптеров)

Эффективность геодезического дрона определяется наличием интегрированного или навесного специализированного оборудования. Грамотно подобранный аппаратный комплекс позволяет за один полет выполнить сразу несколько задач. В число приборов и аксессуаров, необходимых для полноценной работы коптера, входят:

Сферы применения квадрокоптеров

Съемка местности

Это самая широкая сфера гражданского применения квадрокоптеров, включающая в себя множество направлений:

проектно-изыскательские работы для строительства и реконструкции дорог, зданий и сооружений;
межевание, инвентаризация и кадастровая оценка земельных участков;
мониторинг состояния инженерных коммуникаций, линий электропередач, трубопроводов;
оценка эффективности использования земельных ресурсов;
проектирование развития городских и сельских территорий с определением зон для размещения различных объектов;
составление ортофотопланов для нужд фермеров и сельхозпредприятий;
определение объёма извлечённой горной породы на ГОК;
трехмерное проектирование ГИС;
охрана объектов и мониторинг территорий в определенных границах;
экологический мониторинг;
отслеживание событий в реальном времени – контроль за проведением массовых мероприятий, разыскные и поисково-спасательные операции, мониторинг ситуации на транспортных магистралях;
запись и трансляция спортивных соревнований.

Картография

Благодаря относительной ценовой доступности и быстрой окупаемости сегодня, практически повсеместно, используются беспилотники для геодезической съемки обширных и труднодоступных участков земной поверхности с целью создания карт и планов различного назначения.

Применение БПЛА в составе ГНСС-оборудования

Установленный на квадрокоптере ГНСС-модуль позволяет использовать БПЛА для высокоточного определения координат наземных объектов фотографирования.

Современное фотограмметрическое программное обеспечение, используемое для постобработки материалов аэросъемки, обеспечивает сантиметровый уровень точности определения положения обширных линейных или площадных объектов оперативно и с низкими затратами.

Где купить

Одна из наиболее частых задач, выполняемых в геодезии, это топографическая съемка и составление подробного плана местности. С помощью беспилотных летательных аппаратов, появившихся на вооружении у специалистов лишь в начале XXI века, делать это стало намного проще.

В условиях, когда заказчику необходимо получить подробный отчет в сжатые сроки, а быстрое проведение полевых работ затруднено из-за особенностей рельефа, труднодоступности всего объекта или какой-то его части, на помощь приходят так называемые БПЛА или беспилотные летательные аппараты.

Определение и классификация

Данные лётные машины, как уже следует из названия, представляют собой устройства, способные производить маневры в воздухе без экипажа, подчиняясь дистанционному управлению или заданной программе.

В гражданской и военной авиации применяют БПЛА четырех видов, различаемых по массе и размерам.

Микроаппараты поднимаются не выше одного километра и способны находиться в воздухе не более одного часа.
Малые беспилотные летательные аппараты могут подниматься на 3-5 км и выдерживать более длительные полеты.
Средние весят до тонны и находятся в полете до 12 часов.
Тяжелые имеют массу в десятки тонн и предназначены для перелетов продолжительностью более суток.

Разумеется, все четыре вида БПЛА в геодезии не применяются. Для аэрофотосъемки на местности идеально подходят малые и микромодели.

Использование беспилотных летательных аппаратов для фотограмметрических работ

Все работы по ведению съемки с высоты можно разделить на три этапа.

Подготовка . Сбор информации об объекте (картографическая документация, координаты геодезических пунктов или межевой сети и т.д.), и систематизация данных. Определение площадок для старта и посадки, границ аэросъемки, высоты фотографирования.
Полевые работы . Беспилотник запускается с назначенной точки согласно плану полета, выполняет съемку согласно заданной программе и опускается на посадочную площадку. Производится измерение контрольных точек.
Камеральная обработка данных . Копирование информации с устройства, проверка и визуальная оценка полученных кадров, обработка данных при помощи специальной программы, создание цифровой модели рельефа.

Применение беспилотных летательных аппаратов требует от геодезиста определенного опыта и знаний. Оператор должен внимательно следить за процессом и вовремя вмешаться в случае непредвиденных ситуаций. Также для качественного проведения съемки очень важно произвести верные расчеты на подготовительном этапе. Кроме того, многое зависит от возможностей и класса применяемого оборудования. Поэтому в геодезии предъявляются определенные требования к беспилотным летательным аппаратам. ГЛАВГЕОПРОЕКТ использует наиболее современные и дорогие модели, обеспечивающие качественную съемку для лучшего результата нашей работы.

Рассматривается возможность применения беспилотных летательных аппаратов в целях корректировки топографических карт и планов. Выполнено сравнение беспилотных летательных аппаратов, аэрофотосъёмки с самолета и традиционных методов сьемки. Выявлены особенности каждого из методов при корректировке топографической карты и получения материалов дистанционного зондирования земли. Проведен анализ данных и сделан вывод о том, что применение беспилотных летательных аппаратов возможно для корректировки топографических карт и планов только при определенных условиях. Описаны преимущества и недостатки каждого из методов.

Ключевые слова: беспилотные летательные аппараты, топографическая съемка, аэрогеодезия, дистанционное зондирование земли, космическая съемка.

Для решения различных практических вопросов кадастра и землеустройства используются топографические планы и карты. Топографические карты масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 [1] создаются, как правило, путем использования топографических съемок более крупного масштаба.

Согласно Инструкции по топографические сьемки в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 съемки выполняются следующими методами:

– наземным фототопографическим (фототеодолитная съемка);

– тахеометрическим или теодолитным [1].

Наиболее распространенный — комбинированный, но кроме традиционных методов создания топографических карт появилась возможность использования материалов, полученных с помощью беспилотных летательных аппаратов. Материалы аэрофотосъемки с самолетов остаются востребованы, когда стоит задача получения данных большой территории. Кроме того, что материалы аэрофотосъемки, полученные с беспилотных летательных аппаратов, обладают высокой информативностью, они так же дают возможность получить количественную и качественную характеристику. Применение беспилотных летательных аппаратов для целей картографии и аэрофотосъёмки в последние годы выходит на первый план из-за привлекательной стоимости работ по созданию, корректировке карт, цифровых моделей местности и рельефа [2]. Картография требует максимально точного местоположения объектов на карте и высококачественных снимков, которые летательные аппараты получают благодаря усовершенствованным полезным нагрузкам на гидростабилизирующей платформе, которая независимо от порывов ветра и других воздействующих факторов сохранят камеру в одном и том же положении на протяжении всего полета. Беспилотные летательные аппараты осуществляют полет на заданной местности в автоматическом и полуавтоматическом режиме, получая высококачественные изображения с привязкой к географическим координатам. Снимка с камеры обрабатывают в специализированном программном обеспечении, где каждый снимок проходит процесс трансформирования чтобы в дальнейшем служить основой для создания цифровых моделей местности, рельефа и ортофотопланов [3].

Традиционный метод получения и обновления картографического материала наиболее подвержен сложностям, которые встают на пути получения качественных данных в короткий срок. Такими сложностями могут быть как труднодоступность (а иногда и полная недоступность какой-то части) объекта сьемки, практически линейная зависимость времени на выполнение от объёма работ (площади), особенности рельефа, наличие водных препятствий, и многие другие. Классическая аэрофотосъёмка подвержена влиянию метеоусловий. Для аэрофотосъемки применяют различные типы самолетов в зависимости условий технического задания [4]. При крупномасштабных съемках используют менее скоростные самолеты и аэрофотосъемку ведут с меньших высот. При мелкомасштабном аэрофотографировании применяют более скоростные самолеты и проводят съемку с больших высот. Сравнительная характеристика основных методов получения картографических данных представлена в Таблице 1.

Альбатрос

Внедрение дронов в повседневную деятельность помогает сэкономить ресурсы: человеческие, временные и денежные. Беспилотники эффективны в качестве альтернативы классической авиации (чрезвычайные ситуации, спасательные операции), а также как новый способ выполнять привычные работы. Последнее актуально для геодезии. Проведение картографической съёмки с применением БПЛА менее затратно в сравнении с классическими методами (как по времени, так и финансово) и более продуктивно (применимо невзирая на рельеф и другие препятствия).

БПЛА для аэрофотосъемки и картографических работ

В основе топографической съёмки лежит измерение расстояний, углов, высот и иных параметров. Эти данные получают двумя способами: наземным и воздушным. Во втором случае применяют стандартные способы картографирования:

проведение аэрофотосъёмки с использованием пилотируемой техники;
покупка космических снимков.

С активным внедрением БПЛА в разные сферы деятельности появился новый метод съёмки местности – с помощью беспилотных летательных аппаратов.

Для проведения картографических работ применяют беспилотники самолётного и вертолётного типов. Самолёты используют для съёмки больших радиусов местности (свыше 20 км). Такие аппараты способны снимать сотни гектаров за 1 час пребывания в воздухе. С целью исследования локальных зон подходит квадрокоптер. Перед полетом дрон оснащают высокоточной камерой, GPS и специальным программным обеспечением. Оборудование позволяет проводить съёмку местности с точностью до 1-2 см.

Коптеры способны работать в автоматическом, полуавтоматическом режимах или полностью на ручном управлении. Перед запуском программируется маршрут аппарата: вводятся координаты взлёта, посадки и места съёмки. В процессе выполнения задания беспилотник сохраняет все данные в цифровом формате. По окончании съёмки снимки обрабатываются в специальной программе.

При необходимости беспилотники записывают информацию с привязкой к географическим координатам, что позволяет создавать высокоточные карты как объёмных, так и плоских форматов.

Преимущества

БПЛА – эффективный инструмент проведения аэрофотосъёмки, доступная и надёжная альтернатива классической пилотируемой технике. Среди достоинств беспилотников:

низкие финансовые затраты на проведение картографических работ;
высокая производительность дронов – способность делать качественные снимки тысяч гектаров за которое время;
точность полученных снимков;
доступ к любой территории (вне зависимости от рельефа, удалённости и иных препятствий);
устойчивость к суровым погодным условиям;
возможность установки дополнительного оборудования для улучшения качества и точности снимков;
способность выполнять сразу несколько задач (съёмка, навигация, передача информации оператору, обработка данных).

Основное преимущество беспилотников в картографии – экономия времени. При традиционной топографической съёмке сбор координат может занимать 3-4 дня. При этом количество требуемых точек для фиксации измеряется в тысячах. Использование дрона снимает потребность в большом количестве точек: достаточно нанести несколько меток. В среднем сбор данных с помощью БПЛА проходит в 15 раз быстрее.

Использование дронов для геодезической съемки

БПЛА применимы для всего спектра геодезических работы. Картографические аппараты помогают получать материал-основу для:

цифровых моделей местности и рельефа;
ортофотопланов.

Создание 3D-карт возможно благодаря специальной технологии получения снимков. При установке камеры на беспилотник её направляют вертикально к земле. Траекторию движения программируют заранее. Оператор задаёт точки маршрута, на которые в дальнейшем ориентируется навигационная система дрона. В процессе полета аппарат делает серии снимков многократным наложением фото друг на друга. Такой метод неосуществим при съёмке с пилотируемой техники.

Использование беспилотников позволяет выполнять лидарное картографирование – применять технологию измерения объектов оптическим дальномером. Лидары способны исследовать от 10 до 100 точек на квадратный метр, что обеспечивает создание подробной цифровой модели местности. В процессе съёмки датчики минуют природные препятствия: лес и иную растительность.

В основе применения дронов в геодезии лежит способность беспилотных аппаратов выполнять плавные и стабильные полеты. Удалённая регулировка движения БПЛА и формата съёмки позволяет получить качественные изображения для дальнейшего использования геодезистами. Встроенное программное обеспечение выполняет всю работу автоматически и в короткие сроки (в течение суток).

Информация, собранная дронами, находит широкое применение в разных направлениях прикладной геодезии:

проектирование;
строительство;
эксплуатация местности, зданий и сооружений.

В заключении

Применение дронов в геодезических работах экономит время и финансовые ресурсы. Инженеры получают обработанные данные высокого качества в несколько раз быстрее, чем при использовании стандартных методик и техники. Технические возможности беспилотников позволяют делать 3D-снимки, невыполнимые при традиционной аэрофотосъёмке пилотируемыми аппаратами.

Читайте также: