Фотограмметрия и воздушное лазерное сканирование для BIM-проектирования

Сегодня беспилотные технологии получили широкое распространение в самых разных отраслях. Как элемент цифровизации в строительной сфере, беспилотники применяются для самых разнообразных задач на всех этапах строительства – начиная от изысканий, разработки проекта и заканчивая возведением объекта и последующей эксплуатацией. 

Данные, собираемые промышленными беспилотниками, представляют собой детализированный материал, не уступающий по качеству традиционным методам исследования, а где-то и превосходящий его.

В этой статье специалисты Aeromotus рассказали о применении технологии БПЛА для цифрового проектирования BIM-моделей, преимуществах и особенностях её применения. Компания Aeromotus является интегратором промышленных беспилотных технологий для разных отраслей и официальным дилером DJI в России. Среди кейсов компании работа с такими организациями как «Алроса», Группа «Сибантрацит», ПАО "ОНХП", группа «ФосАгро» и многие другие.

Особенности и преимущества BIM-моделирования

BIM (Building information modeling) – это прогрессивная технология, позволяющая проектировать здания и сооружения в цифровых 3D-представлениях, содержащих обширный объем данных. На сегодняшний день этот метод по праву считается лучшим для получения цифровой детализированной модели будущего объекта во всех подробностях от концепции до этапа строительства.

Обработка BIM-элементов топографического плана

BIM-модель содержит трехмерные представления всех конструкций, включая архитектурные и инженерные системы здания, а также информацию о каждом элементе, будь то колонна, балка, комплекс промышленного оборудования в цехах и так далее. Такой способ исключает возможные ошибки строительства ещё на стадии проектирования, поскольку все пересечения видны сразу на представленной модели и могут быть оперативно исправлены без временных и финансовых потерь.

На изображениях ниже представлены снимки лазерного сканирования Собора Нотр-Дам-де-Пари до пожара. Благодаря ранее проведенному лазерному сканированию и наличию цифровой копии храма удалось начать процесс восстановления объекта всемирного наследия ЮНЕСКО. На основании данных лазерного сканирования были разработаны BIM-модели.

BIM-модель Собора Парижской Богоматери (Нотр-Дам-де-Пари) в Revit

Ещё одно весомое преимущество BIM – возможность точно рассчитать объём всех необходимых материалов и работ для планируемого строительства. Данные параметры применяются в расчетах по модели – от точного расчёта объемов бетона до гидравлического расчета системы отопления.

Облако точек лазерного сканирования Собора Парижской Богоматери (Нотр-Дам-де-Пари).

BIM-технологии могут применяться как для возведения нового объекта, так и для проведения работ по реставрации, реконструкции и техническом перевооружении промышленных комплексов, когда замена оборудования требует усиления конструкций здания или иных работ.

Стоит отметить, что с марта 2021 года постановлением правительства РФ №331 утверждено с января 2022 года обязательное использование технологии BIM на всех объектах госзаказа, финансируемых бюджетом. Таким образом, можно сказать, что в ближайшие годы технология BIM получит максимально широкое распространение на территории России.

Беспилотные технологии в цифровом проектировании BIM

Разработка BIM-модели на основе облака точек – это распространенный и эффективный метод проектирования всех архитектурных и инженерных составляющих здания. Данная технология позволяет специалистам наглядно соотносить существующие конструкции строительного объекта с проектируемыми.

Съемка с DJI Matrice 300 RTK + Zenmuse P1 (церковь в г. Дюссельдорфе)

При этом можно создавать информационные топографические карты для проектов по реконструкции, реставрации и модернизации строения.

Пример облака точек, полученного методом воздушного лазерного сканирования (ВЛС) с помощью беспилотного комплекса DJI Matrice 300 RTK + лидар Zenmuse L1

Облако точек –трехмерное представление высокой детализации, состоящее из массива точек, заданных координатами X,Y,Z. Файлы облаков точек получают методом фотограмметрии или с помощью технологии лазерного сканирования. В случае с беспилотными технологиями – это воздушное лазерное сканирование (ВЛС).

При необходимости оба вида съемки можно компоновать и использовать в одном проекте. Это может быть актуально при работе с большими проектами и обширными площадями.

Фотограмметрия

Фотограмметрия также, как и ВЛС, относится к методам дистанционного зондирования и подразумевает выполнение серии перекрывающих аэрофотоснимков, которые впоследствии сшиваются в общие карты, ортомозаики, 3D-представления.

Однако, в отличие от ВЛС, методом фотограмметрии нельзя снять рельеф местности под кронами деревьев и выделить такие тонкие сложные объекты, как, например, провода ЛЭП. Ещё одной особенностью фотограмметрии является возможность реалистичного представления изображений, что является несомненным преимуществом при съемке сложных лепнин фасадов зданий или иных элементов.

Фотограмметрия городского района (кейс Aeromotus ПАО «ОНХП»). Выполнено с DJI Matrice 300 RTK + Zenmuse P1

Выбор оборудования индивидуален и зависит от целей организации и объема необходимых работ. Фотограмметрическую съемку можно выполнять с помощью картографических дронов:

• Mavic 3E (M3E) – мощный компактный складной дрон с возможностью подключения модуля RTK. Данный беспилотник специалист может транспортировать в рюкзаке.
• Matrice 30 (M30) – оптимален для картографирования местности, создания ЦММ и ЦМР.
• Matrice 300 RTK + полнокадровая камера для фотограмметрии Zenmuse P1. Данный комплекс является флагманом DJI и подходит для крупных объектов с возможностью подключения широкого спектра полезных нагрузок (в данном случае – это Zenmuse P1).

Промышленный беспилотный комплекс DJI Matrice 300 RTK + камера для фотограмметрии Zenmuse P1

Воздушное лазерное сканирование (ВЛС)

Лазерное сканирование – это технология снятия цифровой копии с нужного объекта с помощью импульса путем последовательного выполнения измерений расстояний и углов от лидара до отражающей поверхности. Благодаря такому алгоритму действий, определяется массив координат точек строения, который с помощью ПО представляют в виде трехмерного облака точек.

Воздушное лазерное сканирование выполняется с помощью специализированного лидара, подключаемого или встроенного в промышленный дрон. Оптимальным беспилотным комплексом для выполнения таких задач является DJI Matrice 300 RTK + лидар Zenmuse L1.

ВЛС этапов строительства с помощью Matrice 300 RTK + лидар Zenmuse L1

На практике BIM-конструкции могут существенно отличаться от реального строения. Это затрудняет объединение разных элементов в едином проекте. Благодаря модулю сантиметрового позиционирования RTK в беспилотной платформе Matrice 300 RTK, получается избежать различных искажений и легко встраивать необходимые отсканированные части объекта.

Беспилотный комплекс для воздушного лазерного сканирования на основе универсальной летной платформы Matrice 300 RTK и лидара Zenmuse L1

Метод ВЛС актуален в случаях, когда необходимо получить абсолютную точность, выполнить облет больших площадей, а также получить информацию с труднодоступных участков. Например, это могут быть особенности крыши какого-то старого здания, для которого планируется проведение работ по реставрации.

Ниже представлено облако точек по итогам воздушного лазерного сканирования Кирхи в с. Зеленополье Калининградской области (бывший Борхерсдорф).

Облако точек в RGB-спектре, представленное в DJI Terra. Объект: Кирха (с. Зеленополье, Калининградская область)

Специалисты Aeromotus выполнили лазерное сканирование данного объекта с беспилотным комплексом Matrice 300 RTK + лидар Zenmuse L1 менее чем за 10 минут (не считая съемки внутри башни).

В случаях существенных внутренних и внешних повреждений здания, как с примером Кирхи в Калининградской области, рекомендовано проведение ВЛС для выявления всех дефектов и деформаций строения. На основании полученного облака точек проектировщики могут разработать подробную BIM-модель, учтя все тонкости без выезда на объект.

Облет беспилотным комплексом DJI Matrice 300 RTK + Zenmuse L1(Кирха, Калининградская обл.)

Интеграция промышленных беспилотных технологий с Aeromotus

Компания Aeromotus, официальный дилер DJI, осуществляет внедрение беспилотных технологий для промышленных, научных, коммерческих, сельскохозяйственных и других организаций в России.

Особенностью работы компании является полное сопровождение клиента, начиная с подбора беспилотного оборудования, его настройки и проведения тестовых запусков, до обучения и технической поддержки на весь период эксплуатации.

Также в компании всегда можно получить консультацию от сотрудников Aeromotus. Для этих целей реализован в телеграмме чат специалистов.