В данном материале автор будет рассматривать конкретный пример подготовки для аэрофотосьемки крупного площадного объекта.
Так как в наличии автора дрон Autel Evo II Pro, с встроенным геодезическим приемником Geobox Fora, то дальнейшие инструкции будут писаться в общем ключе, но по тексту будут те части, что имеют отношение конкретно к модели дрона Autel и ПО (Autel Explorer), что идет с ним.
Программное обеспечение Autel Explorer разделено на 2 части:
Camera - ручной полет, настройки фотокамеры
Mission - полет по миссиям, настройки высот, перекрытий и т.п.
Настройка камерыДля начала надо настроить камеру, на максимальный возможный размер кадра.
Автор не является экспертом в области фотографии, и дает общие рекомендации по тем параметрам, что можно и нужно изменять, остальные автор советует оставлять в неизменном виде. Например, по умолчанию автофокус выставлен на "автоматический". Так и оставляем.
Если пройтись кратко по настройкам фотокамеры, то есть три базовых параметра, которые сильно влияют на качество кадра: диафрагма, выдержка, ISO.
Показатель диафрагмы влияет на глубину резкости фотографий. В моем случае, для выполнения АФС диафрагма выставлена опытным путем на показатель F/5.6 для обычного светового дня.
Общий совет по выдержке - она должна быть не слишком короткая (снимки будут темные), но не стремится к величинам более 1/125 секунды. В ином случае придется снижать скорость полета, что бы снимки не были смазанными. К слову, рекомендация Pix4D по скорости - не более 29 км/ч.
Показатель ISO - 100 для достаточной освещенности, 200 для темного пасмурного дня. С ростом показателя ISO (например 400) в снимках будут шумы.
Вообще, общая рекомендация: в зависимости от камеры дрона, подобрать оптимальные настройки для освещенности и скорости полета при ISO 100-200. Меньше света - ниже скорость, повышать выдержку.
Для более глубокого погружения в тему настроек фотокамеры автор рекомендует, например, это видео
Настройка миссии полета
В случае объектов с небольшой площадью встроенного программного обеспечения Autel Explorer вполне достаточно.
Как и в случае с настройками фотографий на качество полученного материала влияют 3 базовых параметра: высота полета, продольное и боковое перекрытие. В случае, если необходима уточненная картина высоты объектов съемки(например домов), есть еще четвертый параметр - угол подвеса.
В разделе Mission выбирается периметр съемки, задается высота полета, скорость, продольное(front overlap) и боковое перекрытие (side overlap), направление полета. При изменении этих параметров строятся линии полета и прогнозируется примерное полное время выполнения миссии. При этом, что удобно, если у дрона закончился заряд батареи и он вернулся на точку взлета, после замены батареи можно возобновить миссию с последней линии полета, которая не была завершена.
Общие рекомендации настроек состоят в следующем: при ровном рельефе (поле), угол наклона подвеса (gimbal pitch) ставим в надир (90 градусов), а если стоит задача делать АСФ на застроенной территории, с получением высот контрастных по высоте объектов (зданий и прочее), угол наклона подвеса желательно ставить в 80%-75%. Продольное перекрытие (условно говоря, частота фотографий, что дрон делает, пока летит по одной линии) оставляем как есть, 80% - так как этот показатель не влияет на время полета, но позволяет получить избыточные данные, на случай сбоев, о которых речь пойдет ниже.
Не рекомендуем делать боковое перекрытие (те фотографии, что делаются на соседних линиях) менее 60%, хотя существует соблазн уменьшить этот показатель для того что бы время исполнения миссий было сокращено.
Общее правило для продольного и бокового перекрытия - оба показателя должны быть не менее 60% - в таком случае алгоритмы ПО отработают материал АФС корректно. Чем выше эти оба параметра - там более избыточные данные у вас будут, повысится точность матрицы высот, но пропорционально увеличится время обработки полученных данных. Рано или поздно будет Вами получен оптимальный баланс параметров, объема материала АФС и времени, затраченного на полевой и камеральный этапы.
Прочие настройки можно оставить как есть, например одна из важных настроек - если дрон будет терять связь с пультом, он продолжит миссию, а не будет прерывать миссию и возвращаться на базу.
Теперь переходим к планированию объемных миссий. В случае дронов других производителей (DJI и т.п.) существует масса программ, которые позволяют планировать полетные задания, разбивать на миссии и т.п. Также существует мощная платная программа UGCS которая поддерживает в том числе и дроны Autel, но работает в канве: серверная часть на Windows (ноутбук) и клиентская часть на телефоне.
Однако одной из целей написания этого руководства было предложить варианты бесплатного общедоступного программного обеспечения, что и будет сделано в следующем разделе.
Крупные площадные объекты
Плохая новость - ПО Autel Explorer безобразно работает с большими площадями, особенно, если в процессе миссии что-то пошло не так (потеря сигнала, сбой GPS). В обычных случаях приходится в поле, руками переделывать периметры площадей, настраивать на съемку тех частей, в процессе которых произошел сбой.
Хорошая новость - ПО Autel Explorer позволяет импортировать полетные задания и периметры съемочных площадей в формате KML.
Так, на этой карте указана большая площадь АФС и отдельные площади, входящие в общий массив, которые представляют собой площади миссий будущих миссий.
Например, ничего не мешает нарисовать в AutoCAD общий периметр, разбить его на части, экспортировать полилинию в список координат в МСК, произвести пересчет координат тут и потом полученные данные сохранить в виде такого файла с расширением KML (где заменить на свои данные раздел name и coordinates.
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<kml xmlns="http://www.opengis.net/kml/2.2">
<Placemark> <name>ryazan5.2</name>
<Polygon>
<extrude>1</extrude>
<outerBoundaryIs>
<LinearRing>
<coordinates>
40.051607,54.422635
40.051969,54.424174
40.05805,54.426525
40.057768,54.427273
40.060233,54.427905
40.062796,54.424695
40.059434,54.423676
40.058384,54.424881
40.054291,54.423469
40.053762,54.422313
</coordinates> </LinearRing>
</outerBoundaryIs>
</Polygon>
</Placemark> </kml>
За рамки данной статьи выходит подготовка тех же файлов KML в бесплатном ПО Google Earth Pro или Mission Planner.
Далее, любым удобным способом оправляем файл на телефон с Autel Explorer, и в разделе Misssion нажимаем вот эту кнопку и импортируем периметр (назовем его миссией), который необходимо снять.
Рассмотрим случай, большая площадь, короткий световой день, 4 запасных батареи и зарядка в машине. Настройки: высота полета 100 метров, скорость 25 км/ч и перекрытия 70%(в)/65% (г).
Советы:
1) Предварительно на спутниковых картах можно определить те точки старта, куда вы гарантированно доедете на машине, разложитесь и запустите дрон. Берите это точки как базовые точки старта (Home point), от которых и будут идти ваши миссии.
2) Большие площади разбивать на части день полета и миссии продолжительностью примерно на 2-4 батареи (30-35 минут), с учетом того места, откуда будете запускать дрон. Место запуска надо стараться выбирать так, что бы между вами и дроном не было препятствий, например леса. Это сократит расстояние связи пульта и дрона, частично решить эту проблему можно, если поднять высоту полета дрона.
3) Разбивайте большие или протяженные площади на такой размер участков, которые не превышают отдаление дрона от точки взлета более 1 км или на то расстояние, на котором дрон не будет виден (в обычный пасмурный день дрон видно за 400 метров, не более) Часть батареи будет тратиться на полет на точку старта и возврат домой. Кроме того, есть еще ограничение в расстоянии на котором возможен визуальный контроль дрона (рисковые парни отправляют дрон Autel на канале связи WiMAX за 1,5 км от точки старта в горизонтальной плоскости, не делай так!) и расстояние на котором возможна потеря связи пульта с дроном (ранее мы настроили дрон продолжать миссию при потере связи, не рискуй так!).
Итак, у нас готовы миссии, представляющие собой дни и участки работ, теперь переходим к планированию и оборудованию.
Планирование
На больших или протяженных площадях вы будете постоянно перемещаться по точкам взлета и неважно, произойдет это в один день или будет растянуто на несколько дней.
Поэтому совет: определитесь, где у вас будет стоять Ваша базовая GNSS станция (при условии ее наличия, но об этом ниже). Крайне желательно ее всегда ставить на одно и тоже место, с одной и той же высотой вешки, например 2 метра (при использовании бипода/трипода). Если Вы снимаете поле, то выбирать место установки желательно там, где а) базовую станцию не потревожат любопытные; б) Вы сможете каждый день приезжать, устанавливать базу на это одно место и в конце дня приезжать и снимать. Использование одной точки стояния базовой станции на протяжении всего времени сократит возможные допущенные ошибки.
Если же у вас предусмотрено несколько мест установки и/или Вы боитесь терять из вида базу, то тогда надо сразу спланировать все места взлета дрона и все места установки базовой станции, забить на местах установки базы арматуру и создать примитивную опорную геодезическую сеть по этим точкам, или, как минимум, снять все эти точки ровером в один день. Все места установки базы надо пометить арматурой и желательно еще и предусмотреть место установки, где она у вас будет еще и опознаком (так, что бы она входила в площадь АФС).
NB В постобработке PPK базу удобно рассчитывать с высотой 0, не учитывая поправку на фазовый центр и высоту вешки, на которой она будет стоять. Например, берем вешку 2 метра, устанавливаем в контроллере высоту 0, забиваем арматуру на точку, снимаем эту точку контроллером. Теперь на это место будем устанавливать базу при полетах, а потом в офисе при постобработке PPK будем вносить координаты ранее снятой точки.
Если объект большой и протяженный, автор советует сначала один день посвятить разведке мест подъезда на машине, созданию сети точек установки баз, раскладке опознаков.
Опознаки: самый простой, дешевый и эффективный способ - покрашенные яркой краской пластиковые тарелки, посаженные на 10-20 см гвозди. Можно часть опознаков раскладывать в один день со съемкой, можно разложить все опознаки в один день разведки с созданием сети для базовых станций. На ту арматуру, которой отмечаем будущие места установки баз, тоже нанизываем крашенные тарелки, при условии, что это место попадает в площадь АФС.
Опознак на земле
Опознак с высоты 100 метров
Если Вы делаете съемку зимой и решили заложить все опознаки сразу - Вам придется использовать более крупные опознаки (например пластиковые потолочные панели 0,5х0,5м) и/или потом, на следующий день, искать по координатам нужные опознаки и очищать их от снега, который может выпасть в ночь. В любое другое время, кроме зимы, используйте крашенные тарелки. Однако, следует учитывать высоту полета, и при высотах выше 150-200 метров придется использовать более крупные опознаки.
Хорошее правило - один-два крупных опознака и 2-10 малых опознаков на одну полетную миссию в 20-50 га. В этом случае больше - не значит хуже. Съемку всех точек баз и опознаков крайне желательно проводить от одной базовой станции RTK, в одном проекте на контроллере, не стесняясь сохранять в одном проекте разные дни.
Например, автор использует в качестве взлетной площадки большой опознак, и сохраняет его в натуре (гвоздем) и в контроллере координаты его центра. Но поскольку растяжка опознака занимает время, скорее всего автор перейдет к крашенному листу влагостойкой фанеры 0,6х0,6 с отверстием в центре, через который будет отмечать точку на земле.
Типичная площадка взлета, большой опознак 1х1 м
NB Сохранение координат установки баз и опознаков лучше всего делать как в системе WGS-84, так и в местной системе координат. Дело в том, что используемые программы для постобработки PPK оперируют данными WGS-84, а если и переводят координаты в МСК-ХХ, то с помощью библиотеки PROJ4 и параметрами пересчета с сайта mapbasic.ru. Проблема в том, что в этих параметрах, как правило, нет поправки на локализацию относительно ГГС, следовательно нередки смещения на 4-15 метров. Эту проблему автор решает уже при получении конечного материала, пересчитывая облако точек в QGIS.
Если не сохраняли в WGS-84, ничего страшного, скорее всего у вас в ПО контроллера сохраняются сырые дынные. Так, например, в ПО SurPad в разделе Проект - экспорт файла можно произвести экспорт файла CSV, где будут данные, в частности, каждая точка съемки записана как в WGS-84, так и в той системе, которую вы выбрали в настройках проекта.
Пример сырых данных SurPad
Оборудование
Необходимый минимум: дрон с геодезическим приемником (апгрейдом); GNSS приемник, как ровер для расстановки опознаков и выполняющий в последующем фунцию базовой станции; покрашенные пластиковые тарелки; арматура 0,5-1 м; гвозди.
И вот тут можно обойтись без базовой станции. Автор в 2014 и 2016 году раскидывал по просьбе компании Geoscan по полям тарелки, снимал их центра, а потом давал координаты опознаков и RINEX данные со своей базовой станции с периодом съемки 1 сек, за определенный день. Если получалось так у Geoscan, то что мешает сделать так же Вам? Если объект съемки в зоне действия сети чужих базовых станций и возможно заказать RINEX с периодом записи не более 1 секунды, возможно получить точные центра АФС в постобработке и таким образом. Попросите у местных геодезистов или выполните сами расстановку опознаков и съемку координат опознаков.
Если войти совсем в бюджетное решение, то можно обойтись и обычным дроном, но тогда придется кратно повысить плотность расстановки опознаков.
Во второй части (Постобработка PPK) мы рассмотрим обработку сырых данных с разными методами и разными базовыми станциями.
Но выйдем из части бюджетных решений. Итак, дано: дрон с геодезическим приемником (апгрейдом); GNSS приемник.
Самое большое количество геодезических апгрейдов дронов сделано, на момент написания этого материала, на базе U-Blox ZED-F9P. Это двухчасточный мультисистемный чип с настроенным периодом записи данных в 10 Гц. Следовательно и к базовой станции предъявляются такие же требования: двухчастотная, мультисистемная, минимальный период записи - 10 Гц. Безусловно можно использовать запись на на своей старой базовой станции в системах GPS + GLO и с периодом записи 1 Гц. Но тут действует такое же правило: больше данных - лучше решение. Даже при выполнении всех вышеперечисленных условий автор не был застрахован от решения Float на протяжении всего полета.
NB При установке базовой станции настройте ее на запись статики в режиме все системы (GPS+GLO+BDS+GAL) и периодом съемки 10 Гц. На дроне запись геодезическим приемником должна проводится с такими же параметрами.
Последовательность действий на точке взлета, при условии что опознаки уже расставлены:
1) Установить базовую станцию на снятую и отмеченную арматурой точку, настроить и запустить запись статики в режиме все системы (GPS+GLO+BDS+GAL) и периодом съемки 10 Гц;
2) Развернуть площадку взлета, подготовить дрон. Рядом с площадкой в диаметре 5 метров нежелательны деревья, препятствия на всю высоту взлета. Рядом с точкой взлета (от 1 метра) не должно быть металлических предметов;
3) Проверить настройки миссии в Autel Explorer.
4) Включить дрон, проверить что связь с дроном установилась и дрон готов к полету. Тут автор привык примерно еще одну-две минуты все проверять, пока дрон включен. Этого времени будет достаточно что бы дрон своим приемником нашел все спутники, что бы геодезический приемник на дроне тоже нашел все спутники и "установил" свое положение, плюс, как будто, он проводит решение FIX с базой (так называемый период сходимости, хотя конечно это не так, все потом будет на компьютере при постобработке PPK). Условно представьте, что вам нужна примерно такая же пауза в 1-2 минуты, как на вашем полевом геодезическом приемнике с момента запуска до FIX от базовой станции.
5) Нажимаем на кнопку взлета, на экране проявляется предполетный Self-Check дрона. Миссия загружается в дрон, раскручиваются пропеллеры и дрон пошел на взлет.
6) Дрон улетел на точку старта, выполнил разворот, опустил подвес, начался полет по миссии. Если миссия большая, то в зависимости от расстояния до точки взлета и остатка батареи дрон прервет миссию и вернется на точку взлета. В это время можно смотреть фотографии что он делает в текущий момент, можно переключаться на карту и смотреть примерный объем, который выполнен от миссии.
7) Дрон вернулся на точку взлета и или выполнил аккуратную посадку или попросил себя скорректировать. После посадки выключаем дрон, меняем батарею.
8) Если миссия не была завершена до конца, то в момент следующего включения Autel Exprorer покажет уведомление, что миссия не закончена и попросит выбрать, начать заново или продолжить миссию. Если выбираем продолжить миссию, то приложение скачивает с дрона выполненную часть миссии, потом обновляет полетное задание (примерно минуту-две), и после нашего разрешения дрон опять взлетает и летит на начало(!) той линии полета, что он не закончил и начинает эту линию заново, после чего продолжение полетной миссии идет по обычному сценарию.
После окончания миссии заходим в раздел Mission и импортируем наше следующее задание, по необходимости переезжаем на новую точку старта.
NB Для больших миссий нужно больше батарей и больше зарядок. Автор только при наличии пяти батарей и двух зарядок смог выйти на беспрерывный цикл (зарядка-взлет-зарядка). Одна батарея Autel заряжается примерно 60-70 минут. Один полет с подготовкой взлета и посадкой длится 30-40 минут. Кажется, что можно, имея 4 батареи и 1 зарядку, организовать беспрерывный цикл, но вмешиваются разные факторы, такие как задержка, неполных разряд батареи на окончании миссии и прочее, что вносит в предполагаемый ритм простои.
Полевой контроль
Что можно сделать в поле, если у вас вынужденный простой на зарядку или пошел дождь/снег? Быстро проверить снимки и качество полетных данных GNSS с помощью ноутбука.
Вот архив, его желательно распаковать в папку windows (содержит утилиты sed, extiftool, скрипты для sed). Предварительно устанавливаем QGIS (желательно добавить надстройку QuickMapServices) и RTKLIB.
1) Имея под руками CardReader скачиваем сырые данные с карточки MicroSD лог GNSS и фотографии с дрона. Удобно отсортировать данные: один полет - одна папка с фото. Я, например разбрасываю так:
папка d1_p1 - в ней фотографии с дрона, день первый, полет первый.
1) Определяем центра фотографий.
Например, фотографии в папке C:\Copter\day1\d1_p1\
пуск - выполнить - cmd
появиться командная строка
в ней набрать
cd C:\Copter\day1
потом набрать
to_csv.bat d1_p1
Содержимое файла bat
exiftool.exe -csv -r %1 -c "%%+.7f" -GPSLatitude -GPSLongitude -GPSAltitude >%1.csv
sed -i -f %WINDIR%\exif2excel.script %1.csv
Первая команда выгружает в файл csv списком папку,имяфайла, координаты из данных фотографии.
Вторая команда файл csv почистит и подготовит содержимое для команды Копировать-вставить в Excel
Вот что вышло в итоге:
Вот содержимое файла после работы скрипта to_csv.bat - это данные из фотографий, высоты округленные до 0,1 метра, координаты 6 знаков после запятой
Открываем QGIS, создаем новый проект, в меню находим Слой - Добавить слой - Добавить слой из текста с разделителями.
Указываем файл, настраиваем как на картинке, жмем Добавить, по необходимости нажмем на слое карты "Увеличить до слоя":
Вот результат по выполненным фотографиям (видно сбой в перекрытии на одной линии):
2) С сырыми данными с геодезического приёмника дрона в формате UBX поступаем следующим образом: конвертируем в OBS или RINEX файл с помощью утилиты RTKCONV из пакета RTKLIB (как вариант, в EmlidStudio раздел Convert to RINEX), потом открываем получившийся файл наблюдений GNSS в утилите RTKPLOT из набора RTKLIB (меню - Open Obs Data).
Если у вас ноутбук с графической картой, то пакет фотографий за день или миссию можно быстро обработать в программе Pix4DReact. Данная программа позволяет быстро, примерно за полчаса, но с низкой точностью, произвести склейку ортофотоплана. К слову, программа бесплатно регистрируется на год, при наличии дрона из серии Autel EVO II Pro (Bundle).
Пример импорта папки с фотографиями в программе PIX4DReact
Пример полученного ортофотоплана в программе PIX4DReact
