Обстеження стану дорожнього полотна і дорожніх об’єктів є тривалим і трудомістким процесом, але вкрай важливим для забезпечення безпеки дорожнього руху. Фахівці DroneUA спільно з колегами з ДП “Укрдніпродор”, підрозділом Державного агентства автомобільних доріг України, провели паралельне обстеження ділянки дорожнього полотна траси Київ-Чоп (Е-40, М-06).
Основна мета дослідження – визначити наскільки сучасні безпілотні рішення можуть забезпечити репрезентативною інформацією спеціалістів на місцях за максимально короткий термін і мінімальним ризиком для персоналу, під час проведення дорожніх робіт, уникнути обмеження пропускної здатності доріг для зручності користування для учасників дорожнього руху.
ДП “Укрдіпродор” є головною проектною організацією в дорожній сфері, це провідний інститут в питаннях проектування автомобільних доріг, мостів та інших об’єктів транспортної інфраструктури
Обладнання:
Мета:
Визначити переваги та недоліки використання дронів для виконання топографо-геодезичних робіт об’єктів інфраструктури. Виконати порівняння даних, отриманих з безпілотника з даними геодезичної служби ДП “Укрдіпродор”
Етапи робіт
1. Польові роботи
Після обговорення місця проведення обстеження і необхідних параметрів: деталізації 3D поверхні, параметрів ортофотоплану і вимог до точності кінцевого продукту – спеціалісти приступили до виконання польових робіт.
Для тесту наші фахівці використовували 2 режими роботи Phantom 4 RTK, якими найчастіше користуються клієнти, а саме:
- від базової станції DJI D-RTK 2 (яка встановлювалася біля об’єкта зйомки);
- зрівнювання Post processing kinematik (PPK) від мережі базових станцій System.net:
Примітка: для використання дрона в режимі РТК від власної базової станції необхідно налаштувати передачу даних по протоколу NTRIP в форматі даних RTCM 3.0. Підключення здійснюється через мережу інтернет. Або скористатися наявними можливостями постобробки PPK від своєї базової станції.
При використанні будь-якого з цих режимів дрон отримує поправку на центр фотографування завдяки технології Tyme Synk в режимі реального часу.
При використанні поправок від мережі базових станцій система необхідний доступ до мережі, відповідно для отримання RTK-сигналу важлива наявність хорошого інтернет покриття. Перевагою роботи від базової станції DJI D-RTK 2 в тому, що RTK- поправка передається по радіо з використанням технології OcuSynk 2.0, що дозволяє отримувати поправку навіть при відсутності хорошого інтернет покриття. При використанні D-RTK-2 важливо пам’ятати, що базова станція повинна встановлюватися на точку з відомою координатою.
Для порівняння і підбору оптимальної деталізації обстеження зйомка проводилася на висоті 50 і 100 м, що відповідає роздільній здатності фотографії 1,3 см / ПКС і 2,7 см / ПКС відповідно, так як баланс між деталізацією і витраченим часом на обстеження ділянки є ключовим питанням в ефективності виконання робіт.
Малюнок – Польові роботи DroneUA
Камеральна обробка
Обробка отриманих знімків проводилася в зручному, інтуітивно зрозумілому програмному продукті від компанії DJI – Terra, що дозволяє в найкоротші терміни отримати хмару точок, модель рельєфу і ортофотоплан.
Робота в державній системі координат
При обробці даних з дрона важливо врахувати той факт, що дрон отримує координати в системі координат WGS84 і при обробці в українській системі координат, перед фотограмметричної обробкою проекту, необхідно перерахувати дані центрів фотографування в українську систему координат (УСК 2000, МСК та ін.) В даному випадку центри фотографування були перераховані в відповідну систему координат і висоти для виконання наступних етапів обробки використовуючи сервіс System.net.
В останньому оновленні DJI Terra – стала доступна можливість не тільки використовувати знімки зроблені в поточній місії, а й вности додаткові дані позиціонування знімків (POS) в проект. Саме імпорт POS-файлів дозволяє завантажувати інформацію про становище знімків з коригуваннями, отриманими в постпроцесингу (РРК) або ж координати центрів фотографування в необхідній системі координат, наприклад, в МСК, УКС 2000 і ін.
Малюнок – Маркування контрольних точок
Оцінка точності:
Обробка 140-ка фотографій, зайняла близько 45 хв для кожного проекту, при параметрах комп’ютера CPU: Intel (R) Core (TM) i7-9750H CPU @ 2.60GHz, GPU: GeForce GTX 1660 Ti, RAM: 16 GB. Моделі отримані на висоті 50м і 100м показали однаково якісний результат, відміна по контрольним точкам в плані склала до 3 см, різниця в висоті до 5 см.
Важливо відзначити, що опорні точки для зрівнювання проекту не використовувалися, результати для порівняння отримані тільки на підставі елементів внутрішнього і зовнішнього орієнтування дрона.
Малюнок-Положення знімків і розріджена хмара точок
Порівняння з даними ГУ “Укрдніпродор”
Після оцінки точності проекту виконується побудова хмари точок, текстурованої поверхні і ортофотоплану.
Малюнок – Щільна хмара точок
Отримані дані були порівняні з топографічним планом масштабу 1: 500 даної ділянки, який був отриманий при виконанні послідовних GNSS вимірювань фахівцями ДП “Укрдніпродор”. У порівнянні брало участь 143 пікета.
Висновки:
При порівнянні даних варто відзначити, що значний вплив зробило освітлення на ділянці. На добре освітлених ділянках місцевості, 90% даних відрізняється від зйомки ДП “Укрдніпродор” в межах 4 см (висота), в той час як в затінених ділянках через контрастність тіней і однотонність покриття – тільки 40% даних залишилися в тих же межах, це пов’язане з появою в темних місцях “шумів” на щільній хмарі точок.
Малюнок – порівняння зйомки ДП “Укрдіпродор” з ортофотопланом
Що стосується режиму використання RTK – при наявності інтернету і підписки зручніше використовувати мережу опорних станцій. Але в разі відсутності мережі або великої відстані до найближчої базової станції мережі, використання власної базової станції D-RTK 2 є оптимальним рішенням. Крім того, виробником передбачена РРК обробка даних, що дозволяє зрівняти дані в камеральних умовах, якщо використання РТК було неможливо або недоцільно.
В контексті порівняння висоти зйомки 50 або 100м, з огляду на витрачений час і отриманий результат, в результаті проведеного тесту, оптимальним є використання дрона на висоті 100м, що обумовлено меншими затратами часу на зйомку на одній ділянці без втрати якості. Рекомендується враховувати особливості проекту.
Використання ортофотоплану для визначення деформацій дорожнього покриття показало дуже хороший результат, тому що крім всіх тріщин з’явилася можливість визначити і нові, що були помічені при натурній зйомці. Так як визначення тріщин по ортофотоплану відноситься до камеральних робіт, цьому процесу можна приділити значно більше часу, і виявити більшу кількість дефектів, що в польових умовах займає велику кількість часу. Крім того час знаходження співробітників на дорожньому полотні необхідно зводити до мінімуму.
Малюнок – деталізація ортофотоплану (2,7 см / ПКС)
Малюнок – приклад деформації полотна, яке зафіксовано на ортофотопланах, але не було відзначено при проведенні геодезичної зйомки ділянки
Єдиним місцем зі значним відхиленням даних дронів від даних геодезичної служби ДП “Укрдіпродор” є ділянки укосів дорожнього насипу, які, як правило, покриті густою рослинністю і є проблемними зонами для фотограмметрії, так як камери не фіксують землю під рослинністю, що необхідно враховувати при плануванні польових робіт.
Щодо продуктивності було зафіксовано: при використанні БПЛА можливо здійснювати зйомку 20-30 км дороги/день в залежності від погодних умов, параметрів зйомки і планування комплексу польових робіт. Крім того, з огляду на інтенсивність руху застосування технології дронів робить виконання цього виду робіт більш безпечним.
Висновок:
В межах дорожнього полотна при дотриманні умов зйомки і корекції хмари точок, різниця між координатами отриманими з дрона і з наземної зйомки досягає всього декількох сантиметрів, що є допустимим відповідно до діючої інструкції з топографічного знімання, найбільше відхилення спостерігається на укосах дороги і пов’язане безпосередньо з заростанням укосу рослинністю, що не фіксується камерою. Але навіть це легко виправити використовуючи нову технологію LiDAR Zenmuse L1 від DJI, поставка яких очікується найближчим часом.
Державне підприємство «Укрдіпродор» входить до сферы управління Державного агенства автомобільних доріг України і є головною проектною організацією в дорожній галузі.
DroneUA — це міжнародний системний інтегратор безпілотних рішень. У структурі компанії функціонують власні інженерні та виробничі підрозділи, відкритий центр з обробки даних. DroneUA — дистриб’ютор комерційних і промислових рішень компанії XAG, DJI і Parrot, дистриб’ютор програмного забезпечення Drone Deploy і Pix4D на території Східної Європи і Кавказу.
Компанія веде свою діяльність в сферах, енергетики та нафтогазової промисловості, а також в сферах геодезії і топографії. Основними напрямками роботи DroneUA є, розробка та впровадження галузевих рішень, заснованих на технології дронів, надання послуг, з використанням БПЛА, а також обробка отриманих за допомогою безпілотників даних. Технології DroneUA використовуються на більш ніж 4 млн гектарів посівних площ України. Група компаній Drone.UA є ТОП 3 найбільш інноваційним підприємством в сільськогосподарському секторі України за версією видання FORBES. І входить до переліку ТОП 20 найбільш інноваційних підприємств України.