استفاده از پهپادهای DJI Enterprise برای خودکارسازی نقشه‌برداری در مدلسازی سه بعدی ساختمان، ضبط داده‌های با کیفیت بالا برای مدل‌های سه‌بعدی را تضمین می‌کند.
همانطور که در مقاله “ساخت ورزشگاه به کمک نقشه های پهپاد” گفته شد؛ تحول دیجیتال در حال گسترش در سراسر صنایع است و بخشی از این تحول، ایجاد همزادهای دیجیتال از دارایی‌های فیزیکی است. همزاد دیجیتال، نمایشی دیجیتال از یک شیء فیزیکی است که میتواند شامل یک مدل سه‌بعدی به همراه داده‌های حسگرهای دیگر باشد. این همزاد دیجیتال برای نظارت، مدیریت و نگهداری یک دارایی فیزیکی به کار می‌رود.
پیشنهاد مطالعه: کاربرد پهپاد: بررسی جامع استفاده از پهپاد
ایجاد همزادهای دیجیتال (Digital Twins)
پهپادها نقشی کلیدی در تأمین داده‌های مورد نیاز برای ایجاد همزادهای دیجیتال ایفا می‌کنند. قرار دادن دوربین در بالای هر نقطه از یک دارایی، مزایایی از جمله سرعت، تکرارپذیری و ایمنی را به همراه دارد. داده‌های به‌دست‌آمده از پهپادها برای ساخت مدل‌های سه‌بعدی با استفاده از فتوگرامتری و بازرسی دارایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ضبط داده‌های باکیفیت با استفاده از پهپاد برای مدلسازی سه بعدی ساختمان با وضوح بالا میتواند چالش‌برانگیز باشد، به‌ویژه برای دارایی‌های خاصی مانند دو ساختمان عظیم در یک محیط شهری.
برای دستیابی به خروجی‌های حرفه‌ای مدل سه‌بعدی، خلبان باید تصاویر را به روشی خاص ضبط کند که شامل مدیریت متغیرهایی نظیر همپوشانی تصاویر، زوایای دوربین، فاصله نمونه و نوردهی تصویر برای هر نمای ساختمان است. خلبان باید تمام این عوامل را متعادل کند، در حالی که همزمان از محیط اطراف خود آگاه است، با قوانین و مقررات سازگار عمل می‌کند، ایمنی را حفظ می‌کند و وظایف دیگری را نیز انجام می‌دهد.
پس پرسش این است: چگونه می‌توان تصاویر مورد نیاز از یک سایت پیچیده، مانند دو ساختمان در محیط شهری، را به‌طور ایمن ضبط کرد؟
پاسخ در استفاده از اتوماسیون پرواز نهفته است.
همزاد دیجیتال سه‌بعدی
مأموریت‌های نقشه‌برداری عمودی نما و مأموریت‌های نقشه‌برداری متقاطع از نرم‌افزار Dronelink، که یک نرم‌افزار کنترل پرواز سازگار با پهپادهای DJI است، برای ضبط خودکار داده‌ها به‌منظور ایجاد همزاد دیجیتال دادگاه ناحیه اوکلاهاما و مرکز یادگیری قضایی فدرال و موزه به کار گرفته شدند.
استفاده از پرواز خودکار برای شرکت Paper Airplane، که یک شرکت ارائه‌دهنده راه‌حل‌های پهپادی است و اغلب برای پروژه‌های بازرسی، ارزیابی و نگهداری پیش‌بینی‌کننده قرارداد می‌بندد، نقشی حیاتی در تحقق این پروژه یادبود تاریخی و مرمت ایفا کرد. توانایی ضبط ایمن و کارآمد داده‌های باکیفیت، امکان تولید خروجی‌هایی با کیفیت بالا را فراهم کرد که فراتر از انتظارات مشتری بود.
بررسی پهپادی دادگاه ایالت اوکلاهاما
تنظیم صحنه
شرکت Paper Airplane، که در خدمات پهپادی تخصص دارد، برای ایجاد همزاد دیجیتال دادگاه ناحیه اوکلاهاما و مرکز یادگیری قضایی فدرال و موزه استخدام شد. هدف این پروژه، حفظ و بازسازی اهمیت تاریخی این ساختمان‌ها با استفاده از مدلسازی سه بعدی ساختمان بود.
این سایت درست روبه‌روی خیابانی قرار دارد که بمب‌گذاری اوکلاهاما سیتی در سال ۱۹۹۵ در آن رخ داد. انفجار این بمب‌گذاری به ۳۲۴ ساختمان در شعاع ۱۶ بلوکی آسیب رساند. اهداف پروژه شامل بازرسی دو ساختمان برای ارزیابی یکپارچگی ساختاری مناطق آسیب‌دیده و برنامه‌ریزی برای نگهداری پیشگیرانه بود، در حالی که آسیب‌های ناشی از رویدادهای تاریخی به‌عنوان یادبود در ساختمان‌ها حفظ می‌شد.
به‌جای تکیه بر دوربین‌های دوچشمی و دوربین‌های زمینی نقطه‌ای که اطلاعات محدودی درباره مکان دقیق، سطح ساختمان، هر تصویر و آسیب‌های مرتبط ارائه می‌دهند، یک مدل سه‌بعدی همزاد دیجیتال به‌عنوان راه‌حل ایده‌آل برای همه ذی‌نفعان درگیر انتخاب شد. این مدل سه‌بعدی امکان همپوشانی تصاویر از زوایای مختلف هر نقطه مورد علاقه را فراهم می‌کند و شناسایی و مکان‌یابی هرگونه آسیب را آسان می‌سازد.
اهداف این پروژه شامل موارد زیر بود:
- مدلسازی سه بعدی ساختمان
- اجرای ایمن پروازهای پهپاد برای ضبط تمام سقف‌ها و نماها.
- پردازش تصاویر جداگانه ضبط‌شده به یک نمای سه‌بعدی باکیفیت.
- صادرات مش سه‌بعدی و ابر نقاط ساختمان‌ها.
- به‌اشتراک‌گذاری داده‌ها با شرکت معماری مسئول مدیریت پروژه.
- کمک به وارد کردن و پیاده‌سازی مدل‌ها برای بازرسی، کاهش آسیب و استفاده در نرم‌افزارهای BIM و مدلسازی.
- ارائه راه‌حل مشاهده مبتنی بر ابر برای دسترسی گسترده پرسنلی که ممکن است منابع سخت‌افزاری لازم برای مشاهده فایل به‌صورت محلی را نداشته باشند.
- ارائه فایل پروژه برای ارتباط دادن آسیب‌ها به مکان آن‌ها روی سطح ساختمان.
ملاحظات هنگام ضبط داده‌ها برای مدلسازی سه بعدی ساختمان
برای تدوین برنامه‌ای به‌منظور تولید یک همزاد دیجیتال باکیفیت، باید برخی عوامل کلیدی را برای ضبط بهترین داده‌های ممکن جهت استفاده در نرم‌افزار پردازش فتوگرامتری درک کنیم. ابتدا این عوامل را بررسی می‌کنیم و سپس در بخش‌های بعدی توضیح می‌دهیم که چرا Paper Airplane ترکیب DJI و Dronelink را انتخاب کرد.
کیفیت تصویر
کیفیت تصاویر ضبط‌شده از اهمیت بالایی برخوردار است. عوامل کلیدی یک دوربین که به تولید تصویر باکیفیت منجر می‌شوند شامل اندازه حسگر، کیفیت شاتر و وضوح هستند.
وجود یک حسگر بزرگ به افزایش دامنه دینامیکی تصویر کمک می‌کند. این ویژگی امکان ضبط تصاویر در مناطق کم‌نور یا سایه‌دار با ویژگی‌های آفتابی در یک قاب را فراهم می‌کند. چنین شرایط نوری هنگام ضبط داده‌ها در اطراف سازه‌های بلند بسیار رایج است. همچنین داشتن یک شاتر مکانیکی باکیفیت برای کاهش اعوجاج یا تاری تصویر ضروری است، زیرا پهپاد هنگام ضبط تصاویر در حال حرکت است. پایداری تصویر نیز برای کاهش تاری ناشی از حرکت و کمک به فوکوس دوربین، به‌ویژه در مناطقی که در معرض جریان‌های بادی شدید قرار دارند (مانند مناطق شهری پرتراکم)، اهمیت دارد.
دقت تصویر
هنگام ساخت یک مدل سه‌بعدی، دانستن مکان دقیق تصویر میتواند به بهبود کیفیت مش خروجی و کاهش زمان پردازش کمک کند. اما در مناطق شهری متراکم، ساختمان‌های بلند می‌توانند دید آسمان (و ماهواره‌ها) را محدود کرده و کیفیت GPS را کاهش دهند. پهپادهای سطح Enterprise شرکت DJI از فناوری کینماتیک در زمان واقعی (RTK) برای به حداقل رساندن خطاهای موقعیت‌یابی در محیط‌های پیچیده استفاده می‌کنند. گیرنده RTK پهپاد میتواند به یک ایستگاه پایه یا ارائه‌دهنده NTRIP ارجاع دهد تا دقت موقعیت‌یابی را بهبود بخشد.
پوشش دارایی
هر بخش از دارایی باید از زوایای مختلف برای بازسازی باکیفیت ضبط شود. این شامل ضبط تصاویر NADIR از سقف و هر نما با همپوشانی کافی برای پردازش است. زوایای مختلف دوربین به اطمینان از پوشش ویژگی‌های متنوع، مانند زیر بالکن، کمک می‌کند. حفظ همپوشانی مناسب تصاویر به‌صورت افقی و عمودی هنگام ضبط نما میتواند چالش‌برانگیز باشد، به‌ویژه با توجه به اینکه فاصله نمونه، زاویه دوربین و اندازه حسگر همگی بر الگوی پرواز مورد نیاز برای حفظ همپوشانی تأثیر می‌گذارند.
استفاده از نرم‌افزار کنترل پرواز برای مدیریت تمام این پارامترهای ضبط داده، چه برای پروازهای نقشه‌برداری NADIR و چه برای پروازهای نقشه‌برداری عمودی نما، ضروری است. مأموریت‌های خودکار می‌توانند برای پرواز در الگوهای خاصی مانند ستون‌های عمودی، مسیرهای افقی انباشته و الگوهای شبکه‌ای یا متقاطع در یک محدوده تعریف‌شده با مقادیر همپوشانی و زوایای دوربین از پیش تعیین‌شده طراحی شوند.
وضوح فضایی / فاصله نمونه
یکی از عوامل مهم که بر کیفیت بازسازی تأثیر می‌گذارد، وضوح است. وضوح بالاتر به جزئیات بیشتر شیء منجر می‌شود و به مدل سه‌بعدی امکان می‌دهد تعریف بیشتری از ویژگی‌های کوچک‌تر داشته باشد. وضوح تصویر به مشخصات دوربین و فاصله از شیء مورد تصویربرداری بستگی دارد. اصطلاح رایج در این زمینه، فاصله نمونه زمین (GSD) است که اغلب در نقشه‌برداری زمین به کار می‌رود و در مورد نمای ساختمان، فاصله نمونه نامیده می‌شود. این اصطلاح به ابعاد یک پیکسل واحد در تصویر اشاره دارد که روی دارایی اندازه‌گیری می‌شود (برای مثال، ۰.۱۰ اینچ/پیکسل | ۰.۲۴ سانتی‌متر/پیکسل).
وضوح و پوشش دارایی به یکدیگر وابسته‌اند. تعیین فاصله نمونه و وضوح مورد نظر به تعیین فاصله پهپاد از سطح دارایی کمک می‌کند و این خود الگوی پرواز لازم برای حفظ همپوشانی‌های جلویی و جانبی را مشخص می‌کند تا پوشش کامل دارایی تضمین شود.
اکنون که برخی عوامل کلیدی برای ایجاد همزادهای دیجیتال را شناختیم، بیایید درباره سخت‌افزار و نرم‌افزار خاصی که این الزامات را برآورده می‌کنند صحبت کنیم.
انتخاب سخت‌افزار برای مدلسازی سه بعدی ساختمان
DJI Mavic 3 Enterprise یک انتخاب عالی برای راه‌حل سخت‌افزاری مقیاس‌پذیر برای مدلسازی سه بعدی ساختمان است. با حسگر بزرگ ۴/۳ اینچی که تصاویر ۲۰ مگاپیکسلی ضبط می‌کند، این پهپاد دامنه دینامیکی فوق‌العاده‌ای برای ثبت بهترین تصاویر ممکن دارد. ترکیب حسگر بزرگ با شاتر مکانیکی که در ۰.۷ ثانیه عمل می‌کند، M3E را در رده بهترین‌های کلاس خود قرار می‌دهد. این شاتر مکانیکی سریع‌تر امکان پرواز با سرعت بالاتر را بدون کاهش کیفیت تصویر فراهم می‌کند و به‌طور بالقوه در زمان حضور در محل صرفه‌جویی می‌کند. اندازه کوچک آن کار با آن را آسان کرده و سیستم دوربینی مناسب برای هر پروژه همزاد دیجیتال دارد. علاوه بر این، عمر باتری طولانی تا ۴۵ دقیقه نیاز به تعویض مکرر باتری در طول مأموریت را کاهش می‌دهد و تعداد کل باتری‌های مورد نیاز در میدان را محدود می‌کند.
تصویر Mavic 3 ENT
در مقایسه با یک پهپاد مصرفی (مانند Mavic 2 Pro) با فاصله‌سنج ۲ ثانیه‌ای، M3E همان سایت را سریع‌تر و با نتایج باکیفیت‌تر انجام می‌دهد. Mavic 3 Enterprise همچنین میتواند داده‌هایی با دقت در سطح اینچ را هنگام پرواز ایمن با گیرنده RTK قابل تعویض ضبط کند.
مقایسه M3E و M2P
اتوماسیون ضبط داده با نرم‌افزار کنترل پرواز
مدیریت پوشش کامل دارایی با وضوح بالا در حالی که عملیات ایمن تضمین می‌شود، بدون استفاده از ابزارهای پرواز خودکار دشوار است. در این پروژه، Paper Airplane از Dronelink استفاده کرد که مجموعه‌ای از ابزارهای کنترل پرواز و گردش‌کارها را برای ایجاد برنامه‌های مأموریت و اجرای خودکار آن‌ها ارائه می‌دهد. Dronelink قادر به اجرای مأموریت‌های نما برای نقشه‌برداری عمودی و مأموریت‌های نقشه برای ضبط سقف‌هاست.
پیش‌نمایش مأموریت Dronelink
در Dronelink، یک مأموریت نما میتواند به‌راحتی با استفاده از چند ورودی کلیدی ایجاد شود، از جمله:
- مرز نما (سمت چپ و راست، ارتفاع و حداقل ارتفاع ایمن).
- همپوشانی عمودی و افقی.
- فاصله هدف از سطح دارایی و حسگر دوربین مورد استفاده.
- زاویه دوربین.
برنامه‌ریز مأموریت Dronelink
مأموریت نما میتواند از طریق دو گردش‌کار مختلف ایجاد شود:
- برنامه‌ریزی قبلی مأموریت‌ها در وب یا اپلیکیشن موبایل.
- مأموریت‌های در حال پرواز که در میدان با استفاده از پهپاد تولید می‌شوند.
برنامه‌ریزی قبلی مأموریت‌های نما نیازمند ایجاد برنامه مأموریت از قبل با استفاده از برنامه‌ریز مأموریت در لپ‌تاپ یا اپلیکیشن موبایل است. پس از برنامه‌ریزی، ویژگی‌های جیو-تصحیح می‌توانند مأموریت را در میدان بر اساس یک نقطه مرجع شناخته‌شده (مانند گوشه ساختمان) تراز کنند. همچنین می‌توان مناطق محدود شده را برای ایجاد مناطق ممنوعه پرواز اضافه کرد که هر دو برای افزایش دقت و ایمنی مفیدند.
مأموریت‌های در حال پرواز نما به خلبان اجازه می‌دهند تا مأموریت را در میدان تولید کند، با استفاده از موقعیت پهپاد برای علامت‌گذاری بصری محدوده پرواز، تنظیم همپوشانی‌های دوربین و سایر تنظیمات. خلبان از طریق دستورالعمل‌های گام‌به‌گام در اپلیکیشن موبایل هدایت می‌شود تا ورودی‌های کلیدی را که مأموریت را تولید می‌کنند علامت‌گذاری کند. پس از تولید، مأموریت با دارایی تراز شده و هر بار یک نمای ساختمان را اجرا می‌کند. این ویژگی به خلبانان امکان می‌دهد برنامه‌های خود را با توجه به محدودیت‌های محیطی مانند سرعت، همپوشانی، محدودیت‌های حداقل ارتفاع و سایر مناطق خاص تنظیم کنند.
برای این سایت، Paper Airplane انتخاب کرد که مأموریت‌های تطبیقی نما در حال پرواز را با دو زاویه دوربین مختلف برای هر نما و مأموریت‌های نقشه از قبل برنامه‌ریزی‌شده برای سقف‌ها اجرا کند.
پس از باز کردن مأموریت تطبیقی نما در حال پرواز، خلبان پهپاد را به‌صورت دستی پرواز داد تا ورودی‌های کلیدی زیر را علامت‌گذاری کند:
- گام ۱: گوشه سمت راست ساختمان
- گام ۲: گوشه سمت چپ
- گام ۳: لبه بالایی
- گام ۴: حداقل ارتفاع ایمن، فاصله هدف و زاویه گیمبال
- گام‌های اضافی: الگو و همپوشانی‌ها (نمایش داده نشده)
پس از ارائه تمام ورودی‌های مورد نیاز، مأموریت تولید شده و پیش از پرواز در حالت سه‌بعدی قابل پیش‌نمایش است. سپس خلبان گزینه “شروع” را انتخاب می‌کند و Dronelink مأموریت را به‌صورت خودکار پرواز می‌دهد.
در حین اجرای مأموریت مدلسازی سه بعدی ساختمان، خلبان میتواند پهپاد و محیط اطراف آن را نظارت کند تا ایمنی عملیات تضمین شود. پنل افست‌های پهپاد در سمت راست به خلبان اجازه می‌دهد تا تنظیمات لحظه‌ای مانند تغییرات جزئی ارتفاع در نزدیکی موانع را اعمال کند. در هر زمان، خلبان میتواند مأموریت را متوقف کرده و کنترل را به دست گیرد. آخرین موقعیت ذخیره می‌شود، چه پس از توقف دستی یا برای تعویض باتری، و خلبان میتواند مأموریت را از همان نقطه ادامه دهد تا تداوم داده‌ها و همپوشانی‌ها برای پردازش پسین حفظ شود.
برای این پروژه، Paper Airplane ۱۲ مأموریت تطبیقی نما در حال پرواز و دو مأموریت نقشه را اجرا کرد تا پوشش کامل تضمین شود. برای ایجاد همزاد دیجیتال مورد نیاز، هر نمای ساختمان دو بار با زوایای دوربین ۰ درجه و -۲۰ درجه پرواز شد. هر مأموریت نما با الگوی پرواز عمودی با ۸۰٪ همپوشانی عمودی و افقی انجام شد. فاصله هدف ۴۰ فوت برای دستیابی به فاصله نمونه ۰.۱۴ اینچ/پیکسل | ۰.۳۵ سانتی‌متر/پیکسل استفاده شد.
الگوی پرواز عمودی به جای افقی به دلایل ایمنی عملیاتی انتخاب شد. با توجه به ساختمان‌های اطراف و محیط شهری، ستون‌های عمودی به خلبان اجازه می‌دادند زیر پهپاد بایستد در حالی که پهپاد در یک ستون به بالا یا پایین حرکت می‌کرد، و این اطمینان را می‌داد که هیچ‌کس دیگری مستقیماً زیر آن قرار نگیرد.
پردازش و تجزیه‌وتحلیل داده‌ها
پس از ضبط داده‌ها در محل، مرحله پردازش پسین آغاز می‌شود. DJI Terra یک موتور پردازش محلی مقرون‌به‌صرفه است که قادر به تولید مدل‌های سه‌بعدی باکیفیت است که میتواند در مدلسازی سه بعدی ساختمان به کار آید.
هنگام پردازش داده‌ها، باید نقاط کنترل زمینی (GCPs) استفاده‌شده را در نظر گرفت. این نقاط برای ایجاد مدل‌های سه‌بعدی ضروری نیستند، اما می‌توانند به دقت مطلق و تولید نقاط اتصال کمک کنند. در طول پردازش، از نقاط اتصال دستی (MTPs) نیز می‌توان برای ساخت مش سه‌بعدی متراکم‌تر استفاده کرد.
با تبدیل داده‌ها به یک مدل سه‌بعدی، کاربران نهایی (در این مورد، پیمانکار عمومی و معماران) می‌توانند تصاویر را مرور کرده و موقعیت دقیق هر آسیب یا منطقه مورد علاقه را روی مدل سه‌بعدی شناسایی کنند. این قابلیت برای ارائه زمینه‌ای از مکان مناطق نیازمند توجه بسیار مفید است. ابزارهای اندازه‌گیری می‌توانند مکان و اندازه دقیق مناطق آسیب‌دیده را تعیین کرده و در برنامه‌ریزی کارهای نگهداری کمک کنند.
تصاویر مدل سه‌بعدی
نتیجه‌گیری
ایجاد همزادهای دیجیتال از دارایی‌های فیزیکی با استفاده از پهپادها و فتوگرامتری در حال تغییر روش کار سازمان‌ها در تمام صنایع است. دسترسی آنلاین به همزادهای دیجیتال برای ذی‌نفعان کلیدی در این سازمان‌ها، ساعت‌های بی‌شماری را صرفه‌جویی می‌کند و به آن‌ها امکان می‌دهد کارآمدتر عمل کرده و گردش‌کارهای داخلی خود را بهینه‌سازی کنند.
پهپادهای DJI Enterprise همراه با نرم‌افزار اتوماسیون پرواز Dronelink، شرکت Paper Airplane را قادر ساخت تا این پروژه پیچیده و بسیاری دیگر را با نتایج برجسته ارائه دهد و به دیگر رهبران صنعت در هدایت موج تحول دیجیتال در صنایع بپیوندد.
درباره Dronelink
Dronelink یک نرم‌افزار کنترل پرواز پهپاد است که مأموریت‌های خودکار، گردش‌کارها و ابزارهای پرواز را برای پهپادهای پیشرو DJI ارائه می‌دهد. این نرم‌افزار در وب، دستگاه‌های موبایل و کنترل‌کننده‌های راه دور پشتیبانی می‌شود؛ خلبانان می‌توانند مأموریت‌هایی برای نقشه‌ها، نقاط مسیر، مدارها، پانوراماها، نقشه‌برداری عمودی یا بازرسی‌ها اجرا کنند یا از حالت‌های پرواز مانند مدار، دنبال کردن یا فوکوس استفاده کنند. امکان لینک کردن چندین مأموریت، خودکارسازی هر جزئیات، پیش‌نمایش در حالت سه‌بعدی و حتی افزایش دقت پهپاد وجود دارد. اطلاعات بیشتر در dronelink.com.
درباره Paper Airplane
Paper Airplane یک ارائه‌دهنده خدمات UAS از ابتدا تا انتها است که تجزیه‌وتحلیل داده‌ها را از طریق بررسی، بازرسی، ارزیابی و نگهداری پیش‌بینی‌کننده ارائه می‌دهد. محصولات آن‌ها بر اساس نیازهای خاص مشتری سفارشی‌سازی می‌شوند تا خروجی‌هایی منحصربه‌فرد، قدرتمند و در عین حال قابل فهم تولید کنند. این شرکت خدماتی در زمینه بررسی، بازرسی پوشش ساختمان، بازرسی تأسیسات عمومی/حقوق راه، تشخیص متان، بازرسی آب باران/نقشه‌برداری BMP و غیره ارائه می‌دهد. اطلاعات بیشتر در www.pprair.com.
