Новинки от RIEGL - 2020

Эпидемия коронавируса, потрясшая  все без исключения аспекты жизни современных развитых стран, никак не отразилась на технологическом развитии компании RIEGL. В 2020 RIEGL представил три новых воздушных лазерных сканера, показав, что он остается лидером и не сбавляет темпов развития в любых условиях. Решения относятся к области применения как беспилотной, так и пилотируемой авиации.

Воздушное лазерное сканирование

В этом сегменте RIEGL выпустил целых три новых сканера.

Список новых моделей:

• RIEGL VQ-1560 II-S – тяжелый лазер High-End класса для работы на высотах до 5000 м, предназначен для пилотируемых скоростных носителей;
• RIEGL VUX-120 – компактный сканер для использования на средних и тяжелых БПЛА и легких самолетах и вертолетах;
• RIEGL miniVUX3-UAV – очень легкий лазер для работы на высотах до 200 м, может быть использован на БПЛА   и сверхлегких летательных аппаратах.

Помимо упомянутых сканеров, также была анонсирована сертифицированная платформа для внешней подвески  лазерных съемочных систем – VPX-1, пригодная для использования лазеров класса VUX-120 и VUX-240.

Рис.1. Внешний вид сканеров 1560 II-S, VUX-120, miniVUX-3UAV (слева направо)

Общие тенденции развития семейств тяжелых лазерных сканеров

Как видно из рисунка 1, все сканеры RIEGL (кроме уже снятых с производства, но до сих пор использующихся в РФ Q-560), теперь образуют три группы. Первая  – высотные системы топового сегмента – Q-1560i, 780i, а также выпущенное в 2019 г. их новое поколение - Q-1560 II, 780 II . Их отличительная черта – сохранение максимальной производительности вплоть до высоты 2000 м.
Вторая группа – все лазеры, представленные в 2018 г. – VQ-580 II, VQ-480 II, VUX-240, и теперь присоединившийся к ним VUX-120.

Третья группа – сканеры для БПЛА и СЛА (сверхлегкой авиации) – RIEGL VUX-1 и еще более легкий miniVUX-1UAV и miniVUX-2UAV  (не включены в диаграмму из-за малой высоты работы) и вышедший в этом году miniVUX-3UAV.

Рис.2. Производительность различных систем RIEGL  (в точках в секунду) на различных высотах. Условия расчетов – скорость 180 км/ч, без поворотов и прерывания съемки, альбедо поверхности – 30%.

Таблица 1 Пригодность различных носителей для лазерных сканеров RIEGL, производимых в 2018-2020 г.г.

RIEGL VQ-1560 II-S

До появления RIEGL VQ-1560 II-S лидерство в производительности принадлежало RIEGL VQ-1560 II.  Обе системы обладают идентичным форм-фактором, традиционным для топовых систем RIEGL  уже на протяжении 5 лет (с момента выходя VQ1560), и внешне не отличаются ничем. Внутреннее их содержание  имеет гораздо больше отличий.

За счет поддержки не 35, а 45 лазерных импульсов, одновременно находящихся в воздухе, а также за счет доработки блока приема сигнала в модели VQ-1560 II-S удалось на 20% поднять максимальную высоту работы сканера на максимальной частоте. Так, у его предшественника - VQ-1560 II (при одинаковых условиях) максимальная частота работы составляет около 1500 м, а у VQ-1560 II-S – 1800 м. На остальных высотах также наблюдается устойчиво большее количество точек сканирования (в секунду) – также примерно на 20%. Это – важный шаг на пути к дальнейшему снижению себестоимости высокоплотных данных, потребности в которых растут каждый год.

Данная система комплектуется 150-мегапиксельной среднеформатной камерой, может быть укомплектован и дополнительным сенсором (тепловизор), а также снабжается инерциальной системой АР60, обладающей точностью измерения углов до 0.0025 градуса и позволяющей работать с больших высот – вплоть до 5500 метров.

RIEGL VQ-1560 II и VQ-1560 II-S имеют одинаковое расположение лазеров – с наклоном от надира плоскостей сканирования вперед и назад, что очень важно при съемках городов (чтобы были стены зданий, а мертвые зоны были сведены к минимуму). Форма корпуса, оптимизированная для установки в круглом люке среднего или тяжелого носителя на гироплатформе, осталась также неизменной.

До высоты 500 м RIEGL VQ-1560 II-S обладает такой же, как RIEGL VQ-1560 II производительностью. Такой же – значит фантастической, и не имеющей на ноябрь 2020 г. конкурентов. Так, при работе с высоты в 900 м на Ми8 система покажет плотность около 50 точек на 1 м² (1:500), с высоты в 2000 м – «всего лишь» 18 т/м², а при высоте полета 500 м – 100 точек на 1 м².

Огромное количество строк сканирования в секунду – до 600 – позволяет успешно применять данную систему на очень скоростных носителях. Так, при работе  с носителя типа Beachcraft KingAir (c крейсерской скоростью около 500 км/ч) с высоты 2000 м охват достигнет 2200 м, плотность точек – более 18 т/м² (1:500), размер пиксела – 13 см (1:1000), а производительность – 1100 км² в час, или 5500 км² за 5-часовой полет². 

Подобные возможность позволяют за 1 съемочный сезон  (скажем, 50 съемочных дней) осуществить съемку 275 000 км² территории, совершая по одному полету в день.

miniVUX3-UAV

В 2019 году miniVUX-2UAV также получил обновление -  miniVUX-1UAV. Внешних изменений в данном сканере немного, в основном они коснулись внешнего вида радиаторов и материала, из которого они изготовлены, однако внутренне он изменился кардинально. Скорость съемки была увеличена в 1,5 раза – до 300 000 точек в секунду. Появились 4 режима съемки – 100, 200, 300 тысяч точек в секунду, а также 200 000 точек в секунду при пониженной мощности. При этом на 300 000 т/сек дальность сканирования (альбедо 30%) на всех режимах составляет около 200 м. Теперь появилась возможность получать в полтора раза больше точек, а это означает возможность в полтора раза быстрее летать, в полтора раза  быстрее делать проекты.

На практике это означает, что при полете со скоростью 10 м/с (36 км/ч) – например, как у дронов от  DJI или аналогичных им по характеристикам – плотность сканирования составит 50 точек на 1 м² при высоте полета в 120 м и охвате около 250 м в ширину. Эта плотность полностью достаточна для разработки любой проектной документации (1:500-1:200).

При полете на скорости 25 м/с – характерно для БПЛА самолетного типа, мотодельтапланов и на высоте 160 м плотность составит  12 точек на 1 м², ширина полосы съемки – более 300 м. Подобный режим съемки более чем достаточен для работ по линейно-протяженным объектам под масштаб 1:500.  

Вес сканера остался на уровне 1.55 кг.

RIEGL VUX-120

В 2020 году  у  RIEGL VUX-240 появился крайне интересный собрат – VUX-120. Этот лазер можно по праву считать наиболее совершенным решением для БПЛА на сегодняшний день, а также – наиболее необычным.

Как видно из таблицы, VUX-120 и  VUX-240 - компактные лазеры среднего класса для работы на высотах до 1000 м, при этом может быть использован БПЛА или пилотируемый носитель. VUX-120 весит почти столько же, сколько miniVUX-3UAV (2.0 кг против 1.5). При этом он обладает в 6 раз большей скоростью сканирования (сопоставимой с наиболее совершенными тяжелыми системами) – до 1.8 миллиона точек в секунду, и довольно большой дальностью сканирования (до 900 м), что позволяет применять его не только на БПЛА, но и на пилотируемых носителях. При этом он имеет поле зрения даже не  75 градусов (как VUX-240), а 100 градусов, что позволяет компенсировать более низкую высоту полета за счет более широкого охвата. Это еще больше повышает его производительность и снижает себестоимость работ с его применением.

Рис.3. Внешний вид сканеров  VUX-240  и VUX-120

Рис.4. Схема сканирования в трех направлениях:  при отклонении луча с помощью граненого зеркала используются три грани, наклоняющие луч вперед, в надир и назад на 10 градусов.

VUX-120 – первый и единственный на сегодняшний день сканер для БПЛА со схемой отклонения лучей не в одной (надирной) плоскости, а в трех плоскостях (вперед, назад, в надир). В этом он напоминает VQ1-560 II-S, однако даже у этой системы всего две плоскости (вперед и назад, с X-образным пересечением). Данная особенность в сочетании с углом охвата в 100 градусов дает экстраординарные возможности по съемке сложных городских или промышленных сред, позволяет зафиксировать положение вертикальных плоскостей и объектов под свесами крыш без дополнительных проходов.

Рис. 5. Применение наклонной схемы сканирования позволяет получить гораздо больше точек от вертикальных поверхностей.

Незначительное (на первый взгляд) увеличение охвата в градусах   позволяет VUX-240 покрывать полосу, в 2.4 раза шире высоты полета. Таким образом, при высоте облачности в 450-500 м VUX-120 обеспечит такую же ширину охвата, как и 1560ii-S при работе с 1000 м. Но если в день съемки облака будут на 500 м, то  VUX-120  эффективно справится с задачей, в то время как 1560 II либо не поднимется в воздух, либо потребует в полтора раза большего летного времени.

Прочие особенности:

- сканеры рекомендуется оснащать инерциальной системой APX20 в том случае, если планируется работа с БПЛА (то есть с малых высот,  что не требует значительной угловой точности). Работа с больших высот данным прибором не будет столь эффективной.
- RIEGL VUX-120 обрабатывает «на лету» исходные сигналы, и не нуждаются в наземной обработке с целью классификации точек из разных отражений сырых данных. Это позволяет хранить меньший объем данных, для чего предназначен уже встроенный в корпус сканера твердотельный накопитель на 1024 гигабайт данных + 256 Гб на карте CFAST (для работ на максимальной частоте с малых высот).  

- RIEGL VUX-120 обладает очень большим количеством линий (строк сканирования) в секунду: VUX-240 – 400 линий в секунду. Так, при работе не скорости 50 метров с секунду это позволяет обеспечить абсолютно равномерное распределение точек с плотностями 64 т/м2 – для VUX120.  Для скорости 100 м/с это будет соответственно  16 т/м². Таким образом, несмотря на малый вес и габариты, изделия могут эксплуатироваться с весьма скоростных носителей.

- RIEGL VUX-120 не нуждается в больших люках для установки (конечно, если не используется гироплатформа). Это позволяет использовать их на обычных носителях без вмешательства в силовой набор  летательного аппарата. Вообще следует отметить, что по габаритам VUX-120 и miniVUX практически идентичны: 242х126х117 у VUX-120 против 243х111х85 у miniVUX.  Эта особенность, а также схожий вес (1.55 и 2.0 кг соответственно) позволяют ставить их на идентичные БПЛА (например, на DJI Matrice 600), и применять тот или иной сенсор в зависимости от важности задач.

VUX-120 является практически идеальным решением для БПЛА среднего и тяжелого классов, хотя может применяться и со СЛА, и с легких самолетов. Благодаря полной безопасности для зрения на сколь угодно малых дистанциях до объектов, он может летать на сверхмалых высотах, легок, но при этом может применяться и на  обычных самолетах, хотя и менее эффективно.

RIEGL VPX-1

Для использования ранее выпущенного VUX-240 на пилотируемых носителях RIEGL в 2020 г. выпустил новую платформу – VPX-1, предназначенную для расположения в ней сканера, ИНС, нескольких камер и вспомогательного оборудования вне корпуса носителя.

Рис.6. Внешний вид VPX-1 (внешняя подвеска) и  вид с места оператора внутри пилотируемого носителя

В основном данная платформа предназначена для установки на корпус вертолетов, однако могут быть использованы и самолеты, и автожиры, и более экзотические летательные средства,  у которых достаточно места между плоскостью крепления и поверхностью земли.

Платформа рассчитана на вес до 20 кг, установку до 3 камер (в размерности Sony Alpha), наличие у сканера ИНС с габаритами и массой до Applanix AP60 включительно, и лазерный сканер VUX-240.  Устройство платформы позволяет наклонять камеры на +/- 20 градусов от надира (вперед и назад).