DJI Phantom 4 RTK – Najlepszy dron do pomiarów budowlanych

Firma STRABAG wykorzystuje DJI Phantom 4 RTK do pomiarów budowlanych w celu tworzenia precyzyjnych modeli 3D

Europejska sieć autostrad rozciąga się na 80 000 km i przecina wiele krajów. W 2017 roku Niemcy zajęły drugie miejsce w Europie i na świecie pod względem długości autostrad (12 996 km), stając się głównym krajem tranzytowym dla milionów samochodów osobowych i ciężarowych zmierzających do miejsc docelowych we wschodniej lub południowej Europie, co stanowi ogromne obciążenie dla istniejącej infrastruktury.

Niemieckie Federalne Ministerstwo Transportu przeprowadziło kompleksową analizę przewidywanego wzrostu natężenia ruchu w latach 2010–2030, wyliczając wzrost liczby pasażerokilometrów o 12%, a tonokilometrów o 38%. Stwierdzając konieczność odnowienia i rozbudowy niemieckiej sieci transportowej, ministerstwo zaleciło w swoim federalnym planie infrastruktury transportowej inwestycje publiczne w wysokości 270 miliardów euro do 2030 roku. Prawie 75% inwestycji przeznaczono na odnowę i rozbudowę autostrad oraz dróg federalnych.

Aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na lepszą infrastrukturę transportową, zespoły poszukiwały nowych technologii zwiększających wydajność. W trakcie tego procesu wielu wykonawców zaczęło stosować drony na miejscu budowy, aby tworzyć regularne mapy terenów i szybciej realizować misje pomiarowe.

STRABAG – Specjaliści w budownictwie drogowym

Realizacja planu ministerstwa to wymagające przedsięwzięcie, które wymaga długoterminowego planowania i koordynacji działań firm oraz specjalistów z sektora prywatnego w celu ukończenia tych wielkoskalowych projektów drogowych.

STRABAG SE, szósty co do wielkości koncern budowlany w Europie, oraz jego niemiecka spółka zależna STRABAG AG są głównymi graczami w budownictwie infrastruktury transportowej, która stanowi 37% wolumenu produkcji STRABAG. Dzięki ponad 100-letniemu doświadczeniu i ponad 70 000 pracowników na całym świecie, STRABAG nie bez powodu zapracował na swoją wiodącą pozycję na rynku. Jest liderem w innowacjach technologicznych.

Zespoły STRABAG pracują równolegle nad 9100 projektami budowlanymi w całej Europie, z czego 4900 realizowanych jest w Niemczech. Łącznie projekty te obejmują budowę lub renowację 600 km autostrad, co wymaga wydajnych przepływów pracy i komunikacji, aby utrzymać te inwestycje w terminie i budżecie. Dlatego też precyzyjne planowanie terenu odgrywa kluczową rolę w zarządzaniu projektami budowlanymi i zapewnianiu ich jakości.

Dział Digital Survey i UAV firmy STRABAG wdraża drony dla klientów wewnętrznych i zewnętrznych w celu mapowania projektów, oszczędzając czas i koszty od 2015 roku. Wraz z wdrażaniem tej technologii dla coraz większej liczby klientów, pojawiły się nowe zastosowania wymagające wysokiej precyzji. Aby sprostać tym wymaganiom dokładności, STRABAG dodał nowego Phantoma 4 RTK do narzędzi pracy swoich geodetów.

Budowa niemieckiej autostrady A3 w pobliżu miasta Würzburg jest jednym z obecnych długoterminowych projektów STRABAG. Rozpoczęta w 2014 roku i mająca zakończyć się w 2021 roku inwestycja obejmuje poszerzenie autostrady z dwóch do trzech pasów ruchu, budowę nowego tunelu dźwiękochłonnego, wymianę zniszczonego mostu i inne prace. Usprawnienia te są wdrażane na kilku kilometrach autostrady, na złożonym terenie ze stromymi zboczami i licznymi zakrętami. Przy tak zakrojonym na szeroką skalę projekcie, jakim jest Würzburg, trwającym wiele lat, sprawne prowadzenie pomiarów terenu jest priorytetem dla zespołu STRABAG, pozwalając im dokładnie planować i monitorować postępy prac.

„Używanie dronów do mapowania budów ma wiele zalet. Ich integracja zmienia nasz przepływ pracy i upraszcza wiele etapów operacyjnych. Konwencjonalne metody pomiarowe również dostarczają modele 3D, ale cyfrowe modele terenu stworzone na podstawie danych z dronów zapewniają wyższą gęstość punktów, dzięki czemu rzeczywistość jest odwzorowana znacznie bardziej szczegółowo” – mówi Thomas Gröninger, kierownik działu Digital Object Survey i UAV.

DJI Phantom 4 RTK – Przełom w pomiarach budowlanych

Obecnie w STRABAG drony są powszechnym narzędziem w niektórych aspektach mapowania budów. Drony okazały się lepsze od tradycyjnych metod pomiarowych w określonych warunkach, na przykład w projektach z niewielką ilością roślinności, dostępnością GPS i znacznym nasłonecznieniem. Jednak uzyskanie precyzyjnych wyników pomiarów (tj. z dokładnością do 3 cm) za pomocą drona bez systemu RTK/PPK wymaga wyznaczenia do 40 punktów kontrolnych (GCP) na kilometr kwadratowy, co zajęłoby kilka godzin.

Nowy DJI Phantom 4 RTK wyposażony jest w zintegrowany system nawigacji i pozycjonowania centymetrowego oraz wysokowydajny system obrazowania wspierający rozwiązania RTK i PPK. Aby dostarczyć obrazy zapewniające wyjątkowe wyniki pomiarowe, Phantom 4 RTK rejestruje parametry fabrycznie skalibrowanych obiektywów wraz z pozycją, wysokością i innymi danymi dla każdego zdjęcia, dopasowując dane o pozycji do środka matrycy CMOS aparatu za pomocą nowego systemu TimeSync. Używając modułu pozycjonowania RTK (GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, Galileo E1 E5a i BeiDou B1 B2), Phantom 4 RTK potencjalnie redukuje potrzebną liczbę GCP do 0. Do celów zarządzania jakością 3-5 GCP na kilometr kwadratowy jest powszechnie akceptowane w branży. Używając Phantoma 4 RTK z mniejszą liczbą GCP, geodeci mogą uzyskać nieznaczny wzrost dokładności i zaoszczędzić co najmniej 75% czasu konfiguracji GCP.

Aby w pełni wykorzystać zalety w pełni zintegrowanego systemu, geodeci korzystający z trybu RTK wykorzystują usługi sieciowe RTK. Aby uzyskać jeszcze dokładniejsze wyniki, zwłaszcza w obszarach o słabym zasięgu sieci komórkowej, można łatwo podłączyć mobilną stację GNSS o wysokiej precyzji D-RTK 2.

Zbudowany dla geodetów

Aby szczegółowo wyjaśnić działanie DJI Phantom 4 RTK: dron gromadzi oryginalne dane z obserwacji satelitarnych, a także dane efemerydalne i zapisuje je w pliku PPKRAW.bin w formacie RTCM 3.2. Dodatkowo, Phantom 4 RTK  konwertuje dane satelitarne „w locie” do formatu RINEX (Receiver Independent Exchange Format) i zapisuje je w pliku RINEX.obs. Dzięki wewnętrznej synchronizacji pozycji GNSS i kamery, plik Timestamp.MRK zapewnia niezwykle precyzyjny zapis pozycji zdjęcia. Wszystkie dane istotne dla operacji są przechowywane na karcie Micro-SD w osobnym folderze dla każdej misji. Spójność danych z Phantoma 4 RTK skróciła czas potrzebny na walidację danych i wyników, umożliwiając wydajny proces post-processingu przy minimalnych lub zerowych korektach ręcznych.

Bez GCP osiągalna precyzja pozioma wynosi do 3 cm, a pionowa do 5 cm w ramach globalnego układu odniesienia WGS84 wykorzystywanego przez Phantoma 4 RTK. Na obszarach bez zasięgu sieci komórkowej, Phantom 4 RTK pozwala geodetom na użycie PPK do późniejszej oceny, przy zachowaniu tej samej dokładności, jaką zapewnia RTK.

„Podczas ustawiania trajektorii lotu należy wybrać wysokość i nakładanie zdjęć. P4R oferuje zintegrowaną aplikację do planowania lotu w aparaturze sterującej, w tym wszystkie istotne parametry pomiarowe, aby planowanie lotu było łatwe i wydajne” – mówi Philipp Mielke, kierownik zespołu Digital Survey i UAV w STRABAG.

Phantom 4 RTK został zaprojektowany tak, aby mapowanie za pomocą dronów było łatwe, wygodne i wydajne, z możliwością lotu do 30 minut, co pozwala użytkownikom na mapowanie dużego obszaru w jednym locie. Nawet jeśli obszar jest zbyt duży, by można go było zmapować na jednym ładowaniu baterii, funkcja „Wznów działanie” w aplikacji GS RTK automatycznie wznawia misję po wymianie baterii. Phantom 4 RTK oszczędza jeszcze więcej czasu, latając dłużej i szybciej. Zdolność do lotu na stałej wysokości nad złożonym terenem oraz specjalne funkcje mapowania korytarzy to ogromne ulepszenia dla geodetów. DJI Mobile SDK umożliwia te funkcjonalności.

Przetwarzanie danych

Pozyskane dane można łatwo zintegrować z oprogramowaniem fotogrametrycznym innych firm, oferując chmury punktów i modele 3D akceptowane w branży. Philipp Mielke podkreśla, że „rozwiązania umożliwiające przesyłanie danych z drona z laptopa na miejscu budowy do chmury w celu przetworzenia to kolejny krok w kierunku innowacyjności pomiarów w terenie. Dzięki nim geodeci stają się niezależni od odległości geograficznych między placem budowy a biurem, co pozwala na natychmiastowe i wydajne przetwarzanie danych”. Wyświetlenie modelu 3D w chmurze krótko po pozyskaniu danych pozwala inżynierom na miejscu na przegląd prac budowlanych i inicjowanie kolejnych etapów.

Dzięki wysoce szczegółowym i kompletnym danym pomiarowym, geodeci i technicy CAD mogą mieć pewność, że zbierają wszystkie dane za jednym razem, bez konieczności powracania na budowę w celu uzupełnienia informacji, co pozwala zaoszczędzić czas. Po przetworzeniu chmur punktów 3D z wykonanych zdjęć, dane są poddawane post-processingowi zgodnie z indywidualnymi wymaganiami projektu. Typowe początkowe przepływy pracy obejmują klasyfikację chmury punktów w celu odfiltrowania niechcianych obiektów, takich jak roślinność, pojazdy i obiekty sztuczne, wektoryzację oraz ekstrakcję cech. Przetworzone dane są następnie wykorzystywane do cyfrowego modelowania terenu i powierzchni, obliczeń mas i objętości oraz modelowania informacji o budynku (BIM).

Oprócz wyników 3D, przy użyciu oprogramowania innych firm można tworzyć ortofotomapy 2D, aby zapewnić doskonałe zestawienia dużych placów budowy z lotu ptaka. Zarówno dane 2D, jak i 3D są również dobrą bazą do rozpoczynania nowatorskich projektów, kierując płynną koordynacją i przeglądami.

Drony – Cyfryzacja sektora budowlanego

Modele 3D generowane przez drona oferują szereg opcji analizy i oceny. W zależności od wymaganej precyzji, najczęstsze przypadki użycia to monitorowanie, inspekcja, dokumentacja i śledzenie postępów prac budowlanych. Wszystko powyższe realizowane jest przy pomocy dronów na budowie w Würzburgu.

„STRABAG stara się zwiększyć wykorzystanie dronów w projektach budowlanych na całym świecie. Obecnie zatrudniamy 170 geodetów w Niemczech i 300 w całej Europie. Nowy DJI Phantom 4 RTK to łatwy w użyciu i wszechstronny dron ze zintegrowaną obsługą sieci RTK. Ta kombinacja pozwoli STRABAG wyposażyć więcej zespołów w drony, aby przyspieszyć i zwiększyć wydajność pomiarów budowlanych” – podsumowuje Thomas Gröninger. „DJI Phantom 4 RTK to niezbędny dodatek do przybornika geodety, który odegra ważną rolę w procesie cyfryzacji sektora budowlanego”.