Новая система RIEGL VQ-1560i. Особенности и преимущества.

В сентябре 2016 года компания RIEGL анонсировала выход новой флагманской системы в линейке оборудования для воздушного лазерного сканирования – RIEGL VQ-1560i. Данное событие, бесспорно, стало важной вехой в развитии технологий лазерного сканирования - новое устройство успешно «взяло планку» нового рекорда скорости: 2 000 000 точек в секунду.

Внешне система RIEGL VQ-1560i очень напоминает своего предшественника – RIEGL LMS-Q1560. Однако разница очень велика – скорость выросла в 2 раза, хотя высотность при этом осталась на том же уровне. Кроме того, сильно снизилась «шумность» итогового облака точек. Начнем обо всем по порядку.

Состав системы

Форм-фактор сканера остался очень похожим на его предшественника RIEGL LMS-Q1560 – сканер предназначен для установки вертикально в люк уменьшенных габаритов (400 мм и более).

Рис.1. Внешний вид RIEGL LMS-Q1560 (внизу) и RIEGL VQ-1560i (вверху)

Сканер состоит из двух сканирующих устройств полностью автономных, компромиссные технологии вроде «расщепления луча» не приветствуются инженерами RIEGL. Строки сканирования обоих лазеров расположены Х-образно в плане (под углом в +/-14 градусов) и под углом друг к другу в вертикальной плоскости (+/-8 градусов). Подобное решение позволяет получать в городах значительно большее (в несколько раз) количество отраженных от стен точек, решая проблему картографирования при наличии крыш со свесами. Интересной особенностью данной схемы является то, что при наличии бокового сноса (при боковом ветре) полоса сканирования не становится уже, а наоборот – увеличивается в ширину.

Рис. 2. Схематическое расположение строк сканирования лазерных головок RIEGL VQ-1560i

Общий угол сканирования составляет около 58 градусов, что практически соответствует углу обзора 50-мм объектива среднеформатной камеры, которой комплектуется данная система. Помимо штатной (по выбору – 80 или 100 мегапикселов) фотокамеры, пользователь может установить еще одну камеру – например, тепловизор, УФ-камеру или обычную 4K-видеокамеру. Конструкция системы позволяет оперативно производить замену сенсоров и/или их объективов в составе съемочного комплекса силами пользователей без вызова представителей компании RIEGL или отправки сканера на завод.

Поскольку сканер позиционируется в том числе и как решение для работы со значительных (более 4000 м) высот, он комплектуется одной из наиболее совершенных на сегодняшний день инерциальных систем для авиационных работ – Applanix AP60. Данная ИНС обеспечивает точность измерения углов:

• по крену и тангажу – от 0.005 до 0.0025 угловых градусов (в зависимости от режима ГНСС);
• по курсу – до 0.005 угловых градусов.

Подобная точность ИНС позволяет обеспечить данным лазерного сканирования точность, отвечающую требованиям СНиП 11-02-96 вплоть до высот:

• 1:500 – до 2900 м (под сечение рельефа 0.5 м);
• 1:1000 – до 3800 м (под сечение рельефа 0.5 м);
• 1:2000 – на всем диапазоне высот (под сечение рельефа 1.0 м).

Производительность

RIEGL VQ-1560i обладает поистине высочайшей производительностью и точностью. Изменения, внесенные RIEGL в программное обеспечение и в аппаратные настройки позволили добиться крайне низкого шума в данных. Так, при высоте съемки на уровне 600 м «шум» точек на заведомо плоских поверхностях (например, бетонные плиты) составляет около 20 мм. Плотность сканирования позволяет обеспечить требования 1:500 даже с очень большой высоты: так, если считать достаточной для создания картографической продукции плотность в 10 точек на 1 м2 (что де-факто сейчас является стандартом для данного масштаба в РФ), то оказывается, что при работе с Ан2 (наиболее распространенный в РФ тип носителя) получение такой плотности возможно вплоть до высоты в 2000 м.

Как следует из Таблицы2, RIEGL VQ-1560 обладает чудовищной производительностью при работе под масштаб 1:1000 и использовании носителя типа Ан30 – за 6 часов полета он без проблем может отснять до 2000 км2 территории, работая на высоте около 2900 м. При этом разрешение даже 100-мегапиксельной камеры окажется несколько недостаточным для такого масштаба – около 24 см. Как видим, впервые за всю историю технологии сканер оказывается более детальным сенсором, чем фотокамера среднего формата.

Конечно, удобнее работать с более детальными данными – в этом случае необходимо использовать уже не средне-, а широкоформатные камеры – наподобие Vexcel или DMC. В этом случае с высоты 2900 м разрешение фото составит около 14-15 см, что достаточно для производства работ под 1:1000.

Помимо высокой скорости сканирования (до 2 миллионов точек отражений в секунду) RIEGL VQ-1560i позволяет снимать до 600 строк сканирования в секунду. На сегодняшний день это – абсолютный рекорд. Данный параметр определяет верхний предел скорости, при котором возможно достижение РАВНОМЕРНОГО распределения точек по поверхности земли. Так, например, если мы хотим иметь плотность ТЛО на уровне 25 т/м2, то это означает, что среднее расстояние между точками (как в строке, так и между строк) должно составить 20 см. Нетрудно видеть, что если, допустим, сканер позволяет сканировать только 150 линий в секунду, то мы не сможем обеспечить равномерность сканирования на скорости более 20х150/100=30 м/с (108 км/ч). А ведь большинство носителей летает гораздо быстрее не то что 30, а и 40 м/с.

В противоположность данному примеру, RIEGL VQ-1560i позволяет работать практически с любым мыслимым сочетанием плотностей и скоростей:

• Хотим снимать плотность 100 т/м2 с Ан2, летящего со скоростью 45 м/с? Пожалуйста – для этого достаточно 450 строк в секунду, при этом среднее расстояние между точками составит около 10 см, а диаметр лазерного луча на поверхности земли – 7.5 см.
• Нужна съемка с Ан30 на высоте 300 м с плотностью 36 точек на 1 м2 (расстояние между точками в 16 см), скорость полета – 100 м/с (360 км/ч)? Это возможно – как раз 600 строк в секунду нам в этом случае и нужно.
• Нужна съемка под 1:1000 с реактивного носителя, летящего со скоростью 750 км/ч? Плотность при этом – 4 точки на 1 м2. Не вопрос – достаточно 420 строк в секунду.

Обеспечить равномерность распределения точек при более низкой плотности на большой высоте гораздо легче, чем при работе на максимальной плотности и минимальной высоте – но, как видим, RIEGL VQ-1560i прекрасно справляется с этой задачей при мыслимом сочетании высот и носителей. Понятно, что при работе с Ту134 на высоте 300 м он, конечно, не обеспечит равномерность, но никто и не даст летать на такой высоте с такой скоростью.

Реалии и особенности эксплуатации

Существует два способа, как можно увеличить производительность (в км2 в день) для съемочной системы – увеличить высоту полета, или увеличить скорость носителя. Позволяет ли RIEGL VQ1560i увеличить высоту? Технически – да, но в условиях РФ – вряд ли.

Как уже было сказано выше, абсолютное большинство работ в РФ выполняется с арендуемыми Ан2. Данный самолет (как, впрочем, и упомянутый Technam P2006 MMA) имеет ограничение по абсолютной высоте полета в 3000 м. Данные лазерного сканирования, получаемые с высот от 300 до 3000 м, позволяют создавать планы до 1:2000 масштаба на всем диапазоне высот.

В реальности ожидание погодных условий, позволяющих сделать подобную работу, может быть очень долгим, и потому неприемлемым по ряду причин (условия договора, необходимость работать по другим проектам, и т.п.). Использование герметизированных высотных носителей вроде упомянутых Ту134 является экзотикой, применяемой в основном очень крупными государственными структурами, ориентированными не на гражданский сектор.

Позволяет ли RIEGL VQ1560i увеличить скорость полета? Технически – да, и практически – тоже. Как уже было сказано выше, даже на высоте в 300 м работа на скорости в 360 км/ч позволяет вести работы с получением совершенно однородного по плотности облака точек. При этом работу можно вести и под облаками. Наиболее эффективной (с точки зрения съемки в бесснежный период) является работа на высотах 800-1200 м. Какие скоростные носители можно использовать на подобной высоте, не прибегая к услугам реактивной авиации?

Beechcraft King Air – до 500 км/ч
Cessna 337 – до 320 км/ч
L410 – до 300 км/ч
Vulcanair VR – до 310 км/ч
Ан30 – до 430 км/ч

Из Таблицы 3 вполне очевидно, что даже при очень больших скоростях полета на высотах 800-1200 м плотность сканирования отвечает требованиям 1:1000 – наиболее распространенного из масштабов. При этом производительность съемки может быть очень высокой – так, при скорости 430 км/ч и высоте 1200 м за 6 часов возможно снять до 1000 км2.

Выводы

Несомненно, RIEGL VQ-1560i является наиболее производительным и совершенным воздушным лазерным сканером на сегодняшний день - декабрь 2016 г.. Это наиболее производительный и высотный прибор одновременно. Особенности его конструкции позволяют применять его как в режиме сверхплотного до 100 точек на 1/м2 сканирования уникальных объектов, так и в режиме высотной или высокоскоростной съемки на значительных по площади территориях. Это также и один из наиболее точных сканеров, обеспечивающих высокую угловую точность измерений и низкую «шумность» данных. На сегодняшний день это наиболее выгодное решение для компаний, работающих с собственными самолетами-носителями, специально подготовленными для аэрофотосъемочных работ и обладающих значительной высотой полета, скоростью и средней стоимостью летного часа.