Как работает лазерное сканирование с беспилотников (БПЛА)
Лазерное сканирование применяют в самых разных отраслях, от инвентаризации земельного имущества до использования в изыскательных работах и городском планировании. Процесс осуществляется с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), а также специального лазерного сканера, работающего по технологии LIDAR (Light Detection and Ranging).
Суть метода – в дискретном сканировании определенных наземных участков и объектов, находящихся на них. Путь лазера, его направление и общее время прохождения регистрируется и фиксируется: лазер отражается от одной или нескольких точек в пространстве, прибор это фиксирует. Приемник, поддерживающий технологии ГЛОНАСС и GPS, определяет текущее расположение сканера. Совместно с ним функционирует инерциальная навигационная система. Таким образом, определение абсолютных координат отмеченных точек отражения однозначно возможно, если известны координаты и углы разворота сканирующего прибора.
Лазерное сканирование применяется для создания карт местности масштабом от 1:500 до 1:5000. Этот метод характеризуется высокой точностью данных, от 5 до 8 см, и детальностью отрисовки – от 20 до 50 см. Ширина охвата – около 1,5 км. За сутки удается исследовать порядка 800-1000 километров поверхности Земли. Особенно эффективно технология лазерного сканирования для обследования малообжитых участков.
Чтобы лазерное сканирование давало больше информации, проводится одновременная аэрофотосъемка территории с помощью камеры высокой детализации. таким образом удается решить следующие задачи:
- Создание новых, а также обновление имеющихся топографических планов.
- Мониторинг имеющихся объектов на участках.
- Изучение территории, а также основных геологических процессов, которые могут представлять потенциальную опасность.
У метода лазерного сканирования с беспилотных летательных аппаратов есть преимущества и недостатки. Рассмотрим их подробнее.
Преимущества лазерного сканирования
- Быстрота. Общая скорость работы и последующей обработки данных, полученных лазерным сканированием, в несколько раз выше, чем при обычной геодезии.
- Гибкость. Сложный рельеф, плохая видимость и прочие неблагоприятные условия не будут помехами в работе.
- Высокая точность. Лазерное сканирование с воздуха сопоставимо с наземными геодезическими работами.
- Расширенная функциональность. Благодаря этой технологии, возможно 3D-сканирование проводов и различных висячих конструкций.
Недостатки лазерного сканирования с БПЛА
- Высокая стоимость оборудования. Лёгкие лазерные сканеры, которые можно использовать с беспилотных аппаратов, стоят очень дорого, и в их использование с БПЛА надо закладывать соответствующие риски. По этой же причине основная сфера применения ВЛС – с пилотируемыми летательными аппаратами.
- Бюджетные сенсоры характеризуются низкой детальностью и охватом, поэтому отличаются низкой производительностью и ограниченностью в сферах применения.
- Зависимость от метеорологических и климатических условий. Например, снежный покров препятствует получению данных о рельефе поверхности.
- Низкая точность и отсутствие детальности при съёмке вертикальных поверхностей и плоскостей.
Недостатки воздушного лазерного сканирования удаётся минимизировать с помощью комбинирования метода с наземным и мобильным лазерным сканированием, но такой подход увеличивает как сроки, так и бюджеты на получение и обработку информации.
Использование в различных отраслях
Данная технология широко применяется для создания моделей объектов горнодобывающих предприятий в 3D. Также оно эффективно при составлении подробных планов и карт земельных участков, на которых осуществляется производство.
Лазерное сканирование позволяет решить следующие вопросы:
- Способствует освоению и изучению новых месторождений.
- Оценка общего объема перемещенной породы.
- Моделирование карьеров в 3D
- Съемка объектов на территории с целью их дальнейшей реконструкции.
- Оценка ситуации при чрезвычайных происшествиях.
- Создание виртуального моделирования участков для проведения презентаций.
Применение в городском планировании
Воздушное лазерное сканирование используется при создании трехмерных изображений населенных пунктов. В работе используется инерциальные системы, приборы спутникового позиционирования, фотокамеры высокого разрешения, а также лазерные сканеры для БПЛА.
С помощью этого оборудования осуществляется съемка:
- Автомобильных трасс.
- Эстакад и мостов для создания из 3D-моделей.
- Улиц населенных пунктов различного назначения для составления топографических планов.
- Ж/д путей.
ВЛС позволяет получить точную информацию, касающуюся рельефа местности, расположения объектов на изучаемой территории, гидрографии и растительном покрове. Именно поэтому, сфера применения этой технологии распространяется также на изучение линий электропередач, нефтегазовую и другие отрасли.