Фотограметрия срещу LiDAR за въздушно картографиране

В света на геодезията съществуват няколко техники за събиране на данни. Технологията, която използвате, зависи до голяма степен от това за какво ще използвате данните. По отношение на въздушното картографиране, две технологии се открояват като най-използвани и често най-ефективни: фотограметрия и LiDAR.

И така, да кажем, че имате предстоящ проект за картографиране с БЛА (безпилотен летателен апарат) и се чудите коя от тези техники е най-добра за използване. Попаднали сте на правилното място, тъй като ще анализираме какво прави всеки метод и за какво е най-добре да се използва.

Какво е фотограметрия?

Фотограметрията се отнася до дейността по заснемане на няколко фотографии под различни ъгли и с различни припокривания, след което се използва специализиран софтуер за конструиране на 2D карти, ортомозайки, 3D модели и ЦЕМ (цифрови елевационни модели), наред с други резултати. Фотограметрията се практикува от дълго време с пилотирани самолети, но изобретяването на UAS (безпилотни авиационни системи) системи я е направило още по-достъпна за индустрии, които преди не са могли да си я позволят.

Какво е LiDAR?

LiDAR означава Light Detection and Ranging (откриване и измерване на разстояние с лазерна светлина), технология, която разчита на лазерни лъчи за измерване на разстояния. Полезен товар LiDAR се прикрепя към авиационна система, а осцилиращите огледала изпращат лазерни лъчи към обекта, който трябва да бъде заснет, на определени интервали.

Тази система след това измерва разстоянието, което лъчът изминава, след като се отрази обратно от обекта. LiDAR генерира облаци от точки, които формират точната форма на заснетия обект. Въпреки това, LiDAR не работи сам. За да бъде ефективен, трябва да има GPS или GNSS системи, както и точен IMU (инерционен измервателен блок).

Фотограметрия срещу LiDAR: Какви са разликите?

Сега, след като знаем как работят и двете технологии, нека ги сравним въз основа на факторите, които трябва да се вземат предвид при избора на метод за въздушно картографиране.

Точност

Като цяло, данните от LiDAR са по-точни от тези от фотограметрия, а разликата произтича от начина на събиране на данните. За фотограметрията разчитаме на камери за заснемане на снимките. Въпреки това е възможно да се съберат неточни данни при облачни условия, лошо осветление или в райони с много гъста растителност. 

Използваният полезен товар също влияе върху точността на събраните данни. Професионални полезни товари с механични затвори, като тези на DJI Mavic 3 Enterprise, биха били отлично начало, ако искате точни фотограметрични данни. Въпреки че можете да използвате PPK и RTK системи за подобряване на точността на фотограметричните данни, споменатите по-рано фактори все още са в сила.

От друга страна, тъй като LiDAR разчита на изпращане на импулси, данните, които получавате от него, са по-точни. Това е така, защото тези импулси ще преминат през облаци и дори гъста растителност. Въпреки това, тези импулси не преминават през твърди обекти, така че ако светлината не може да премине, системите LiDAR няма да бъдат ефективни.

Покритие

Колко земя може да покрие всяка от тези системи зависи от платформата, която използвате. В някои случаи фотограметрията може да покрие повече земя, особено когато използвате дронове с фиксирано крило, VTOL (вертикално излитане и кацане) или eVTOL (електрическо вертикално излитане и кацане), които могат да летят на по-големи височини и за по-дълго време. Можете да покриете още повече земя с LiDAR, когато летите на по-големи височини, тъй като LiDAR понякога има по-голямо зрително поле, но това може да компрометира качеството на събраните данни.

За най-висока точност на данните от LiDAR е препоръчително да се лети бавно и на по-ниски височини, покривайки по-малко земя наведнъж. Освен това трябва да вземете предвид и района, в който летите. В Европа, например, най-високата височина, на която можете да летите в отворена категория, е 120 метра; летенето по-високо ще изисква специален лиценз или одобрение.

За да покриете повече земя и с двете техники, можете да използвате няколко дрона с правилно планиране на флота, за да не се сблъскат един с друг. В бъдеще рояците от дронове биха могли да бъдат норма, при която можете да контролирате няколко дрона за картографиране или друга дейност от един център.

Леснота на използване

Фотограметрията предлага по-опростено потребителско изживяване. Докато разполагате с правилния сензор и следвате правилните стъпки при подготовката и събирането на данните, софтуер като Agisoft, Pix4D или DroneDeploy ще обработи данните за вас и ще ви предостави използваеми резултати. От друга страна, LiDAR е по-сложен и изисква повече експертиза за работа с него.

Резултати

Получените резултати също могат да помогнат да се определи коя техника да се използва. С фотограметрията можете да получите ясни ортомозайки и 3D модели, което я прави идеална за представяне на външни характеристики като сгради или райони, засегнати от бедствия. LiDAR извежда плътни облаци от точки, които показват заснетите обекти. Въпреки че можете да ги оцветите, за да ги разберете по-добре, резултатът може да бъде с по-ниска резолюция от този от фотограметрията. Въпреки това, тези облаци от точки са доста добри за изобразяване на терен или показване на действителната повърхност на обекта.

Скорост на обработка

Обработката на фотограметрични данни понякога отнема много време, особено когато се обработва на настолен компютър. Обработката на 100 акра (40,5 ха) с компютър с 8 GB RAM и 1 TB ROM отнема една седмица. Същата обработка с 64 GB RAM отне само няколко часа. Нуждаете се от висока изчислителна мощност, за да получите резултатите за няколко часа. От друга страна, LiDAR е по-бърз, тъй като можете да получите 3D облака от точки веднага след кацането на дрона за малки проекти, въпреки че големите проекти могат да отнемат известно време за обработка.

Цена

Въпреки че е възможно да се правят по-малки полезни товари за използване на дронове, тези системи все още са доста скъпи. Ако търсите по-евтин начин за събиране на данни, фотограметрията е сравнително по-евтина от LiDAR. Докато дронът, който имате, разполага с камера, е възможно да го използвате за фотограметрия. Въпреки това, професионалната работа изисква висококачествени сензори, които не са евтини, но все пак са по-достъпни от LiDAR.

Приложения

Въз основа на начина им на работа и техните силни и слаби страни, по-долу са най-добрите приложения за всяка от тях;

–        Фотограметрия – Фотограметрията работи най-добре за създаване на 2D ортомозайки, ЦЕМ (цифрови елевационни модели) и 3D модели на райони с малко или никаква растителност или нещо, което би могло да блокира камерата. Тази техника ще бъде идеална, ако искате да визуализирате архитектурен проект или да наблюдавате промени в растителността.

–        LiDAR – Благодарение на способността си да прониква през растителност, LiDAR работи най-добре за управление на гори, картографиране на растителност, картографиране на терени, картографиране на инфраструктура и инспекция на активи като пътища, клетъчни кули и комунални коридори.

Технологични постижения

Откакто човек успя да се издигне в небето със самолети, различни индустрии мислят как авиационните системи биха могли да им помогнат. Една от тези индустрии е геодезическата.

Преминавайки към въвеждането на дронове, инженерите успяха да направят фотограметрични и LiDAR полезни товари достатъчно малки, за да се поберат на дронове. Технологии, които някога са били използвани само във военната област, сега са достъпни за корпоративни и потребителски цели. По-нататъшни технологични постижения, като AI (изкуствен интелект) и 5G, правят възможно автоматизирането на работния процес по картографиране и обработка, минимизирайки времето, като същевременно повишават точността.

Чрез машинно обучение е възможно да се обучи модел да открива определени обекти на карта или в поток на живо, като сгради, хора или животни. Това работи добре за наблюдение, прецизно земеделие, мониторинг, откриване на промени в релефа или създаване на по-разбираемо дигитализирано представяне на данните, генерирани от процеса на въздушно картографиране.

Услуги като One3D.ai ви позволяват да събирате и качвате изображения в облака за обработка в реално време, което е още по-ефективно с 5G. Освен събирането на данни, LiDAR се използва и в UAS (безпилотни авиационни системи) системи за откриване и избягване на препятствия и работи по-добре от инфрачервените системи.

Заключителни мисли

И така, това е. Както фотограметрията, така и LiDAR имат своите предимства и недостатъци. Вашият избор трябва да зависи от проекта, района, който ще картографирате, желаните резултати и бюджета ви. Ако е възможно, можете да ги комбинирате, тъй като и двете предоставят уникални прозрения.