Баклыков М.А., компания Topodrone, г. Москва, e-mail: info@topodrone.ru, Web: www.topodrone.ru
Automated Photogrammetric Processing of Data from Drone with Drone2Map for ArcGIS
На сегодняшний день во всем мире все большую популярность набирает технология аэрофотосъёмки с применением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для картографирования территорий, инженерных изысканий, маркшейдерских работ, решения кадастровых задач, оперативного мониторинга линейных сооружений, площадок строительства, построения реалистичных трехмерных моделей местности и решения других задач.
Беспилотники позволяют в значительной мере сократить объемы полевых инструментальных измерений классическими методами. Например, аэрофотосъемка с БПЛА участка площадью 50 га в среднем занимает не более 30 минут, а итоговый результат в виде ортофотоплана местности и высоко детальной и точной цифровой модели рельефа можно получить уже через пару часов полуавтоматической камеральной обработки.
При выборе беспилотника для геодезии следует учитывать такие факторы, как удобство транспортировки и использования, легкость формирования полетных заданий для площадных и линейных объектов, надежность и стабильность работы всех систем в полете, стоимость приобретения оборудования и его дальнейшего обслуживания, разрешение камеры. Отдельно следует отметить возможность координировать аэрофотоснимки с геодезической точностью, что позволяет значительно уменьшить объемы полевых работ, связанные с закладкой и координированием наземных контрольных точек, а также проводить автоматизированную обработку данных, что в свою очередь сокращает сроки и стоимость камеральных работ.
Рассмотрим процесс автоматизированной фотограмметрической обработки результатов съемки и создания высокоточной цифровой модели местности в специализированном программном обеспечении Drone2Map for ArcGIS на примере одного из проектов мониторинга территории для решения кадастровых задач.
На первом этапе нами была выполнена аэрофотосъемка района площадью 40 га с высоты 200 метров квадрокоптером DJI PHANTOM 4 PRO (рис. 1), доработанным до уровня профессиональных БПЛА для геодезии. Специалистам нашей компании удалось установить дополнительный геодезический GNSS приемник (GPS/QZSS L1, GLONASS G1, BeiDou B1, Galileo E1, SBAS) в стандартный корпус дрона и интегрировать его с фотокамерой, что позволило определять координаты снимков в момент фотографирования с сантиметровой точностью.
Рис. 1. Доработанный квадрокоптер DJI Phantom 4 PRO GNSS PPK.
Для фотограмметрической обработки и построения цифровой модели местности в ArcGIS Drone2Map достаточно было создать проект, загрузить набор из 160 стерео изображений, а также координаты центров фотографирования, определённых с сантиметровой точностью геодезическим ГНСС приемником (см. рис. 2).
Рис. 2. Интерфейс приложения Drone2Map, импорт центров фотографирования с сантиметровой точностью.
Следует обратить внимание, что при использовании данных с квадрокоптера DJI в стандартной комплектации местоположение снимков определяется бортовым GPS с точностью порядка 15 — 20 метров в плане и 25 — 30 метров по высоте. В нашем случае, точность была существенно выше, что иллюстрирует рис. 3. На нем красным цветом показаны координаты центров фотографирования, закоординированные стандартным GPS приемником DJI Phantom 4 PRO, а зеленым — координаты фактического местоположения снимков, полученные геодезическим GNSS приемником.
Рис. 3. Расположение снимков, определенное стандартным навигационным GPS приемником DJI Phantom 4PRO (красные значки) и дополнительно установленным геодезическим ГНСС оборудованием (зеленые значки).
На следующем этапе, после загрузки в проект необходимых данных был выполнен процесс автоматизированной обработки, при котором уравнивание блоков изображений, построение плотного облака точек, его классификации, генерация цифровой модели рельефа и ортофотоплана были выполнены полностью в автоматическом режиме. Общая продолжительность всего процесса составила два часа.
В результате были получены: плотное облако точек состоящее из 18 937 834 точек, плотностью порядка 20 точек/кв.м (см. рис. 4); трехмерная модель местности (DSM); цифровая модель рельефа (DTM), из которой были исключены растительность (см. рис. 5), здания и сооружения, заборы и другие объекты техногенного происхождения; а также ортофотоплан с разрешением 5 см/пиксел общей площадью более 40 га, совмещенный с кадастровым планом территории, который использовался в дальнейшем для решения кадастровых задач (рис. 6).
Рис. 4. Плотное облако точек, отображающее снимаемые объекты отснятой территории, в том числе, опоры ЛЭП и провисы проводов.
Рис. 5. Построенные цифровые модели местности (ЦММ; DSM) и рельефа (ЦМР; DTM).
Рис. 6. Ортофотоплан, совмещенный с кадастровыми границами.
Точность построения ортофотоплана и ЦММ была определена по ранее измеренным наземным контрольным точкам, которые до этого не участвовали в обработке. Вычисленная среднеквадратическая ошибка по осям х, y и z составила 12.89 см, 13.66см и 16.10 см соответственно.
В заключение следует отметить, что, по нашему мнению и исходя из полученного опыта работы, интерфейс программного обеспечения Drone2Map for ArcGIS является предельно простым и интуитивно понятным и обладает всеми необходимыми инструментами для профессиональной фотограмметрической обработки данных с БПЛА.
Совместное применение БПЛА DJI PHANTOM 4 PRO с дополнительно установленным геодезическим ГНСС приемником и приложения Drone2Map for ArcGIS позволяет автоматизировать процесс создания высокоточных цифровых карт и детальных 3D моделей территорий, а также значительно сократить временные и финансовые затраты на выполнение полевых и камеральных работ.
Теперь весь процесс создания высокоточной географической информации с помощью беспилотников становится еще более простым и доступным. Нет необходимости использовать дорогостоящие и сложные в эксплуатации БПЛА, а для фотограмметрической обработки полученных данных, характеризующих актуальное состояние местности и рельефа, достаточно стандартных навыков пользователя геоинформационных систем на платформе ArcGIS компании Esri.
Более подробно с опытом эксплуатации квадрокоптеров DJI для решения геодезических задач можно ознакомиться на нашем сайте www.topodrone.ru в разделе «Блог».
Подразделение «Topodrone», входящее в состав ООО «ГеоСтройГрупп», специализируется на услугах по доработке и продаже геодезических беспилотников и топографо-геодезических работах различной сложности.
Приложение Drone2Map for ArcGIS позволяет обрабатывать наклонные снимки с любых беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и создавать на основе исходных изображений бесшовные геопривязанные мозаики, цифровые модели местности, текстурированные 3D-модели и облака точек. Приложение является частью платформы ArcGIS, поэтому результаты обработки могут быть использованы в ArcGIS Desktop, ArcGIS Pro, ArcGIS Enterprise, ArcGIS Earth, ArcGIS Online и Portal for ArcGIS. Подробнее об этом приложении с демонстрацией и примерами упражнений по его использованию можно узнать на сайте ЭСРИ СНГ.
