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UgCS for drone-based LiDAR missions

UgCS para misiones LiDAR basadas en drones

El conjunto de herramientas UgCS para la planificación de misiones LIDAR actualmente está habilitado para la licencia UgCS ENTERPRISE y para drones DJI compatibles. Para usar el conjunto de herramientas LIDAR, cree una nueva ruta para DJI M600, M300 o M210/M200.

Descripción general

LIDAR (Light Detection and Ranging) está ganando popularidad entre los topógrafos profesionales con drones. Sin embargo, para obtener resultados de escaneo LIDAR precisos, un piloto debe seguir algunas reglas:

  • Inicializar IMU correctamente
  • Mantenga la altura de vuelo y el espacio entre líneas correctos entre los escaneos para garantizar la cobertura y la densidad de puntos
  • Asegúrese de que el dron gire y escanee la línea correctamente para minimizar la acumulación de errores de IMU y la agitación excesiva de LIDAR sobre el área de interés

Hacer todo bien es imposible en un modo de vuelo manual y extremadamente difícil con herramientas de planificación de vuelo diseñadas para estudios de fotogrametría. El conjunto de herramientas UgCS LIDAR de SPH Engineering desbloquea todo el potencial de los LIDAR, lo que hace que la detección remota sea más efectiva sin errores humanos:

  • Patrones de inicialización de IMU como comandos de drones:
    • figura de ocho
    • figura en U
  • Patrones de vuelo para la planificación de rutas:
    • Área LIDAR
    • Corredor LIDAR
  • El dron preestablecido gira:
    • giros bancarios
    • vueltas de bucle
  • Separación entre líneas AGL (sobre el nivel del suelo) y AMSL (sobre el nivel medio del mar)

Veamos con más detalle cómo funcionan todas estas cosas.

Contenido

Inicialización de IMU

La inicialización de IMU generalmente se realiza al menos dos veces por vuelo. Antes de que comience el escaneo y después de que finalice el escaneo. Opcionalmente, el piloto puede pausar el vuelo y realizar una inicialización adicional de la IMU para restablecer los errores acumulados. Es por eso que implementamos esta función como un comando de dron para que el piloto pueda ejecutarla en cualquier momento. Para que se ejecute este comando, el dron ya debería estar en el aire.

Diferentes fabricantes de LIDAR recomiendan varios patrones. En UgCS, admitimos los dos más populares: figura de ocho y figura de U.


 

figura de ocho

El objetivo principal del patrón de calibración es llevar los drones a su máxima capacidad en términos de ángulo de balanceo. Eso literalmente significa que un piloto quiere pasar la cifra de ocho a la máxima velocidad posible, lo que hará una calibración IMU adecuada.

Para agregar la figura, un piloto hace clic en el mapa para especificar un centro y una altitud y luego el ancho, largo, velocidad, altitud y ángulo de dirección de los giros.

 
Parámetro Definición
Velocidad, m/s La velocidad horizontal del dron, m/s
ancho Ancho del cuadro delimitador de la figura. Predeterminado: 30 metros
longitud Longitud del cuadro delimitador de la figura.
Altitud, m Altitud sobre la elevación en el centro de la figura
Ángulo de dirección Especifica el acimut de los pases de reenvío
(puedes girar la figura)
Número de ciclos Número de ciclos
 

figura en U

Giro en forma de U
Figura 1. Giro en forma de U

Los parámetros de entrada son muy similares a los de ocho cifras. Sin embargo, la trayectoria generada es diferente. El dron hace varias pasadas de un lado a otro y luego hace un giro en U (Figura 1).

Para agregar la figura, un piloto hace clic en el mapa para especificar un centro y una altitud y luego el ancho, largo, velocidad, altitud y ángulo de dirección de los giros.

 
Parámetro Definición
Velocidad, m/s La velocidad horizontal del dron, m/s
ancho Ancho del cuadro delimitador de la figura. Predeterminado: 30 metros
longitud Longitud del cuadro delimitador de la figura.
Altitud, m Altitud sobre la elevación en el centro de la figura
Ángulo de dirección Especifica el acimut de los pases de reenvío
(puedes girar la figura)
Número de ciclos Número de ciclos
 

Técnicas de planificación de vuelos.

El levantamiento LIDAR generalmente emplea los siguientes patrones:

  • Corredor
  • Área

Los drones pueden equiparse con LIDAR o LIDAR y una cámara fotográfica. En este último caso, debemos considerar el FOV del LIDAR y el FOV de la cámara y elegir el más pequeño.

Escaneo del área de interés

El escaneo de área LIDAR es útil para lo siguiente: sitios de construcción, minas a cielo abierto, centrales eléctricas, vertederos, arqueología y silvicultura.


 

El piloto tiene que especificar lo siguiente:

  • Límites de área como un polígono
  • Altura de vuelo AGL o AMSL
  • Escáner efectivo FOV (campo de visión)

El área se puede dividir en las siguientes trayectorias:

  • Cuadrícula única
  • Rejilla doble

Escaneando el corredor

El escaneo de corredores LIDAR es útil para lo siguiente: carreteras, líneas eléctricas y tuberías.

 

El corredor se puede dividir en las siguientes trayectorias:

  • Singlepass - a lo largo de la línea central del corredor
  • Multipaso para cubrir un cierto ancho de corredor con escaneos de cierta superposición lateral

En el caso de la geometría del corredor, un usuario especifica una línea central y un ancho.

Parámetros de entrada comunes

Además de la forma general de la trayectoria, los pilotos ingresan lo siguiente:

 
Parámetro Definición
campo de visión Campo de visión del LIDAR, grados
Modo altitud AGL : sobre el nivel del suelo significa que el dron seguirá el modelo de elevación digital.
AMSL - Por encima del nivel medio del mar significa que el dron volará en línea recta a una altitud absoluta constante.
Altura de vuelo, m Altitud en metros que depende del modo de altitud
Espaciado entre líneas
  • Superposición lateral, %
  • Distancia lateral, m
Hay 2 opciones. Un piloto puede especificar la superposición lateral en porcentaje o la distancia lateral en metros

En caso de porcentaje, el software calculará el espacio entre líneas en función del FOV y la altura de vuelo
Velocidad de vuelo, m/s Velocidad del dron
Cámara Lista de perfiles preconfigurados de cámaras (opcional)
Ángulo de dirección Especifica el acimut de los pases hacia adelante. Disponible solo para Área. Escondido por el pasillo
Rejilla doble Una casilla de verificación. Si está marcada, la trayectoria es de cuadrícula doble, de lo contrario, cuadrícula única (serpiente).
Tipo de giro
  • Giro de banco adaptativo
  • Detente y gira
Ángulo de giro del bucle, grados El valor máximo por debajo del cual el software agregará bucles por turnos.
Para valores superiores al "ángulo de giro del bucle", se utilizarán giros de banco estándar.
Rango para el valor: (0;180)
  • Predeterminado: 90
Vuelo recto tras giro, m Para los LIDAR, es crucial tener al menos X metros de vuelo recto después de cada giro antes de ingresar al siguiente segmento.
Predeterminado: 10 metros
Radio de esquina Radio de giro adaptativo
Zona de influencia Amplía el escaneo en todas las direcciones en una cantidad específica de metros*

*Disponible solo para el Área LIDAR
Excederse Extiende el pase hacia adelante por una cantidad específica de metros. Overshoot le da a un dron algo de espacio para girar y regresar al área de escaneo lo más derecho posible.

En caso de sobreimpulso del corredor, se aplica solo a los giros entre pases paralelos en un modo de pases múltiples*

*Disponible solo para el Área LIDAR
Velocidad de sobreimpulso Velocidad del dron para segmentos de sobreimpulso*

*Disponible solo para el Área LIDAR
Ejecución de acciones Cómo ejecutar acciones:
  • cada punto
  • Al inicio (inicio del segmento)
Tolerancia AGL Permite minimizar el número de waypoints sintetizados, generados para mantener una altitud constante sobre el terreno. Cuanto mayor sea el valor, menos waypoints se generarán
Evitar obstáculos
Sin acciones en el último punto No dispare la cámara después del último punto si el segmento
 

Campo de visión y espacio entre líneas

El piloto siempre especifica el FOV manualmente. La suposición general es que un dron siempre vuela a altitudes inferiores al rango LIDAR; es decir, el piloto define el FOV y la altitud de forma independiente. Estos parámetros afectan el espacio entre líneas.

El espacio entre líneas se calcula de manera diferente para los modos AGL y AMSL:

Cálculo de interlineado para AGL
Figura 2a. Cálculo de interlineado para AGL

UgCS para LIDAR Cálculo de espacio entre líneas para AMSL

Figura 2b. Cálculo de espacio entre líneas para AMSL

SW (Ancho de escaneo) = 2*H*tan (FOV/2)

Espaciado entre líneas (distancia lateral) = SW*(porcentaje de superposición de 1 lado)

 
 

vueltas

La calidad de los datos LIDAR está muy influenciada por la forma en que el dron realiza los giros. Lo más importante es reducir la vibración del sensor y seguir la trayectoria con la mayor precisión posible.

El giro debe parecerse a un giro lateral normal para ángulos mayores que los grados del "ángulo de giro en bucle" (Figura 3).

La trayectoria del giro

Figura 3. La trayectoria del giro

El radio del giro alabeado debe ser el especificado en el "Radio de giro alabeado".

Para ángulos menores o iguales a los grados del “ángulo de giro en bucle”, los giros pueden parecer una maniobra en bucle (Figura 4).

La trayectoria del bucle gira
Figura 4. La trayectoria de los giros del bucle.

Importante : después del giro en bucle, antes de ingresar al siguiente segmento, el dron debe volar "Tiempo de vuelo recto después del giro" segundos seguidos.

Los giros en bucle no se aplican a giros en segmentos de sobreimpulso. En caso de virajes excesivos, se aplica un patrón de banco.

Área de amortiguamiento y sobreimpulso

De forma predeterminada, se supone que la trayectoria y la huella LIDAR están dentro del corredor o área.

Se aplica una zona de influencia a todas las áreas de vuelo para mejorar la cobertura en los bordes al extender la forma original.

El rebasamiento extiende los pases hacia adelante para hacer giros fuera de la trayectoria principal.

 

Rebasamiento = 0
Área de amortiguamiento = 0

Área de amortiguamiento y sobreimpulso UgCS LIDAR

Rebasamiento > 0
Área de amortiguamiento = 0

Área de amortiguamiento y sobreimpulso UgCS LIDAR

Rebasamiento = 0
Búfer de área > 0

Área de amortiguamiento y sobreimpulso UgCS LIDAR

Rebasamiento > 0
Búfer de área > 0

Área de amortiguamiento y sobreimpulso UgCS LIDAR

 

LIDAR compatibles

  • DJI

  • Escaneo amarillo

  • Fénix LIDAR

  • Riegl

  • LIDAR EE. UU.

  • GeoCue

  • Robótica de rocas

  • Geosol LIDAR

El conjunto de herramientas UgCS LIDAR actualmente es compatible con drones DJI M300, M600, M210/200.

 

La nueva funcionalidad LIDAR está disponible para el tipo de licencia UgCS EXPERT y UgCS ENTERPRISE.

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