Rozwiązania LiDAR dla BSL w ofercie firmy TPI

Jakie akcesoria do skanowania?

Ostatnie lata to okres dynamicznego rozwoju bezzałogowych statków latających. Wraz z nimi na rynku pojawiło się wiele sensorów przeznaczonych dla dronów i aplikacji do opracowywania danych pozyskanych z pokładu BSL.

Pierwszym bodźcem do rozwoju BSL były kamery cyfrowe – coraz mniejsze, lżejsze, a przy tym rejestrujące materiał zdjęciowy o przyzwoitej jakości. Jeszcze 3-4 lata temu typowy dron był wirnikowcem wyposażonym w dobrej jakości kamerę RGB.

Kolejne lata przyniosły adaptację nowych technologii detekcji, takich jak kamery multispektralne – do wspomagania oceny uprawy roślin, czy kamery termalne – dzięki którym nastąpił rozwój rynku inspekcyjnego. Poza wirnikowcami coraz większą popularność zyskiwały płatowce – szczególnie cenione przez użytkowników za wydajność i bezpieczeństwo lotu.

Chmura punktów częściowo pokolorowana \z wykorzystaniem zdjęć

Przetwarzanie zdjęć

Rozwojowi platform towarzyszył rozwój oprogramowania do przetwarzania zdjęć z dronów (m.in. aplikacje Agisoft, Pix4D czy Bent­ley Contex Capture). Na początku głównym produktem finalnym były ortofotomapy; jednocześnie – niejako przy okazji – generowane były chmury punktów i modele 3D. Obecnie tego typu materiały są często wykorzys­tywane do obliczeń objętości czy analiz postępu prac ziemnych.

Mimo dużej szczegółowoś­ci pozyskiwanych danych i coraz lepszych algorytmów przetwarzania obrazów oraz narzędzi do klasyfikacji chmur punktów cały czas aktualne pozostaje pytanie: „Jak z chmury punktów zdjąć roś­­linność?”. W większości przypadków jako materiał produkcyjny chcemy bowiem otrzymać trójwymiarowy model terenu (DTM), a nie model pokrycia terenu (DSM).

Skanowanie laserowe

Trochę starszą technologią, ale również mocno rozwijaną w ostatnim czasie, jest skanowanie laserowe – stacjonarne, mobilne i lotnicze. W przypadku rozwiązań lotniczych ze względu na gabaryty sprzętu LiDAR przez długie lata za platformy pomiarowe służyły samoloty załogowe. Skaner laserowy jest sensorem aktywnym, czyli sam generuje wiązkę pomiarową (laser), w przeciwieństwie do kamer wykonujących zdjęcia, które rejestrują światło zastane. Pozwala to na pracę LiDAR nie tylko w dzień, ale również w nocy. Poza tym skupiona wiązka lasera ma większą moc „penetracji”, dzięki czemu możemy zakładać, że przebije się przez roślinność i dotrze do powierzchni terenu, rejestrując informacje niedostępne dla fotogrametrii klasycznej

Większość z nas spotkała się z wynikami skanowania lotniczego na stronach krajowego Geoportalu. Dzięki wydajności samolotów załogowych prawie dla całej Polski pozyskano tego typu dane. Niestety, w przypadku danych „ogólnodostępnych” nie mamy wpływu na ich aktualność oraz gęstość chmury punktów, która w przypadku misji załogowych nie jest duża.

Sprzęt LiDAR o wielu możliwościach

Grono osób używających technologii LiDAR jest całkiem spore. Coraz popularniejsze stają się wszelkiego rodzaju skanery plecakowe, np. LiBacpack firmy GVI. Dzięki połączeniu skanera laserowego (jednej lub kilku głowic skanujących), jednostki IMU, kamery cyfrowej, a w niektórych modelach nawet odbiornika GNSS, uzys­kujemy narzędzie do szybkiej inwentaryzacji 3D przestrzeni. Inne rozwiązania, takie jak GEOSLAM ZEB-Horizon, idą o krok dalej. Jest to skaner ręczny, który możemy w kilka minut zamontować na dronie.

Sprzętem o jeszcze większych możliwościach – dzięki modularnej budowie – są rozwiązania LiAir firmy Green Valley International. Standardowo wyposażone są w odbiornik RTK, jednostkę IMU, aparat fotograficzny oraz głowicę skanującą jednej z firm: Velodyne, Hesai lub Riegl. Poprzez dobór odpowiedniego czujnika uzys­kujemy narzędzie do zbierania trójwymiarowych informacji o terenie dostosowane do konkretnej pracy. Platforma umożliwia pozys­kanie w czasie jednego lotu nie tylko chmury punktów, ale również zdjęć. Dzięki temu na etapie opracowania uzyskujemy chmurę w rzeczywistych kolorach, co jeszcze bardziej podnosi wartość interpretacyjną danych.

Dron LiAir firmy Green Valley International

Aplikacja LiDAR360 firmy GVI

Równie ważne jak sprzęt jest oprogramowanie. Dane możemy analizować w każdym programie, który obsługuje chmury punktów, np. LiDAR360 firmy GVI. Program umożliwia wyrównanie danych, osadzenie ich w układzie współrzędnych, dokonanie klasyfikacji chmur punktów, a także przeprowadzenie analiz. Wyposażony jest m.in. w moduł topograficzny przeznaczony do wszystkich zagadnień dotyczących modelowania terenu.

Inny moduł – przygotowany dla branży leśnej – na podstawie analizy chmury punktów umożliwia określenie położenia i parametrów każdego drzewa. Kolejny – najbardziej zaawansowany – przeznaczony jest do realizacji zadań związanych z inwentaryzacją i utrzymaniem linii energetycznych. Bardzo ciekawym rozwiązaniem jest funkcja predykcji wzrostu roślinnoś­ci, która pozwala na określenie ram czasowych wycinki drzewostanu zagrażającego liniom energetycznym.

Moduł predykcji wzrostu roślinności w programie do obsługi chmury punktów Terrasolid

Terrasolid w środowisku Bentley

Dla bardziej zaawansowanych użytkowników idealnym narzędziem będzie oprogramowanie Terrasolid. Aplikacja ta działa jako nakładka na środowisko firmy Bentley.

Oprogramowanie Terrasolid współpracuje z większoś­cią dostępnych na rynku skanerów LiDAR, umożliwia wykonanie zaawansowanych analiz sprawdzających jakość i dokładność chmury punktów, a także stworzenie hybrydowej chmury, czyli pochodzącej z różnych sensorów (np. skanera lotniczego i mobilnego).

Największą zaletą oprogramowania Terrasolid jest rozbudowany moduł do klasyfikacji chmur punktów Terra­Scan dający użytkownikowi pełną kontrolę nad tym trudnym, ale jakże ważnym procesem. Inne bardzo ciekawe narzędzie umożliwia szybkie modelowanie z wykorzystaniem chmury punktów do postaci obiektów wektorowych lub brył.

Moduł w Terrasolid umożliwiający szybkie modelowanie obiektów z wykorzystaniem chmury punktów

Moduł Terra­Match pozwala z kolei na bardzo dokładne wzajemne wyrównanie chmur punktów pochodzących z różnych trajektorii, co jest szczególnie istotne przy opracowywaniu danych LiDAR z powietrza.

W skład pakietu oprogramowania Terrasolid – zapewniającego obsługę całego cyklu życia chmury punktów – obok wspomnianych już modułów TerraScan i Terra­Match – wchodzą także moduły TerraModeler i Terra­Photo.

Z wszystkimi opisanymi rozwiązaniami będzie można zapoznać się podczas nadchodzących UAV LiDAR Tech Days organizowanych przez TPI Sp. z o.o., a także kontaktując się z dowolnym biurem regionalnym naszej firmy.

Artur Malczewski
TPI Sp. z o.o.

Artykuł opublikowano w bezpłatnym niezbędniku sprzętowym DRONY DLA GEODETY 2019 – pobierz w formie interaktywnego flipbooka lub pliku PDF