Немного об обследовании ЛЭП с беспилотников

В настоящее время обследование ЛЭП с использованием беспилотных летательных аппаратов получило достаточно широкое распространение. Данные съемки используются для кадастра, инженерно-геодезических изысканий, проектно-изыскательских работ и др. Довольно часто возникает вопрос: можно ли с использованием БПЛА получить высотные отметки ЛЭП, провисы, габариты провода и другие метрические характеристики? И с какой точностью?

Основным сенсором БПЛА является фотоаппарат. Трехмерное изображение строится на основе перекрывающихся фотографий и информации о точных центрах фотографирования. Но как всегда везде есть нюансы. Обработав набор снимков ЛЭП в фотограмметрическом софте, вы не увидите опор и проводов в 3D. Максимум, что возможно получить, это плотное облако опоры. И то, к сожалению, построятся только единицы опор из многих. Пример ниже:

Провода ЛЭП в фотограмметрическом софте не восстанавливаются в 3D, т.к. это очень тонкий объект для фотограмметрии. Программа просто не видит длинную нитку толщиной в несколько пикселей.

В этом случае на помощь приходит компьютерное зрение и есть целый ряд разработок различных компаний по автоматизированному поиску проводов, габаритов и пр.

Не имея большого штата программистов, компания «Аэрострим» разработала технологию определения отметок провода, используя стандартные инструменты.

В результате, с высокой точностью, можно получить отметки проводов и земли в любом месте и решить производные задачи: определение габаритов,  провисов, углов поворотов и др.

Проверка точности измерений высотных отметок проводов ЛЭП с использованием БПЛА

Для того, чтобы проверить точности отметок проводов ЛЭП, компания «Аэрострим» выполнила съемку небольшого участка.  Было выбрано несколько пролетов двухцепной ЛЭП. На этом участке в разных местах были заложены опознаки под проводами. Координаты всех опознаков были измерены с использованием ГНСС EFT M3 в RTK режиме от сети Геоспайдер. С использованием измерителя высоты кабельных высоковольтных линий AR600E от каждого опознака была измерена высота пролегания до нижнего провода.

Таким образом, инструментальным способом были получены габариты проводов для каждого опознака.  Теперь оставалось выполнить аэрофотосъемку участка и определить высоту провода над опознаком фотограмметрическим методом, только основываясь на данных съемки с беспилотника. В заключительной части мы сравним данные измерений, полученных с беспилотника и инструментальным способом.

Съемка с воздуха выполнялась геодезическим квадрокоптером  Phantom 4 Pro v2 PPK от uav-design.com

Геодезические центра фотографирования были обработаны  в ПО  Magnet Tools. Фотограмметрическая обработка производилась в Photoscan Pro (Metashape). Залет был сделан с высоты 100 метров в два пролета. Технология съемки с геодезического дрона uav-design позволяет получить хорошие результаты по точности. В нашем залете, камеры выровнялись относительно друг друга с ошибкой в среднем до 2 см по осям. Чем меньше ошибка взаимного положения камер, тем точнее будут отметки провода:

СКО на наземных контрольных точках также составили несколько сантиметров:

По собственной технологии были отмечены отметки проводов ЛЭП в местах над опознаками. Всего было взято фотограмметрическим методом 5 отметок на разных участках 2х пролетов ЛЭП

В итоговой таблице ниже приведена разница в высоте проводов, измеренных инструментальным методом и фотограмметрическим. Максимальные отклонения составили 12 см, в среднем отклонения составляютт несколько см

Вывод: Фотограмметрическая съемка ЛЭП с беспилотников по технологии, отработанной в компании «Аэрострим», позволяет вычислить отметки провода с точностью порядка 5-12 см, по сравнению с инструментальной съемкой.

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

Буквально за один день выполнили съёмку горного участка с перепадом высот 500 метров.

По результатам съёмки построена геодезические точная 3d модель склона, облако точек XYZ и горизонтали с шагом 1 метр.