Где использовать противоударный промышленный квадрокоптер ELIOS 2 для построения 3D моделей и фотограмметрии

Беспилотная фотограмметрия – альтернатива лазерному сканированию

Если Вы читаете это, то вы, вероятно, знакомы с беспилотной фотограмметрией и многочисленными случаями использования БПЛА для наружного картографирования. Это, конечно, менее распространено, если мы говорим о получении 3D моделей объектов изнутри. С недавним выпуском противоударного дрона Elios 2, который позволяет использовать в помещении и в недоступных местах, мы хотели изучить причины использования фотограмметрии для внутреннего 3D-моделирования. 

Есть, конечно, много причин, чтобы использовать фотограмметрию в помещении. Вот повторяющиеся темы, с которыми мы столкнулись во время общения с нашими клиентами об их управлении активами и геодезической деятельности.

– Nicolas Rey and Marc Gandillon

Elios 2 в действии – в тёмных недрах пещеры

Организация ваших данных

Учитывая полный рабочий процесс для визуального контроля на основе беспилотных летательных аппаратов, сбор данных является лишь первым шагом. На втором этапе данные должны быть проанализированы для извлечения полезной информации. С Elios 1 и Elios 2 пилот может записывать навигационные точки (POI) во время полёта и легко находить их в видеопотоке с помощью программного обеспечения Inspector от Flyability.

Тем не менее, пилот мог упустить из виду некоторые дефекты или объекты, и поэтому обычно внимательно просматривают видео после серии полетов. Кроме того, часто важно понять, где были получены данные, и локализовать POI на чертежах или моделях САПР. Как правило, это достигается путем повторного просмотра видео и построения ментальной карты актива (имейте в виду, что внутренние наборы данных не содержат геолокационной информации). Чтобы определить положение POI, иногда требуется подсчитать повторяющиеся элементы, такие как балки, сварные швы, пересечения или другие очевидные визуальные признаки. Этот метод работает, но является громоздким и не очень масштабируемым.

В некоторых ситуациях 3D моделирование может существенно упростить эту утомительную и трудоёмкую задачу. С 3D-моделью и траекторией беспилотного летательного аппарата гораздо проще ориентироваться в наборе данных, просматривать только соответствующие изображения и понимать местоположение POI. Риск ошибок, таких как запутанные повторяющиеся элементы, уменьшается, и общее понимание геометрии объекта становится более ясным.

Фотограмметрический снимок

Проведение измерений

Визуальная информация часто является отправной точкой для всех видов инспекции, но возможность сопоставлять ряд визуальных особенностей часто имеет решающее значение в процессе принятия решений. Сосредоточив усилия по сбору данных на небольшой части объекта, можно построить локальную 3D-модель с хорошей детализацией и точностью.

Например, противоударный беспилотник Elios 2 делает снимки с разрешением (GSD) до 0,18 мм/px (0,007 дюйма/px) при съёмке данных на расстоянии 30 см (11,8 дюйма). Это разрешение даёт большие возможности для создания очень точных 3D-моделей.

Очень важно включить в модель объекты с известными размерами. Это позволяет точно масштабировать модель даже без наземных контрольных точек. Затем можно измерить объекты или дефекты на исходных изображениях и визуализировать их в 3D-модели.

ПРОВЕРКА ФОРМЫ И СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ-ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ГОРНЫХ РАБОТ

Использование фотограмметрии в горнодобывающей отрасли очень специфично, но оно, безусловно, будет примером для других отраслей с аналогичными проблемами. Подземная добыча состоит главным образом в извлечении больших объемов руды из недр земли, чтобы затем извлечь различные минералы с помощью химических процессов переработки. Раскопки оставляют большие пустоты, называемые забоями или выработками. Эти забои являются чрезвычайно опасными районами, куда не допускаются люди.

После подрыва рудного тела руду извлекают со дна. Инженеры-геотехники отвечают за обеспечение устойчивости подземных выработок, таких как забои, галереи, шахты и подъемы. Для выполнения своих задач инженеры-геотехники должны понимать форму (3D модель) и состояние (визуальная информация) этих выработок. Фотограмметрия успешно сочетает реконструкцию 3D моделей с визуальной информацией и решает многие их задачи. 3D модели очистных забоев дают исчерпывающую информацию об этих районах, где риск обрушений камней размером с автомобиль достаточно высок.

Отслеживание изменений

Классический пример обследований – это, конечно, отслеживание того, какие изменения, и в частности дефекты, развиваются с течением времени. Это позволяет планировать профилактическое обслуживание и ремонт до того, как любой дефект станет реальной угрозой для эксплуатации.

Это то, что не обязательно требует полной оцифровки в случаях использования на открытом воздухе, так как GPS координат и информации об ориентации может быть достаточно, чтобы знать, где получено изображение. Для случая использования в помещении или, в более общем случае, в среде, в которой невозможно получение GPS координат, создание 3D-модели является единственным вариантом, поскольку у дрона нет информации о локализации во время полета.

Планирование технического обслуживания и изменения конструкций

Цифровые модели полезны не только для отслеживания изменения дефектов строительных сооружений с течением времени и принятия решения о том, когда пришло время их устранить. Они также полезны на этапе планирования обслуживания.

Цифровая 3D модель позволяет планировать, где поставить леса. При установке нового оборудования на производстве, выполняется анализ траектории перемещений, чтобы найти оптимальный маршрут. Для изменения проекта также необходимо иметь актуальную 3D-модель для проектирования и визуализации новых изменений.

Фотограмметрический снимок полученный при помощи Elios 2

Обучение и безопасность

Сложные и опасные объекты часто требуют обширной подготовки персонала на макете завода, прежде чем они смогут принять участие в операциях. Классический пример-атомная промышленность. Для планирования путей эвакуации в случае возникновения чрезвычайных ситуаций им необходимы современные поэтажные планы всех частей объекта. Здесь опять-таки цифровая модель показывает свою эффективность. В таком применении 3D модель часто используется с дополнительной информацией об объекте.

Где это работает? Что я могу отснять в 3D?

Давайте рассмотрим случаи, с которыми мы сталкиваемся при съемке набора данных для фотограмметрии в помещении.

ЗАКРЫТЫЕ ОБЪЕКТЫ: КАК НАСЧЕТ GPS, ОСЕЩЕНИЯ И ТРУДНОДОСТУПНЫХ ПРОСТРАНСТВ?

Во-первых, отсутствие GPS-сигнала означает, что изображения не могут быть геопривязанными – реконструкция опирается только на визуальное содержание изображения. Во-вторых, съемка часто ведется в полной темноте. Искусственное освещение необходимо, но чаще всего его нелегко установить в интересующей зоне. Поэтому мы полагаемся исключительно на бортовую систему освещения дрона. Последним важным отличием фотограмметрии на открытом воздухе является пространственное ограничение: в помещении пространства часто узкие и загроможденные. Это накладывает ограничение на возможные траектории съёмки.

Сконструированный специально для работы в таких местах, противоударный коптер Elios 2 может решить эти проблемы. Благодаря защитному каркасу и мощной встроенной системы освещения, он получает изображения высокого качества, которые подходят для фотограмметрии даже в самых темных условиях. Записывая видео 4K, он собирает достаточно данных, чтобы получить 3D-модели даже без GPS. Защитный каркас Elios 2 позволяет летать в самых загроможденных пространствах, не рискуя разбиться. Это имеет огромное значение, когда вы пытаетесь нанести на карту узкую область. С Elios 2 Вы можете сосредоточиться на данных, которые вы снимаете, не боясь столкнуться с объектами, даже во время движения назад или вбок.

КАКИЕ МЕСТА ЛЕГКО НАНЕСТИ НА КАРТУ? ГДЕ ЭТО СЛОЖНЕЕ?

Существует два ключевых аспекта, которые определяют сложность съемки: содержание изображения и траектория полёта.

Фотограмметрия работает в средах, имеющих достаточное количество визуальных признаков. Визуальным признаком является любая точка, которая достаточно отличается от окружающего пейзажа, чтобы быть распознанной алгоритмом фотограмметрии. Обратите внимание, что визуальные объекты зависят от масштаба. Некоторые поверхности кажутся однородными с заданного расстояния, но многие объекты становятся видимыми по мере приближения.

Геометрия объекта также является важным фактором для успеха 3D-моделирования. Довольно легко сканировать плоскую стену, но поиск подходящей траектории становится намного сложнее на объектах со сложной геометрией. Вот несколько моментов

Взгляд в будущее

С появлением новых технологий будущее обследований становится очень интересным! «Создание 3D-моделей - это первый шаг», – говорит Петер Кевесси, генеральный директор FLIND A SUEZ solution. Базирующийся в Барселоне, Петер и его команда обеспечивают промышленные и эксплуатационные инспекции с беспилотниками с акцентом на обследованиях ливневой канализации. «Самая большая ценность для моего клиента заключается в возможности создания 3D моделей существующих объектов, так как чертежи часто неточны или даже отсутствуют».

Но Петер мечтает еще дальше: «запуск алгоритмов классификации на базе искусственного интеллекта в 3D-моделях для идентификации, характеристики и локализации, в конечном счете, имеет огромное значение в отрасли, которую мы обслуживаем».

Это уже можно сделать? У Петера есть свое мнение: «когда программное обеспечение ГИС впервые появилось на рынке, это было, вероятно, на 10 лет раньше по сравнению со средствами, доступными для получения необходимых данных. Эта также верно для программного обеспечения для обследований. Вы можете отслеживать оборудование от больших трубопроводов до гаек и болтов. Однако технология, доступная сегодня, не позволяет автоматически передавать эту информацию в программное обеспечение. По крайней мере, не для съемок внутри объектов».

Видео: летает, снимает, создаёт 3D модели внутреннего пространства

Мы прислушиваемся к мнению наших клиентов для воплощения их идей в наших научных исследованиях и разработках. Мы работаем изо дня в день, чтобы воплотить мечты таких людей, как Петер. Чтобы сделать это, мы должны идти последовательно, и мы готовы учиться вместе с нашими клиентами и новаторами в этом мире. Если вы заинтересованы в фотограмметрии и хотите получать 3D модели внутри помещений, мы будем рады поддержать вас в вашем предприятии. Обратитесь к нам, и мы начнем обсуждение.