ТЕХНОЛОГИИ БЕСПИЛОТНОЙ АЭРОФОТОСЪЁМКИ ДЛЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТРАСС

В настоящее время использование квадрокоптеров в геодезии постепенно становится повседневной практикой. Дроны используются для построения изображений, создания карт и пространственного анализа в таких областях как топографическая аэрофотосъемка местности [1].

Технология беспилотной аэрофотосъёмки широко применяется в геодезии, в частности при проектировании дорог, обеспечивая высокоточную цифровую модель местности. Согласно Чудинову С.А., использование аэрофотосъёмки с БПЛА в рамках инженерно-геодезических работ обеспечивает существенное повышение точности и скорости выполнения полевых процессов, особенно при совмещении с данными спутниковых геодезических измерений [2]. Эффективность съёмки зависит от планирования полёта: определяется зона, высота, скорость и угол наклона камеры (90° для ортофотопланов, 45° для 3D-моделей). В условиях сложного рельефа используется функция следования за поверхностью. Современные программы автоматизируют маршрут и параметры съёмки, повышая точность получаемых данных (таблица 1).

Таблица 1.

Сопоставление характеристик традиционных методов и БПЛА

Процесс выполнения беспилотной аэрофотосъёмки территорий и объектов любого типа – линейных, площадных, точечных – включает комплексный подготовительный этап, обеспечивающий корректность сбора данных вне зависимости от применяемого сенсора. На основе анализа рельефа, плотности застройки, характеристик растительности, наличия водных объектов и ограничений воздушного пространства выбираются параметры миссии: высота полёта (от 50-100 м для высокодетальной диагностики до 100-150 м для площадной съёмки), скорость БПЛА 3-8 м/с, пространственное разрешение в диапазоне 1,5-5 см/пикс для RGB-съёмки и до 10-20 см/пикс для тепловизионных или мультиспектральных камер. Для фотограмметрических задач обеспечивается перекрытие снимков 80-90 % продольное и 60-80 % поперечное, что важно как для моделирования протяжённых трасс, так и для трёхмерной реконструкции зданий, промобъектов, карьеров и природных ландшафтов. Координаты опорных точек координируются методом RTK/PPK с точностью 1-2 см, что позволяет корректно привязать данные для любых типов измерений.

Этап постобработки включает RTK/PPK-коррекцию траекторий, фотограмметрическую реконструкцию, обработку мультиспектральных и тепловизионных изображений в специализированных программных комплексах (Agisoft Metashape, Pix4D, DJI Terra, Terrasolid, ENVI). В результате формируются плотные облака точек с плотностью 150-600 точек/м² для оптической съёмки, цифровых моделей рельефа и поверхностей, ортофотопланов, тепловых карт и др. Для любых типов объектов достигается точность 2-3 см в плане и 3-6 см по высоте при RMS-ошибках 2-3 GSD для плановых и 3-5 GSD для высотных координат. Финальные данные интегрируются в геоинформационные системы и инженерные САПР (Civil 3D, CREDO) и ГИС (ArcGIS Pro, QGIS), что позволяет проводить мониторинг инфраструктуры, картографирование территорий, анализ состояния растительности, расчёт объёмов выемки и насыпи, диагностику зданий и сооружений, оценку экологических изменений и решение широкого круга научных и прикладных задач.

В последние годы геодезические изыскания претерпели значительные изменения благодаря внедрению БПЛА, так как традиционные методы, такие как использование электронных тахеометров и GPS-приёмников, обеспечивают высокую точность, но требуют значительных временных и трудовых ресурсов.

Одним из ключевых направлений является применение технологий спутниковой коррекции GNSS, интегрированных в бортовое оборудование БПЛА. Исследования, опубликованные в ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, демонстрируют, что использование RTK обеспечивает горизонтальную точность 1,5-3 см и вертикальную до 3-5 см, что сопоставимо с точностью классической наземной съёмки (Таблица 2). Технология PPK, согласно James et al. (2019) и Nesbit & Hugenholtz (2020), обладает большей устойчивостью к потерям спутникового сигнала и позволяет снизить систематические ошибки построения цифровых моделей рельефа на 25-40 %. Кроме того, в современных международных стандартах (ISPRS, ASPRS) рекомендовано применение от четырёх до восьми наземных контрольных точек (GCP) на площадь 1 км², что обеспечивает метрологическую корректность пространственных данных при трассировании протяжённых линейных объектов.

Таблица 2.

Современные международные критерии качества данных БПЛА

Применение БПЛА в транспортном строительстве позволяет значительно повысить точность и скорость сбора данных. Так, например, европейская компания STRABAG SE, специализирующаяся на строительстве транспортной инфраструктуры, успешно использует дроны для мониторинга и управления крупными инфраструктурными проектами, такими как строительство автомагистралей с 2015 года (Рисунок 1).

Рисунок 1. Процесс геодезического обеспечения проектирования автотрасс

Типичные технические параметры полётов для трассовых изысканий (на 2023-2024 годы):

- высота: 50–120 м;

- скорость: 3-8 м/с;

- GSD: 2-4 см;

- наклон камеры: 90° (орто), 45° (3D);

- перекрытие: 85/75 %;

- рабочий диапазон RTK/PPK: L1/L2/L5 (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou);

- формат облака точек: LAS/LAZ 1,4;

- допускаемая скорость ветра: ≤ 10–12 м/с.

Благодаря беспилотникам, с помощью которых осуществляет воздушное покрытие огромных территорий, где строятся автомагистрали, стало проще собирать данные и непосредственно интегрировать их в цифровые платформы компании. 3D-модели, созданные с использованием пространственных данных, имеют высокую плотность точек. Поэтому сотрудникам компании удается получать более качественные цифровые рабочие планы, чем те, которые создавались исключительно с помощью наземной съемки [3].

Применение беспилотных летательных аппаратов в геодезических изысканиях при проектировании автомобильных трасс повышает точность, скорость и экономичность работ. Дроны позволяют оперативно собирать данные о рельефе и инфраструктуре, создавая цифровые модели и топографические карты. Их использование снижает трудозатраты, облегчает доступ к труднодоступным зонам и обеспечивает высокую детализацию аэрофотоснимков. Примером успешного применения технологии является компания STRABAG SE, использующая дроны для мониторинга строительства автомагистралей.