Сканер для БПЛА

Производство аэросъёмочных работ, применяемое в различных сферах деятельности от инженерных изысканий до лесного хозяйства, в настоящее время динамично развивается. Являясь дистанционным и мобильным методом сбора данных, съемка с беспилотника имеет ряд связанных с этим очевидных преимуществ в сравнении с классическими геодезическими методами, а именно в части скорости производства работ и возможности съемки труднодоступных и опасных участков.

Воздушное лазерное сканирование (далее — ВЛС) — один из видов аэросъемки. Установленный на воздушном судне сенсор проводит дискретное сканирование местности и объектов, расположенных на ней. При этом регистрируется направление и время прохождения лазерного луча. Помимо LiDARа, в состав системы сканирования входят высокоточный ГНСС-приемник и инерциальный блок, с помощью которых определяется текущее положение и ориентация лазерного сканера. Зная углы ориентации и координаты лазерного сканера, можно однозначно определить абсолютные координаты каждой точки отражения сигнала в пространстве, решив прямую геодезическую задачу. Частота излучения сканера – сотни тысяч Гц. Благодаря высокой дискретности и плотности точек лазерных отражений, пользователь технологии ВЛС обладает возможностью получения точек лазерных отражений (далее – ТЛО) от рельефа под кронами деревьев, что физически невозможно при использовании иных видов аэросъемки. Также важно отметить независимость метода ВЛС от условий освещения.

В зависимости от поставленных задач, связанных с конфигурацией и доступностью объектов съемки, система сканирования может быть установлена на различные типы беспилотных летательных аппаратов (далее — БПЛА), отличающиеся по типу крыла (винтокрыл, самолет или конвертоплан), типу взлета/посадки и типу двигателя. В конкретных условиях особенности летных возможностей каждого из перечисленных типов судов могут иметь преимущество над возможностями остальных. К примеру, носители самолетного типа обеспечивают высокую скорость и выработку, но ограничены необходимостью поиска подходящей площадки для взлета/посадки. Именно по причине разнообразия условий применения для системы сканирования важным свойством является ее кроссплатформенность, а именно возможность использования на широком спектре типов БПЛА. В качестве сканеров для БПЛА компания «АГМ Системы» предлагает системы серии АГМ-МС (табл. 1).

Таблица 1. Сканеры для БПЛА. Технические характеристики

Характеристика АГМ-МС1 АГМ-МС3
Сенсор
Частота сканирования, кГц 300 640
Максимальная дальность измерения, м 100 300
Угол поля зрения, ° 360 360
Скорость вращения сканирующего зеркала, Гц 20 20
Возможность интеграции внешней камеры, шт 1 2
Система инерциального позиционирования АГМ-ПС.М33 АГМ-ПС.М37
Метрологические характеристики
Точность определения дальности, см 3 3
Точность определения координат, см 3-5 3-5
Системные характеристики
Размеры, мм 141х112х112 120х116х104
Вес, кг 1.0 1.1
Источник питания 9-18 V, 1.3 A 9-18 V, 1.3 A
Температура использования -10...+50 °C -20...+55 °C

Вся процедура вывод данных дистанционного зондирования (точек лазерных отражений, параметров внешнего ориентирования) осуществляется в программных продуктах собственной разработки (рис. 1).

Рис. 1. ПО, входящее в комплект поставки систем сканирования серии АГМ-МС

Рассмотрим часть успешно зарекомендовавших себя вариантов установки систем на различные типы беспилотников.

Мультироторные БПЛА. Обладая вертикальным типом взлета/посадки, такие носители в наименьшей степени ограничены выбором подходящей площадки для старта и окончания полетного задания. Маневренность данного типа устройств на относительно низких скоростях является незаменимой в условиях сложного рельефа при необходимости его огибания на малых высотах. В таблице 2 приведены характеристики двух моделей БПЛА описываемого типа: Геоскан 401 (рис. 2) и DJI Matrice 300 Pro (рис. 3).

Таблица 2. Мультироторные БПЛА

Характеристика Геоскан 401 DJI Matrice 300 Pro
Тип двигателя электрический электрический
Полетное время, мин 35 25
Средняя скорость носителя, м/с 10 10
Площадь съемки за один вылет, га 150-200 100-150
Производитель ООО «Плаз», Россия Shenzhen Dajiang Innovation Technology Co, КНР

Рис. 2. Система серии АГМ-МС, установленная на БПЛА Геоскан 401

Рис. 3. Система серии АГМ-МС, установленная на БПЛА DJI Matrice 300 Pro

Беспилотники с неподвижным крылом (самолетного типа). Возможность пользоваться существенным преимуществом перед БПЛА коптерного типа в скорости как очевидна, так и неоспорима. Вместе с тем, существует ряд особенностей, требующих особого внимания. Взлет с пневматической или ручной катапульты, посадка с помощью парашюта – все эти процедуры, во-первых, требуют отдельной глубокой технической подготовки операторов БПЛА, а во-вторых, при их проведении существует гораздо больше возможностей возникновения нештатных ситуаций с потенциально негативными последствиями для полезной нагрузки, чем при работе с мультикоптерными устройствами. На рисунках 4, 5 приведены примеры установки систем сканирования серии АГМ-МС на БПЛА Supercam S350 и Птеро G1. В таблице 3 – сравнение отдельных характеристик.

Таблица 3. БПЛА с неподвижным крылом

Характеристика Supercam S350 Птеро G1
Полетное время, ч до 3 до 15
Средняя скорость носителя, км/ч 85 95
Площадь съемки за один вылет, км2 до 20 до 400
Производитель ГК «Беспилотные системы», Россия ООО «Птеро», Россия

Рис. 4. Система серии АГМ-МС, установленная на БПЛА Supercam S350

Рис. 5. Система серии АГМ-МС, установленная на БПЛА Птеро G1

Гибридные дроны (VTOL). Объединяя преимущества беспилотников двух типов, перечисленных ранее, весомое место среди носителей занимают устройства с вертикальным взлетом/посадкой. Взлет/посадка воздушных судов данного типа, как правило, осуществляется с помощью электродвигателей по принципу мультикоптерного БПЛА, а движение по рабочему маршруту – после запуска маршевого двигателя (внутреннего сгорания или электрического) по принципу БПЛА самолетного типа. На рисунках 6, 7 представлены примеры установки систем АГМ-МС на дроны Supercam SX350 и JOUAV CW-25. В таблице 4 – сравнительные характеристики.

Таблица 4. БПЛА с вертикальным взлетом/посадкой (VTOL)

Характеристика Supercam SX350 JoUAV CW-25
Полетное время, ч 2 6
Средняя скорость носителя, км/ч 70-120 100
Площадь съемки за один вылет, км2 до 20 до 60
Производитель ГК «Беспилотные системы», Россия Chengdu JOUAV Da Peng Tech Co. Ltd., КНР

Рис. 6. Система серии АГМ-МС, установленная на БПЛА Supercam S350

Рис. 7. Система серии АГМ-МС, установленная на БПЛА JOUAV CW-25

В зависимости от масштаба, задач и условий съемки, сканер для БПЛА может быть установлен на большинство из типов воздушных судов без ущерба качеству получаемых данных. Высокая эффективность применения ВЛС при проектировании и обустройстве промышленных объектов различного рода была неоднократно доказана на практике многочисленными пользователями, активно применяющими в работе системы сканирования серии АГМ-МС на десятках моделей беспилотников, в том числе, благодаря практически неограниченным разумными причинами возможностям монтажа и аппаратной интеграции.