Майбутнє аерофотогеодезії: проблеми застосування безпілотників та лазерного сканування

Напередодні професійного свята працівників геології, геодезії і картографії (цього року його відзначали у неділю 7 квітня) на факультеті землевпорядкування відбувся черговий Всеукраїнський науково-практичний семінар. Цього разу експерти вирішили заглянути у майбутнє аерофотогеодезії та розглянути проблеми застосування безпілотних літальних апаратів та лазерного сканування.

Даний захід зібрав понад 40 учасників з вищих навчальних закладів, держаних установ і організацій, приватних компаній в сфері геодезії та землеустрою України. Приємно відзначити, що в обговоренні проблемних питань та обміну думками щодо майбутнього аерофотогеодезії в нашій країні, прийняли участь представники двох найпотужніших шкіл у цій сфері – Національного університету «Львівська політехніка» та Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут ім. І.Сікорського».

Декан факультету землевпорядкування Тарас Євсюков, на початку зустрічі, відзначив, що тема семінару є надзвичайно актуальною, оскільки сучасні технології БПЛА та лазерного сканування дозволяють у максимально короткі терміни проводити великомасштабні знімання і отримувати у цифровому вигляді ортофотоплани і цифрові моделі місцевості. Водночас є й свої проблеми, які пов'язані із природними та погодними умовами, неможливістю знімання великих територій тощо. Наступним привітав учасників круглого столу, його співорганізатор – голова ВГО «Асоціація фахівців землеустрою України» Анатолій Полтавець. Також він підкреслив, що для потреб великомасштабного знімання застосування пілотованих літаків та гелікоптерів на площах до 50 км2 з економічної та оперативної точки зору є нерентабельним. Саме тому БПЛА є альтернативним рішенням.

Першим з експертів виступив завідувач кафедри фотограмметрії і геоінформатики Національного університету «Львівська політехніка» професор Володимир Глотов. У своїй доповіді він спрогнозував тенденції розвитку аерознімання з БПЛА та проблеми, що є і виникатимуть під час аерознімання. Також він акцентував увагу на чинниках, які впливають на якість створення ортофотопланів: похибки визначення напрямку вітру та його швидкості на висоті аерознімання, складність розпізнавання контрольних точок на знімках, різномасштабність знімків, значення ISO, значення апертури, дисторсія об’єктива, налаштування експозиції камери тощо.

Професор Глотов зазначив, що визначення координат контрольних точок за знімками отриманими з БПЛА не перевищує значення апріорної оцінки точності, що свідчить про можливість їхнього застосування для топографічного аерознімання. У подальшому наукові дослідженнях повинні орієнтуватися на підвищення точності створення великомасштабних топографічних планів масштабів 1:500, 1:1000, 1:2000 та ортофотопланів із застосуванням БПЛА.

З цікавою доповіддю виступила старший викладач КПІ ім. І.Сікорського Ганна Сарибога. Вона керівник наукових гуртків «Робототехніка» та «Авіа-ракетобудування». Вона представила вітчизняні лінійки БПЛА розроблені колективами КПІ, Львівської політехнікою і приватних компаній. Також пані Сарибога розкрила конструктивні особливості безпілотних авіаційних комплексів НТУУ «КПІ ім. І. Сікорського», бортове та наземне обладнання яких використовується як в інтересах цивільних так і військових користувачів. Бортові системи БПЛА включають: інтегровану систему визначення координат та просторової орієнтації, автопілот, оптичні та теплові сенсори, інше обладнання, необхідне для виконання кожного окремого завдання. БПЛА функціонують в дистанційно-керованому, напівавтоматичному та автономному режимах. Двосторонній радіоканал між БПЛА та наземною станцією керування дає можливість перепрограмування та зміни польотного завдання.

Олександр Прохорчук, від ТОВ «АБРИС ПТ», приймає безпосередню участь у конструюванні і виробництві БПЛА. Тому у своєму виступі він зазначив, що протягом останніх років компанія за наукової підтримки постійно удосконалювала і розвивала власну продукцію – і на сьогодні їм вдалося створити лінійку БПЛА FLIRT, які мають високі технічні характеристики в порівнянні як з вітчизняними, так і з європейськими аналогами.
FLIRT є екстра мобільним, загальна його маса з обладнанням лише 8 кг, забезпечує стабільну роботу навіть на великих висотах, автоматично приземляється за допомогою парашутної системи, політ може тривати до 100 хвилин. Крім того, має міцну конструкцію корпусу, додатково захищений системою амортизаторів, має автоматичну активацію парашута в разі надзвичайної ситуації, не потребує великої площі для зльоту і посадки, автоматична посадка здійснюється за допомогою парашутної системи LuckyBeak.
Завдяки потужній камері SONY Alpha 7RM2, встановленій на гіростабілізованому підвісі, FLIRT Cetus є точним та надійним інструментом. Це дозволяє отримувати добре вирівняні серії знімків з роздільною здатністю до 1 см на піксель. Для моніторингу сільськогосподарських угідь FLIRT Cetus може бути оснащений двома камерами одночасно – повнокадрова 42MP камера високої розподільної здатності для виявлення бур’янів та камера мультиспектрального аналізу. Ця комбінація дозволяє збирати повну інформацію про посіви протягом одного польоту.
Модель FLIRT IRON є універсальним, надійним і бюджетним рішенням, здатним виконати цілий ряд завдань – від картографування і моніторингу до внесення засобів захисту рослин.
Крім того, були представлені особливості системи запуску та посадки “LuckyLaunch”, що призначена для забезпечення запуску БПЛА з вагою від 2 до 10 кг в різних умовах навколишнього середовища та широкого температурного діапазону. Вона виготовлена з надміцних алюмінієвих і титанових сплавів, що забезпечує надійність в експлуатації, тривалий термін служби та легку вагу. Систему можна легко транспортувати та збирати, вона може бути введена в дію однією людиною, не вимагає джерел електроенергії для роботи, модульність конструкції дозволяє легко змінювати кількість секцій, залежно від типу БПЛА.
Автоматичне програмне забезпечення для планування польотів БПЛА Abris Flight Planner є простим у використанні інтерактивним інтерфейсом, де потрібно лише вказати деталі, пов’язані з місією, а всі інші завдання зі створення оптимального плану польоту виконуються повністю автоматично. Отримані точки навігації та команди автопілота генеруються відповідно до визначених вимог, пов‘язаних з місією, орієнтуючись на оптимальні характеристики літака.

Наступним виступив Сергій Гурман, інженер-геодезист ТОВ «КАЙЛАС А». Він висловив своє бачення стрімкого розвитку безпілотних літальних апаратів як елементу отримання даних дистанційного зондування Землі, який спричинений недоліками 2-х традиційних методів ДЗЗ: недостатня точність, великі фінансові затрати.
Також він представив блок-схему виконання робіт по створенню великомасштабних ортофотопланів. Потому поетапно охарактеризував всі етапи, які включають: підготовчі роботи, аерознімання, польову перевірка отримання даних, опрацювання траєкторій польоту із броньованого GNSS-приймача та отримання координат центрів проекцій, фотограмметричне опрацювання результатів знімання, оцінка точності отриманих результатів за контрольними вимірами, стереовекторизацію структурних ліній рельєфу, класифікацію хмари точок із наступним редагуванням оператором, створення цифрової моделі рельєфу, побудову горизонталей, створення цифрового ортофотоплану.
В підсумку експерт зазначив, що при опрацюванні даних із БПЛА потрібно робити різносторонній незалежний контроль, калібрування камери, збільшувати перекриття при короткофокусному зніманні для уникнення перспективи, знімання в масштабі 1:1000 та дрібніше і перерізі рельєфу 1 м та більше, можливо виконувати без наземної планово-висотної прив’язки.

Андрій Галайда, виконачий директор ТОВ «Кайлас А», доповнив колегу зауваживши, що бюрократичні питання ускладнюють і подовжують час виконання робіт з аерознімання.

Заступник директора ДП «Українське аерогеодезичне підприємство», Анатолій Джос в своєму виступі розглянув нові можливості авіаційного лазерного сканування та аерофотознімання за допомогою лінійного сканера нового покоління «Leica TerrianMapper» (довідково: вартість цього сканера становить близько 65 млн. грн). Він здатен знімати і обробляти найскладніші ландшафти на висоті від 300 до 5500 м, з швидкістю знімання 500 км2 за годину, від міста до гірської місцевості, забезпечуючи безшовний набір даних при великих перепадах висот. Цей сканер має найбільшу ефективність збору даних серед усіх лінійних лазерних сканерів – до 2 млн. точок за секунду.

Продовжив характеризувати можливості застосування лазерних сканерів викладач Інституту геодезіі Національного університету «Львівська політехніка» Андрій Бабушка. В своєму виступі він представив інформацію, яку отримують з лазерного сканування, та основні характеристики простих сканерів (Riegl), багатошарових сканерів (Velodyne LIDAR Inc.) та наземних 3D лазерних сканерів. В підсумку експерт зазначив, що лазерне сканування доцільно виконувати з використанням БПЛА літакового типу, що дозволить уникнути надлишкової інформації. Для детальних досліджень невеликих за площею ділянок БПЛА вертолітного типу дають інформативніші дані. Для покриття значної території знімання необхідно виконувати із значних висот, що збільшить смугу охоплення, але зменшить щільність точок на поверхні землі. Авіаційне лазерне сканування доцільно поєднувати з цифровим аерозніманням, що дозволить отримати додаткову інформацію під час створення опрацювання даних.

Наступним до слова було запрошено представника ПрАТ «Систем Солюшнс» Михайла Туряницю. Він висвітлив переваги системи мобильного лазерного 3D сканера Leica Pegasus:Two. Система Pegasus дозволяє вирішити в комплексі питання збору зображень і хмар точок, постобробки даних, роботи з просторовими даними в середовищі ГІС та збору просторових даних з високою точністю.

Завідувач кафедри землевпорядного проектування Андрій Мартин звернув увагу присутніх на організаційні й правові проблеми, які пов'язані з виконанням аерофтогеодезичних робіт. Він зазначив, що споживачі, котрими являються представники агробізнесу, екологи, землевпорядники, лісники, отримувати швидкі, точні і дешеві рішення, які б дозволяли отримувати їм геодані. Аерофотогеодезія дає на порядок дешевші рішення, ніж традиційна геодезія. Основним бар’єрам між постачальниками і замовниками є недосконала нормативно-правова база. Також необхідно міняти дозвільну систему польотів БПЛА застосовуючи систему управління ризиків. Крім того, запропонував перетворити Державний картографо-геодезичний фонд України на своєрідний веб-сервіс по обміну картографічними матеріалами.

Трансляцію фахового семінару зібрала понад 1,5 тис. переглядів, а побачити його в записі можна на сторінці ВГО «Асоціація фахівців землеустрою України» у соціальній мережі Facebook

Людмила Гунько,
доцент кафедри землевпорядного проектування