Розроблення аерознімального комплексу на основі БПЛА октокоптера DJI S100

Abstract

Мета. Мета роботи – розроблення аерознімального комплексу на основі БПЛА гелікоптерного типу DJI S1000 для виконання аерознімальних робіт, до складу якого входять лазерний сканер (ЛС) та цифрова знімальна камера (ЦЗК). Методика. Аерознімання протягом кількох десятиліть є ефективним інструментом для виконання геодезичних робіт, геофізичних досліджень та проведення різних видів моніторингу. З іншого боку, застосування не тільки цифрового знімання, а й лазерного сканування об’єктів дає змогу максимально підвищити точність отримання координат точок на місцевості та обійтись без такого процесу, як планово-висотна прив’язка на місцевості, що становить понад 80 % польових робіт, тобто набагато здешевити створення картографічних матеріалів. Окрім цього, застосування лазерних сканерів на борту безпілотних літальних апаратів допомагає вирішити низку науково-прикладних завдань у різних галузях, таких як інженерні вишукування, екологічний моніторинг, дослідження ландшафтів та моделювання територій, в будівництві, архітектурі, археології тощо. Всебічне вивчення, дослідження та моніторинґ навколишнього середовища передбачають наявність та використання високоефективних сучасних технологій, спеціального програмного забезпечення для опрацювання та аналізу даних та кваліфікованих людських ресурсів. Ааерознімальні лазерні сканери є новітньоювисокоточноютехнологієюотримання даних про об’єкт безконтактним методом, їхнє призначення багатоцільове. Їх активно використовуюсь у світі від початку 2000-х років завдяки перевагам порівняно із традиційним аерофотозніманням. ЛС виготовляють провідні компанії світу, вони доступні на ринку і попит на них серед іноземних фахівців значний. На жаль, в Україні аерознімальні лазерні сканери застосовують обмежено, для виконання особливих завдань із залученням іноземних фахівців. У цій галузі наша країна істотно відстає порівняно з іншими європейськими країнами. Тому придбання та застосування такого програмно-технологічного комплексу та БПЛА допоможе вирішити та прискорити вирішення багатьох важливих науково-прикладних завдань в Україні, а також збільшить потенціал, можливості та престиж у вітчизняній і світовій науці та практиці. Результати. Розроблено макетний зразок встановлення і реалізації ЛС Velodyne VLP-16 на БПЛА гелікоптерного типу DJI S1000. Автори проаналізували відомі системи та створили оптимальний варіант під’єднання та сполучення елементів, завдяки чому вдалося максимально спростити схему розташування пристроїв, а це дало можливість зменшити собівартість запропонованого комплексу. Наукова новизна та практична значущість. Вперше в Україні розроблено та запропоновано спосіб встановлення ЛС на БПЛА гелікоптерного типу. За допомогою аерознімальної лазерної сканувальної системи, встановленої на борту безпілотного літального апарата гелікоптерного типу, можливо вирішувати важливі науково-прикладні завдання, як-от: моніторинґ за технічним станом великогабаритних та важкодоступних конструкцій – атомних, гідро- і теплових електростанцій, ліній електропередач, газопроводів тощо; спостереження за станом автомобільних доріг, виявлення місць пошкоджень поверхні та інших небезпечних місць з метою запобігання автокатастрофам; виявлення пошкоджень лісових масивів та сільськогосподарских угідь; спостереження та недопущення зсувів ґрунтів у горах і на промислових кар’єрах, місць виникнення ґрунтових ерозій; моніторинґ водних ресурсів, зміни контурів і висот берегової смуги; виявлення дефектів покрівель, деформацій, настінних тріщин на висотних будівлях для проведення архітектурних обмірів, 3D-моделювання, документування та збереження об’єктів культурної спадщини; сприяння в археологічній розвідці з метою виявлення археологічних об’єктів та дослідження артефактів. Окрім цього ЛЗ із периферією можна встановлювати на інших рухомих об’єктах (автомобілях, залізничних дрезинах, човнах тощо) та сканування зі сталих базисів у стаціонарних умовах.

Goal. The purpose of the work is to develop an aerial photography complex based on a DJI S1000 helicopter UAV for aerial photography, which includes a laser scanner (LS) and a digital camera (CPC). Method. For several decades, aerial photography has been an effective tool for geodetic works, geophysical surveys and various types of monitoring. On the other hand, the use of not only digital imaging, but also laser scanning of objects allows to maximize the accuracy of obtaining the coordinates of points on the ground and eliminate such a process as plan-height binding in the field, which occupies more than 80 % of field work that is, much cheaper the process of creating cartographic materials. In addition, the use of laser scanners on board unmanned aerial vehicles helps to solve a number of scientific and applied problems in various fields, such as engineering research, environmental monitoring, landscape research and modeling, construction, architecture, archeology and more. Comprehensive study, research and monitoring of the environment involves the availability and use of highly efficient modern technologies, special software for data processing and analysis and qualified human resources. Aerial laser scanners are the latest high-precision technology for obtaining data about the object by noncontact method and have a multi-purpose purpose. I have been actively using them in the world since the early 2000s. They have a number of advantages over traditional aerial photography. Drugs are manufactured by the world's leading companies, they are available on the market and are in great demand among foreign specialists. Unfortunately, in Ukraine, airborne laser scanners are used in limited quantities to perform special tasks with the involvement of foreign experts. In this area we have a significant lag compared to other European countries. Therefore, the acquisition and application of such a software and technology complex and UAV will help solve and accelerate the solution of many important scientific and applied problems in Ukraine, as well as increase the potential, opportunities and prestige in domestic and world science and practice. Results. A mock-up model of installation and implementation of Velodyne VLP-16 on a DJI S1000 helicopter UAV has been developed. The authors analyzed the known systems and created the best option for connecting and connecting the elements, which made it possible to simplify the layout of the devices, which in turn made it possible to reduce the cost of the proposed complex. Scientific novelty and practical significance. For the first time in Ukraine, a method of installing a helicopter-type UAV was developed and proposed. With the help of an airborne laser scanning system installed on board an unmanned aerial vehicle of helicopter type it is possible to solve a number of important scientific and applied tasks, such as: monitoring the technical condition of large and hard-to-reach structures - nuclear, hydro and thermal power plants, power lines, etc. ; monitoring the condition of roads, detecting places of surface damage and other dangerous places in order to prevent car accidents; detection of damage to forests and agricultural lands;