БПЛА Gatewing X100 на службе у кадастра

Использование БПЛА Gatewing X100 в сочетании с традиционным ГНСС и оптическим оборудованием позволяет производить работы гораздо быстрее, точнее и с меньшими затратами, чем при помощи наземной топографической съемки

Для успешного развития российской системы кадастрового учета необходимо применение эффективных технологий и методов, позволяющих получать информацию в цифровом виде быстро, точно и надежно. Одним из инструментов достижения этой цели служит использование беспилотных летательных аппаратов (далее – БПЛА) для создания актуальных и высокоточных карт крупного масштаба, начиная от 1:1000. При всех своих кажущихся на первый взгляд недостатках (небольшие площади покрытия и высокие начальные расходы на покупку оборудования и программного обеспечения) БПЛА обладают многими преимуществами, отлично дополняющими другие методы сбора информации (космические снимки, аэрофотосъемка с больших самолетов, воздушное сканирование).

А когда дело доходит до небольших объектов, таких как промзоны, склады, карьеры, дачные поселки, то здесь не обойтись без БПЛА, к которым относится Gatewing X100. Благодаря простой и надежной конструкции Gatewing X100 применяется в любую погоду, он безопасен, его легко запустить и посадить в любом доступном месте. Для взлета БПЛА необходим открытый участок без высоких препятствий (Рис. 1), а для посадки достаточно взлетнопосадочной полосы шириной до 30 и длиной до 100 метров. Причем место для посадки может быть выбрано удаленно, поскольку на одной батарее БПЛА способен пролететь до 50 километров при средней скорости 80 километров в час. Для получения детальной съемки и актуальной информации Gatewing X100 можно использовать практически круглогодично. Это обеспечивается широким диапазоном рабочих температур от минус 20 до плюс 45 градусов по Цельсию. Надежная работа всех узлов и механизмов в жестких условиях эксплуатации – это важнейшее условие успешной работы летательного аппарата в целом. Создатели БПЛА Gatewing это прекрасно понимали, когда группа специалистов в области авионики, геодезистов, программистов и любителей авиамоделей собрались вместе в бельгийском Генте для создания самого безопасного, эффективного и простого беспилотника в мире. Годы ушли на формирование профессиональной команды единомышленников, потребовались сотни пробных полетов, настроек, испытаний узлов и механизмов, разработки программного обеспечения под решение конкретных задач. Требовалось создать не просто хороший планер, а лучшее фотограмметрическое решение, дающее оптимальный результат. Использование новейших технологий цифровой фотографии, обработки снимков, сверхлегких материалов, систем позиционирования и автопилотирования сделало возможным создание технически законченного решения, простого в использовании, надежного и безопасного, востребованного профессиональным рынком.

В чем же заключается технология Gatewing? Наземные топографические работы в настоящий момент являются наиболее часто используемым методом для получения высокоточной информации о координатах точек местности. Используя сети базовых станций ГНСС в режиме реального времени (RTK), геодезист может выполнить измерения сотен точек в день. Однако полевая работа очень тяжела, особенно когда масштаб проекта требует выполнения измерений на тысячах точек. Сбор данных в таких случаях требует слишком много времени и становится очень дорогим. Кроме того, для проведения наземных съемок необходимо обеспечить доступ геодезиста на территорию объекта съемки, которая может быть частично или полностью недоступна. Технология получения точной цифровой модели местности, разработанная Gatewing, состоит из двух главных этапов: получения изображений и их обработки.

Получение изображений выполняется с использованием компактного и сверхлегкого беспилотного самолета, оснащенного цифровой камерой высокого разрешения, установленной на борту этого самолета. Предустановленные параметры полета позволяют выполнить съемку с высокой степенью наложения (от 60 до 90 %), благодаря чему параллельные маршруты и перекрывающиеся изображения будут охватывать всю заданную область работы. Полет выполняется полностью в автоматическом режиме – от взлета до посадки. Наземная контрольная станция управления (GCS) используется для запуска, управления полетом и процессом съемки (Рис. 2). В случае наступления нештатной ситуации станция позволяет оператору немедленно вмешаться и прервать полет, но, как правило, запрограммированная процедура «спасения» автоматически вернет самолет и гарантирует безопасную посадку. Полученные наборы данных представляют собой изображения, пространственно привязанные с помощью ГНСС к точкам, из которых они были получены (Рис. 4). Количество изображений зависит от размера области работы и требуемого разрешения. На этапе обработки изображений эти данные при использовании цепочки модулей специализированного программного обеспечения преобразуются в цифровую модель местности (далее – ЦММ). Этот процесс очень хорошо автоматизирован, включая ввод поправок для калибровки камеры и привязки изображений к требуемой системе координат, получение пространственных координат точек, классификацию точек и преобразование данных в формат ЦММ. Качество данных может быть улучшено за счет добавления некоторого количества наземных данных (измерений) для привязки ЦММ к локальной системе координат. Геопривязка на месте осуществляется при помощи опорных знаков, определяемых классическими наземными методами, в частности ГНСС RTK-оборудованием.

Ключевым элементом в описываемой технологии является БПЛА Gatewing X100, который был спроектирован специально для аэрофотосъемки (Рис. 4). Он обеспечивает полностью автоматическое получение цифровых аэрофотоснимков с высоты о т 100 до 750 метров. Снимки пространственно привязаны с помощью системы ГНСС и получены с большим перекрытием от 60 до 90 %. Полученные цифровые изображения преобразуются в ортофотоплан с высоким качеством, без искажений, четко и ясно. Кроме того, мы имеем цифровую модель местности, построенную на базе облака миллионов точек. Эти данные можно интерпретировать дальше при помощи различных программ в зависимости от задачи заказчика. Таким образом, Gatewing X100 является не только высокоэффективным инструментом сбора информации, но и ее обработки.

Имея малый вес (1,9 килограмма при размахе крыльев один метр), Gatewing X100 приводится в движение сверхпроизводительным электромотором (дальность полета до 50 километров в течение 45 минут) и уникальным ударопрочным корпусом. Он легко управляем, надежен и безопасен. Контрольная станция Trimble Yuma дает оператору полный контроль над полетом. БПЛА можно экстренно посадить или изменить маршрут движения в случае острой необходимости. Обнаружить беспилотник, принудительно-посаженный вне зоны точного приземления, можно при помощи поискового устройства радиомаяка, установленного на Gatewing X100. Создатели системы позаботились о том, чтобы пользователи могли быстро освоить картографическое решение за счет простоты и полной автоматизации процесса съемки и обработки снимков. Несмотря на автоматизацию процессов, система самоконтроля обеспечивает безопасную эксплуатацию, при нарушении установленного процесса подготовки к полету работа блокируется, и оператору приходится возвращаться к точке, где была совершена ошибка.

Съемка выполняется при очень сильном ветре – до 7 баллов по шкале Бофорта (13,9 метра в секунду), в легкий дождь и даже снег. Это действительно самый безопасный беспилотный самолет, риск разрушения которого в результате несчастного случая минимален.

Безопасность является ключевым элементом для получения разрешения на выполнение полетов. Сегодня Gatewing X100 является самым быстрым и легким беспилотником в мире. Совершив более тридцати демонстрационных полетов, мы накопили большой опыт применения БПЛА в сложных погодных условиях на различных объектах. В России Gatewing обычно используется в труднодоступных местах, где съемка традиционными методами затруднена, но при этом важны сроки выполнения работ. Один квадратный километр территории можно просканировать в течение получасового полета на высоте 150 метров и с пространственным разрешением 5 сантиметров (Рис. 5). Превращение снимков в подробный ортофотоплан и ЦММ происходит автоматически при помощи специального программного обеспечения. Пользователь получает оперативную цифровую информацию для интерпретации ее в топографический план или подробную карту в масштабе 1:1000. Какова экономическая целесообразность использования БПЛА в сравнении с традиционными методами съемки? В качестве примера можно предложить данные, полученные в результате испытаний на объекте с плотной застройкой в Иркутске (Таблица). Работы производились силами ОАО «Иркутскгипродорнии» в ноябре 2012 года.


Из таблицы видно, что стоимость работ, производимых при помощи БПЛА, гораздо ниже стандартной наземной топографической съемки. Большое значение имеет и оперативность. Таким образом, использование БПЛА Gatewing в сочетании с традиционным ГНСС и оптическим оборудованием позволяет производить работы гораздо быстрее, точнее и с меньшими затратами.

Основными сферами применения Gatewing X100 являются:

• Топографическая съемка как альтернатива воздушной аэросъемке, наземному сканированию и традиционной наземной съемке.
  
  
• Создание карт и схем для управления, планирования, визуализации и контроля реализации проекта.
  
  
• Мониторинг лесов, сельхозугодий, заповедников. Спектральный анализ в околоинфракрасном диапазоне для нужд сельского хозяйства, лесничества и экологического мониторинга.
  
  
• В последнее время решения Gatewing все чаще используются в маркшейдерии для мониторинга карьеров, расчета объемов сыпучих материалов.

В 2012 году компания Gatewing была поглощена корпорацией Trimble, мировым лидером в области высокоточных геодезических решений, что явилось важным фактором дальнейшего поступательного развития Gatewing в мире. Gatewing работает и в России более года, с момента когда NovaNet была назначена официальным дистрибьютором. NovaNet обеспечивает техническую поддержку и обучение пользователей, осуществляет апгрейды и поставляет запасные части. В команде NovaNet работают специалисты, подготовленные Gatewing. Дистрибуция осуществляется через авторизованных региональных дилеров по всей России.