Power lines inspection with UAVs

The survey and inspection of power lines with unmanned aerial vehicles have become quite widespread. Survey data are used for cadastre, engineering and surveying. Quite often the question arises: is it possible to obtain elevation marks of power lines, sags, wire dimensions and other metric characteristics using a UAV? And with what precision?

The main sensor of the UAV is a camera. The 3D image is built from overlapping photographs and information about the exact centers of photography. But as always, there are nuances. After processing a set of images of power transmission lines in photogrammetric software, you will not see supports and wires in 3D. The most that you can get is a dense cloud. Unfortunately, only a few of the many supports will be reconstructed properly. See example below:

The wires are not reconstructed in 3D by photogrammetric software because it is a very thin object for photogrammetry. The program simply does not pick up a long string several pixels thick.

In this case, computer vision comes to the rescue and there are a number of developments of various companies for the automated search for wires and their dimensions.

At Aerostream we developed our own technology for determining wire marks using standard tools.

As a result, we can provide marks of wires and ground with high accuracy, as well as determine wire dimensions, sags, angles of turns, etc.

Checking the accuracy of the power lines elevation marks measurements using UAVs

In order to check the accuracy of the wire marks we surveyed a small section of power line. First, we set up ground control points and obtained their coordinates using the EFT M3 GNSS in RTK mode from the Geospider network. Using the AR600E high-voltage cable height meter, we measured the height of the bottom wire at each mark.

Thus, the instrumental method was used to obtain the dimensions of the wires for each control point. Next, we conducted aerial survey of the site and determined the height of the wire above the identification using the photogrammetric method, using only the data from the drone survey. Last step was to compare the instrumental measurements with data obtained from the drone.

The aerial survey was performed with a Phantom 4 Pro v2 PPK survey grade quadcopter from uav-design.com

Coordinates of image centers were processed in Magnet Tools software. Photogrammetric processing was carried out in Photoscan Pro (Metashape). Image capturing was made from 100 meters altitude in two passes. Survey technology with a geodetic drone from uav-design allows you to consistently obtain high accuracy results. For our flight, we got average camera alignment error within 2 cm. The smaller the error in the relative position of the cameras, the more accurate the wire marks will be:

The root mean square error at ground control points was also several centimeters:

Using our own technology, the marks of power lines were marked in places above the signs. In total, 5 marks were taken by the photogrammetric method at different sections of 2 spans of power lines

The summary table below shows the difference in the height of the wires measured instrumentally and using photogrammetric method. The maximum deviations is 12 cm, with an average deviation of just a few cm

Conclusion: Photogrammetric survey of power lines with drones using the technology developed by Aerostream makes it possible to obtain wire marks with an accuracy of about 5-12 cm.

Особенности съемки в зимнее время

Нас часто спрашивают по поводу съемки с беспилотника для топографии в зимнее время. Ведь основная суть этой технологии — это получение плановой части местности и высотных отметок дистанционным способом, фактически не выходя на участок. Самолет или коптер выполняют фотографирование местности с одновременной записью геодезических координат центров снимков. После чего, производится фотограмметрическая обработка данных и формируются ортотрансформирование изображение снимаемого участка, а также матрица высот. Ортофотоплан используется для отрисовки плановой части топографического плана, а матрица высот (карта высот, DEM) — для получения высотных отметок.  Поскольку все данные строятся на основе фотографий, то все производные материалы будут содержать только ту информацию, которая есть на фотографиях. Возвращаясь к зимнему времени всегда задаются два вопроса: каким образом снежный покров и лес влияют на итоговые материалы.

Со снегом ответ очевидный — фотограмметрические программы строят поверхность снега, т.е. мы можем получить только отметки высот по поверхности снега. И здесь, если распределение снега более или менее равномерное, то можно просто отнять толщину снежного покрова. А вот по поводу деревьев вопрос интересный и связан с алгоритмами работы фотограмметрического софта. Если вы летаете не совсем близко к земле, то программа при построении матрицы высот «не видит» тонкие элементы в масштабах снимка — ветки, стволы деревьев, провода и т.д.  По сути, если лиственный лес снят без крон в зимний период, то мы получим отметки не деревьев, а снежного покрова на этот участок.

пример съемки, описание от геодезиста

Съемка была выполнена беспилотным летательным аппаратом Phantom 4 Pro PPK от https://uav-design.com/ru/

Фотограмметрическая обработка выполнена в программе Agisoft Photoscan Pro.

Участок представляет собой заснеженное поле с продольными и поперечными канавами, частично заросшей ивой высотой от 2 до 7 метров.

По сравнению с классической геодезической съемкой, когда топосъемка участка выполняется геодезистом, данный тип местности выполняется точнее с использованием беспилотных технологий. Почему?

Во-первых. Общая ситуация рельефа отображается точнее, так как  материалы залета позволяют автоматически создать полноценную 3-D модель местности из плотного облако точек (доходящих от 100 тысяч и до десятков миллионов точек в зависимости от требований обработки). На этом участке толщина снежного покрова в среднем имела постоянную величину. Она измеряется фактически в контрольных пикетах, и не превосходит среднестатистическую ошибку при классической съемке. Также при классической геодезии, на данной территории геодезист будет выдавать точки с плотностью точек от 10-20 метров до нужного шага, или выдавать характерные точки рельефа. Что не позволит ему достичь максимальной точности съемки поверхности.

Ниже скриншот с орфтотоплана и карты высот участка:

Во-вторых. Контура границы канав, обрывов, откосов и прочих характерных элементов рельефа при обработке в программе Agisoft Photoscan, позволяют визуально точнее определить «линию перелома» и нанести ее на план. В полевых же условиях геодезист не всегда видит четкую границу «перелома рельефа».

И, в-третьих. Программа Agisoft Photoscan при создании карты местности в зимнее время и при небольшой плотности залесенности (на данном примере заросшие канавы) Обрабатывает рельеф без учета деревьев и кустов, проще сказать не видит эти элементы при создании карты высот.

Отметки поверхности практически совпадают при обработке программным продуктом photoscan и при контрольных полевых измерениях в местах древесной растительности.

Компания Аэрострим в июне провела фотограмметрическую съемку декораций Москвы 16 века . Интересно, что все объекты старой Москвы воссозданы в натуральную величину. По материалам съемки будут сделаны фотореалистичные трехмерные модели города.  Объем отснятого материала порядка 1 Тб фотографий в raw, более 30 тыс фото. Теперь приступаем к обработке, следите за новостями

The survey of a mountainous area with 500 meters height difference was carried out literally in one day,

The outcomes are geodetically accurate 3D model of the slope, XYZ pointcloud and contour lines with 1m step.