Cyfryzacja zachodzi w różnych branżach, a częścią tego procesu jest tworzenie cyfrowych bliźniaków obiektów fizycznych. Cyfrowy bliźniak to cyfrowa reprezentacja obiektu fizycznego, która może zawierać model 3D i inne dane z czujników. Cyfrowe bliźniaki służą do monitorowania, zarządzania i utrzymywania zasobów fizycznych.
Tworzenie cyfrowego bliźniaka
Drony odgrywają ważną rolę w dostarczaniu danych w celu stworzenia cyfrowego bliźniaka. Kamery można zainstalować w dowolnym miejscu obiektu, co jest korzystne pod względem szybkości, częstotliwości i bezpieczeństwa. Dane z dronów służą do tworzenia modeli 3D i kontroli obiektów metodami fotogrametrycznymi.
Przy użyciu dronów trudno jest zebrać wysokiej jakości dane w celu stworzenia modeli 3D o wysokiej rozdzielczości, szczególnie w przypadku niektórych obiektów, takich jak dwa duże budynki w środowisku miejskim.
Tworzenie profesjonalnych modeli 3D wymaga pilota zdolnego do przechwytywania obrazów w określony sposób, w tym do zarządzania zmiennymi, takimi jak nakładanie się obrazów, kąt kamery, odległość próbkowania i ekspozycja obrazu zewnętrznego każdego budynku. Pilot musi zrównoważyć wszystkie te czynniki, mając jednocześnie świadomość środowiska, przestrzegając zasad i zapewniając bezpieczeństwo.
Jak bezpiecznie uzyskać potrzebne obrazy w trudnych lokalizacjach, np. w dwóch budynkach w środowisku miejskim? Odpowiedzią jest użycie lotu automatycznego.
Mapowanie wysokości pionowej i mapowanie kreskowania przy użyciu Dronelink, oprogramowania do sterowania lotem kompatybilnego z dronami DJI, zostało wykorzystane do automatycznego gromadzenia danych w celu stworzenia cyfrowych bliźniaków Sądu Okręgowego w Oklahomie oraz Federalnego Centrum Szkolenia Sądów/Memorial Hall.
Wykorzystanie zautomatyzowanego lotu było dla Paper Airplane bardzo ważne. Firma opracowuje rozwiązania dla bezzałogowych statków powietrznych i ma kontrakty na szereg projektów związanych z inspekcją, oceną i konserwacją zapobiegawczą w ramach tego projektu pomnika historycznego i renowacji. Bezpieczne i efektywne gromadzenie wysokiej jakości danych pozwoliło firmie uzyskać wysokiej jakości wyniki, które przekroczyły oczekiwania klienta.
Pilot Paper Airplane steruje dronem, aby ukończyć misję z dachu
Przygotowanie miejsca
Firma Paper Airplane, świadcząca usługi dronów, otrzymała kontrakt na stworzenie cyfrowych bliźniaków Sądu Okręgowego w Oklahomie i Federalnego Centrum Szkolenia Kadry Sądowej/Memorial Hall. Celem projektu było zachowanie i przywrócenie historycznego znaczenia tych budynków.
Budynek znajduje się po drugiej stronie ulicy od miejsca zamachu bombowego na budynek federalny w Oklahoma City w 1995 roku. Eksplozja uszkodziła 324 budynki w promieniu 16 przecznic. Celem projektu było zbadanie obu budynków w celu oceny integralności strukturalnej uszkodzonych obszarów i zaplanowania konserwacji zapobiegawczej, a także ochrony tego zabytkowego budynku przed zniszczeniami spowodowanymi wcześniejszymi zdarzeniami.
W przeciwieństwie do lornetek lub naziemnych automatycznych kamer, które dostarczają jedynie ograniczonych informacji na temat dokładnej lokalizacji budynku, jego przegród, każdego obrazu i uszkodzeń związanych z incydentem, cyfrowy podwójny model 3D stał się idealnym rozwiązaniem dla wszystkich stron. Model 3D ułatwia wykrywanie i lokalizowanie uszkodzeń, ponieważ obrazy każdego istotnego obszaru można uzyskać z kilku różnych perspektyw.
Model 3D i obrazy z wielu widoków danego obszaru
Cele projektu były następujące
Bezpiecznie lataj dronem, aby uchwycić obrazy wszystkich dachów i powierzchni zewnętrznych.
Przetwarzaj pojedyncze obrazy i konwertuj je na wysokiej jakości modele 3D.
Eksportuj siatki 3D i buduj chmury punktów.
Przekaż dane do biura architektonicznego zarządzającego projektem.
Pomoc w imporcie/wdrażaniu modeli inspekcji/spraw sądowych oraz wdrażaniu w oprogramowaniu BIM i modelowaniu.
Zapewnienie rozwiązania opartego na chmurze, zapewniającego szeroki dostęp pracownikom, którzy nie mają zasobów sprzętowych do wyświetlania plików.
Udostępnienie plików projektowych odnoszących się do uszkodzeń lokalizacji zewnętrznej budynku.
Rozważania dotyczące pozyskiwania danych cyfrowych bliźniaków
Planując stworzenie wysokiej jakości cyfrowego bliźniaka, ważne jest zrozumienie kluczowych czynników związanych z przechwytywaniem najlepszych danych do wykorzystania w oprogramowaniu do przetwarzania fotogrametrycznego. Przyjrzyjmy się najpierw tym czynnikom. Następna sekcja wyjaśnia, dlaczego Paper Airplane wybrał kombinację DJI i Dronelink.
Ekran
Jakość uzyskanych obrazów ma ogromne znaczenie. Kluczowymi elementami aparatu umożliwiającymi uzyskanie wysokiej jakości zdjęć są rozmiar matrycy, jakość migawki i rozdzielczość.
Im większa matryca, tym większy zakres dynamiczny obrazu. Dzięki temu możesz uchwycić matowe lub zacienione obszary w tym samym kadrze w jaśniejszych tonach. Ten rodzaj oświetlenia jest często używany podczas fotografowania wokół wysokich budynków. Ponieważ dron jest w ciągłym ruchu podczas fotografowania, ważne jest również użycie wysokiej jakości migawki mechanicznej, aby zminimalizować rozmycie i zniekształcenie obrazu. Ponadto stabilność obrazu jest bardzo ważna, ponieważ pozwala ograniczyć rozmycie obiektu i ustawić ostrość aparatu, szczególnie w obszarach narażonych na silne prądy powietrza, takich jak wieżowce.
Dokładność obrazu
Podczas tworzenia modelu 3D znajomość położenia obrazu może poprawić jakość wyjściowej siatki i skrócić czas przetwarzania. Jednak na gęsto zabudowanych obszarach miejskich wieżowce mogą blokować widoczność nieba (i satelitów) oraz pogarszać jakość GPS. Drony DJI Enterprise wykorzystują kinematykę czasu rzeczywistego (RTK), aby zminimalizować błędy pozycjonowania w trudnych warunkach. Odbiornik RTK drona może odwoływać się do stacji bazowej lub dostawcy NTRIP, aby poprawić dokładność pozycjonowania; Aby uzyskać więcej informacji na temat RTK i dokładności dronów DJI Enterprise, kliknij ten link.
Pokrycie obiektu
Rekonstrukcja wysokiej jakości wymaga uchwycenia każdej części obiektu pod różnymi kątami. W tym celu konieczne jest uzyskanie obrazów NADIR dachu i wszystkich powierzchni zewnętrznych z wystarczającym zakładem do obróbki. Wiele kątów kamery pozwala uchwycić różne elementy, takie jak spód balkonów. Podczas fotografowania powierzchni zewnętrznych utrzymanie wystarczającego nakładania się obrazów w poziomie i pionie może być trudne, zwłaszcza że odległość próbkowania, kąt aparatu i rozmiar czujnika aparatu wpływają na wzór lotu niezbędny do utrzymania nakładania się. Istnieje
Korzystanie z oprogramowania sterującego lotem jest konieczne do zarządzania wszystkimi parametrami gromadzenia danych zarówno dla lotów NADIR, jak i lotów mapujących pionowo. Zdefiniowane wartości nakładania się i kąty kamery można wykorzystać do tworzenia zautomatyzowanych misji z wzorzystymi lotami, takimi jak pionowe kolumny, ułożone poziome ścieżki, siatki lub włazy w określonych granicach.
Rozdzielczość przestrzenna/odległość próbkowania
Ważnym czynnikiem wpływającym na jakość rekonstrukcji jest rozdzielczość. Wyższa rozdzielczość umożliwia uszczegółowienie obiektów i identyfikację większej liczby małych elementów w modelu 3D. Rozdzielczość obrazu zależy zarówno od parametrów technicznych aparatu, jak i odległości od obiektu. Często używany jest termin rozdzielczość gruntu (GSD). Często termin ten jest używany w mapowaniu terenu, natomiast w przypadku zewnętrznych budynków nazywa się go odległością próbki. Rozdzielczość podstawowa to rozmiar jednego piksela obrazu mierzony przez zasób (np. 0,24 cm/piksel).
Rozdzielczość i pokrycie obiektu są ze sobą ściśle powiązane. Określając pożądaną odległość fotografowania i wymaganą rozdzielczość, możesz określić odległość, w jakiej dron powinien znajdować się od powierzchni obiektu. Określa to wzór lotu wymagany do utrzymania przedniego i bocznego nałożenia oraz zapewnienia pokrycia obiektu.
Teraz, gdy rozumiemy kluczowe elementy tworzenia cyfrowego bliźniaka, przyjrzyjmy się konkretnemu sprzętowi i oprogramowaniu, które może spełnić te wymagania.
Wybór sprzętu
DJI Mavic 3 Enterprise to najlepszy wybór dla skalowalnego rozwiązania sprzętowego. Ten dron jest wyposażony w duży czujnik 4/3 cala, który może rejestrować obrazy w rozdzielczości 20 MP, a jego niesamowity zakres dynamiki pozwala uchwycić najlepsze obrazy. M3E to najlepszy w swojej klasie dron, który łączy w sobie duży czujnik obrazu z mechaniczną migawką, która wystrzeliwuje sygnał w ciągu 0,7 sekundy. Ta szybka mechaniczna migawka zapewnia duże prędkości lotu bez utraty jakości obrazu, oszczędzając czas w terenie. Niewielkie rozmiary ułatwiają obsługę, a system kamer idealnie nadaje się do cyfrowej podwójnej pracy. Dodatkowo długi czas pracy baterii (do 45 minut) zmniejsza potrzebę wielokrotnej wymiany baterii podczas lotu i zmniejsza całkowitą liczbę baterii wymaganych w terenie.
W porównaniu do drona konsumenckiego ( Mavic 2 Pro ) z 2-sekundowym odstępem międzybarometrycznym, M3E realizuje misje szybciej i zapewnia wyższą jakość wyników w tym samym miejscu. Mavic 3 Enterprise lata bezpiecznie z wymiennym odbiornikiem RTK, rejestrując dane z dokładnością do cala . Możliwe jest również przechwytywanie danych z dokładnością do cala.
Oceny misji z Dronelink pokazują, że M3E zajmuje ten sam obszar dwa razy szybciej niż M2P
Automatyczne gromadzenie danych za pomocą oprogramowania sterującego lotem
Trudno jest bezpiecznie działać i zapewniać pełne pokrycie obiektów w wysokiej rozdzielczości bez zautomatyzowanego sterowania lotem. Paper Airplane wykorzystał Dronelink w tym projekcie. Jest to szereg narzędzi i przepływów pracy do kontroli misji, które tworzą plany misji i wykonują je autonomicznie; Dronelink może wykonywać misje zewnętrzne wykorzystywane do mapowania pionowego i misji badawczych na dachach.
Podgląd misji Dronelink dla tego połączonego planu misji dla obiektu , pokazujący kombinację wyglądu i typów misji na mapie
W Dronelink misje wyglądu można łatwo tworzyć za pomocą szeregu kluczowych parametrów. Wejścia obejmują.
Granice widoczności (lewo/prawo, wysokość, minimalna bezpieczna wysokość).
Sufity pionowe i poziome.
Powierzchnia używanego obiektu i odległość obiektu od czujnika kamery.
Kąty widzenia kamery.
Planowanie misji Dronelink i podgląd 3D , pokazujący jedną misję widoczną, lot w kolumnie pionowej i opcje dostosowywania .
Misje związane z pojawieniem się można tworzyć przy użyciu dwóch różnych przepływów pracy
Zaplanowane wcześniej misje na stronie internetowej lub w aplikacji mobilnej.
Misje w locie tworzone w terenie za pomocą drona.
Zaplanowane wcześniej misje pojawienia się wymagają najpierw stworzenia planu misji za pomocą narzędzia Mission Planner na laptopie lub aplikacji mobilnej. Więcej informacji znajdziesz tutaj. Po zaplanowaniu misji modyfikacja geograficzna umożliwia jej dostosowanie w terenie w oparciu o znany punkt odniesienia, np. róg budynku. Możesz także dodać strefy wykluczone, aby utworzyć strefy zakazu lotów. Obie funkcje pomagają poprawić dokładność i bezpieczeństwo.
Misje Appearance on the Fly pozwalają pilotom wizualnie oznaczać granice lotu na podstawie pozycji drona i tworzyć misje w terenie z ustawieniami takimi jak nakładanie się kamer. Piloci proszeni są o zaznaczenie kluczowych parametrów potrzebnych do utworzenia misji, wykonując szereg szczegółowych kroków w aplikacji mobilnej (patrz poniżej). Generowane misje są dostosowywane do obiektu i realizowane są po jednym zadaniu, związanym z wyglądem budynku. Ta funkcja umożliwia pilotowi dostosowanie planu w celu uwzględnienia ograniczeń środowiskowych, takich jak prędkość, nakładanie się, ograniczenia minimalnej wysokości i inne specyficzne obszary.
W tym miejscu firma Paper Airplane wybrała misję „Zewnętrze w locie”, aby uchwycić każdą część zewnętrzną przy użyciu dwóch różnych kątów kamery i wcześniej zaplanowanej misji „Mapa” dachu.
Po rozpoczęciu misji uchwycenia przestrzeni zewnętrznej w locie, pilot wykonał ręczny lot dronem i zanotował kolejne niezbędne kluczowe kroki (patrz schemat poniżej)
Krok 1: Prawy róg budynku
Krok 2: Lewy róg
Krok 3: Górna krawędź
Krok 4: Minimalna bezpieczna wysokość, odległość od obiektu i kąt gimbala.
Dodatkowe kroki: szablon i nakładka (nie pokazano)
Procedura tworzenia misji zewnętrznej w locie
Po wprowadzeniu wszystkich wymaganych danych misja jest generowana i można ją wyświetlić w 3D przed lotem. Następnie pilot wybiera „ Start” , a Dronelink uruchamia misję.
Autonomiczny lot zewnętrzny pokazujący panel odchylenia drona.
Po zakończeniu misji pilot może skupić się na monitorowaniu drona i jego otoczenia, aby zapewnić bezpieczeństwo. Panel przesunięcia drona po prawej stronie umożliwia pilotowi wprowadzanie zmian w czasie rzeczywistym podczas strzelania, takich jak precyzyjna regulacja wysokości podczas zbliżania się do przeszkód. Pilot może w każdej chwili zatrzymać się i przejąć kontrolę. Ostatnia pozycja zostaje zachowana po ręcznej pauzie i wymianie baterii. Pilot może wznowić lot z zatrzymanej pozycji, zachowując ciągłość danych i nakładanie się danych do późniejszego przetwarzania.
W ramach tego projektu Paper Airplane wykonał 12 misji zewnętrznych i dwie misje na mapie, aby zapewnić pełny zasięg. Aby stworzyć wymaganego cyfrowego bliźniaka, wykonano dwa loty dla każdej powierzchni zewnętrznej, stosując kąty kamery 0° i -20°. Każdy lot odbywał się według wzoru pionowego z 80% nakładaniem się w pionie i 80% w poziomie; Odległość obiektu wynosiła 40 stóp, co dało wielkość próbki 0,35 cm/piksel.
Dla bezpiecznej eksploatacji zamiast poziomego wybrano pionowy tor lotu. Ze względu na otaczające budynki i środowisko miejskie zastosowano pionowe kolumny, a pilot stał pod dronem, podczas gdy dron latał w górę i w dół wewnątrz kolumn, uniemożliwiając innym osobom stanie bezpośrednio pod dronem.
Przetwarzanie i analiza danych
Po zebraniu danych na miejscu są one przetwarzane później; DJI Terra to niedrogi, zlokalizowany procesor, który umożliwia tworzenie wysokiej jakości modeli 3D; Więcej o procesie tworzenia modeli 3D przy użyciu DJI Terra przeczytasz tutaj.
Podczas przetwarzania danych pamiętaj o uwzględnieniu wszelkich naziemnych punktów kontroli (GCP), które mogły zostać wykorzystane; GCP nie są niezbędne do tworzenia modeli 3D, ale pomagają w zapewnieniu absolutnej dokładności i tworzeniu punktów wspólnych. Ręczne punkty artykulacyjne (MTP) można również wykorzystać w procesie obróbki do tworzenia gęstych siatek 3D.
Po przetworzeniu danych w celu utworzenia modelu 3D użytkownik końcowy (w tym przypadku generalny wykonawca i architekt) może przejrzeć obrazy i określić dokładną lokalizację uszkodzonego lub docelowego obszaru na modelu 3D. Ta funkcja może być bardzo przydatna w identyfikowaniu obszarów wymagających uwagi. Narzędzie pomiarowe pomaga określić dokładną lokalizację i wielkość uszkodzonego obszaru oraz zaplanować prace konserwacyjne.
Ostateczny wynik obrazu modelu 3D
Podsumujemy
Tworzenie cyfrowych bliźniaków zasobów fizycznych przy użyciu dronów i fotogrametrii zmienia sposób działania organizacji we wszystkich branżach. Zapewnienie kluczowym interesariuszom dostępu online do cyfrowych bliźniaków może zaoszczędzić ogromną ilość czasu, zwiększyć wydajność i usprawnić wewnętrzne przepływy pracy.
Firma Paper Airplane nie tylko zrealizowała ten złożony projekt, łącząc drony DJI Enterprise z oprogramowaniem do automatycznego lotu Dronelink, ale także zaangażowała innych liderów branży w realizację cyfrowej transformacji w wielu branżach, co dało imponujący wynik. Projekt przyniósł doskonałe wyniki dzięki wsparciu innych liderów branży napędzających transformację cyfrową w różnych branżach.
O Dronelinku
Dronelink to oprogramowanie do zarządzania lotami dronów, które zapewnia zautomatyzowane misje, przepływy pracy i narzędzia lotu do kontrolowania dronów DJI. Piloci mogą wykonywać misje polegające na mapowaniu, wyznaczaniu punktów orientacyjnych, orbitach, panoramach, mapowaniu pionowym, inspekcjach i nie tylko dzięki obsłudze Internetu, urządzeń mobilnych i nadajników, a także korzystać z trybów lotu, takich jak orbita, podążanie i skupianie. Można łączyć wiele misji, aby zautomatyzować każdy szczegół, uzyskać podgląd w 3D i wykorzystać zaawansowaną precyzję dronów. Więcej informacji można znaleźć na stronie dronelink.com.
O papierowym samolocie
Paper Airplane to dostawca kompleksowych usług UAS oferujący analizę danych, badania, inspekcje, ocenę i konserwację zapobiegawczą. Produkty firmy dopasowywane są do potrzeb indywidualnych klientów, co pozwala uzyskać unikalne, skuteczne i łatwe do zrozumienia rezultaty. Paper Airplane oferuje usługi takie jak geodezja, badania zewnętrzne budynków, inspekcje mediów/ROW (radioaktywnych odpadów organicznych), wykrywanie metanu i badania wód opadowych/mapowanie MAP.