БПЛА

БПЛА для всіх: переваги та недоліки

З появою легких БПЛА споживчого класу (<10 кг) розпочалася нова ера дрібномасштабного дистанційного зондування (БПЛА).

Опубліковано
02 липня 2024

БПЛА також відомі як повітряні роботи, дрони, дистанційно пілотовані авіаційні системи.  Спочатку була використана військовими, така технологія помітно поширилася у цивільному секторі у 2000-х роках, і завдяки своїй доступності та гнучкості все частіше використовується для численних комерцій (рекреації, кінематографії) і дослідницьких застосувань, включаючи фотограмметрію та дистанційне зондування.

За останні два роки низка готових датчиків, що встановлюються на БПЛА і створюють системи збору даних з повітря, забезпечили спостереження з високою просторово-часовою роздільною здатністю для застосування у широкому спектрі фотограмметрії і дистанційного зондування, як показано. Багато датчиків було мініатюризовано і/або адаптовано для встановлення на платформі БПЛА, починаючи від недорогих масових, аматорських і професійних, закінчуючи датчиками, спеціально розробленими для БПЛА.

Переваги та обмеження безпілотних літальних апаратів

Широке використання технології БПЛА можна пояснити низкою сприятливих факторів, таких як: збір даних у (майже) реальному часі, нижча операційна вартість, ніж вартість пілотованих повітряних зйомок, визначена користувачем часова і просторова роздільна здатність (наприклад, просторова роздільна здатність 5 см, висока інтенсивність збору даних і гнучкість, що базується на типі датчика на борту.

Переваги порівняно з наземними зйомками включають повторні зйомки з БПЛА:

  • над небезпечними територіями (льодовиками)
  • над конкретними цільовими територіями (поширення шкідників або лісові пожежі)
  • оптимальні сезони (лісова фенологія)

На відміну від супутникового дистанційного зондування, БПЛА також можуть бути особливо корисними для отримання даних часових рядів, не обмежених хмарністю. Крім того, спостереження за допомогою БПЛА можуть доповнити різномасштабний аналіз від наземних до повітряних і супутникових спостережень.

Однак, БПЛА мають певні обмеження:

  • відносно невелике покриття території порівняно з територіями, що спостерігаються за допомогою пілотованих літаків і супутників
  • збір даних не завжди відбувається одночасно зі збором даних з космічних датчиків – це, в свою чергу, може обмежити аналіз багатомасштабних моніторингових програм
  • експлуатаційні обмеження БПЛА при сильному вітрі та/або під час опадів
  • значні інвестиції в підготовку пілотів БПЛА
  • час, необхідний для власного виробництва спеціальних систем БПЛА
  • вимога рівнинної місцевості для посадки у випадку з фіксованим крилом БПЛА
  • обмеження корисного навантаження БПЛА через важкі типи датчиків та/або обмежений простір на корпусі літального апарату
  • витривалість польоту, складність зйомки великих територій пов’язана насамперед з витривалістю батареї

У 2019 році виготовили енергоефективний БПЛА з фіксованим крилом, який майже три години літав за межами прямої видимості над льодовиками у Гренландії. Для зльоту використовували банджі-катапульту, а для посадки – сітку з міркувань безпеки. При розробці БПЛА завжди є потенціал для створення надійного обладнання для конкретних потреб, але для цього, безумовно, потрібні кошти і досвід.

Фіксовані та маневровані БПЛА

Важливим аспектом при виборі БПЛА є те, який тип літального апарату є оптимальним для конкретного місця дослідження, з фіксованим чи обертальним крилом. На відміну від гвинтокрилих, БПЛА з фіксованим крилом мають перевагу в охопленні більших територій. Однак цільова територія повинна бути близькою до відносно рівнинної місцевості з відкритим простором, що дозволяє безпечно злітати і приземлятися.  І навпаки, гвинтокрилі менш вимогливі, оскільки вони маневрені, легко злітають і приземляються навіть у складних умовах, таких як круті порізані схили. Вони також можуть літати на менших висотах, але покривають менші площі. Ще однією перевагою гвинтокрилих БПЛА є їхня здатність зависати над обраною ціллю протягом заздалегідь визначеного часу, що дозволяє проводити численні вимірювання, наприклад для дослідження функції розподілу двонаправленого відбиття (BRDF). Досвід експлуатації БПЛА показав, що легше налаштувати захоплення зображення під нахилом за допомогою БПЛА з поворотним крилом, ніж за допомогою БПЛА з фіксованим крилом. Поворотні БПЛА також можуть запропонувати більш гнучке налаштування карданного підвісу порівняно з фіксованими БПЛА для розміщення важких датчиків, таких як LiDAR і SAR. Дослідження надають перевагу використанню гвинтокрилих БПЛА для розгортання всіх інших типів датчиків.

Непрофесійні БПЛА та БПЛА для геодезичної зйомки

БПЛА також класифікуються на звичайні та геодезичні за рівнем точності бортових датчиків положення, що є ще одним важливим аспектом при виборі БПЛА як системи збору даних.

Зокрема, у БПЛА споживчого класу бортовий приймач глобальних навігаційних супутникових систем (GNSS) зазвичай обмежений однією частотою і забезпечує точність позиціонування до 5м або вище. Зазвичай блок автопілота БПЛА містить невелику низькоякісну мікроелектромеханічну систему інерційних вимірювань (MEMS-IMU), що складається з трьохосьових акселерометрів, гіроскопів і магнітометрів, а також барометра.  Оскільки ці датчики невеликі за розміром, легкі і недорогі, вони схильні до похибок (дрейф гіроскопа і зсув акселерометра), які швидко накопичуються з часом.  БПЛА для зйомки складаються з високопродуктивних датчиків IMU або декількох датчиків MEMS-IMU, а також двочастотних GNSS і/або доповнених кінематичними приймачами GNSS у реальному часі (RTK)-GNSS.

Протягом останнього десятиліття платформи дистанційного зондування БПЛА стають все більш простими і швидкими в оперативному розгортанні.  Успіх БПЛА у застосуванні дистанційного зондування і картографування зумовлений не лише технологічним розвитком БПЛА (у тому числі систем позиціонування) і датчиків, але й значним прогресом у методах обробки даних, особливо у фотограмметрії SfM і комп’ютерному зоровому аналізі.

Хоча підхід SfM-MVS має низку переваг, він також має низку проблем зі збором і обробкою даних.  З огляду на постійний інтерес до зображень, отриманих за допомогою БПЛА, і SfM, а також постійний розвиток і дослідження якості, точності і достовірності результатів, цей метод має потенціал для розвитку, створюючи нові можливості і знання в усіх секторах (наука, промисловість і військова сфера), які зараз отримують вигоду від нього. Загалом, представлений короткий огляд дає користувачам, які не є експертами, фундаментальне розуміння переваг, а також викликів і помилок, які пов’язані з фотограмметрією SfM БПЛА.

 

 

Джерело: E. F. Berra, M. V. Peppa, “ADVANCES AND CHALLENGES OF UAV SFM MVS PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING: SHORT REVIEW”

Приєднуйтеся зараз до нашого Телеграм-каналу!
Не пропустіть жодної новини! Отримуйте ексклюзивні оновлення та аналітику прямо у свій Телеграм.
Слідкуйте за нами, щоб завжди бути в курсі останніх подій!
Ми використовуємо файли cookie для покращення вашого досвіду користування нашим сайтом, аналізу трафіку та персоналізації контенту. Продовжуючи користуватися нашим сайтом, ви погоджуєтеся на використання файлів cookie. Щоб дізнатися більше, ознайомтеся з нашими: Політикою конфіденційності та Умовами використання