Использование традиционных методов инженерно-геодезических изысканий на обширных и труднодоступных территориях часто сопряжено с высокими материальными и временными затратами. Решением этой проблемы стало активное внедрение новых технологий, в частности беспилотных летательных аппаратов. Их применение кардинально меняет подходы к работе, позволяя в сжатые сроки строить высокоточные карты, планы и трехмерные модели.
Значение геодезии и новых технологий
Геодезия – наука о производстве измерений на местности, форме и размерах Земли, способах изображения ее и объектов на ней на планах, картах, а также в виде трехмерных и цифровых моделей.
Геодезия возникла в глубокой древности в связи с развитием строительства, сельского хозяйства и других отраслей, а сегодня широко применяется в самых разных областях науки и производственной деятельности. В настоящее время значимость этого направления существенно возросла на фоне потребности в проведении высокотехнологичных работ, требующих точных данных и активного привлечения цифровых технологий.
Инженерно-геодезические изыскания являются важной, неотъемлемой частью проектирования, строительства и эксплуатации зданий, автомобильных дорог и дорожной инфраструктуры, аэродромов, гидромелиоративных систем, объектов лесного хозяйства. Такие исследования во многом определяют как стоимость и качество реализации проекта, так и условия последующего использования инженерных сооружений.
Геодезические изыскания и картографическая деятельность требуют современных методов сбора информации о земной поверхности. Традиционные способы инструментальной съемки электронными тахеометрами зачастую занимают продолжительное время и связаны со значительными издержками. Недостатки обычных подходов становятся очевидными при проведении полевых работ на труднопроходимых и значительных по площади объектах, когда стоит задача в короткие сроки получить топографические планы масштабов 1:500, 1:1000, 1:2000 и т.д.
Классические оптические геодезические приборы уступают место автоматизированным технологиям: электронным тахеометрам, цифровым нивелирам, лазерным сканерам, а также беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), или дронам.
Сфера применения БПЛА
БПЛА – это эффективный инструмент проведения аэрофотосъемки и создания высокоточных картографических материалов за короткий промежуток времени.
Гражданское применение БПЛА включает 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 городских и сельских территорий с определением зон для размещения различных объектов;
· составление ортофотопланов (изображений местности на основе аэроснимков) для нужд фермерских хозяйств и сельхозпредприятий;
· определение объемов извлеченной горной породы на горно-обогатительных комбинатах;
· трехмерное проектирование в геоинформационных системах;
· охрана объектов и мониторинг территорий в определенных границах;
· экологический мониторинг.
Применение БПЛА в геодезии
Сегодня большинство полевых геодезических изысканий выполняется силами бригад инженеров-геодезистов. На небольших территориях это обеспечивает высокую точность измерений и низкую себестоимость составления карт и планов. Однако на обширных площадях со сложным рельефом работа «ногами» становится нерентабельной в силу значительных трудовых, временных и финансовых затрат.
Если для геодезической съемки местности использовать такое современное средство, как БПЛА, то работу можно выполнить гораздо быстрее, дешевле и удобнее. Это справедливо и для решения десятков других, самых разных задач, требующих высококачественной визуальной информации с воздуха.
Оснащение геодезических БПЛА
Эффективность геодезического дрона определяется наличием специализированного – интегрированного или навесного – оборудования. Грамотно подобранный аппаратный комплекс позволяет за один полет решить сразу несколько задач.
Основные приборы и аксессуары, необходимые для полноценной работы дрона:
· Компактные фотокамеры для профессиональной геодезической аэросъемки: обеспечивают высокое качество и детализацию изображений с высоты птичьего полета.
· Мультиспектральные камеры: используются для получения изображений в широком спектральном диапазоне при дистанционном зондировании.
· Мультифункциональные тепловизоры с дистанционным определением температуры участков исследуемой поверхности или объекта: дополнительно устанавливаются на дрон для геодезической съемки в фото- и видеоформате.
· Модули для модификации: позволяют усовершенствовать недорогие стандартные дроны DJI до версий RTK/PPK, рассчитанных на профессиональное применение в геодезии и картографии. Представляют собой мультичастотные спутниковые приемники с антеннами и поддержкой нескольких спутниковых систем.
Процесс съемки с помощью БПЛА
На начальном этапе оператор БПЛА задает ключевые параметры аэросъемки – площадь территории и разрешение, что позволяет определить высоту и скорость движения дрона.
Процессом съемки управляет бортовая электроника, учитывающая показатели GPS-датчиков. Полученные аэроснимки транслируются в реальном времени, и оператор при необходимости может оперативно скорректировать полетное задание.
После посадки аппарата данные предварительно обрабатываются штатным программным обеспечением и в дальнейшем используются для создания детализированных и максимально точных топографических карт, цифровых моделей местности и рельефа.
Процесс обработки данных
После завершения полевых работ по сбору данных начинается этап их обработки. Он включает анализ аэрофотоснимков вместе с информацией о позиционировании и ориентации (POS) и наземным контрольным точкам (GCPs), если они используются, для выполнения воздушной триангуляции.
Воздушная триангуляция – это метод, который математически определяет геометрию сфотографированной области под разными углами и является основополагающим для картографирования. Точность этого процесса тщательно проверяется, и, если он не соответствует необходимым стандартам, могут быть проведены дополнительные контрольные измерения для исправления расхождений.
Как только триангуляция проходит проверку на точность, рабочий процесс создает цифровую модель поверхности (DSM), цифровую ортофотокарту (DOM) и трехмерную модель рельефа.
Заключение
БПЛА значительно улучшают и упрощают проведение инженерно-геодезических работ. Эта технология получила широкое распространение, ее возможности постоянно расширяются, а производительность и качество измерений с применением дронов растут.
Иргиредмет работает в данной сфере на протяжении многих лет. Институт выполняет комплексные инженерные изыскания, в том числе инженерно-геодезические, и обладает квалифицированными специалистами, способными решать самые сложные задачи и использующими самые современные средства.
Автор:
Казазаев К.Н., главный специалист по полевым геодезическим работам, отдел инженерных изысканий АО «Иргиредмет»