Воздушное лазерное сканирование лесных участков

Компания «Сервис Гео» осуществляет съемку лесных  участков с помощью воздушных систем лазерного сканирования. Для работы мы используем собственные оборудование и беспилотные летательные аппараты. Для обработки отснятого материала применяем программное обеспечение для классификации рельефа и растительности. Специалисты компании владеют необходимыми навыками и опытом проведения работ по ВЛС залесенных территорий. Все они имеют профильное образование. Результаты изысканий проходят Главгосэкспертизу, оборудование зарегистрировано в Реестре средств измерения, методика прописана в СП на ИГДИ.   

Воздушное лазерное сканирование – это система дистанционного зондирования, позволяющая создавать точные 3D модели рельефа местности и совокупности расположенных на ней деревьев. Эта технология изначально создавалась для картографических работ, однако сфера ее применения со временем существенно расширилась. С помощью ВЛС:

•       проводят инвентаризацию зеленых насаждений;
•       инспектируют ЛЭП;
•       выполняют геодезическую съемку под строительство линейных объектов – железных и автомобильных дорог, нефтяных и газовых магистралей, линий электропередач;
•       осуществляют мониторинг строительства объектов и их состояние во время эксплуатации.

Основным элементом системы ВЛС является лазерный сканер, устанавливаемый на БПЛА. Внешнее ориентирование оборудования осуществляется  бесплатформенной инерциальной навигационной системой. Отдельный модуль отвечает за управление съемкой и запись данных. Положение сканера в пространстве определяется приемником ГЛОНАСС-GPS. Расстояния измеряются по времени прохождения лазерного луча.

Принцип действия системы ВЛС следующий:

Лазерное устройство излучает короткие импульсы, направление которых регистрирует сканирующий элемент.

Импульсы по прямой линии направляются в сторону исследуемого объекта и при встрече с препятствием отражаются от его поверхности.

Лазерный луч, попадая на лесной покров, частично отражается от него. Другая его часть проникает сквозь кроны деревьев, достигая уровня земли. Отражения регистрируется приемником излучения.

Полученные данные обрабатываются специальным ПО. Программа имеет ряд функций, с помощью которых оператор может вывести на экран информацию о расположении, высоте и густоте растительности либо рельеф местности без учета деревьев за счет классификации облака точек.

После обработки исходных данных появляется плотное облако точек, и каждая из них имеет свои пространственные координаты в МСК или другой СК.

Лазерный сканер весит 1,5-3 кг – в зависимости от модели. На БПЛА устанавливают дополнительное оборудование – камеры, компактные тепловизоры. Фотокамеры необходимы для колоризации (раскрашивания) облака. 

ВЛС – процедура не дешевая, поскольку требует дорогостоящего оборудования. Тем не менее, его применение на лесных участках оправдано, поскольку работа геодезиста в рамках традиционной технологии трудозатратна и занимает много времени.

Сложность выполнения работ с земли заключается в:

•       ограниченном обзоре – в лесу тахеометром с одной базы можно снять около 30 метров вокруг себя;
•       большой длительности полевого этапа из-за необходимости прорубать визирки;
•       большом объеме камеральных работ. 

Точность съемки

Точность воздушного лазерного сканирования составляет 2-5 см. Детальность отрисовки зависит от масштаба, метод LiDAR сканированя позволяет создавать в М 1:500, 1:1000, 1:2000 и т.д. Встроенная в сканер фото-или видеокамера обеспечивает окрашивание облака точек в реальные цвета. Точность определения высотного положения – 3 см.

Сравнение с традиционными средствами съемки

Во время съемки традиционным методом используются электронные тахеометры с 1-5 секундной точностью. Но результат во многом зависит от человеческого фактора. Погрешности в установке, центрировании, наведении и выборе исходных пунктов отрицательно влияют на конечный результат. Этих недостатков лишена технология ВЛС. Кроме того, с помощью лазера в конечном документе будут отражены мельчайшие детали – вплоть до изолятора на опоре ЛЭП.

Применение воздушного лазерного сканирования способствует значительному сокращению объемов полевых работ. Благодаря применению ПО упрощается и камеральный этап.

Получаемый материал

Итоговым продуктом ВЛС является цифровая 3D-модель рельефа (ЦМР) и ортофотоплан. На основании этих материалов геодезисты составляют:

•       топографические планы М1:500 – М1:5000;
•       профили и планы осей линейных объектов;
•       подеревные планы;
•       технические отчеты.

Отчетные материалы для прохождения экспертизы

На настоящий момент в РФ уже разработана нормативная база под воздушное лазерное сканирование. Технический отчет о выполненных инженерно-геодезических изысканиях на базе исходных снимков ВЛС является законным и принимается на экспертизу без каких либо препятствий. 

Опыт использования

 Технология ВЛС применялась Сервис Гео при проектировании трассы М12 Москва-Казань, линейных объектов на Полярном Урале в ЯНАО, месторождениях в Забайкальском крае. Протяженные объекты и территории под изыскания с большими площадями целесообразно делать с LiDAR на БПЛА. В то же время, по причине высокой стоимости оборудования ВЛС (около 10 млн руб.) и новизны технологии эту услугу оказывают далеко не все компании.

Сроки выполнения

Срок выполнения работ зависит от размеров объекта, требований к съемке и конечному продукту, особенностей согласования полетов с заинтересованными инстанциями. Расчет срока производится с учетом перечисленных факторов и возможностей оборудования: за один вылет БПЛА мультироторного типа может снять участок площадью от 60 га или 20 км полосы. В день можно выполнять неограниченное количество взлетов и посадок, т.к. лидар-сканирование не требует освещения.