Tradiční topografie vrs. LiDAR. Přesnost, čas a náklady.

Mohlo by pracovat s LiDAR přesněji než s konvenční topografií? Pokud to zkracuje čas, v jakém procentu, kolik to snižuje náklady?

Časy se rozhodně změnily. Vzpomínám si, když Felipe, zeměměřič, který se věnoval mé terénní práci, dorazil s 25stránkovým poznámkovým blokem s příčnými řezy, aby vytvořil obrysové mapy. Nežil jsem čas interpolace na papíře, ale pamatuji si, že jsem to dělal s AutoCADem bez použití Softdesku. Interpoloval jsem tedy s Excelem, abych věděl, do jaké vzdálenosti umístit nadmořskou výšku mezi oběma nadmořskými výškami, a tyto body byly umístěny na vrstvách různých barev a úrovní, abych je nakonec spojil s křivkami, které jsem změnil na křivky.

Ačkoli práce v kabinetu byla šílená, nebylo to srovnáváno s prací v terénu, která byla uměním, pokud jste chtěli mít dostatek dat k provedení přijatelného modelování, když byla výškoměr nepravidelný. Pak přišel SoftDesk, předchůdce AutoCAD Civil3D, který zjednodušil skříň a Felipe se v jednom z mých kurzů učil, jak používat totální stanici, což snížilo čas, zvýšilo objem bodů a samozřejmě přesnost.

Stádo drony pro civilní použití prolomí nová paradigmata pod podobnou logikou: Odolnost vůči změnám v geodetických technikách vždy usiluje o snížení nákladů a záruku přesnosti. V tomto článku tedy budeme analyzovat dvě hypotézy, které jsme tam slyšeli:

Hypotéza 1: Průzkumy pomocí LiDAR snižují čas a náklady.

Hpothesis 2: Topografie s LiDAR vede ke ztrátě přesnosti.

Experimentální případ

Časopis POB systematizovala práci, při které byla provedena práce v průzkumu dat hráze pomocí konvenční metody na více než 40 kilometrech. Samostatně, ve druhém díle o několik dní později, bylo vyvinuto pomocí topografie LiDAR podél 246 kilometrů stejné přehrady. Přestože řezy nebyly stejné ve vzdálenosti, ekvivalentní řez byl srovnáván, aby bylo možné provést srovnání za podobných podmínek.

Konvenční topografie

Topografický průzkum byl shromažďován v průřezech každých 30 metrů, což se shodovalo se stávajícími stanicemi. Příčné body byly pořízeny na vzdálenosti menší než 4 metry.

Práce byla georeferencována s body geodetické sítě, které byly validovány geodetickým GPS podél os, a z nich byly průzkumovány příčné body pomocí kombinace virtuálních referenčních stanic a RTK. Aby byla zajištěna konzistence digitálního modelu, bylo nutné vzít další body na speciálních místech se sklonem a změnami tvaru.

Zbytkové rozdíly mezi známými body a souřadnicemi získanými GPS byly ty, které jsou uvedeny v tabulce, což potvrzuje že konvenční zvedání je velmi přesné.

Průzkum LiDAR

To bylo provedeno pomocí autonomní jednotky letící ve výšce 965 metrů s hustotou 17.59 bodů na metr čtvereční. Získali 26 známých kontrolních bodů a překročili je proti dalším 11 bodům prvního řádu, které byly čteny geodetickým GPS.

S těmito 37 body bylo provedeno přizpůsobení dat LiDAR. Ačkoli to nebylo nutné, protože souřadnice pořízené UAV, který je vybaven přijímačem GPS a řízen základnovými stanicemi, získávaly po celou dobu minimálně 6 viditelných satelitů a PDOP menší než 3. Vzdálenosti k základnové stanici nebyly nikdy větší než těch 20 kilometrů.

Sada 65 dalších kontrolních bodů sloužila k ověření přesnosti údajů LiDAR. Pokud jde o tyto body, byly získány následující vertikální podrobnosti:

V městské oblasti: 2.99 cm. (9 bodů)

Na otevřeném poli nebo nízké trávě: 2.99 cm. (38 bodů)

V lese: 2.50 cm. (3 body)

V křoví nebo vysoké trávě: 2.99 cm. (6 bodů)

Obrázek ukazuje velký rozdíl v hustotě mezi body získanými pomocí LiDAR versus průřezy označené zelenými trojúhelníky.

Rozdíly v přesnosti

Zjištění je více než zajímavé, na rozdíl od hypotézy, že průzkum LiDAR nedosahuje přesnosti konvenčního průzkumu. Následují hodnoty RMSE (Root mean square error), což je parametr chyby mezi zachycenými daty a referenčními kontrolními body.

Rozdíly v čase

Pokud nás výše uvedené překvapilo, uvidíme, co se stalo s ohledem na časové snížení srovnatelným způsobem mezi metodou LiDAR a tradiční metodou:

Sběr dat v poli s LiDAR byl pouze 8%.

• Práce v kabinetu byla pouze 27%.
• Sumarizovat hodiny + let + hodiny LiDAR proti údajům z terénu + konvenční topografii, LiDAR požadoval pouze 19%.

V důsledku toho byly pracovní hodiny 123 na kilometr konvenční topografie sníženy na pouhých 4 hodin na kilometr.

Navíc, je-li zachycen celkový počet bodů v době mezi spotřebovanou v procesech zachycování a skříně, konvenční metoda rozděluje získané 13.75 bodů za hodinu, oproti 7.7 milionu LiDAR bodů za hodinu.

Rozdíly v čase

Náklady na toto moderní vybavení, protože tyto senzory zachycují tento počet bodů, naznačují, že práce musí být dražší. V praxi však redukce mobilizačních časů a výdajů, které konvenční topografie vyžaduje, Konečná cena zákazníka za kilometry 246 vedla k poklesu ceny LiDAR 71 o celkovou cenu 40 kilometrů s konvenční topografií!

Zdá se to neuvěřitelné, ale cena za lineární kilometr s LiDAR měla za následek pouze 12% oproti konvenční topografii.

Závěr

Nahrazuje topografie LiDAR úplně topografii tradiční? Ne celkem, protože práce s LiDAR vždy zaujímá určitou topografii pro kontrolní body, ale lze dojít k závěru, že se všemi výhodami nákladů, kvality produktu a času práce s LiDAR generuje výsledky s téměř stejnou přesností topografie konvenční.

Vždy tu budou klady a zápory; vysoká přesnost konvenční topografie je nostalgická, ale komplikace vyžadující povolení ke vstupu na soukromé nemovitosti, rizika umístění na nepravidelných místech, potřeba mezer před vysokou trávou a překážky ... je šílené. Hustota lesního porostu samozřejmě přináší i své nevýhody v případě LiDAR, nejde ani o stejné parametry vztahu mezi extrémně malými projekty.

Závěrem jsme potěšeni, že jsme věděli, jak se technologie vyvíjela do té míry, že pro velké projekty, jako je ten, který byl vznesen, je třeba mít otevřenou mysl a ochotu volit nové a tvůrčí způsoby, jak dělat topografii.