无人机系统越来越多地被用于建筑行业

2020-05-22 14:50发布

使用无人驾驶航空系统(UAS)--安装在无人飞行器(UAV或“无人驾驶飞机”)上的照相机和激光雷达传感器(Lidar传感器)来获取用于测绘目的的地理数据,已经从婴儿时期发展到现在正在迅速成熟。在可预见的将来,UAS映射将如何发展?为了设想UAS技术的确切发展方向,在检查细节之前,最好先从大图开始。


那么,目前无人驾驶航空系统的总体情况是什么呢?他们是如何融入当今社会的?首先,我们的星球面临着气候变化。最具威胁性的影响是海平面上升和长时间的暴雨,使山谷、河流、低地和三角洲面临更大的洪水风险。每年,世界人口的增长超过澳大利亚和加拿大居民总数的总和。不到250年前,只有10亿人生活在这个星球上。今天,这一数字已达到近80亿。这意味着人口年增长率超过1%,人口每70年翻一番-对许多人来说不到一生。当你抱怨城市人满为患时,请记住这一点!工业革命使世界机器得以耕种、播种和收割--这使农民摆脱了农场的劳作,但也使小农场变成了工业经营,标志着19年间田园诗般的田园景象的结束。TH-世纪画。自那时以来,这些农民的后裔继续四处寻找工作,为城市群的迅速增长作出了贡献。由此产生的和正在进行的社会发展不断增加了对高度详细、准确和及时的空间数据的需求。这种不断演变的景观构成了研究UAS地图现在走向的背景。


无人机系统越来越多地被用于室内环境和地下建筑。(Courtesy: Hovering Solutions Ltd)


说服技巧

主要的空间数据采集技术是基于成像设备(摄影测量)和Lidar传感器(激光扫描)。计算机视觉研究界近40年来的研究成果,极大地支持了从数据中提取有意义信息的处理软件。主要半成品是点云.照相机和激光雷达传感器可以安装在各种各样的平台或载体上,包括车辆和飞机。在室外运行的平台,如载人飞机和汽车,通常配备全球导航卫星系统和惯性导航系统,以准确确定传感器的六个外部方位参数(空间传感器的三维位置和方位)。为了提高地理参考系统的可靠性,经常使用额外的传感器,如车轮计数器和罗盘。地面控制点的使用进一步提高了数据的几何精度。由于同步定位和映射(SLAM)算法,室内地图已经成为可能使用手推车,背包或手持解决方案。具体平台的决定取决于应用情况、调查区域的大小、对人类活动的干扰程度(例如干扰列车时刻表)、所需的准确性和详细程度、成本、测量公司可用的仪器以及这些公司向潜在客户通报其解决方案的好处的能力。


小型化

社会发展的另一面是技术进步。无人机测绘发展的主要趋势可以概括为组件的小型化。适合捕捉高质量数据的相机和激光雷达传感器正在变得越来越小和更轻,得到了先进处理软件的支持,这些软件便于使用校准的公制相机和重型激光雷达传感器来解决精确问题。今天基于全球导航卫星系统和惯导系统的定位和定位系统(POS)可以握在手心。转子、电动发动机和电池的小型化,再加上碳纤维框架,使得轻型UASs的建造在不影响空气稳定性的情况下得以实现。在这种系统上,相机和激光雷达(传感器)可以同时安装,以便同时捕获图像和激光雷达点云。同时捕获激光雷达点云和摄影测量图像已被证明是有益的三维测绘的建设地区。


由于正在进行的小型化,直升机能够同时携带照相机和激光雷达传感器。


热点

正如发表在GIM国际近年来,无人机系统已经证明它适合于许多三维测绘应用,包括考古遗址、工业综合体、发电站、露天矿山和建筑工地。使用UAS捕捉此类网站将继续蓬勃发展。特别是,无人机摄影测量经常用于测绘、检查和监测这些地点。这些项目涉及个别建筑物、小范围的风景线和其他孤立的户外场地。大面积的区域,如城市群,通常是通过为整个领土选择一种地理数据采集技术(通常是航空摄影测量)来进行三维测绘。这意味着所有的斑点都被平等对待。然而,这并不总是“一刀切”的情况;有些地方比其他地方更平等。选择一种基于最大公分母的技术会产生一个数据集,其中一些点是在正确的细节级别上捕获的,而另一些则是过于详细或不够详细的。通过使用基于手推车的、背包或手持移动地图系统来补充无人机,可以在期望的细节水平上捕获细节不足的点。


循环经济

载体和传感器的不断小型化以及用于定位和定位的SLAM算法也使直升机能够在室内空间中操纵。配备了相机和/或激光扫描仪,他们可以收集高密度点云.高水平的详细和准确的数据帮助设施经理检查他们的财产。它还支持创建3D地籍,其目的是记录建筑物和其他建筑的体积部分的所有权。当局和公民都深信,应通过循环经济的再利用、翻新和(或)使用替代品,尽量减少浪费燃料和其他资源以及有害物质的排放。其主要后果是,人类活动的地点,包括农田和地雷,需要更详细地绘制和监测。例如,在今天的工业农业中,空间数据的收集支持定期检查,以避免浪费化肥、燃料、种子和水。UAS非常适合定期捕获这样的空间数据。当涉及到室内地图时,UAS和移动地图是相辅相成的,而不是相互竞争的。例如,如果在室内使用,无人机可能会与物体或人发生碰撞,造成损坏和可能的伤害,使它在拥挤的室内环境中毫无用处。在这种情况下,移动映射是一个完美的解决方案。另外,这两个平台有不同的视角(即视角):从上面看上去和图像捕获不同。


BIM在循环思维中起着至关重要的作用,因为关于建筑材料的类型和数量的信息是关键。这种信息系统也是检查和维护室内和室外空间所需要的,可以称为建筑材料地籍。


小型、轻型传感器的例子:South's Lidar SZT-V100,重量1.5kg(左);

Teledyne Optech公司于2019年发布的CL-360 OEM Lidar传感器,重量3.5kg(中);

Riegl VUX-1无人机,重量3.5kg(右)。



瓶颈

自从计算机出现以来,传感器获取的数据量是计算机处理能力的十倍,这似乎是经验法则--因此,难怪许多研究人员投入数据科学和人工智能来加速地球数据的处理。阻碍uas在多个应用中迅速引入的另一个主要瓶颈是,许多专业人员似乎不愿意用一种没有经过验证的新奇技术来取代经过试验和测试的技术--尽管它可能具有令人信服的成本和更高的效率。


要领

在三维测绘系统中,决定数据质量(即准确性和细节)的四个基本要素是:传感器、软件、平台,以及最重要的是测量计划。调查计划的设计需要全面的知识、技能和专门知识。这就是地理学家进来的地方。鉴于上述对地理信息的强烈社会需求,奇怪的是,在如此少的国家,大学提供学士学位;充其量,这门学科通常只提供硕士学位。严重的风险是,社会今后将为此付出代价,并被迫越来越多地依赖于多国信息学行业不那么专业的知识。


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