Izpētes projekts: ko spēj un kādus datus ievāc droni?  (22)

Mediju uzmanību droni visvairāk piesaista ārkārtas situācijās, piemēram, lidostu darbības traucējumu gadījumos vai militārajos uzbrukumos. Par plašajām iespējām, ko jau tagad ir iespējams paveikt, izmantojot bezpilota gaisa kuģus, neraksta daudz.

Pirms dažiem gadiem notika aero filmēšanas revolūcija, kad, izmantojot dronus, krietni samazinājās filmēšanas izmaksas no gaisa, kā arī palielinājās iesaistīto un apkārtējo cilvēku drošība, jo daudziem aero filmēšanas un fotografēšanas projektiem vairs nav jāizmanto skaļi un dārgi helikopteri vai lidmašīnas.

Uz sliekšņa ir jau jauna revolūcija, kad lidojošie roboti tiks dziļi integrēti dažādās industrijās. Integrējot precīzas pozicionēšanas sistēmas, droni jau tagad ievērojami paātrina ģeodēzijas speciālistu darbu, kravu un krājumu uzskaiti, piedalās būvniecības projektēšanā un monitoringā. Šie sniegumi ir realizējami, pateicoties dažādu tehnoloģiju kopumam, un viena no šīm tehnoloģijām ir fotogrammetrija.

Fotogrammetrija ir process, kurā tiek iegūtas trīs dimensiju kartes un 3D ciparu modeļi no informācijas, kuras pamatā ir augstas izšķirtspējas fotogrāfijas, kas iegūtas, izmantojot ar kameru aprīkotu ierīci.

Fotogrammetrijas pirmsākumi ir meklējami novērošanas un izlūkošanas jomās. Pirmā pasaules kara laikā, lai iegūtu informāciju no ienaidnieka līnijām, piloti izmantoja gan jaunus lidaparātus, gan foto ierīces. Tomēr fotogrāfijas ir bezvērtīgas bez to piesaistes pie kartes, tāpēc pirmie speciālisti izmantoja vietējos orientierus un reljefa īpatnības, lai noteiktu objektu atrašanās vietu attēlos. Mūsdienās šiem mērķiem kalpo inerciālās mērierīces (IMU), globālas navigācijas satelītu sistēmas (GNSS), kā arī attēlu atpazīšanas algoritmi.

Tālvadības gaisa kuģi šai tehnoloģijai ir ideāli piemēroti – tie var būt aprīkoti ar dažāda tipa kamerām, tiem ir integrēti navigācijas rīki, inerciālas sistēmas, kas seko līdzi gaisa kuģa pozīcijai lidojuma laikā. Kā arī liela priekšrocība – tie var pacelties gaisā, lai uzņemtu datus no putnu lidojuma augstuma.

Kvadrokopteri jeb droni ar četriem rotoriem ir ideāls fotogrammetrijas rīks, ja nepieciešams nosegt relatīvi mazu platību. Tiem ir augstas manevrēšanas spējas, tie spēj "apstāties" lidojuma laikā un palikt nekustīgi attiecībā pret objektiem uz zemes. Tie ir aprīkoti ar nepieciešamiem sensoriem – GNSS, IMU noteic un saglabā savā atmiņā orientāciju telpā. Ar katru šo iekārtu paaudzi palielinās lidojuma laiks – drons spēj ilgāk lidot, vākt un saglabāt datus. Uzlabojās arī kameru kvalitāte un izšķirtspēja. Mūsdienu precīzas pozicionēšanas tehnoloģijas ļauj veikt drona pozicionēšanu ar trīs centimetru precizitāti!

Fotogrammetrijai izmanto profesionālus lidaparātus ar augstu izšķirtspēju foto sensoriem. Katrs attēls satur lielu informācijas apjomu – tas ļauj izveidot detalizētu modeli. Jebkurš drons, kas ir aprīkots ar kameru, var būt izmantojams kā fotogrammetrijas rīks, tomēr ne ar katru dronu var iegūt kvalitatīvus, apstrādei derīgus datus.

Lejupielādējot šos datus fotogrammetrijas programmatūras risinājumam, var iegūt 3D modeli, ortofotoplānu (līdzīgs satelītu attēlam, bet daudz detalizētāks) vai digitāla pacēluma modeli (DEM). Iegūtā modeļa detalizācija un kvalitāte ir atkarīga no daudziem faktoriem, tostarp, arī no drona veida. Fotogrammetrijas datu savākšana ir atbildīgs process, bet arī šo datu apstrāde un analīze ir tikpat, vai pat vairāk, svarīga.

Dati, kas iegūti ar dronu palīdzību, var tikt izmantoti gan ģeogrāfiskās informācijas sistēmās (ĢIS), gan mērniecībā, gan projektēšanā, gan būves informatīvā modelēšanā (BIM). Teritorijas 3D datu modeli var izmantot attāluma, platības un pat tilpuma mērījumu veikšanai.

Izpētes projekta mērķis bija noskaidrot, vai ir iespējams ar iesācēja līmeņa dronu, izmantojot fotogrammetrijas metodi, izveidot teritorijas trīs dimensiju modeli, kā arī saprast, kādiem mērķiem šo modeli var izmantot.

Par lidojuma apgabalu projekta īstenošanas gaitā tika izvēlēts pamests lidlauks Rumbulā. Tas atrodas tālu no dzīvojamām platībām, tajā ir minimāls cilvēku skaits un salīdzinoši līdzens reljefs. Šim projektam tika izvēlēts drons "Dji mini 2", kas tiek uzskatīts par iesācēja līmeņa iekārtu. Drona svars ir zem 250 gramiem un aprīkots ar 12 mpix kameru.

Plānojot lidojumu, saskārāmies ar izaicinājumu – uz projekta brīdi šīm lidaparātam nav iespējams realizēt automātisku lidojuma režīmu pēc iepriekš definētiem punktiem. Līdz ar to lidojums notika manuālā režīmā. Lidojuma augstums – 100 metri. Kopējais drona lidojuma laiks – 45 minūtes. Lai to nodrošinātu, bija nepieciešamas divas baterijas.

Foto: Publicitātes foto.

Šajā projektā tika iegūti 647 fotoattēli, kas satur precīzu platuma, garuma un augstuma informāciju. Visus datus apstrādā ar speciālu programmatūru. Modeļa izveide ir diezgan laika un datora resursu ietilpīgs process. Atkarībā no datora veiktspējas un teritorijas platības, tas var aizņemt pat vairākas dienas. Mūsu gadījumā – aptuveni četrās stundās, izmantojot darba staciju ar 12 kodolu procesoru, 32 Gb operatīvo atmiņu un GTX 1060 6 Gb grafisko karti, tika iegūts šāds 3D modelis.

Foto: Publicitātes foto.

Vadoties pēc programmatūras atskaites, attēlā redzamā apgabala kopējā platība ir 120 hektāri, vidējā modeļa izšķirtspēja ir 4cm/pix. Šī precizitāte ļauj veikt attāluma, platības un pat tilpuma mērījumus. Dažu mērījumu piemēri atrodami attēlos.

Foto: Publicitātes foto.

Foto: Publicitātes foto.

Foto: Publicitātes foto.

Jāatzīst, ka šīs tehnoloģijas rīki nav universāli un nevar būt efektīvi pielietojami apgabalos, kur ir augsta veģetācija. Vietās, kur aug koki, krūmi, augsta zāle šo tehnoloģiju neizdosies efektīvi izmantot. Kā piemērs – augošā koka attēls iegūts projekta laikā. Teritorijās ar augstu veģetāciju ir vērts piemērot citu tehnoloģiju – lāzerskenēšana (Lidar).

Foto: Publicitātes foto.

Izvērtējot izpētes projekta realizāciju, var secināt, ka pat ar iesācēja līmeņa dronu ir iespējams izveidot teritorijas trīs dimensiju modeli. Šī modeļa precizitāte ir pietiekama vienkāršiem, ne augsta līmeņa projektiem. Modeļa un datu precizitāti plānošanas posmā var palielināt – izvelēties zemāku lidojuma augstumu, kā arī pētāmā apgabalā uzstādīt kontrolpunktus.

Modernie tālvadības lidaparāti kopā ar jaunākām pēcapstrādes tehnoloģijām jau tagad spēj atvieglot industriālus procesus – ietaupīt laiku, cilvēka un finansiālus resursus. Programmatūras un datu pēcapstrāde arī neatpaliek šajā jomā. Mūsdienu rīki spēj apkopot pat vairāku tūkstošu hektāru lielas platības ar kadastra mērījumu līmeņa precizitāti.

Šādus risinājumus var izmantot daudzās jomās, ar mērķi ciparot esošo infrastruktūru, vai efektīvi plānot jaunas infrastruktūras izveidi.