Классификация бюджетных беспилотных летательных аппаратов для аэросъемки

Слайд 2

Слайд 3

Немного истории

Слайд 5

Слайд 6

Что делаем?

• Космосъёмка:
• Пространственное разрешение до 30 см
• Большой охват
• Карты до 1:10 000 м-ба
• Аэрофотосъёмка:
• Пространственное разрешение до 2 см
• Средний охват
• Карты 1:25 000 - 1:500 м-ба
• Аэрофотосъёмка с БВС:
• Пространственное разрешение до 2 см
• Малый охват
• Планы 1:5000 – 1:500 м-ба
• Наземная съемка:
• Точности до мм
• Очень малый охват
• Планы до 40 м-ба

Точность до 5 см (космическая съемка около 1-2 м)

• Оперативность (можно снять в нужный момент)
• Небольшие площади (относительно космической съемки)
• Сложности согласования полетов в городе
• Огромное количество фотографий (>10 000)
• Погодные ограничения
• Аэрофотосъемка с БВС

Что?

• Коптер
• Мультикоптер
• Квадро/гекса/окто-коптер
• Квадрик
• Дрон
• Беспилотник
• БПЛА
• БЛА
• БАС
• БВС

Что?

БПЛА определяется как «летательный аппарат, выполняющий полет без пилота (экипажа) на борту и управляемый в полете автоматически, оператором с пункта управления или сочетанием указанных способов»

Беспилотное воздушное судно (БВС) - воздушное судно, управляемое, контролируемое в полете пилотом, находящимся вне борта такого воздушного судна.

Зачем?

Лазерное сканирование

Фотосъемка

Мониторинг ЧС

Кадастр

Топография

Маркшедерия

Таксация лесов

Сельское хозяйство

Городской мониторинг

Мониторинг инженерных сооружений

3D-моделирование

https://earth.google.com/

Геология

Состоит из ряда параллельных маршрутов. Этим видом съемки покрывают большие территории. Обычно залеты имеют широтную ориентировку. Это наиболее часто используемый вид съемки.

Площадная съемка

Перспективная съемка

Съемка производится под острым углом к горизонту. В современности используется для создания «видовых» фотографий, мониторинга и трехмерного моделирования

Чем?

Отечественные производители БВС

• Geoscan
• Ptero (АФМ-Серверс)
• Zala (ЗАЛА Аэро)
• Орлан (Специальный технологический центр)
• Supercam (Беспилотные системы)
• Дозор (Транзас)
• Дозорный (ООО «Регион Дозор»)

Классификация БВС

• Тип БВС
• Способ взлета/посадки
• Взлетная масса
• Габариты
• Диапазон рабочих температур
• Полетное время
• Максимальная и минимальная скорости
• Максимальное расстояние передачи сигнала
• Максимальная высота над уровнем моря
• Наличие гироплатформы или аэрофотоустановки
• Тип ГНСС оборудования
• Варианты полезной нагрузки

конвертоплан

тип БВС

• Самолетный
• Вертолетный
• Конвертоплан
• Дирижабль/Аэростат
• вертикал тейк офф энд лэндинг

По типу направления взлёта/посадки

• Взлет:
• С рук
• С катапульты
• вертикальная
• Посадка:
• Глиссада
• Парашютная
• вертикальная
• С парашютом
• С рук
• На корпус
• С катапульты
• Посадка
• Взлет

Бензиновый

• 6 – 10 часов
• 600 – 1000 км.
• Электрический
• 40 мин. – 4 часа
• 50 – 250 км.
• По типу двигателя

Взлетная масса

• Сверхлегкие (<250 г)
• Легкие (<3 кг)
• Средние (3-10 кг)
• Тяжелые (10-30 кг)

Самолётные:

• Фюзеляжный
• Крыло
• Форма БВС
• Мультироторные системы:
• 4 винта
• 6 винтов
• 8 винтов
• Коаксиальные
• Вертолётные:
• 1 винт
• 2 винта
• Конвертоплан

Самолётные:

• Размах крыла
• Габариты БВС
• Мультироторные системы:
• Расстояние между двигателями по диагонали

Эксплуатационные ограничения

Диапазон рабочих температур

• Высокая «+»
• Оплавление контактов
• Перегрев двигателей
• Перегрев аккумуляторов
• Низкая «-»
• Падение емкости аккумуляторов
• Появление конденсата и замыкание контактов
• Обледенение корпуса/элементов управления

Полетное время

• Самолётные:
• ~ 30 – 300 минут
• Мультироторные системы:
• ~ 5 – 60 минут
• Вертолётные:
• ~ 1 – 4 часа
• Конвертоплан
• ~ 30 – 120 минут

Максимальная и минимальная скорости

• Самолётные:
• ~40 – 150 км/ч
• Мультироторные системы:
• ~0 – 60 км/ч
• Вертолётные:
• ~0 – 60 км/ч
• Конвертоплан
• ~0 – 100 км/ч

Дальность связи

• дальность определяется:
• используемым модемом; частотой радиоканала;
• применяемыми антеннами;
• потерями в кабелях;
• влиянием на распространение радиоволн поверхности Земли, растительности, атмосферы, зданий и т.д.

Дальность связи

• Оперативное реагирование не внештатные ситуации
• Изменение параметров съемки в полете
• Полноценная информация о летательном аппарате и процессе съемки

Аэрофотоустановка (подвес)

• Демпфер
• Количество осей
• IMU+ GCU

Тип ГНСС оборудования

• Навигационный GPS приемник
• Одночастотный приемник
• Двухчастотный приемник
• Поддержка RTK, PPK, дальность радиоканала
• (точность определения местоположения около 5 м)
• (точность определения местоположения около 5 см)
• …требуется обязательное создание
• опорной сети

Варианты полезной нагрузки

• Фотокамера
• Видеокамера
• Тепловизор
• ИК камера
• Мультиспектральная камера
• Лазерный сканер

БВС самолетного типа

• Сложность пилотирования
• Требования к аэродинамике
• Отсутствие доступных автопилотов
• …цена от 300 000 ₽

БВС мультироторного типа

• Простота пилотирования
• Минимальные требования к конструктиву
• Коробочные полетные контроллеры
• …цена от 30 000 ₽

Требуемые параметры

• Поднимаемый вес
• Скорость полета
• Время полета
• Вес аппарата
• Дальность связи
• Автопилот
• Маневренность
• Требования к фото и видеоаппаратуре

Устройство БПЛА

Устройство БПЛА

Основные элементы

• Рама
• Двигатели
• Пропеллеры
• Полетный контроллер (процессор)
• GPS
• Аккумулятор
• Аппаратура
• Камера
• Дополнительное оборудование

Общие параметры

• Вес
• Размер
• Цена
• Вольтаж
• Рабочая температура
• Изоляция
• Качество сборки/Бренд

Рама

• Тип
• База
• Открытая-закрытая
• Монокок или рамная

Полетный контроллер

• Процессор
• Прошивка
• IMU
• Программная открытость
• Адаптированность

Навигационный GPS приемник

• Поддерживаемые системы позиционирования
• Чувствительность
• Частота обновления
• Количество каналов
• Холодный/горячий старт
• Интерфейсы
• ~Точность позиционирования

Двигатели

• Тяга
• Токи
• Вольтаж
• KV

Регуляторы оборотов

• Ток
• Наличие BEC
• Частота
• Кривые зависимостей
• Программируемые настройки

Аппаратура

Аппаратура

• Рабочая частота
• Количество каналов
• Мощность
• Протокол
• Телеметрия
• Множество “плюшек”

Аппаратура

Аккумулятор

• Тип
• Количество банок (S/V)
• Скорость токоотдачи (C)
• Объем (mAh)

Камера и подвес

• Качество снимков
• Процессор
• IMU
• Двигатели
• Количество осей

Дополнительное оборудование

• FPV
• Телеметрия
• Управление камерой
• Управление подвесом
• Сонары
• Компьютерное зрение
• Блок управления с компьютера
• GPS трекер
• Подсветка
• ...

А теперь это надо собрать

• Совместимость
• Проводка
• Компоновка
• Фиксация

...и настроить

• Совместимость
• Корректность сборки
• Интерфейс
• Настраиваемость

...и настроить

• Калибровка IMU
• Положение GPS
• Калибровка аппаратуры
• Калибровка компаса
• Подаваемые токи
• PID и Gain

Симуляторы полетов

• Обучение основам
• Отработка реакции

Первые полеты

Учебные комплекты

Готовое решение

• Цена
• Качество
• Гарантии
• Возможности
• Phantom 4 Pro V2
• ~ 180 000 ₽
• Mavic 2 Pro
• ~ 180 000 ₽
• Mavic mini 2
• ~ 45 000 ₽
• Matrice 210 RTK v2
• ~ 1100 000 ₽
• Геоскан 401 Геодезия
• ~ 2100 000 ₽

Эксплуатационные ограничения

Правила полетов

• Визуальный
• Приборный
• Визуально-приборный

Безопасность полетов! Законность полетов!

Разрешение на ИВП

• За пять дней – Представление на установление временного режима
• Разрешение от организации, органов местного самоуправления, на полеты над запретными зонами
• За сутки – план полетов в зональный центр
• За 2 часа – связаться с ДПП и сообщить о готовности к полету
• В момент запуска – связаться с ДПП и сообщить о фактическом запуске БЛА
• После посадки - связаться с ДПП и сообщить о завершении полетов на БЛА

Тренировка полетам

• Программа обучения
• Симуляторы
• Открытое пространство
• Теоретическая осведомленность
• Базовые маневры
• Полеты без использования датчиков
• Практика
• если есть инструкция,
• значит от нее должна быть польза!

Тренировка полетам

Тренировка полетам

… и теперь мы готовы к выполнению работ!

Измерения по фотографиям – возможно?

Стереоэффект

P=X1-X2

• D/f=-B/p
• X1
• X2

Технология

Схема расположения точек фотографирования

Схема расположения точек фотографирования

Схема расположения точек фотографирования

Фотореалистичная 3-D модель МИИГАИК

Слайд 85

~60%

• ~60%
• Сшить изображения между собой = перекрытия

~60%

• ~60%
• Сшить изображения между собой = перекрытия

Различный масштаб Одинаковое разрешение

Одинаковый масштаб Различное разрешение

— соотношение, которое показывает, во сколько раз каждая линия, нанесённая на карту или чертёж, меньше или больше её действительных размеров (численный, именованный, линейный).

• полнота (генерализация) - точность
• Масштаб
• «мерная палка»
• Средние погрешности в положении на плане предметов и контуров местности с четкими очертаниями относительно ближайших точек съемочного обоснования не должны превышать 0,5 мм

Высота сечения рельефа на топографических планах

Средние погрешности съемки рельефа относительно ближайших точек геодезического обоснования не должны превышать по высоте 1/4 принятой высоты сечения рельефа

Расчет аэрофотосъемочного задания

Линейный смаз фотоизображений не должен превышать 0,05 мм для масштабов 1:10000 и мельче.

• Скорость 18 км/ч
• Выдержка 1/500 с
• Смаз (на местности)= ?
• Линейный смаз фотоизображения
• W = 18км/ч = 5 м/с
• dсмаз = 5/500 = 10 мм
• … а при выдержке 1/100
• будет 50 мм

БЛА самолетного типа не очень стабильны в плане траектории полета

• БЛА мультироторного типа нестабильны при силе ветра более 8 м/с
• Программы с автоматизированными процессами нуждаются в большем количестве исходной информации
• Современные цифровые камеры позволяют получать большое количество снимков
• Продольное перекрытие аэрофотоснимков

Требуется:

• Продольное перекрытие >60%
• Поперечное перекрытие >40%
• Продольное перекрытие аэрофотоснимков
• …этого реально хватит

Оптимально:

• Продольное перекрытие >80%
• Поперечное перекрытие >60%
• Продольное перекрытие аэрофотоснимков
• …это компенсирует
• особенности съемки и обработки

БПЛА зачастую летают ниже облаков – оптимальные погодные условия – облачность (дает ровное освещение)

В связи с низким качеством фотоаппаратуры необходима хорошая освещенность

Аэрофотосъемка должна производиться при отсутствии облачности и высоте Солнца над горизонтом не менее 20°

Лабораторная калибровка

• Полевая калибровка (самокалибровка)
• Калибровка фотокамеры
• F – фокусное расстояние
• Cx,Cy/xc,yc – координаты главной точки снимка
• Ki – коэффициенты радиальной дисторсии
• Pi – коэффициенты тангенсальной дисторсии
• модель Брауна – Конради:
• …камера может менять свои
• параметры прямо в ходе съемки

Навигационный GPS

• Геодезический GPS
• Барометрический высотомер
• Точности бортового оборудования
• …требуется обязательное создание
• опорной сети

Фокусное расстояние f = 8,8 мм

• Размер пикселя матрицы l = 2,35 мкм
• Требуемый размер пикселя на местности L = 5 см
• Перепад высот на объекте dh = 50м
• Выдерживание масштаба фотографирования

«Тридешки»

• Картинки
• Видосики
• Чертежи
• Что нам необходимо от заказчика:
• Тип материалов
• Границы
• Масштаб/точность/детализация
• Материалы, удовлетворяющие требованиям заказчика
• … реально получить материалы
• для масштаба 1:1000
• «максимальная» точность
• «от того дома и до горы»
• «сшивку фото»

DJI GO

• DJI GS PRO
• DroneDeploy
• Litchi
• Drone Harmony
• Pix4Dcapture
• Altizure for DJI
• Приложения

Треугольник экспозиции

Оценка качества изображений

• Геометрическое разрешение
• Радиометрическое разрешение
• Выдерживание углов крена и тангажа
• Сдвиг/смаз
• Наличие посторонних объектов

Оценка качества аэрофильма

• Создание фотомозайки
• Контроль выдерживания базисов
• Контроль выдерживания продольной оси аппарата
• Контроль выдерживания маршрута

Результаты обработки материалов аэрофотосъемки:

• ортофотоплан
• цифровая модель рельефа + цифровая модель местности
• 3D модель
• текстурированная 3D модель.
• Обработка материалов аэрофотосъемки
• вычисление разницы объемов;
• проектирование автомобильных и железнодорожных съездов;
• анализ поверхности на движение поверхностных вод для разработки мер по борьбе с наводнениями;
• экологический мониторинг.
• Эти данные позволяют решать следующие задачи:

Раньше и теперь

Обработка данных аэрофотосъемки

• Первичная обработка материалов (коррекция изображений)
• Взаимное ориентирование снимков
• Создание фотограмметрической модели
• Внешнее ориентирование модели
• Создание ортофотоплана
• Экспорт полученных материалов

Autodesk Recap Photo (edu free)

• RealityCapture
• ContexCapture
• Pix4D
• Altizure (free?)
• Photomodeller
• Metashape
• 3DFZephyr (free?)
• VisualSFM (free)
• Meshroom (free)
• Программное обеспечение

Intel i5 и выше (рекомендуется i7+ или Xeon)

• 16 GB ROM и выше (рекомендуется 64)
• Видеокарты Nvidia с поддержкой CUDA (возможно использовать несколько)
• SSD
• Системные требования

Полевое дешифрирование

• Сколько проводов?
• Что это за столбы?
• Параметры зданий
• Что это за столбы
• И т.п.

Оцифровка и подготовка отчета

Особенности

Фотограмметрия в киноиндустрии

Фотограмметрия в киноиндустрии

http://dryga.9055581347.myjino.ru/VR/zmeya/

• Многоплановая фотография VR-object: http://dryga.9055581347.myjino.ru/VR/theodolite/ http://pano.atlasgeo.ru/Dissertation/compass/
• Использование специализированных сайтов: https://sketchfab.com/models/4d48e6903ebe4560ae202d417ab4aded/embed
• Использование веб интерфейсов и специальных библиотек (WebGL): http://pano.atlasgeo.ru/measure_test/
• Тайловая визуализация: http://dryga.9055581347.myjino.ru/evpatoria/3D/
• Видео: https://youtu.be/iQTSpnAKPz4
• Дополненная реальность: https://augment.com
• Способы визуализации в Web среде:

Что ВЫ можете сделать уже сейчас:

• Эти модели сделаны по фотографиям
• начните с простых матовых цветных предметов с небольшим количеством деталей
• меня сделать проще остальных!

Дрыга Данила Олегович

• +7(916)030-62-56
• hopkuh@gmail.com
• sketchfab.com/hopkuh