Формирование трехмерных моделей местности на основе лидарной съемки для выявления структурных изменений земной поверхности


DOI: 10.34759/trd-2023-131-15

Авторы

Ненашев В. А.*, Афанасьева В. И., Залищук А. А., Григоров М. Ю., Морозов А. В.

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, ул. Большая Морская, 67, Санкт-Петербург, 190000, Россия

*e-mail: nenashev@guap.ru

Аннотация

В статье реализовано применение беспилотного летательного аппарата, с установленной на нем малогабаритной бортовой лазерной системы, для получения лидарных данных местности, которые в последствии преобразованы в трехмерные модели местности и использованы для контроля над экологической обстановкой определенного участка земной поверхности.

Для сбора данных был использован метод лазерного сканирования местности. Обработка информации осуществлялась с помощью преобразования облака точек в трехмерную модель земной поверхности с помощью программы Agisoft Metashape. Для сравнения двух моделей местности использовался метод совмещения, само совмещение происходит в программе для трехмерного моделирования — Blender.

В результате исследования были получены данные о структурном отличии двух моделей земной поверхности, снятых в разные моменты времени, которые можно применять для исследования экологической обстановки отснятого участка земной поверхности.

Применение беспилотных систем мониторинга земной поверхности для сбора и дальнейшей обработки информации применимы в различных областях деятельности человека, будь то составление карты местности или виртуальной модели рельефа, подсчет количества деревьев, поиск людей, при планировании возведения новых архитектурных и инженерных сооружений, охраны правопорядка и мониторинг экологической обстановки. С помощью данного подхода была показана практическая значимость процесса получения структурных изменений между двумя трехмерными моделями местности, снятыми в разные моменты времени с БПЛА для использования в сфере экологии.


Ключевые слова:

бортовая лазерная система, БЛС, БПЛА, трехмерные модели, лазерное сканирование, экологический мониторинг

Библиографический список

  1. Costa D.G., Vasques F., Portugal P., Aguiar A. On the Use of Cameras for the Detection of Critical Events in Sensors-Based Emergency Alerting Systems // Journal of Sensor and Actuator Networks, 2020, vol. 9 (4), pp. 1-24. DOI:10.3390/jsan9040046
  2. Москалева С.А., Келина Н.А. Применение дистанционного мониторинга сельскохозяйственных земель в ландшафтно-экологических исследованиях // XLVIII Огарёвские чтения (Саранск, 06–13 декабря 2019): сборник трудов. — Саранск: Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, 2020. С. 204-209.
  3. Чибуничев А.Г., Гук А.П. Фотограмметрия: вчера, сегодня, завтра // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2016. № 2. С. 3-9.
  4. Рыжков К.А., Горина А.В., Нестеренко И.В. и др. Возможности использования беспилотных летательных аппаратов в геодезических работах // Студент и наука. 2019. № 1. С. 83-87.
  5. Ткачева А.А. Использование данных дистанционного зондирования Земли при трехмерном моделировании естественных ландшафтных сцен // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2014. № 5 (57). С. 136-144.
  6. Луманн Т., Робсон С., Кайл С., Бом Я. Ближняя фотограмметрия и 3D-зрение. — М.: Ленанд, 2018. — 704 с.
  7. Григорьев А.А., Шалаумова Ю.В., Болотник Е.В. Комплексная оценка климатогенной трансформации высокогорных лесных экосистем Южного Урала (на примере массива Иремель) // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Биология. 2022. Т. 15. № 2. С. 148-166. DOI: 10.17516/1997-1389-0380
  8. Барабин Г.В. Фотограмметрический метод построения единого изображения при спутниковой съемке секционированным датчиком изображений // Труды МАИ. 2013. № 71. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=46740
  9. Антонов Д.А., Жарков М.В., Кузнецов И.М. Определение навигационных параметров беспилотного летательного аппарата на базе фотоизображения и инерциальных измерений // Труды МАИ. 2016. № 91. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=75632
  10. Муналбаева Н.Р. Технология lidar: обзор применяемых датчиков // Конференция «Глобальная экономика в XXI веке: роль биотехнологий и цифровых технологий» (Москва, 15–16 мая 2020): cборник трудов. — М.: Изд-во «Конверт», 2020. С. 89-91.
  11. Айрумян В.В. Развитие лазерного сканирования в России и актуальность лидарной съемки // Международная научно-практическая конференция «Интеграция современных научных исследований в развитие общества» (Кемерово, 28–29 декабря 2016): сборник трудов. — Кемерово: Изд-во «Западно-Сибирский научный центр», 2016. С. 15-19.
  12. Крючкова Т.Н., Ефимов А.И. Совмещение трехмерных облаков точек: итеративный алгоритм ближайших точек // Методы и средства обработки и хранения информации. Межвузовский сборник научных трудов. — Рязань: Рязанский государственный радиотехнический университет, 2022. С. 123-128.
  13. Вальдман В.В. Возможность использования беспилотного летательного аппарата для целей воздушного лазерного сканирования промышленных территорий горнодобывающих предприятий // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2013. Т. 1. № 3. C. 206-209.
  14. Лурье И.К., Лурье М.В. Моделирование 3D-изменений рельефа местности вследствие склоновой эрозии // Геодезия и картография. 2023. Т. 84. № 3. С. 35-42.
  15. Ямпольский С.М., Наумов А.И., Кичигин Е.К. Статистическая модель прогнозного профиля рельефа местности в задаче выполнения маловысотного полета воздушного судна по цифровой карте высот // Труды МАИ. 2014. № 76. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=50096
  16. Дяченко С.А. Разработка модели системы синтетического видения для перспективных гражданских самолётов // Труды МАИ. 2018. № 99. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=91966
  17. Торопов И.С. Оценка точности создания модели местности на основе аэрофотосъемки с беспилотного летательного аппарата с помощью Agisoft Metashape // Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых. 2020. Т. 1. С. 195-199.
  18. Алексеев Е.П. Построение 3d-модели растений // Международная научно-практическая конференция «Научно-образовательная среда как основа развития интеллектуального потенциала сельского хозяйства регионов России» (Чебоксары, 09 сентября 2022): сборник трудов. — Чебоксары: Чувашский государственный аграрный университет, 2022. С. 303-305.
  19. Мальцева Е.И., Озерова М.И. Особенности создания 3D-моделей в Blender // V Всероссийская молодежная научно-технической конференция «Информационные технологии в науке и производстве» (Омск, 25–26 апреля 2018): сборник трудов. — Омск: Омский государственный технический университет, 2018. С. 105-111.
  20. Цапко И.В., Омельянюк М.Ю. Совмещение трехмерных изображений, полученных в результате ручного лазерного сканирования // Вестник науки Сибири. 2014. № 4 (14). С. 112-116.

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход