Использование БПЛА(Дронов) и программного средства PHOTOSCAN в образовании

Техника и технология

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  БПЛА(ДРОНОВ)  И ПРОГРАММНОГО СРЕДСТВА PHOTOSCAN В ОБРАЗОВАНИИ

Содержание:

1. Введение.............................................................................................................. 1

2. Области применение...........................................................................................2

3.Профессиональное применение БПЛА..............................................................4

4. Применение комплексов Геоскан......................................................................5

5. Аэрофотосъемочный комплекс Геоскан...........................................................5

6. Общие представление об БПЛА........................................................................7

7. Получаемые данные..........................................................................................10

8. Программа фотограмметрической обработки photoscan...............................11

Введение

Новости о развитии беспилотной авиации не только вызывают порой восторг, но и заставляют задуматься о том, что настает очередная эра воплощения в жизнь идей писателей-фантастов.

Беспилотный аппарат сегодня уже способен не только наблюдать за местностью, но и быть полноценным участником боевой операции. А значит, новые перспективы открываются не только перед самой этой техникой. Возникает логический вопрос: кто будет их обслуживать, программировать, направлять?

Ни тени сомнения, что дроны, ждет великое будущее. Практика последних лет убедительно показала - этот класс машин пришел к нам надолго, если не навсегда. Они универсальны, они быстры, они маневренны. Они уже многое могут сами, абсолютно не нуждаясь в человеке. У них пока только одна ахиллесова пята, одно сильно уязвимое место - источник энергии, а попросту аккумулятор. Сегодня пока он тяжел и слаб, но БПЛА и с таким артефактом уже творят чудеса.

Давайте же рассмотрим перспективы будущего дронов.

Новый год начался с серии анонсов в сфере разработки дронов на международной выставке Consumer Electronics Show (CES) 2017 года. В целом, эти новинки можно распределить по трем категориям:

- промышленные дроны,

- потребительские дроны для съемки селфи,

- гоночные дроны.

Некоторые дроны стали меньше и маневреннее, другие стали интеллектуальнее благодаря автономным системам навигации и поддержке виртуальной реальности.

Национальная компания «Қазақстан Ғарыш Сапары» совместно с российской группой компаний «Геоскан» ведет работу по локализации производства беспилотных летательных аппаратов и предоставлению услуг БПЛА в Казахстане.

В своем интервью, вице-президент по спутниковым технологиям АО «НК «Қазақстан Ғарыш Сапары» Айдын Аимбетов рассказал, что технологии аэрофотосъемки с использованием БПЛА позволят получать картографические материалы сверхвысокого разрешения, что необходимо для создания национальной инфраструктуры пространственных данных (НИПД).
Планируется, что производство БПЛА будет организовано на базе центра системы высокоточной спутниковой навигации (СВСН) АО «НК

Беспилотные летательные аппараты (БЛА) находят все большее применение для выполнения аэрофотосъемки, материалы которой используются для решения многих задач в различных областях жизнедеятельности человека, в частности, для создания карт и цифровых моделей местности, мониторинга природных явлений и результатов жизнедеятельности человека.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

- Сельское хозяйство

Инвентаризация сельхозугодий, создание электронных карт полей и кадастровых планов. Мониторинг техники, состояние посевов и полей под парами, Сопровождение и контроль агротехнических мероприятий.

- Градостроительство

Контроль целевого использования земельных участков и сохранности объектов недвижимости. Выявление незаконных построек. Картографическое обеспечение городской ГИС. Определение местоположение объектов.

- Геодезия.

Технологии позволяют решать любые задачи картографирования в кротчайшие сроки с минимальными трудозатратами. Создание подробных карт и точных 3D моделей с помощью БПЛА.

- Строительство

Повышает производительность и контролирует качество выполняемых работ, получение актуальной информации на всех этапах строительства.

- Горное дело.

3D моделирование карьеров, измерение объемов и мониторинг земляных работ. Выявление линейных структур, оценка горизонтальных и вертикальных смещений, создание профилей и обнаружение изменений.

Дорожное хозяйство.

Мониторинг состояния дорожного покрытия построение продольных и поперечных профилей. Обследование железнодорожного полотна, мостов и других конструкция.

- Энергетика.

Снимки сверхвысокого разрешения, позволяют проводить экономически эффективные обследования ЛЭП, теплотрасс, дымовых труб. Обеспечивается не только наглядная 3D визуализация, но и автоматический анализ полученных данных.

- Нефтегазовых сектор.

Мониторинг нефтегазовой структуры, просадок земной поверхности, экологического состояния территории  и рекультивационных мероприятий. Управление ресурсами, инвентаризация существующих и строящихся объектов.

- Лесное хозяйство.

Оценка запасов лесных ресурсов, автоматический подсчет деревьев и таксация леса. Обнаружение браконьерских вырубок, сухостоя и заболоченных мест.

- Водное хозяйство.

Мониторинг водных ресурсов, отслеживания уровня вод и ледовой обстановки. Мониторинг паводков и и моделирование зон подтопления. Обследования гидротехнических сооружений и обнаружение  загрязнений.

- Охрана природы.

Картографирование и мониторинг охраняемых природных территорий. Использование БПЛА идеально подходит для съемки обширных труднодоступных районов, оценки их состояния и выявление нарушений.

- Экологический мониторинг.

Оценка экологического состояния территории и мониторинг

Оценка экологического состояния территории и последствий стихийных бедствий. Мониторинг береговых линий и обнаружение источников загрязнения.

- Поддержка при чрезвычайных ситуациях.

Мониторинг и локализация ЧС в реальном времени. Поиск пострадавших и оценка ущерба. Предупреждение возникновения ЧС(Обнаружение возможных очагов пожаров, потенциальных мест обвалов и селевых потоков, моделирование зон затопления и наводнения).

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ БПЛА

Многообразие БЛА и устанавливаемой на них съемочной и навигационной аппаратуры вызывает необходимость разработки теоретически обоснованных рекомендаций по выбору параметров аэрофотосъемки в зависимости от масштаба создаваемых карт и точности создания цифровых моделей местности.

Разнообразие задач мониторинга природных явлений и результатов жизнедеятельности человека при проведении проектно-изыскательских работ и ведении кадастра требует разработки рекомендаций по технологии использования различных БЛА для решения этих задач. Очевидно, что достоверность разработанных рекомендаций должна быть подтверждена опытно-производственными работами.

Наиболее полно и объективно проверить и оценить технологии картографирования и мониторинга местности с использованием аэрофотосъемочной аппаратуры, установленной на БЛА, можно по материалам аэрофотосъемки тестового полигона, обеспечивающего возможность оценки качества создаваемой продукции по опорным и контрольным геодезическим опознакам и другой контрольной информации

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ ГЕОСКАН

АФК GeoScan предназначены для получения точных и высокодетальных фотопланов местности, моделей рельефа, и построения 3D-моделей. В состав комплексов входит все необходимое оборудование и программное обеспечение для выполнения фотосъемки и обработки полученных материалов.

Ряд беспилотных аппаратов разной дальности действия позволяют выполнять работы на различных объектах - от отдельно стоящих зданий, сооружений, котлованов до значительных по размерам территорий и протяженных линейных объектов. Для обработки материалов съемки в составе комплекса поставляется фотограмметрическое ПО Agisoft PhotoScan Pro, ориентированное на использование данных, полученных при помощи беспилотных аппаратов, и успешно применяемое для этих работ более чем в 50 странах.

АЭРОФОТОСЪЕМОЧНЫЙ КОМПЛЕКС ГЕОСКАН

бпла GATEWING X100

При разработке Gatewing X100 в первую очередь думали о безопасности, именно поэтому на самых сложных стадиях полета – взлете и посадке, человеческий фактор полностью исключен. Для запуска аппарата достаточно просто поставить его на катапульту и нажать на кнопку на наземной станции, полет начат! Когда БПЛА закончит полет, он плавно спустится в точку запуска.

Комплектация БПЛА Gatewing

№	Наименование	кол-во
В комплекте:
X100 Беспилотный летательный аппарат в сборе (автопилот, навигация & модем)	1
Защищенный контроллер управления с предустановленным ПО Mission Software	1
X100 Запасной корпус беспилотного летательного аппарата	1
Высокопроизводительная батарея Lithium-Polymer	2
Зарядное устройство для батарей	1
USB Модем 2.4 GHz	1
Откалиброванная фотокамера Ricoh GRD III + аксессуары	1
Запасные части	1
Кейс для переноски (БЛА)	1
Пусковая установка с сумкой	1
Устройство для поиска	1
[S50101] Программное обеспечение Gatewing Stretchout Pro	1

Кейс для переноски (БЛА)		Защищенный контроллер управления с предустановленным ПО Mission Software
Пусковая установка	USB Модем 2.4 GHz	Программное обеспечение Gatewing Stretchout Pro

ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О БПЛА

Что такое БАС?

Область применения БАС при аэрофотосъемке

Технические характеристики Gatewing X100

Технологическая схема создания топографических планов

Принцип создания ортофотоплана

Программное обеспечение

Как это работает?

ПОЛУЧАЕМЫЕ ДАННЫЕ

При использовании АФК Gatewing X100 пользователь, в зависимости от полезной нагрузки БПЛА, может получить следующие данные:

фотографии, видео	Точные координаты центров фотографирования
мультиспектральные снимки	тепловизионные снимки, видео

ПРОГРАММА ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ PHOTOSCAN

Программа позволяет создать высокоточную текстурированную 3D-модель местности, привязать ее по центрам фотографирования и/или по наземным точкам, сформировать из полученной модели ортофотоплан и матрицу высот. Результаты можно вывести в самых распространенных форматах. По материалам аэрофотосъемки программа позволяет получать ортофотоплан и матрицу высот, соответствующие требованиям точности топопланов масштаба 1:2000 и 1:500.

Программа фотограмметрической обработки материалов фотосъемки

Agisoft Photoscan

Программа автоматизированной фотограмметрической обработки материалов аэрофотосъемки позволяет обрабатывать цифровые фотоизображения, созданные цифровыми фотоаппаратами с оптическими системами центрального проектирования, формирующими изображение отдельными кадрами

Программа Agisoft Photoscan использует на входе цифровые растровые изображения, координаты центров фотографирования, материалы калибровки оптических систем фотоаппаратов, координаты опорных точек на местности, контрольные линейные измерения на объекте съемки.

В результате обработки материалов фотосъемки могут быть получены:

- трехмерные модели местности в виде облаков точек;

- трехмерные модели местности в TIN и DEM форматах;

- трехмерные модели местности с текстурой из исходных фотоизображений;

- ортофотопланы, заданного пользователем разрешения в пользовательских границах и нарезке.

Требования к техническим средствам

Операционная система: OC Windows (XP и более поздние, 32 или 64 бит),

Мас ОС X Snow Leopard или более поздняя, Debian/Ubuntu (64 бит)

Процессор: Intel Core I5, I7, число ядер от 4 и более;

ОЗУ: 8 Гб и более;

Видеокарты: NVidia GeForce 8xxx и более поздние, ATI HD 5ххх и более поздние.

Программа AgiSoft PhotoScan требовательна к производительности процессора и величине оперативной памяти. Быстродействие вычислителя, величина оперативной памяти и пропускная способность коммуникаций компьютера прямо пропорционально влияют на время построения моделей местности из фотографий.

Исходные данные для работы

Для работы необходимы следующие исходные данные:

- Растровые фотографии в форматах: JPEG, TIFF, PNG, BMP, PPM, CR2, MPO;

- Координаты центров фотографирования и опорных точек в формате TXT, CSV

В программе нет ограничений на величину фотографий и число одновременно обрабатываемых изображений. Соотношение «размер фотографий/число фотографий в блоке» определяется опытным путем, в зависимости от мощности вычислительной системы.

Координаты центров фотографирования и опорных точек могут быть представлены в любой из представленных в программе глобальных и зональных систем координат и картографических проекций. Также данные могут быть представлены в пользовательской прямоугольной системе координат.

Точность определения координат центров фотографирования и опорных пунктов напрямую влияет на точность построения модели. Соотношение точности координат центров снимков и точности координат опорных точек (которые почти всегда определяются разными способами) регулируется весовыми коэффициентами.

Наряду с наличием процедуры калибровки оптической системы фотокамеры программными средствами существует возможность применения данных калибровки, выполненной в лабораторных условиях.

Результаты работы

В результате обработки материалов фотосъемки могут быть получены следующие виды данных:

- Облака точек в формате: Wavefront OBJ, Stanford PLY, XYZ Point Cloud, ASPRS LAS;

- 3D модели в формате: Wavefront OBJ, 3DS models, VRML, Stanford PLY, Autodesk DXF, COLLADA, U3D, Adobe PDF;

-Ортофотопланы в формате: JPEG, PNG, TIFF, GeoTIFF, мозаика в формате Google Earth KML.

- Матрица высот в форматах: GeoTIFF, Arc/Info ASCII Grid (ASC), Band interlieved file format (BIL).

Результатом обработки полученных фотоматериалов являются:

ортофотоплан	матрица высот
Геопривязанная 3D модель местности