Abonează-te la newsletter și primești un e-book gratuit: „Dronele în Agricultură”. Click aici pentru abonare.

Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp

LiDAR vs fotogrammetrie pentru topografie aeriană

Un ghid comparativ pentru a vă ajuta să selectați senzorii de topografie

Pentru profesioniștii în topografie și cartografiere, LiDAR și fotogrammetrie au fost de mult timp instrumente necesare ale meseriei. Dar progresele recente în tehnologia dronelor au schimbat în bine modul în care datele sunt capturate.

În comparație cu topografia aeriană tradițională – care se baza aproape exclusiv pe aeronave cu pilot – dronele oferă o alternativă sigură, precisă și mai accesibilă. Rezultatul a fost democratizarea soluțiilor de topografie. Acum, proiectele din agricultură, construcții, conservare, minerit, reconstrucția scenei accidentului și multe altele pot beneficia de nori de puncte detaliate, hărți precise și modele 3D.

Pentru inspectorii consacrați și cei care sunt noi în domeniu, întrebarea dacă să lucreze cu LiDAR sau Fotogrammetrie va fi familiară. În acest articol, vă vom prezenta avantajele și dezavantajele ambelor metode. Nu este că unul este pur și simplu mai bun sau ar trebui să fie preferat față de celălalt, indiferent de ce. Decizia corectă depinde în schimb de sarcina specifică în cauză, de aptitudinile operatorului în cauză și, ca întotdeauna, de bugetul cu care lucrați.

Ce este LiDAR?

LiDAR este prescurtarea de la „detecția și măsurarea luminii”. Senzorii LiDAR funcționează prin emiterea de impulsuri de lumină și măsurarea timpului necesar pentru ca aceștia să se reflecte înapoi de pe sol, împreună cu intensitatea cu care fac acest lucru.

Deși există de zeci de ani, abia în ultimii ani tehnologia LiDAR a devenit suficient de compactă pentru a se integra într-o sarcină utilă pe care o dronă o poate transporta.

DJI Zenmuse L1

Senzorul LiDAR reprezintă doar o parte a unui proces complicat. Pentru a aduna datele necesare pentru a construi un nor de puncte care reflectă cu acuratețe terenul și topografia acestuia, LiDAR încorporează alte sisteme de înaltă precizie: poziționare prin satelit (date GNSS) și o unitate de măsură inerțială (IMU).

Cu puțină magie software, zborurile LiDAR pot fi folosite pentru a construi nori de puncte 3D și hărți de intensitate – ambele au nevoie de multă abilitate pentru a interpreta, dar oferă date neprețuite în minerit, silvicultură, agricultură și operațiuni de construcții.

Avantajele LiDAR

Cel mai citat lucru pozitiv al utilizării LiDAR pentru cartografiere este acuratețea tehnologiei. Dar ca o declarație de sine stătătoare, care nu ne oferă prea multe cu care să lucrăm.

În primul rând, este important să iei în considerare ce înseamnă acuratețea pentru tine și proiectul tău. Prioritizați acuratețea relativă sau absolută? Cu alte cuvinte, vă preocupă faptul că produsul dvs. final este exact în ceea ce privește caracteristicile sale unul în raport cu celălalt sau caracteristicile sale în raport cu locul lor în lume?

LiDAR este calea de urmat pentru o precizie absolută și este de obicei cea mai bună alegere atunci când scopul este un model realist de pământ gol. Asta pentru că este cea mai bună metodă de contabilizare a cotei, a vegetației și a condițiilor la îndemână.

Integrarea LiDAR cu datele GNSS și faptul că este o măsurătoare directă – care emite mii de impulsuri laser de sus – asigură că harta digitală finală a terenului are o acuratețe verticală extremă.

Complicațiile topografice nu vin doar sub formă de ondulații ale terenului. Vegetația poate bloca, de asemenea, metodele de topografie bazate pe fotografii de la obținerea de date granulare la nivelul solului.

Pulsurile de lumină ale LiDAR pătrund în golurile dintre frunze și ramuri, ajungând la pământ de dedesubt și îmbunătățind acuratețea măsurătorilor.

LiDAR este, de asemenea, de preferat dacă condițiile de lumină ale șantierului dvs. sunt inconsecvente. Dacă doriți să efectuați misiuni pe timp de noapte sau misiuni cu vizibilitate redusă, LiDAR poate gestiona sarcina fără a avea nevoie de o sursă externă de lumină.

În cele din urmă, LiDAR vă permite să capturați detalii cu diametru mic. Un exemplu excelent în acest sens sunt cablurile de alimentare. Datorită eșantionării punctuale de înaltă densitate și abordării de măsurare directă, puteți utiliza LiDAR pentru a mapa cu precizie catenaria cablului.

Dezavantajele LiDAR

Cea mai evidentă provocare care vine odată cu lucrul cu LiDAR este costul acesteia. Datorită complexității operaționale mai mari (și nevoii de componente și senzori mai sofisticați), puteți cheltui cu ușurință sute de mii de dolari pentru o soluție completă.

Această complexitate vă lărgește, de asemenea, spațiul de eroare și crește dependența de un profesionist cu experiență. Cu mai mulți senzori și informații care nu sunt ușor accesibile fără o cantitate suficientă de procesare, extragerea datelor de care aveți nevoie nu este simplă.

De asemenea, este important să rețineți că, în mod tradițional, senzorii LiDAR au fost mai voluminosi decât camerele simple. Având în vedere că dronele devin din ce în ce mai populare pentru topografiile aeriene, nevoia unei drone mai mari pentru a gestiona o sarcină utilă mai grea se poate adăuga la o cheltuială deja semnificativă.

Ultimul dezavantaj al alegerii LiDAR este, fără îndoială, cel mai mare punct forte: faptul că este cel mai bun instrument pentru muncă în situații foarte specifice. Pentru multe aplicații, fotogrammetria obișnuită va fi suficientă. Aceasta este o tendință care capătă avânt pe măsură ce software-ul de procesare a imaginilor se îmbunătățește.

Ce este Fotogrammetria?

Mai simplu spus, fotogrammetria este o modalitate de a măsura distanțe folosind fotografii. Aceste fotografii sunt procesate folosind software specializat pentru a genera modele precise și realiste ale lumii.

Hărțile ortomosaice și modelele 3D au o varietate de aplicații, de la planificarea construcției și managementul continuu al proiectelor până la materiale de marketing.

Numărul de imagini de care aveți nevoie pentru o fotogrammetrie eficientă poate varia de la sunte la mii. Totul depinde de dimensiunea site-ului în cauză și de adâncimea și acuratețea pe care doriți să le obțineți.

Piloții de drone vor trebui să determine altitudinea optimă de zbor pentru a obține distanța de probă la sol necesară (GSD). De asemenea, va trebui să configurați o suprapunere pe fiecare imagine pentru a vă asigura că software-ul dvs. vă poate îmbina imaginile împreună.

Avantajele fotogrammetriei

Principalul beneficiu al lucrului cu fotogrammetrie este accesibilitatea acesteia. Creșterea tehnologiei dronelor și a software-ului de cartografiere a simplificat fluxurile de lucru și a adus hărți precise și modele 3D la îndemâna oricărei organizații cu o dronă cu cameră decentă.

Pe lângă calibrarea camerei, planificarea de bază a zborului și trasarea punctelor de control la sol, efectuarea unei misiuni de cartografiere și transformarea acestor date în ceva util este relativ simplă. Există nenumărate scenarii în care acest proces produce rezultate tangibile, în industrii la fel de variate precum construcții, conservare, minerit și agricultura.

Important este că rezultatele sunt și ele accesibile. Hărțile și modelele cu caracteristici și culori recunoscute sunt intuitive instantaneu, făcându-le un instrument de colaborare excelent și ceva din care părțile interesate pot lucra fără a petrece prea mult timp manipulând datele.

O altă parte importantă a atractivității fotogrammetriei este cât de accesibilă este. După cum am menționat, a începe înseamnă a investi câteva mii de dolari pe o dronă cu cameră profesională și mult mai puțin decât în software-ul de care veți avea nevoie pentru a vă procesa datele.

În cele din urmă, Fotogrammetria oferă o abordare mai flexibilă. În funcție de sarcina la îndemână, puteți avea mai mult control asupra compromisului dintre viteza misiunii, altitudine și precizie.

Dezavantajele fotogrammetriei

Există câteva dezavantaje ale metodelor de topografie bazate pe fotogrammetrie.

Primul este că acuratețea hărților și modelelor tale depinde în mare măsură de calitatea camerei dronei și a dronei în sine.

Dimensiunea senzorului, deschiderea, rezoluția și distanța focală influențează distanța de eșantion la sol (GSD) alături de altitudinea la care zburați. În plus, vă veți strădui să obțineți rezultate cu o acuratețe absolută fără a utiliza mai multe puncte de control la sol sau o dronă RTK sau PPK.

Zenmuse P1

A doua provocare cu care vă confruntați este vremea. Sau, mai precis, condițiile de lumină. Întunericul, acoperirea norilor, praful și multe altele pot avea un impact negativ asupra calității rezultatelor sondajului.

Când vine vorba de prelucrarea datelor, puteți măsura doar ceea ce puteți vedea clar. Aceasta înseamnă că zborurile cu vizibilitate limitată – fie din cauza vegetației, a umbrelor sau a orei din zi – vor produce mai puține puncte de sol și hărți și modele mai puțin precise.

Când să alegeți LiDAR

LiDAR este recomandat dacă cartografiezi un teren complex cu un procent ridicat de acoperire cu vegetație. Datorită măsurătorilor directe care pătrund între frunze, ramuri și copaci, puteți construi nori de puncte topografice precise cu datele rezultate.

Tehnologia este, de asemenea, ideală pentru măsurarea precisă a obiectelor precum cablurile, care sunt în general prea subțiri pentru a fi recunoscute prin orice altă metodă.

LiDAR ar trebui să fie, de asemenea, metoda dvs. de alegere dacă sarcina de topografie la îndemână necesită precizie mai presus de orice. Deși acest lucru nu este lipsit de provocări, care vin sub forma costurilor și a expertizei necesare pentru a aduce datele la viață.

Alegeți LiDAR pentru:

  • Cartografierea terenului greu de accesat, complex și acoperit de vegetație
  • Captarea detaliilor asupra structurilor subțiri, cum ar fi liniile electrice sau marginile acoperișului
  • Proiecte în care detaliul și precizia sunt prioritățile

Când să alegeți fotogrammetria

Accesibilitatea fotogrammetriei o face o opțiune preferabilă pentru cei care sunt începători în topografia cu drone. Deși a fi mai ieftin decât LiDAR nu este singurul său beneficiu.

De fapt, o mulțime de aplicații ar fi mai bine servite rămânând cu Fotogrammetrie. Acesta este cazul în special atunci când doriți să lucrați la planuri folosind hărți ortomozaice, să colaborați folosind modele 3D sau să oferiți actualizări accesibile despre progresul proiectului pentru un cost relativ mic.

Alegeți Fotogrammetrie pentru:

  • Scanări bogate în context, care sunt accesibile și necesită o post-procesare și expertiză minime
  • Hărți și modele ușor de înțeles pentru ochii neînvățați
  • Seturi de date care necesită evaluare vizuală

LiDAR vs Fotogrammetrie: care este mai precis?

La fel ca norii de puncte de culoare reală realizate de DJI Zenmuse L1, răspunsul aici nu este la fel de simplu ca alb-negru.

LiDAR tinde să producă scanări cu mai multe detalii și precizie în comparație cu fotogrammetria. În plus, pentru că poate funcționa bine în ciuda provocărilor de mediu – gândiți-vă la lumină scăzută sau multă vegetație – este ideal pentru scenarii în care prețuiți precizia mai presus de orice.

Norii de puncte LiDAR pot fi incredibil de granulari, cu până la 500 de puncte pe metru pătrat și o precizie a cotei verticale de sub trei centimetri. Cu o densitate mare de puncte de date vine un set de date mai robust, care, la rândul său, vă oferă mai multă versatilitate atunci când vine vorba de procesarea constatărilor.

Asta nu înseamnă că fotogrammetria este inerent inexactă. Dacă terenul dvs. este relativ simplu și lipsit de vegetație densă, puteți construi hărți și modele foarte detaliate – mai ales dacă utilizați și un modul de poziționare RTK.

LiDAR vs Fotogrammetrie: Date

LiDAR și Fotogrammetria sunt metode fundamental diferite de culegere a datelor.

Cu LiDAR ajungeți la mii de puncte de date care formează un nor de puncte 3D care conturează terenul în cauză. Va trebui să încorporați culoarea din seturi de date separate pentru a o transforma în ceva accesibil vizual.

Cu Fotogrammetrie, ajungeți cu sute sau mii de imagini care trebuie procesate și îmbinate împreună pentru a produce ceva de valoare: fie că este un nor de puncte 3D, o hartă sau un model navigabil.

Procesarea LiDAR bazată pe cloud nu este la fel de răspândită sau accesibilă ca software-ul de fotogrammetrie bazat pe cloud. Ceea ce înseamnă că va trebui să aveți un specialist la fața locului care poate transforma acele date brute în ceva acționabil, alături de software-ul corect.

Soluțiile de fotogrammetrie DJI

Mavic 3 Enterprise (M3E) este o platformă compactă și portabilă cu capabilități revoluționare pentru profesioniștii în topografie. Pe lângă un modul RTK pentru precizie de cartografiere la nivel de centimetru, M3E are o cameră wide de 20 MP cu un senzor CMOS 4/3 și declanșator mecanic.

În mod esențial, M3E aduce eficiența cartografierii și a misiunii la noi culmi cu rata sa de captare a imaginii de 0,7 secunde. Cu intervale mai scurte între fotografii, puteți reduce drastic durata misiunii.

M3E este capabil și în condiții slabe. Camera sa largă oferă pixeli de 3,3 μm alături de software îmbunătățit pentru lumină scăzută. Fereastra ta operațională nu a fost niciodată atât de largă.

Acest combo este soluția emblematică de fotogrammetrie a DJI. P1 este o sarcină utilă de fotogrammetrie avansată, cu un senzor full-frame și lentile interschimbabile cu focalizare fixă. Un obturator mecanic global și funcțiile software, inclusiv Smart Oblique Capture, îl fac ideal pentru zborurile de fotogrammetrie la scară largă. Folosit de M300 RTK, P1 le permite topografilor să acopere 3 km2 într-un singur zbor și să obțină rezultate precise de 3 cm pe orizontală / 5 cm pe verticală fără GCP.

Soluțiile LiDAR de la DJI

L1 găzduiește un modul Livox LiDAR, un IMU de înaltă precizie și o cameră cu un CMOS de 1 inch pe un gimbal stabilizat cu 3 axe. Cu o precizie verticală de 5 cm și o precizie orizontală de 10 cm și capacitatea de a acoperi 2 km2 într-un singur zbor, M300 RTK, L1 și DJI Terra formează împreună o soluție de topografie cuprinzătoare care oferă date 3D, detalii ale structurilor complexe și reconstrucții vizuale precise

Rezumat

Evaluarea LiDAR și Fotogrammetrie ca două metode concurente de captare a datelor nu este cea mai instructivă abordare. După cum am atins, nu este că unul este neapărat mai bun decât celălalt. În cele din urmă, sarcina la îndemână este cea care va determina cea mai bună soluție.

Dacă contrastul, iluminarea, subiectul și condițiile sunt în favoarea dvs., fotogrammetria este probabil mai mult decât adecvată pentru lucrare. Dar pentru proiectele de cartografiere dificile în care sunt implicate precizia cotei, structuri complexe sau teren parțial învăluit, LiDAR este probabil calea de urmat.

Desigur, costul și experiența echipei tale vor juca, de asemenea, un rol important în orice decizie între cei doi. Deși cele mai recente încărcături utile DJI, P1 și L1 sunt mărturii ale accesibilității și accesibilității în creștere a tehnologiei de topografie.

În cele din urmă, profesioniștii din domeniu vor trebui să devină adepți în utilizarea ambelor tehnologii, pe măsură ce dronele care le poartă devin mai sofisticate.

Distribuie articolul!

Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp