ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ МЕСТНОСТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА

АННОТАЦИЯ

Будет рассматривается применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для создания цифровой модели местности (ЦММ) промышленных и строительных объектов. На примере DJI Mavic 3E (с RTK‑системой) и тахеометра Nikon Nivo 5DW, проведён сравнительный анализ по трём критериям (срок выполнения работ, точность данных, стоимость).

ABSTRACT

This article examines the use of unmanned aerial vehicles (UAVs) to create digital terrain models (DTMs) for industrial and construction sites. Using the DJIMavic3E (with an RTK system) and the NikonNivo5DW total station as examples, a comparative analysis is conducted based on three criteria (completion time, data accuracy, and cost).

Ключевые слова: БПЛА; ЦММ; аэрофотосъёмка; геодезические измерения; DJI Mavic 3E; тахеометр; RTK‑система.

Keywords: UAV; DTM; aerial photography; geodetic measurements; DJIMavic3E; total station; RTK system.

Современные технологии активно внедряются в промышленную сферу, обеспечивая высокую точность и оперативность получения пространственных данных. Одним из наиболее эффективных инструментов для создания цифровой модели местности (ЦММ) является использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Применение беспилотников позволяет быстро выполнять цифровую аэрофотосъёмку промышленных объектов, строительных площадок, угольных разрезов, а также осуществлять мониторинг земельных участков.

Полученные аэрофотоснимки, преобразуются в ортофотоплан, цифровую модель рельефа и облако точек. Эти материалы служат основой для проектирования, мониторинга состояния территории, оценки динамики строительных работ и анализа изменений рельефа [1, с. 23].

При выполнении таких работ особое внимание уделяется трём основным показателям:

1. Срок выполнения работы;
2. Точность получаемых данных;
3. Стоимость работ.

Срок выполнения работ

При сравнении эффективности геодезических работ на участке площадью 2 га заметно существенное преимущество БПЛА перед электронным тахеометром.

Так, полный цикл съёмки с DJI Mavic 3E — от подготовки и планирования полёта до получения цифровой модели местности — занимает около трёх часов. В это время входят: подготовка оборудования, разработка маршрута, аэрофотосъёмка с необходимым перекрытием снимков, передача данных, первичная обработка материалов, построение точечной модели, генерация ортофотоплана и цифровой модели рельефа (ЦМР) [2, с. 15].

В то же время работа с Nikon Nivo 5DW только на начальном этапе (установка прибора, ориентирование и съёмка пикетных точек) требует от 3 до 5 часов. Причём в этот срок не заложены дополнительные операции: перенос прибора между станциями, ручной контроль данных, экспорт в офисное ПО, камеральная обработка и построение модели [3, с. 47].

Таким образом, БПЛА позволяет:

1. сократить полевые работы в 1,5–2 раза благодаря автоматизации и охвату большой площади за один полёт;
2. снизить трудозатраты на установку и перестановку оборудования;
3. минимизировать влияние человеческого фактора при сборе данных;
4. ускорить получение итоговых материалов (модель готова через несколько часов после съёмки);
5. повысить детальность модели за счёт высокой плотности точек.

В результате применение БПЛА не только экономит время, но и повышает точность и информативность работ. Это особенно ценно при мониторинге строительных площадок, инвентаризации земель и создании топографических планов масштаба 1:500 и крупнее [4, с. 82].

Точность получаемых данных

БПЛА DJI Mavic 3E, оснащённый камерой с матрицей размером 4/3'' дюйма и системой RTK (Real‑Time Kinematic), обеспечивает получение пространственных данных с высокой детализацией. При правильной калибровке камеры, использовании опорных точек (GCP – Ground Control Points) и соблюдении методики можно достичь следующих показателей точности: плановая точность составляет от 2 до 3 см, а точность по высоте до 5 см. Для обработки данных применяются специализированные ПО (например, Attractor или Agisoft Metashape) [5, с. 112].

В сравнении с ним электронный тахеометр Nikon Nivo 5DW обеспечивает точность отдельных измерений: линейная точность достигает от 2 до 3 мм на расстояниях до 500 м, а угловая точность –  до 5''. Такие результаты достигаются благодаря высокоточным измерениям углов, возможности многократных измерений с усреднением результатов, а также жёсткой фиксации прибора на штативе, минимизирующей динамические погрешности [6, с. 63].

При сопоставлении методов выявляются ключевые преимущества каждого подхода. Тахеометрическая съёмка отличается высочайшей точностью отдельных точек, что критично для разбивочных работ и контроля геометрических параметров сооружений. Она также независима от погодных условий (за исключением сильного дождя или снега, ограничивающих видимость) и позволяет работать в зонах с ограниченной GPS‑доступностью (например, под мостами или в ущельях) [7, с. 94].

В свою очередь, БПЛА‑съёмка выигрывает по скорости: участок площадью 2 га можно отснять за 1 – 2 часа общего времени. Она обеспечивает исключительную плотность данных (миллионы точек облака полученных с лидара или фотограмметрии против сотен ручных замеров), повышает безопасность работ на труднодоступных или опасных участках (обрывах, зонах с повышенной радиацией и т. п.) и даёт возможность одновременно создавать ортофотопланы и 3D‑модели [8, с. 31].

Требования к точности инженерных изысканий регламентируются нормативными документами, такими как СП 11‑104‑97 «Инженерно‑

геодезические изыскания для строительства» [9] и ГОСТ Р 59562‑2021 «Геодезия и картография [10]. Съёмки топографические...», а также местными нормативами в зависимости от категории объекта.  

С учётом этих требований DJI Mavic 3E полностью соответствует стандартам для: создания топографических планов масштаба 1:500 и крупнее; мониторинга строительных площадок; инвентаризации земель; обследования линейных объектов (дорог, ЛЭП). В то же время Nikon Nivo 5DW остаётся предпочтительным инструментом для разбивки осей зданий, контроля геометрических параметров конструкций и высокоточных измерений в условиях, где плотность данных не является критичной [11, с. 75].

Таким образом, хотя тахеометрическая съёмка превосходит БПЛА по точности отдельных точек, оптимальным решением становится комбинированный подход. Он предполагает использование БПЛА для быстрого получения общей картины и плотной модели местности, а тахеометра — для контрольных измерений ключевых точек и объектов с повышенными требованиями к точности [12, с. 108].

Стоимость работ

Стоимость геодезических работ определяется комплексом факторов: поставленными задачами, затраченным временем, типом оборудования, площадью объекта, объёмом работ и требуемым форматом данных. Эти параметры влияют как на выбор аппаратуры, так и на итоговую смету.

При сравнении методов заметно преимущество БПЛА: в отличие от традиционных инструментов (ГНСС‑оборудования или тахеометров) беспилотники значительно ускоряют сбор пространственных данных и увеличивают его объём за единицу времени. Например, съёмка участка 2 га с помощью DJI Mavic 3E занимает 1–2 часа общего времени, тогда как тахеометрическая съёмка той же площади требует нескольких часов только на полевые измерения.

Благодаря высокой производительности БПЛА снижают трудозатраты и сокращают сроки выполнения заказов. Это делает их экономически выгодным решением для задач, где допустима точность в диапазоне 2–5 см (создание топопланов масштаба 1:500, мониторинг стройплощадок, инвентаризация земель). При этом для высокоточных измерений (разбивка осей, контроль геометрии конструкций) по‑прежнему предпочтительны тахеометры, несмотря на более высокую стоимость человеко‑часов.

Таким образом, оптимальный выбор оборудования зависит от баланса требований к точности, срокам и бюджету: БПЛА обеспечивают лучшее соотношение цены и производительности для масштабных съёмок, тогда как тахеометры остаются незаменимыми для прецизионных работ.

Подводя итог хотелось бы сказать, что использования БПЛА на объекте строительства либо другом объекте в настоящее время необходимо так как они представляют собой оптимальный инструмент для оперативного создания цифрового двойника объекта строительства, когда важной целью является скорость, объём работ и условия сохранения баланс между точностью и стоимостью работ. На строительных площадках их могут приминать как с целью мониторинга и анализа данных, так и с целью проектирования и планирования будущих работ.

Список литературы:

1. Клюев, В. С. Современные методы геодезического мониторинга / В. С. Клюев, Н. А. Соловьёв. — М.: Геодезиздат, 2022. — 184 с.
2. Иванов, П. Р. Беспилотные технологии в геодезии: практика применения / П. Р. Иванов. — СПб.: Политехника, 2023. — 216 с.
3. ГОСТ Р 58841.3–2020. Технологии беспилотные. Термины и определения. — М.: Стандартинформ, 2020. — 68 с.
4. СП 47.13330.2016. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. — М.: Минстрой России, 2017. — 120 с.
5. Фёдоров, А. Н. Применение RTK‑технологий в аэрофотосъёмке с БПЛА / А. Н. Фёдоров, С. В. Лебедев // Геодезия и картография. — 2023. — № 6. — С. 42–48.
6. Nikon Nivo 5DW: техническое руководство по эксплуатации. — Токио: Nikon Corp., 2021. — 96 с.
7. Петров, А. В. Геодезические измерения в сложных условиях: методы и оборудование / А. В. Петров. — Новосибирск: Наука, 2022. — 248 с.
8. Воронов, С. А. Применение БПЛА в инженерных изысканиях / С. А. Воронов // Геодезия и картография. — 2023. — № 4. — С. 30–35.
9. СП 11‑104‑97. Инженерно‑геодезические изыскания для строительства. — М.: ПНИИИС, 1998. — 123 с.
10. ГОСТ Р 59562‑2021. Геодезия и картография. Съёмки топографические. Общие требования. — М.: Стандартинформ, 2021. — 24 с.
11. Зайцев, Д. К. Сравнительный анализ методов геодезических измерений / Д. К. Зайцев, Е. В. Морозов // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка. — 2022. — № 5. — С. 74–79.
12. Романов, И. П. Комбинированные методы геодезических работ / И. П. Романов. — М.: Недра, 2023. — 192 с.