Drony wyposażone w kamery dają firmom dodatkową parę oczu na niebie, pozwalając im uzyskać nowy wgląd w operacje odbywające się na ziemi. Różne branże, takie jak budownictwo, służby ratownicze, rolnictwo i usługi użyteczności publicznej, dostrzegają ogromne korzyści z dronów.
Technologia czujników w bezzałogowych statkach powietrznych (UAV) stale się rozwija, co oznacza, że pojazdy te nie tylko wykonują standardowe zdjęcia i filmy. Jednym z najnowszych osiągnięć w sprzęcie UAV jest zastosowanie coraz bardziej wyrafinowanych systemów wykrywania i określania odległości światła (LiDAR).
Wdrażając drona wyposażonego w czujnik LiDAR, firmy mogą wykonywać dokładniejsze zdjęcia lotnicze, tworzyć modele 3D z dokładnością do centymetra i wykrywać obiekty, które byłyby niewidoczne przy mniej wyrafinowanych metodach.
LiDAR nie jest technologią niszową, ale obejmuje wszystkie branże wymagające usług kartograficznych i gromadzenia danych geoprzestrzennych. Monitorując najnowsze przypadki użycia dronów za pomocą czujników LiDAR, możesz określić, czy te przydatne UAV pasują do Twoich planów biznesowych.
Co to jest LiDAR?
LiDAR to rodzaj technologii teledetekcji. Zamiast konwencjonalnych kamer czujniki LiDAR wysyłają szybkie impulsy laserowe i rejestrują reakcję, wykorzystując te punkty danych do precyzyjnego i dokładnego mapowania obszaru.
System LiDAR tworzy chmurę punktów wykorzystując dane zebrane z obiektów naziemnych. Punkty te stanowią materiał wyjściowy do tworzenia modeli 3D. Chociaż składanie tych modeli wymaga specjalistycznego oprogramowania i ludzi, którzy wiedzą, jak go używać, proces ten jest stosunkowo szybki i pozwala uzyskać wysokiej jakości mapy w małych rozmiarach plików.
Należy jednak zauważyć, że te obrazy 3D nie zawierają szczegółów fotograficznych. Na przykład same impulsy laserowe nie oddają kolorów obiektów na ziemi. Dane te należy pozyskać z innego źródła, np. z dodatkowego czujnika.
W ostatnich latach technologia LiDAR przeszła pewne zmiany, a mianowicie: moduły czujników stały się bardziej dostępne i znacznie lżejsze. Umożliwiło to szybką ewolucję bezzałogowych systemów LiDAR i pojawienie się nowych modeli, które umożliwiają firmom zastosowanie tej technologii w większej liczbie zastosowań.
Systemy LiDAR są opracowywane nie przez jedną firmę, ale przez kilka, w tym Livox i Velodyne. Integratorzy systemów, tacy jak GreenValley, YellowScan, Emescent i LiDARUSA, są odpowiedzialni za przekształcanie komponentów technologicznych w opłacalne komercyjnie moduły.
Mając przed sobą takie możliwości, niektóre organizacje mogą rozważyć wykorzystanie LiDAR do wykonywania funkcji wcześniej wykonywanych przez inne metody badawcze, takie jak fotogrametria. W innych przypadkach firmy, które wcześniej korzystały z naziemnych badań LiDAR, mogą wzbić się w niebo za pomocą dronów.
Wszędzie tam, gdzie wymagane są pomiary i modelowanie z dokładnością do centymetra, nową technologią z wyboru może okazać się LiDAR. W ciągu najbliższych kilku lat, dzięki większej dostępności systemów, mogą one rozszerzyć się na nowe branże i zastosowania.
LiDAR vs fotogrametria: jaka jest różnica?
Organizacje, które wykorzystują już fotogrametrię lotniczą jako podstawową metodę pomiarów i mapowania, mogą zastanawiać się, jakie korzyści mogą uzyskać z przejścia na technologię LiDAR. Na wstępie należy zdefiniować fotogrametrię oraz wyjaśnić jej możliwe zastosowania i ograniczenia.
Fotogrametria to proces wykorzystujący wiele zdjęć do określenia odległości. Drony fotogrametryczne przelatują nad krajobrazem lub konstrukcją i wykonują zdjęcia, które za pomocą oprogramowania są kompilowane w modele 2D lub 3D. Modele te znajdują zastosowanie w budownictwie, rolnictwie, górnictwie i każdej innej branży wymagającej częstego mapowania.
W porównaniu z LiDAR systemy fotogrametryczne mogą mieć trudności z uchwyceniem bardzo małych i bardzo szczegółowych obiektów – na przykład, chociaż impulsy LiDAR mogą wychwytywać linie energetyczne, przewody mogą nie być widoczne na obrazach rejestrowanych przez moduły fotogrametryczne. LiDAR jest także w stanie penetrować roślinność i rejestrować ukształtowanie terenu, a nawet pracować w ciemności.
Głównym powodem wyboru fotogrametrii jest jej względna przystępność cenowa. Dzięki lżejszym i tańszym modułom jest to wybór dla firm, które nie potrzebują dodatkowego poziomu dokładności zapewnianego przez dane LiDAR. Ponadto oprogramowanie do generowania chmur punktów z surowych danych fotogrametrycznych jest bardziej powszechne i częściej stosowane niż alternatywa LiDAR.
Wraz ze spadkiem kosztów i wagi LiDAR-u, obliczenia matematyczne dla niektórych z tych firm mogą się zmienić, zachęcając do szerszego wykorzystania LiDAR-u. Możliwe jest również użycie bezzałogowego LiDAR wraz z innymi technikami mapowania, aby ogólnie stworzyć bardziej szczegółowe modele. Ma to znaczenie w przypadkach, gdy gotowy produkt musi być fotorealistyczny, ponieważ jak zauważono, impulsy LiDAR nie oddają kolorów obiektów.
Dlaczego warto używać drona LiDAR?
Latanie dronem LiDAR to sposób na szybkie i bezpieczne zebranie informacji o dowolnym obiekcie naziemnym lub miejscu. Obejmuje to szereg zastosowań – od przeprowadzania inspekcji bezpieczeństwa, po monitorowanie postępu prac górniczych czy rolniczych, czy nawet ocenę wielkości zasobów zasobów z powietrza.
Tworzenie dokładnych modeli 3D krajobrazów i budowli jest łatwe dla firm korzystających z floty dronów LiDAR. Mogą także otrzymywać aktualizacje w miarę upływu czasu, aby na przykład śledzić postęp budowy budynku i mierzyć jego wymiary względem planów i diagramów.
LiDAR umożliwia realizację scenariuszy, które wcześniej wymagały zbyt dużej precyzji w przypadku systemów fotogrametrycznych. Na przykład operatorzy mogą teraz mapować linie energetyczne i rekonstruować miejsca wypadków, korzystając z bardzo szczegółowych chmur punktów 3D generowanych przez moduły LiDAR.
Zdarzają się też sytuacje, w których firmy nie zrezygnują z fotogrametrii na rzecz LiDAR-u. Zamiast tego będą korzystać z obu typów rozwiązań, aby mieć pewność, że zawsze mają odpowiedni typ czujnika do danego zadania. Staje się to coraz łatwiejsze, ponieważ organizacje inwestują w wszechstronne obudowy dronów, które mogą obsługiwać wiele modułów czujników.
Dron LiDAR kontra naziemny LiDAR
Kolejnym pytaniem, które liderzy biznesu powinni sobie zadać, podejmując decyzję o zastosowaniu bezzałogowych systemów LiDAR, jest to, czy lepszym rozwiązaniem byłoby zastosowanie naziemnych modułów LiDAR. Moduły naziemne od dostawców takich jak Faro i Trimble są bardzo dokładne i zapewniają skanowanie na poziomie milimetra.
Wadą stosowania LiDAR-u w terenie jest jego mała wydajność. Latanie dronem nad terenem pozwala geodetom wykonać więcej pracy w krótszym czasie, a także dotrzeć do trudno dostępnych obszarów w porównaniu z czasami żmudnym procesem pracy z naziemnymi skanerami laserowymi.
Chociaż organizacja może tolerować błąd +/- 5 cm podczas tworzenia modeli 3D z chmur punktów, czujniki powietrzne zamontowane na dronie LiDAR zapewniają znacznie wydajniejsze podejście do mapowania i pomiarów.
Drony LiDAR w akcji: najlepsze przypadki użycia
Korzystanie z UAV LiDAR to świetny sposób dla firm ze wszystkich branż na poprawę wydajności mapowania i pomiarów. To imponujące, ile unikalnych przypadków użycia obsługuje technologia LiDAR. Niektóre z nich mogą również obejmować fotogrametrię, podczas gdy inne są zupełnie nowe i wynikają z pojawienia się niedrogich dronów LiDAR.
Prace związane z zagospodarowaniem terenu na małych obszarach
Gdy zaistnieje potrzeba wykonania dokładnych zdjęć lotniczych obszaru lądu, dron LiDAR może okazać się idealnym narzędziem. O ile duży obszar lądu może lepiej nadawać się do przelotu samolotem lub helikopterem załogowym, technologia dronów jest idealna w przypadku mniejszych obszarów.
Z łatwością twórz dokładne mapy swojego obszaru, aby podejmować świadome decyzje dotyczące kształtowania krajobrazu.
Używanie drona jako narzędzia pomiarowego jest tańsze niż uruchomienie, obsadzenie personelu i tankowanie standardowego samolotu. Ponadto drony wykorzystują małe UAV, które nie wymagają od pilota przelotu nad danym obszarem, co czyni je bezpieczniejszą opcją. Wielu operatorów stacjonujących na ziemi może szybko i metodycznie sporządzić mapę obszaru i ruszyć dalej.
Badania topograficzne i batymetryczne
Oprócz badań na małą skalę drony LiDAR mogą wykorzystywać czujniki do badania dużych obszarów topograficznych, wykonując prace tradycyjnie wykonywane z samolotów lub helikopterów. W przypadku badań naziemnych dron wykorzystuje laser bliskiej podczerwieni.
Lecąc nad wodą i wykorzystując przenikające wodę zielone światło, drony LiDAR mogą również zbierać dane o głębokości dna morskiego lub koryta rzeki na określonym obszarze. Tworząc mapy zawierające dane batymetryczne, drony LiDAR mogą obejmować zarówno ląd, jak i morze.
Cyfrowe modelowanie terenu przed rozpoczęciem pracy
Kiedy firmy przygotowują się do prac wykopaliskowych na dużą skalę, ważne jest posiadanie mapy terenu 3D. W tym przypadku dokładny cyfrowy model wysokości (DEM) wygenerowany z chmury punktów LiDAR 3D może mieć znaczenie.
Prawdziwie kolorowa chmura punktów uchwycona za pomocą Zenmuse L1
Za usunięcie gleby nalicza się zazwyczaj opłatę za metr usuniętej gleby, co oznacza, że firmy muszą dokładnie wiedzieć, z czym mają do czynienia na danym obszarze, korzystając ze zdjęć 3D w celu ustalenia budżetu. LiDAR może penetrować roślinność i inne elementy, aby zapewnić dokładne dane na temat topografii określonego obszaru.
Mapowanie i rekonstrukcja miejsc wypadków
Wszelkiego rodzaju drony stają się coraz bardziej popularne w obszarze bezpieczeństwa publicznego – na przykład drony termowizyjne mogą szukać zaginionych osób nawet w nocy. W przypadku dronów LiDAR technologia ta idealnie sprawdza się przy kompleksowej rekonstrukcji miejsca wypadku. Załogi mogą wykonywać tę pracę o każdej porze dnia, ponieważ LiDAR nie wymaga światła do działania.
Rekonstrukcja kolizji w warunkach słabego oświetlenia przy użyciu LiDAR
Po otrzymaniu bardzo dokładnego modelu 3D ekipy mogą oczyścić miejsce wypadku. Wydajność ta jest szczególnie ważna, gdy miejsce wypadku utrudnia ruch. Dane uzyskane z drona LiDAR mogą służyć jako dowód we wszelkich sprawach prawnych związanych z wypadkiem. Należy pamiętać, że fotogrametria jest również świetną opcją do rekonstrukcji miejsca wypadku i mapowania sytuacji awaryjnych, o czym można dowiedzieć się z naszego przewodnika po mapowaniu sytuacji awaryjnych.
Leśnictwo
Pomiar zasobów leśnych wykorzystywanych do produkcji syropu, pasty czy tarcicy może być trudny i czasochłonny ze względu na duże obszary. Firmy, które nie korzystają z dronów LiDAR, muszą polegać na szacunkach opartych na domysłach pracowników.
LiDAR umożliwia pomiar wysokości korony i gęstości drzew
Dron LiDAR może nie tylko zapewnić dokładne odczyty parametrów, takich jak wysokość korony i gęstość drzew, ale może także dostarczyć dane o poszczególnych drzewach za pomocą dość dokładnych czujników. Drony LiDAR mogą działać nawet w warunkach słabego oświetlenia, gdzie widoczność jest ograniczona.
Rolnictwo precyzyjne
W ostatnich latach coraz większą popularność zyskują metody rolnictwa oparte na danych. Drony fotograficzne pomagają we wszystkim, od planowania zbiorów po śledzenie stada. Drony LiDAR mogą zwiększyć dokładność prognoz, umożliwiając rolnikom reagowanie na warunki panujące na ich polach.
Jednym z głównych zastosowań dronów LiDAR w rolnictwie jest dostarczanie danych 3D o terenie, umożliwiając operatorom budowanie tam na polach ryżowych. Innym zastosowaniem jest pomiar postępów w uprawach, co pozwala rolnikom na bardziej szczegółowe stosowanie nawozów.
Sprawdzanie linii energetycznych
Przed pojawieniem się niedrogich, bezzałogowych systemów LiDAR operatorzy mediów mieli trudności z pomiarami małej infrastruktury (w tym linii energetycznych), ale teraz mogą przeprowadzać inspekcje z powietrza. Skanowanie linii energetycznych z powietrza pozwala inspektorom mierzyć czynniki ryzyka, takie jak zarośnięta roślinność.
Dokonując odczytów aktualnego stanu infrastruktury sieci elektroenergetycznej lub planując budowę nowych linii energetycznych, przedsiębiorstwa użyteczności publicznej mogą polegać na modelach 3D uzyskanych z dronów LiDAR. Ponieważ pojazdy latają, mogą łatwiej i bezpieczniej pokonywać nierówny teren.
Przemysł wydobywczy
Firmy wydobywcze mogą mierzyć przestrzeń do wydobywania rudy w kopalniach. Obliczając dane powierzchniowe i porównując dane bieżące i przeszłe, górnicy mogą określić postęp prac. Drony są opcją bardziej opłacalną niż samoloty, a także bezpieczniejszą i wydajniejszą niż skanowanie naziemne.
Wysyłanie dronów do min to kolejny cenny sposób gromadzenia danych przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa. SLAM LiDAR może służyć jako narzędzie do wykrywania kolizji, umożliwiając jednocześnie dronowi mapowanie wnętrza kopalni. Po planowanej eksplozji do kopalni może najpierw wejść dron, aby upewnić się, że konstrukcja jest wystarczająco bezpieczna, aby umożliwić ludziom wejście.
Matrice 300 RTK z mapą Emesent Hovermap
Archeologia
Dron LiDAR świetnie radzi sobie z precyzyjnym mapowaniem konturów budynków – a te budynki nie muszą być nowe. Wykorzystując UAV na stanowisku archeologicznym, badacze mogą uzyskać wyraźny obraz wielkości i względnego położenia wszystkich istotnych form terenu, a także wszelkich pozostałości stworzonych przez człowieka.
Mapowanie stanowisk archeologicznych za pomocą UAV LiDAR jest szybkie i wydajne w porównaniu do naziemnych metod skanowania i mapowania. Ponieważ drony mogą pokrywać duże obszary, archeolodzy mogą w krótkim czasie ponownie odkryć całe „zaginione” miejsca, nawet jeśli obejmują one całe starożytne miasta.
Pomiar wielkości zapasów
Firmy budowlane wychodzą poza pomiary geodezyjne i wykorzystują systemy do innych celów, takich jak pomiar zapasów. Wielokrotne skanowanie zapasów materiałów pozwala firmie określić tempo zużycia materiałów, co pozwala menedżerom na uzupełnianie zapasów we właściwym czasie.
Zrozumienie każdego aspektu miejsca pracy pomaga poprawić ogólną wydajność operacji. Monitorowanie zmian objętości magazynu w czasie można przeprowadzić za pomocą precyzyjnych czujników, takich jak LiDAR, i zamontowanie ich na dronach to skuteczny sposób na wdrożenie tych rozwiązań.
Najlepsze opcje dronów LiDAR
Ponieważ drony LiDAR stają się coraz bardziej przystępne, nabywcy technologii mogą zacząć porównywać opcje sprzętowe, aby znaleźć idealny zestaw UAV i czujników do swoich zastosowań. Zenmuse L1 , model czujnika LiDAR oferowany przez DJI, jest cenną opcją dla przedsiębiorstw dzięki szerokiej gamie funkcji, w tym:
Wbudowany inercyjny moduł pomiarowy, zapewniający dokładność strzelania 5 cm i dokładność absolutną 10 cm z wysokości 50 metrów.
3-osiowy stabilizowany gimbal, który zapewnia w pełni automatyczną kontrolę montażu poprzez integrację z systemem kontroli lotu DJI.
1-calowy 20-megapikselowy czujnik CMOS rejestrujący dane fotograficzne i wideo. Pozwala to użytkownikom na nakładanie danych kolorowych na chmury punktów LiDAR, a także na inne funkcje.
Obsługuje trzy powroty na każdy strzał lasera, zapewniając większą dokładność podczas penetracji gęstych liści i pomiaru terenu pod spodem.
Tryb skanowania jednorazowego, zapewniający wyższy stopień rozdzielczości danych w porównaniu do zwykłej linii skanowania, w której dron przechwytuje jeden obszar przez dłuższy okres czasu.
Certyfikat IP54 potwierdza, że L1 może działać w niesprzyjających warunkach pogodowych, takich jak mgła, dym i śnieg.
Zenmuse L1 na 3-osiowym stabilizowanym gimbalu
L1 został zaprojektowany do użytku z wszechstronnym i wydajnym systemem Matrice 300 RTK , który wykorzystuje wiele wiązek, umożliwiając operatorom jednoczesne korzystanie z wielu czujników. Dane chmury punktów zebrane z drona można następnie złożyć w model 3D za pomocą oprogramowania DJI Terra. Dzięki temu UAV LiDAR firmy z branży budowlanej, bezpieczeństwa publicznego, rolnictwa, górnictwa i innych branż będą mogły przekształcić swój codzienny przepływ pracy.
Właściciele L1 mogą zoptymalizować korzystanie z L1, korzystając z Podręcznika użytkownika L1 V1.1. Zawiera szczegółowe informacje na temat wszystkiego, co musisz wiedzieć o L1, od specyfikacji i ustawień, parametrów do wykorzystania w poszczególnych scenariuszach, po kalibrację ładunku, planowanie misji i przetwarzanie danych za pomocą DJI Terra.