Фотограмметрическая рекогнисцировка пещерных входов

Ответить
Аватара пользователя
ngry
Сообщения: 206
Зарегистрирован: Ср дек 09, 2015 5:12 pm
Откуда: Kyiv, Vilnius (s.k. Aenigma)
Контактная информация:

Фотограмметрическая рекогнисцировка пещерных входов

Сообщение ngry » Ср мар 29, 2023 11:56 am

В современном мире потребительские дроны могут служить не только на войне, но и для спелеологических целей.

10 лет экспедиций в Лаос дали нам много прекрасных открытий, десятки километров первопроходов, десятки километров топосъемок и прочих радостей спелеологии.

Понятно, что этого всего не произошло бы, если бы мы не умели искать пещеры. Перед выбором районов ознакомились с отчетами других спелеологов, чтоб не искать там, где уже нашли они. Пользовались классическими методами “вслед за каплей воды”, “спросить у местного”, инновационными локализованными методами “на звук дискотеки”, слышимой из пещеры мы находили новые “выходы”, на звуки обезьян по утрам, которые ночуют на входах больших пещер, рассматривали космоснимки, ориентируясь на цвета отвала породы, на локально растущие деревья, закупали детальные карты и улавливали тонкие пещерные материи медитируя на изолинии, или просто лезли в гору, зачастую весьма непростую для хождения в пляжных шлёпанцах, в надежде найти дыру. Даже делая первопроход с топосъемкой мы брали с собой GPS навигатор - чтобы в случае нахождения нового “выхода” засечь (усреднить) его GPS координаты.
Изображение

После 10 лет наши возможности в разведке стали немного проседать, количество новых пещер найденных старыми проверенными методами трагически уменьшалось, поэтому на помощь нам пришла разведка с дрона, в совокупности с фотограмметрической обработкой.

Целью и результатом удачного поиска пещеры для нас являются GPS координаты входа в пещеру. Так как именно наличие GPS координат позволяет эффективно проводить дальнейшие исследования: планировать маршрут по которому будет достигнут вход в пещеру, сравнение положения входа с другими известными нам объектами, привязка топосъемки и т.п.

Повторить наши разведочные успехи в “своём” спелеорайоне может каждый, у кого в наличии есть дрон, умеющий снимать фотографии и записывающий GPS координаты снятых изображений в метаданные этих изображений либо в отдельный файл телеметрии. Мы используем DJI Mavic 2 Pro.

Изображение

Процесс можно разделить на 2 основные части: 1) полет со сбором данных, 2) камеральная обработка.

Полет
Целью полета является сбор данных - фотографий интересующих нас пещерных объектов. Можно снимать и видео, но у фотографий преимущество, так как фотографии имеют больше мегапикселей, чем видео.

Для организации полета нужно учитывать следующие факторы: дрон все время полета должен иметь прямую, не перекрытую скалами видимость пульта управления, предполагаемые пещеры должны быть не дальше 1.5 км от точки стояния оператора, не выше 500 метров.

Во время полета визуально осматриваем скалу на предмет наличия “пещерных признаков”, если нам кажется, что нашли похожий на пещеру объект - подлетаем ближе и делаем от 3 до 20 фотографий интересующего объекта, обязательно из разных пространственных положений дрона.

Также необходимо чтоб “соседние” фотографии имели значительное перекрытие по площади кадра в пределах 50-75%.

После накопления данных о интересующих объектах, можно возвращаться к “точке приземления” и начинать обрабатывать данные.

Если совершается несколько разведывательных полетов, полезно иметь столько SD карточек, сколько планируется совершить полетов. Обычно количество карточек может быть равным количеству аккумуляторов дрона. Это необходимо для аварийной ситуации - потере дрона, тогда если вы в промежутке между полетами меняете карты памяти - то часть данных у вас все равно останется.

Камеральная обработка
Целью камеральной фотограмметрической обработки является вычисление GPS координаты объекта находящегося на входе в пещеру, для дальнейшей отправки группы первопроходчиков к новонайденной пещере.

Скачиваем данные с SD карточек, и добавляем в фотограмметрическую программу. Мы используем PixPro (https://www.pix-pro.com/) , так как я являюсь одним из ее основных разработчиков :)

Для достижения цели - вычисления координаты в программе достаточно совершить лишь начальный этап обработки: “построение разреженного облака точек”. Для чего годится любой более-менее современный ноутбук, заряда аккумулятора которого хватит на десяток таких “обработок”, поэтому можно все организовывать прямо в палатке.
Изображение
на снимке экрана синими пирамидками показано положение камеры дрона в пространстве относительно стены - разреженного облака точек.

Затем нужно создать новый объект “точка”, используя его “проекции” на фотографиях. Я обычно использую какой-то видимый на всех фотографиях камень, сталактит, трещину, ветку и т.п.
Изображение
Изображение

Программа автоматически вычисляет координаты созданного объекта, осталось эти координаты экспортировать в файлик, который положить затем в телефон/GPS и организовывать поход к новой пещере.
Изображение

Конечно, дронная фотограмметрия имеет много других применений к спелеологии - например, в случае полной камеральной обработки вы можете сгенерировать полноценные 3-х мерные модели поверхности вокруг ваших пещер как я сделал тут https://sketchfab.com/Mykyta.Kozlov можете создавать свои карты, модели поверхности, изолинии.

Но, это элементарное применение одного лишь первого этапа фотограмметрической обработки революционно изменило наши спелеологические разведочные возможности в Лаосе, надеюсь это будет полезным и другим.

Существуют и другие, даже бесплатные, программы-аналоги, в которых можно делать такую обработку, я тут как кулик, который хвалит своё болото :)

Способ этот весьма дорогой, не только потому, что можно потерять дрон, но и потому что нужно заряжать аккумуляторы, для этого нужно вернуться в населенный пункт к розетке, на ночлег, поэтому если у вас экспедиция без генератора - время разведки растягивается :)

Точность получаемых координат

Координаты объектов, получаемых в такой способ имеют такую же абсолютную точность относительно нашей планетки, как и координаты, которые записал дрон в фотографии. Для моего случая - точность в плане - 1 метр, по высоте 2-2.5 метра, что вполне достаточно для спелеологических применений.

Стоит также упомянуть, что высота получаемой точки обычно для потребительских дронов вычисляется относительно WGS84 эллипсоида, поэтому, может не совпадать с высотой объектов на карте. Так как карты обычно имеют свой высотный датум.

Чтоб посчитать разницу между высотой в WGS84 и вашей картой - достаточно сделать фотографию дроном когда он находится на земле, таким образом, локализировав точку взлета на карте можно узнать высоту этой точки по данным карты, так и высоту из метаданных изображения. Зная разницу между высотами по карте и в WGS84 - можно легко переводить высоты из одной системы в другую.

Аватара пользователя
KBS
Site Admin
Сообщения: 4282
Зарегистрирован: Сб июл 01, 2006 1:07 am
Контактная информация:

Re: Фотограмметрическая рекогнисцировка пещерных входов

Сообщение KBS » Пн май 01, 2023 5:35 am

"Способ этот весьма дорогой" - еще и потому, что сначала надо купить дрон и научиться стабильно летать в непростой обстановке.

DJI Mavic 2 Pro в Израиле сейчас стоит 7000 шекелей (около 2000 долларов) - многие столько в месяц не зарабатывают.

Изображение

И начинать надо с более дешевых моделей, потому что без потерь не обойдется.
Летать, вести съемку, дешифрировать.
Большой курс самообучения, однако.

Вторая сложность - запрет на использование дронов во многих местностях в связи с разными проблемами, в том числе и режимного свойства, тем более - перманентной войны.

Но да - за дронами будущее.

А как таможня смотрит на перевозку дронов?
Борисыч

Аватара пользователя
ngry
Сообщения: 206
Зарегистрирован: Ср дек 09, 2015 5:12 pm
Откуда: Kyiv, Vilnius (s.k. Aenigma)
Контактная информация:

Re: Фотограмметрическая рекогнисцировка пещерных входов

Сообщение ngry » Пн май 01, 2023 9:32 am

> А как таможня смотрит на перевозку дронов?

Пока что не приставали, едиственно в Хельсинки на пересадке поинтересовались ёмкостью аккумуляторов, в самолетах обычно возбуждаются на литиевые аккумуляторы в багаже, поэтому дрон перевозим в ручной клади - по правилам. Тут огромную помощь оказывает компактность складной модели дрона.

Если по-честному, то наверно надо смотреть отдельно для каждой страны какие правила провоза и использования дронов, получать "права" на управление дроном, в Литве - для дронов от 250 грамм веса - нужны "права", но их получение - формальность - нужно cдать интернет-экзамен, ответив на несколько несложных вопросов.

В Украине, например, на время войны использование дронов гражданскими запрещено.

Мне кажется, что в горах, где обычно находятся пещеры, в мирное время спелеологи с дронами никому из контролирующих органов не интересны, то в нашем использовании можно менее волноваться о соответствии правилам.

Насчет цены: исключительно для спелеологиии дрон это дороговато, но зачастую люди покупая дрон задумываются о том,
как будут зарабатывать с его помощью. Некоторые снимают свадьбы, некоторые ударяются в фотограмметрию,
измерение земельных участков, домов. В Литве например, сейчас популярно устанавливать на частные дома солнечные батареи. Для того чтоб спроектировать установку солнечных батарей оптимальным образом на крышу - используется дрон для фотограмметрического сканирования крыши, и затем по цифровой модели с фотографий дрона выполняется проектирование и установка. Купить дрон и программу для обработки выходит дешевле чем заказать услугу измерения у геодезистов, особенно если делать из таких замеров бизнес.

Насчет модели - 2-й мавик это уже "старье", но картинка с него в сочетании с временем полета, управляемостью - до сих пор на уровне. Сейчас бы я смотрел в сторону более новых моделей, типа мавик 3 "классический" или аутел 3-й генерации.

Более дешевые дроны с точки зрения качества фотографий - так себе, а качество фотографий для фотограмметрии имеет основное значение. Конечно, убить дорогую вещь по неопытности жалко, но можно во время обучения "наглеть" не сразу, и начинать с простых вертикальных подъемов и спусков с "осмотром вокруг", постепенно "смелея" и летая по сторонам все дальше. Чем дороже дрон - тем он умнее, напичканнее сенсорами и "дуракозащищиннее". Есть также программки для телефонов-планшетов которые позволяют задать дрону план полета с "фотограмметрическим сканированием", то роль оператора теперь как у чукчи из анекдота - накормить белку и стрелку, и ничего не трогать. Но я все ещё летаю вручную, так как знаю тех писателей дроно-планировщиков, и как они этот код пишут :)

В данный момент расстраивает только то, что цена на дроны оснащенные тепловыми камерами слишком негуманная для некоммерческого использования, а тепловизор сильно бы проявил себя на поиске пещер, например отметать "кандидаты в пещеры" без теплового градиента на входе. Но вроде, есть модели аутел с более-менее гуманной ценой за тепловизионную камеру.

Аватара пользователя
KBS
Site Admin
Сообщения: 4282
Зарегистрирован: Сб июл 01, 2006 1:07 am
Контактная информация:

Re: Фотограмметрическая рекогнисцировка пещерных входов

Сообщение KBS » Вт май 02, 2023 5:44 am

На окупаемость дрона за счет "бизнеса" я смотрю более чем скептически.
Почему-то профессиональные геодезисты по пещерам не слоняются (за исключением, Грачева).

Обычно как-то или - или.
Или зарабатываешь - или тратишь, занимаясь пещерами :D

"Садиться" дронами можно на конкретный район, где конкретно долго и продолжительно работаешь - типа как вы в Лаосе или мы в Израиле.
На разовые вылазки это не окупается по любому. Разве что в качестве развлечений "мажоров".
Тут или надо иметь свой бизнес с наемным персоналом, или работать в хай-теке айтишником в правильной стране, чтобы иметь достаточно средств.

Получать права на управление дроном в каждой стране - это перебор, и опять же резонно, только если проект многолетний.

Ну и таможня... Это всегда большая лотерея.
У нас есть печальный опыт с перевозкой сигвеев - те же литиевые аккумы. Вплоть до конфискации.
Так что имейте ввиду.
Борисыч

Аватара пользователя
ngry
Сообщения: 206
Зарегистрирован: Ср дек 09, 2015 5:12 pm
Откуда: Kyiv, Vilnius (s.k. Aenigma)
Контактная информация:

Re: Фотограмметрическая рекогнисцировка пещерных входов

Сообщение ngry » Ср июл 19, 2023 9:31 am

Моя работка решила адаптировать статейку из первого поста под стандарты корпоративного блога: https://www.pix-pro.com/blog/post/spele ... ogrammetry

Ответить

Вернуться в «Снаряжение не вертикального назначения и жизнеобеспечение»