Обследование состояния дорожного полотна и дорожных объектов является длительным и трудоемким процессом, но крайне важным для обеспечения безопасности дорожного движения. Специалисты DroneUA совместно с колегами из ГП “Укрднипродор”, подразделением Государственного агентства автомобильных дорог Украины, провели параллельное обследование участка дорожного полотна трассы Киев-Чоп (Е-40, М-06).
Основной целью было определение, насколько современные беспилотные решения могут обеспечить репрезентативной информацией за максимально короткие сроки и без подтверждения персонала риску для здоровья, во время проведения работ, а также избежать ограничения пропускной способности дорог для удобства пользования участников дорожного движения.
ГП ”Укрдипродор” является главной проектной организацией в дорожной сфере, это ведущий институт в вопросах проектирования автомобильных дорог, мостов и других объектов транспортной инфраструктуры
Оборудование:
- Квадрокоптер Phantom 4 RTK
- Базовая станция D-RTK 2
- Программный продукт DJI Terra
Цель:
Определить преимущества и недостатки использования дронов для выполнения топографо-геодезических работ по объектам инфраструктуры. Выполнить сравнение данных, полученных на основании данных с беспилотника с данными геодезической службы ГП ”Укрдипродор”
Этапы работ
Полевые работы
После обсуждения места проведения обследования и требуемых параметров, таких как необходимая детализация 3D поверхности и ортофотоплана, требований к точности конечного продукта приступили к выполнению полевых работ.
Для теста наши специалисты использовали 2 варианта работы Phantom 4 RTK, которыми чаще всего пользуются клиенты, а именно:
- от базовой станции DJI D-RTK 2 (которая устанавливалась возле объекта съемки) ;
- уравнивание Post processing kinematik (PPK) от сети базовых станций System.net:
Примечание: для использования дрона в режиме РТК от собственной базовой станции необходимо настроить передачу данных по протоколу NTRIP в формате данных RTCM 3.0. Подключение осуществляется по сети интернет. Или использовать возможности постобработки PPK от своей базовой станции.
При использовании любого из этих режимов дрон получает поправку на центр фотографирования благодаря технологии Tyme Synk в режиме реального времени.
При использовании поправок от сети базовых станций используется сеть интернет, соответственно для получения RTK-сигнала важно наличие хорошего интернет — покрытия. Преимуществом работы от базовой станции DJI D-RTK 2 в том, что RTK- поправка передается по радио с использованием технологии OcuSynk 2.0 что позволяет получать поправку даже при отсутствии хорошего интернет покрытия. При использовании D-RTK-2 важно помнить, что базовая станция должна устанавливаться на точку с известной координатой.
Для сравнения и подбора оптимальной детализации обследования съемка проводилась на высоте 50 и 100 м, что соответствует разрешению фотографии 1,3 см/пкс и 2,7 см/пкс соответственно. Так как баланс между детализацией и затраченным временем на обследование участка является ключевым вопросом в эффективности выполнения работ.
Рисунок — Полевые работы сотрудниками Drone.ua
Камеральная обработка
Обработка полученных снимков проводилась в удобном и легком для понимания программном продукте от компании DJI — DJI Terra, что позволяет в кратчайшие сроки получить облако точек, модель рельефа и ортофотоплан.
Работа в государственной системе координат
При обработке данных с дрона важно учесть тот факт что дрон получает координаты в системе координат WGS84, и при обработке украинской системе координат перед фотограмметрической обработкой проекта необходимо пересчитать данные центров фотографирования в украинскую систему координат (УСК 2000, МСК и др.) В данном случае центра фотографирования были пересчитаны в соответствующую систему координат и высот для выполнения последующих этапов обработки используя сервис System.net.
В последнем обновлении DJI Terra стала доступна возможность не только использовать снимки сделанные в текущей миссии, а и вносить дополнительные данные позиционирования снимков (POS) в проект. Именно импорт POS-файлов позволяет загружать информацию о положении снимков с корректировками полученными в постпроцессинге (РРК) или же координаты центров фотографирование в необходимой системе координат, например, в МСК, УКС 2000 и др.
Рисунок — Маркировка контрольных точек
Оценка точности
Обработка 140-ка фотографий, заняла около 45 мин для каждого проекта, при параметрах компьютера CPU: Intel(R) Core(TM) i7-9750H CPU @ 2.60GHz, GPU: GeForce GTX 1660 Ti, RAM: 16 GB. Модели полученные на высоте 50м и 100м показали одинаково качественный результат, отличие по контрольным точкам в плане составило до 3см, отличие во высоте составило до 5см.
Важно отметить, что опорные точки для уравнивания проекта не использовались, т.е.результаты для сравнения получены только на основании элементов внутреннего и внешнего ориентирования дрона.
Рисунок- Положение снимков и разреженное облако точек
Сравнение с данными ГУ “Укрднипродор”
После оценки точности проекта выполняется построение облака точек, текстурированной поверхности и ортофотоплана.
Рисунок — Плотное облако точек
Полученные данные были сравнены с топографическим планом масштаба 1:500 данного участка полученным специалистами ГП ”Укрднипродор”, который был получен при выполнении последовательных GNSS измерений. В сравнении участвовало 143 пикета
Выводы
При сравнении данных стоит отметить, что значительное влияние оказало освещение на участке. На хорошо осветленных участках местности, 90% данных отличается от съемки ГП ”Укрднипродор” в пределах 4 см(высота), в то время как в затененных участках из-за контрастных теней и однотонности покрытия только 40% данных остались в тех же пределах, это связано с появлением в темных местах “шумов” на плотном облаке точек.
Рисунок — сравнение съемки ГП ”Укрдипродор” с ортофотопланом
Что касается режима использования RTK- при наличии интернета и подписки удобнее использовать сеть опорных станций. Но в случае отсутствия сети или большого расстояния до ближайшей базовой станции сети, использование собственной базовой станции D-RTK 2 является оптимальным решением. Кроме того, производителем предусмотрена РРК обработка данных что позволяет уравнять данные в камеральных условиях если использование РТК было невозможно или нецелесообразно.
В контексте сравнения высоты съемки 50 или 100м, учитывая затраченное время и полученный результат, в результате проведенного теста, оптимальным является использования дрона на высоте 100м, что обусловлено меньшим временем съемки на один участок без потери качества. При этом рекомендуется учитывать особенности проекта.
Использование ортофотоплана для определения деформаций дорожного покрытия показало очень хороший результат, т.к. помимо всех трещин появилась возможность отмечать и другие, что не были замечены при натурной съемке. Так как определение трещин по ортофотоплану относится к камеральным работам, этому процессу можно уделить значительно больше времени, и обнаружить большее количество дефектов, что в полевых условиях занимает большое количество времени. Кроме того время нахождения сотрудников на дорожном полотне необходимо сводить к минимуму.
Рисунок — детализация ортофотоплана (2,7 см/пкс)
Рисунок — пример деформации полотна, которое зафиксировано на ортофотоплане, но не было отмечено при геодезической съемке участка
Единственным местом со значительным отклонением данных дронов от данных геодезической службы ГП ”Укрдипродор” являются участки откосов дорожной насыпи, которая, как правило, покрыта густой растительностью и является проблемной зоной для фотограмметрии, так как камеры не фиксируют землю под растительностью, что необходимо учитывать при планировании полевых работ.
Относительно продуктивности было зафиксировано, что при использовании БПЛА возможно осуществлять съемку 20-30 км дороги/день в зависимости от погодных условий, параметров съемки и планирования комплекса полевых работ. Кроме того, учитывая интенсивность движения применение технологии дронов делает выполнение этого вида работ более безопасным.
Заключение
В пределах дорожного полотна при соблюдении условий съемки и или коррекции облака точек, разница между координатами полученными с дрона и с наземной съемки достигает всего нескольких сантиметров что является допустимым в соответствии с действующей инструкцией по топографической съемке, самое большое отклонение наблюдается на откосной части дороги и связано напрямую с зарастанием откоса растительностью, что не фиксируется камерой. Но даже это легко исправить с использованием нового LiDARа Zenmuse L1 от DJI, поставка которых ожидается в ближайшее время.
Государственное предприятие «Укргипродор» входить в сферу управления Государственного агентства автомобильных дорог Украины и является главной проектной организацией в дорожной отрасли.
DroneUA — это международный системный интегратор беспилотных решений. В структуре компании функционируют собственные инженерные и производственные подразделения, открыт центр по обработке данных. Drone.UA – дистрибьютор коммерческих и промышленных решений компании XAG, DJI, Parrot, Flyability, Chasing, Kandao дистрибьютор программного обеспечения Drone Deploy и Pix4D на территории Восточной Европы и Кавказа.
Компания ведет свою деятельность в сферах, энергетики и нефтегазовой промышленности, а также в сферах геодезии и топографии. Основными направлениями работы Drone.UA являются, разработка и внедрение отраслевых решений, основанных на технологии дронов, предоставление услуг, с использованием БПЛА, а также обработка получаемых с помощью беспилотников данных. Технологии Drone.UA используются на более чем 4 млн гектаров посевных площадей Украины.
Группа компаний Drone.UA является ТОП 3 наиболее инновационным предприятием в сельскохозяйственном секторе Украины по версии издания FORBES. И входит в перечень ТОП 20 самых инновационных предприятий Украины.