Министерство образования и науки Республики Бурятия ГБПОУ «Бурятский аграрный колледж им. М.Н. Ербанова» ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ Квадрокоптеры в геодезии Исполнитель: Ринчинов Д., студент группы 411 Руководитель: Лумбунова Н.Б., преподаватель информатики Дата защиты «___»_____20___г. № протокола ______________ Оценка___________ Председатель комиссии: ____________/____________/ г. Улан-Удэ 2021 г. СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 3 ГЛАВА 1. КРАТКАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СПРАВКА О КВАДРОКОПТЕРАХ ................................................................................................. 4 1.1 Сфера применения с дроном ................................................................................ 6 ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КВАДРОКОПТЕРОВ В КАРТОГРАФИИ И ГЕОДЕЗИИ .................................................................................................................. 8 ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ КВАДРОКОПТЕРОВ В ГЕОДЕЗИИ ....................... 10 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 12 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ................................................. 13 2 ВВЕДЕНИЕ В последнее время дроны используются не только в качестве развлечения, но и в качестве серьёзного инструмента для решения профессиональных задач. На данный момент можно с уверенностью утверждать, что квадрокоптеры для топографической съёмки, равно как и квадрокоптеры для геодезической съёмки уже существуют. Квадрокоптер для геодезии и картографии обладает рядом характеристик, которые делают его пригодным для подобной работы. В первую очередь, это хорошая надёжная камера, управляемый подвес будет только плюсом. Вовторых, запись координатов GPS во время фотографирования. И, конечно, возможность съёмки «на автопилоте», когда дрон летит по заранее заданному маршруту. Немаловажно и то, что подобные модели имеют хороший запас полётного времени на одном заряде аккумулятора и приличную дальность действия пульта управления, именно поэтому, тема является актуальной. Цель работы: Использование и применение квадрокоптеров в геодезии. Задачи: 1. Изучить, как используются квадрокоптеры; 2. Узнать применение квадрокоптеров в геодезии; 3. Описать особенности квадрокоптеров Гипотеза: Эффективность использования и применения квадрокоптера в геодезии на современном этапе. Объект исследования: квадрокоптеры Предмет исследования: квадрокоптеры в геодезии Методы исследования: 1. анализ; 2. сравнение; 3. обобщение литературы 3 ГЛАВА 1. КРАТКАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СПРАВКА О КВАДРОКОПТЕРАХ Квадрокоптер (от англ. quadcopter - «вертолет с четырьмя винтами») - это беспилотный летательный аппарат с четырьмя пропеллерами, который обычно управляется пультом дистанционного управления с земли. Как правило, на нём устанавливается мини-камера, позволяющая вести в полёте фото- и видеосъёмку. Дроны или, как их называют сокращенно, БПЛА ведут фото- и видеосъемку здания на указанной оператором высоте. На сделанных снимках отражается ряд важных параметров: 1. Высота облета; 2. Координаты точек съемки; 3. Угол наклона камеры. Полученные результаты обрабатываются при использовании новейших технологий: 1. Фотограмметрии; 2. Машинного зрения. На основе выявленных общих точек формируется 3D модель здания. Она используется с разными целями: 1. Оценка общей геометрии строения; 2. Определение дефектов; 3. Получение информации о характере повреждений; 4. Анализ отдельных элементов конструкции; 5. Выполнение чертежей и не только. При ведении видео-обследования с помощью квадрокоптера данные передаются в 2 режимах: 1. Онлайн; 2. Запись. 4 На многих устройствах существует функция комментариев. Это упрощает дальнейшую обработку информации: оператор, ведущий съемку, делает голосовые заметки, служащие дополнением к зафиксированному камерой материалу. Дроны можно оснастить не только камерой, но и другим необходимым для работы оборудованием: 1. Тепловизор; 2. УФ-камеры; 3. Система сонаров и не только. От качества программного обеспечения зависят и возможности БПЛА: 1. Автономный полет; 2. Полет над точками; 3. Дистанционное управление и так далее. Потенциал квадрокоптеров еще не до конца раскрыт, поэтому с каждым годом эти устройства будут использоваться все активнее. 5 1.1 Сфера применения с дроном Работы с беспилотником можно условно разделить на 2 вида: 1. Плановые; 2. Аварийно-восстановительные. В список плановых работ входят: 1. Облеты; 2. Съемки на разных высотах; 3. Инспекция; 4. Выявление дефектов; 5. Обнаружение нарушений; 6. Определение пространственных нарушений. Ко второму виду можно отнести: 1. Облет на малых и средних высотах; 2. Картография; 3. Ночные съемки. С помощью БПЛА проводится обследование следующих объектов: 1. Высотные строения; 2. Массивные сооружения; 3. Гидротехнические объекты; 4. Мосты; 5. Путепроводы; 6. Линейные сооружения большой протяженности. Кроме того, использование квадрокоптеров оправдано для анализа ситуации на аварийном строении и для оценки конструкции в труднодоступных местах. 6 Особняком стоят обследования в рамках геодезического мониторинга. Он необходим для получения достоверных сведений о состоянии объекта по следующим параметрам: 1. Крен конструкции; 2. Степень изгиба; 3. Осадка фундаментного основания. Без квадрокоптеров геодезические сведения специалисты получают путем применения дорогостоящего оборудования: 1. Электронные тахеометры; 2. Системы наземного лазерного сканирования; 3. Инклинометры; 4. Оптоволоконные датчики; 5. Автоматизированные системы геодезического мониторинга. Также в этот список входят глобальные навигационные спутниковые системы. Перечисленные приборы относятся к дорогостоящим и требуют участия опытных специалистов. От их квалификации и опыта зависит, насколько точными будут сведения. С дроном же процесс упрощается в десятки раз, что одновременно снижает и его стоимость. Все чаще беспилотники применяются для сопровождения строительных работ. С их помощью ведется подготовка к реконструкции сооружения, а также создаются кадастровые планы в цифровом виде. 7 ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КВАДРОКОПТЕРОВ В КАРТОГРАФИИ И ГЕОДЕЗИИ Геодезическая аэрофотосъёмка с использованием самолётов малой авиации всегда была делом затратным и хлопотным. Когда же квадрокоптер и навесное фото- и сканирующее оборудование стали доступны по цене даже небольшим организациям, их начали использовать очень широко. Благодаря применению различных технологий, видов съёмочной аппаратуры и ПО, геодезический дрон показал себя как лучший инструмент для сбора самой разной информации о заданных участках на поверхности земли. На смену классической съемке приходит более совершенная – современная съемка с применением беспилотной техники. При помощи квадрокоптеров становится возможным составлять топографические карты в кратчайшие сроки. Полученные снимки позволяют сделать детальные 3D модели местности вкупе с матрицами высот и ортофотопланами. Кроме того, дроны незаменимы при: 1. Ведении кадастрового учета; 2. Разработке ГИС, обновлении топографических карт; 3. Контроле рек, прогнозировании наводнений. Отдельного внимания заслуживает качество получаемых снимков – оно в разы превосходит спутниковые аналоги, при этом расшифровка осуществляется в автоматическом режиме. Для этого требуется лишь соответствующее программное обеспечение. Съемка обширных территорий производится с помощью дронов, способных работать без подзарядки на протяжении максимального периода времени. Речь идет, в том числе, о комплексе БПЛА Геоскан 201. Данный летательный аппарат может находиться в воздухе порядка 180 часов. Таким образом, техника может улетать на расстояние до 100 км, за один полет снимать более 15 км². 8 За счет минимальных габаритов беспилотник без труда транспортируется на авто. При помощи бортовой электроники возможно регулировать процесс съемки в автоматическом режиме – нон-стоп. Если возникает нештатная ситуация, то при помощи автопилота техника без труда возвращается на базу. Также предусмотрена аварийная посадка (в этом случае используется парашют). Кроме дрона комплекс БПЛА включает в себя наземную станцию управления. Оператором определяются важные параметры аэросъемки за счет базового пульта/компьютера. Это может быть, к примеру, охват территории. В последующем производится расчет скорости, высоты полетов. После загрузки полетного задания в автопилот дрона осуществляется его запуск с катапульты. Трансляция данных телеметрии выполняется в реальном времени. Таким образом, в случае необходимости всегда имеется возможность корректировки поставленной задачи. 9 ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ КВАДРОКОПТЕРОВ В ГЕОДЕЗИИ Выполнение геодезических исследований необходимо: 1. На этапе проектирования автомобильных и железных дорог. 2. На этапе проектирования строительства различных объектов. 3. Для выполнения работ землеустройству и межеванию. 4. При строительстве промышленных объектов. 5. При выполнении поисковых работ и нанесения на топоплан различных инженерных коммуникаций. Подготовительные работы по реконструированию и капитальному 6. ремонту сооружений. Основные компании и модели дронов, применяемые в мире DJI- Лидер на китайском рынке и самый узнаваемый бренд дронов, лидирующий на потребительском рынке. Yuneec - это авиационная компания, известная производством электрических пилотируемых самолетов, производящая широкий спектр беспилотников потребительского и коммерческого класса. Parrot - компания хорошо зарекомендовавшая по производству себя бытовой электроники, которая уже некоторое время активно работает на рынке потребительских беспилотников. Сравнение использования дронов с традиционными подходами к реализации задач в рассматриваемой отрасли. Наземные методы геодезических исследований сложны и довольно затратны по времени и человеческим ресурсам. С непрерывным прогрессом в беспилотных авиационных технологиях в течение последних нескольких лет беспилотники стали заметным инструментом для съемки и картографирования. Рейтинг лучших геодезических дронов на 2020 год 1. DJI Phantom 2 2. DJI Mavic 2 Pro 3. DJI Phantom 3 Advanced 4. Phantom 4 RTK + D-RTK 2 Mobile Station Combo 10 Преимущества квадрокоптера для картографии Дроны решают широкий спектр задач картографии и аэрофотосъёмки оперативно, с минимальными временными и финансовыми затратами. Экономия средств и человеческих ресурсов. То, для чего раньше привлекалась бригада специалистов различного профиля, теперь решается силами единственного высококвалифицированного оператора беспилотника. Один сотрудник приедет на место работ, подготовит технику, сделает снимки, обработает их и покажет заказчику готовый результат. Картографирование территорий городов и других населённых пунктов. Разрешение на использование воздушного пространства беспилотным воздушным судном проще в оформлении. Кроме того, в таких городах, как Москва, применение дрона - практически единственный способ вести аэрофотосъёмку, соблюдая все законы. Простота и оперативность: выполнение полётов с любой площадки небольших размеров, в том числе в городской черте. Дрон доставляется в выбранный район и подготавливается к использованию за считанные минуты, он не нуждается в топливе, а комплект запасных аккумуляторов поместится в небольшую сумку. Проведение обследований объектов с помощью современных летательных устройств имеет массу плюсов: 1. Экономия средств, которая исчисляется десятками миллионов рублей; 2. Сокращение сроков исследования; 3. Возможность проникнуть туда, куда доступ человеку специальной 4. Технике закрыт; 5. Уменьшение сроков проведения ремонтных работ; 6. Многофункциональность БПЛА; 7. Высокая точность мониторинга, независимо от погодных условий. 11 и ЗАКЛЮЧЕНИЕ Научно-технический прогресс не стоит на месте. С каждым днем он охватывает все больше сфер нашей жизни. В последние несколько лет ощутимо возросли темпы строительства. Как следствие, это повлекло за собой и развитие оборудования для геодезии. Любые геодезические приборы на современной строительной площадке являются одним из самых важных и необходимых элементов. Здесь также четко прослеживается устойчивая взаимосвязь между геодезическими приборами и развитием сегмента высокоточной компьютерной техники. Компьютерные инновации позволили на порядок модернизировать и усовершенствовать геодезическое оборудование. Если Вам требуется геодезическая съемка местности, топографическая или кадастровая съемка, то Вам необходим такой прибор как квадрокоптер. При решении некоторых задач этот прибор не требует постоянного присутствия человека и могут работать по заранее заданной программе. 12 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Е.Б. Клюшин Спутниковые методы измерений в геодезии: учеб./ Е.Б. Клюшин, А.О. Куприянов. - М. : КолосС, 2006. - С. 56-64. 2. И. Ю. Васютинский. Геодезическое инструментоведение: учеб./ И.Ю. Васютинский. - М. : Недра, 2011. - С. 14-21. 3. К.Н. Макаров Инженерная геодезия: учеб./ К.Н. Макаров. - М. : Просвещение, 2018.-С. 88-92. 4. Н.Ф. Моргунов Геодезия: учеб./ Н.Ф. Моргунов, В.И. Родионов. -М. : Недра, 2009. - С. 33-37. Интернет источники 1. Геодезические квадрокоптеры [ Электронный ресурс ]. - URL.: https://gis2000.ru/ ( Дата обращения 17. 05. 2021 ) 2. Квадрокоптеры в геодезии [ Электронный ресурс ]. - URL.: https://rc-like.ru/ ( Дата обращения 17. 05. 2021 ) 13
