Поставленные задачи
Основная задача проведенного обследования – выявление общих объемов кагатов свеклы, хранящихся на открытом поле. Точные данные, получаемые во время съемки с беспилотника, необходимы, для того чтобы определить, достаточно ли продукта для собственного сахарного завода и контроля за его хищением. В случае если кагатов не хватает для переработки, то предприятие будет их закупать.
В качестве подзадачи заказчик выделил необходимость в проведении аналитической работы с целью выявления объем потерь корнеплодов во время сборки и доставки урожая до складов.
План работы
От заказчиков перед началом исследования был предоставлен только файл с выделенным полем и информацией, что там расположены кагаты, поэтому для определения их общих объемов нужно было создать ортофотоплан и 3D модель исследуемого объекта. Чтобы не облетать все поле, было принято решение сделать обзорные фото с высоты 500 м. Затем по ним определить местоположение кагат и эти точки отобразить на карте поля, на основе которых выстроить полетный маршрут.
Такой подход позволяет сократить время обследования за счет облета территории только в области расположения хранилищ – преимущественно в центре и по периметру поля. В дальнейшем, обследование территории планировалось проводить по разработанному маршруту путем облета участка на высоте около 100 метров, что позволяет получить фотографии высокого качества (1см/пикс) и перекрытие между снимками минимум 60×60%.
Состав группы и применяемое оборудование
Исследовательская группа включала в себя стандартную команду из двух операторов компании «Альбатрос» и двух представителей от заказчика, которые отслеживали алгоритм работы с беспилотником.
Обследование проводилось с помощью беспилотного самолета «Альбатрос М5» с полезной нагрузкой в виде фотоаппарата Sony а6000 с объективом 50 мм. В качестве дополнительного оборудования использовалась компактная и удобная для транспортировки катапульта, необходимая для взлета БПЛА.
Условия проведения обследования
Обследование проводилось в сложных условиях при порывистом ветре со скорости ветра до 15 м/с, которая во время порывов достигала 20 м/с. Полет совершался в центре по системе крест на крест, а затем по периметру. Поэтому аппарат работал с разных сторон по отношению к ветру, что вносило свои изменения в проведение фотосъемки: при ветре со спины скорость относительно земли повышалась до 120 км/ч, при прямых порывах она снижалась до 20 км/ч, при ветре с боковой стороны аппарат сносило в сторону от заданной траектории.
Из-за плохой курсовой устойчивости понадобился повторный облет одной и той же территории для уточнения результата. Но, анализ полученных данных показал, что даже при наличии сильного ветра уже после первого облета удалось получить очень качественные результаты. Взлет и посадка также прошли без проблем.
Из-за низкой границы облаков, находящейся в пределах 150-200 метров над рельефом, во время съемки не было возможности повысить высоту и увеличить производительность аппарата. Но, пяти часов запаса времени «Альбатроса М5» полностью хватило для выполнения поставленной задачи.
Алгоритмы обработки информации
Для сшивки фотографий использовалась программа Metashape Professional, которая позволяет получать точный результат даже при перекрытии в 40%. Весь процесс проводился по определенному алгоритму:
1. Фотография с обозначенными геотегами, формируемыми с помощью лога полета и компиляции, загружаются в программу.
2. Производится программное выравнивание снимков и построение разряженного облака точек.
3. Вручную удаляются шумы с облака точек, и проводится его оптимизация с автоматическим сглаживанием краев и заполнением пустот.
4. Автоматически создается плотное облако точек из разряженного с повышением плотности в десятки раз и сохранением качества изображения (на 1 тыс. фото около 100 млн. точек).
5. Осуществляется программное построение карты высот и ее наложения на плотное облако. На этом же этапе определяются высоты, разница в которых затем обозначается цветом.
6. Визуально определяется область с возвышениями по всему периметру, и высчитываются объемы этих возвышений по отношению к ближайшим низшим точкам обследуемой области.
Итогом обработки информации является визуальный контент, включающий электронные таблицы Excel, 3D-модель, фотографии кагатов с высоты полета, фотографии карты высот с цветным зонированием и фотографии из программы с обрисовкой размеров кагатов.
Результаты обследования
В результате проведенного обследования были получены следующие данные: на 10 000 гектарах земли расположены 4 230 кагатов разного размера и высотой до 5 метров. Общим объемом 510 тыс. кубов. По сделанным расчетам мы определили наличие около 710 млн. тонн корнеплодов к которым применили коэффициент усадки кагатов за время лежания на поле и в итоге получили 504.6 млн. тонн, что соответствует объемам собранной свеклы. Во время анализа показателей была выявлена разница, составляющая всего несколько десятков кубов (около 100 тонн), которая сошлась с разницей в данных заказчика.
Все работы по измерению объемов корнеплодов (съемка, обработка результатов) заняли 7 календарных дней. Обследование позволило полностью решить проблему заказчиков и выполнить их первоочередную задачу – произвести точный и быстрый расчет объемов кагатов на полях, для обеспечения постоянной работы завода.
