Worden de DJI Matrice 300 RTK en de Zenmuse P1 de nieuwe industriestandaarden voor landmeten en kartering? Altametris, een SNCF-bedrijf en pionier op het gebied van gegevensverzameling, -verwerking en -analyse, gelooft van wel, na ze aan een aantal strenge industriële tests te hebben onderworpen.
Gebruik van drones om landmeetkundige werkzaamheden naar een hoger niveau te tillen
Op de ochtend van 4 januari 2021 arriveerde een drone-specialist van Altametris bij een sectie van een SNCF-spoorlijn om verschillende landmeetmethoden te testen en te vergelijken. In het verleden moesten, om tot op 3 cm nauwkeurige resultaten te krijgen, ongeveer 40 ground control points (GCP’s) per vierkante kilometer worden opgesteld – een tijdrovende bezigheid die minstens 3 uur zou duren. De alternatieve optie zou het gebruik van een zeer nauwkeurige tacheometer zijn geweest, maar ook dit zou tweemaal zoveel tijd in beslag hebben genomen.
Hoe Altametris gebruikt wordt om een spoorweg in kaart te brengen en op te meten: GCP’s worden gematerialiseerd door platen met zwart en wit dambord. De coördinaten van het centrum van deze platen worden geregistreerd door de GPS Spectra. (Foto credit: Altametris)
Beide technieken vereisen ook het persoonlijk hanteren van apparatuur op en rond de sporen, wat niet alleen bepaalde risico’s voor de operator inhoudt, maar ook veel tijd en moeite kost, aangezien het complexe spoorwegterrein ook uiterst moeilijk nauwkeurig in kaart te brengen is. Tijd en veiligheid zijn essentiële factoren voor een succesvolle landmeetkundige operatie, en daarom kunnen innovatieve landmeetkundige methoden leiden tot een aanzienlijk concurrentievoordeel.
Landmeetkundige werkzaamheden brengen vaak aanzienlijke veiligheidsrisico’s voor werknemers met zich mee. Met behulp van de DJI droneoplossing voor landmeting en kartering hoeven zij zich niet langer rond de spoorrails te bewegen. (Afbeelding: Altametris)
Daarom wilde Altametris de DJI Matrice 300 RTK en de Zenmuse P1 payload testen. Gezien de omslachtigheid van traditionele methoden hoopte het bedrijf op grote efficiëntie- en veiligheidswinst door de inzet van een drone landmeetkundige oplossing. Dankzij de ingebouwde RTK-module en de grote hoeveelheid metadata die op intelligente wijze is gekoppeld aan de middenpositie van de full-frame sensor van de Zenmuse P1, kon het aantal GCP’s technisch gezien tot nul worden teruggebracht. Altametris besloot echter om zes GCP’s op te zetten voor kwaliteitscontrole, waardoor de voorbereidingstijd toch nog met meer dan twee uur kon worden teruggebracht.
Traditionele landmeetkundige en karteringsalternatieven vereisen gewoonlijk 2-3 personeelsleden tegenover slechts 1 drone-operator, wat leidt tot kostenbesparingen. (Afbeelding: Altametris)
Een hoogtepunt bij weinig licht
De DJI Matrice 300 RTK legt de basis voor een luchtkarterings- en landmeetoplossing, maar de Zenmuse P1 payload en zijn full-frame sensor tillen de activiteiten naar een hoger niveau.
Op de dag dat het terrein in kaart zou worden gebracht, was er vrij weinig licht beschikbaar. Daarom werden aanvankelijk zes (6) GCP’s opgesteld. Nadat alles was voorbereid, werd het specifieke gebied dat in kaart moest worden gebracht geselecteerd op de drone controller en werd de DJI Matrice 300 RTK met de Zenmuse P1 payload gelanceerd. Binnen 20 minuten maakte de Zenmuse P1, met zijn mechanische sluiter, automatisch een totaal van 641 foto’s vanuit maximaal vijf verschillende hoeken (voor, links, rechts, boven en achter) op elk controlepunt.
De DJI Matrice 300 RTK is gemakkelijk te vervoeren in zijn koffer. De installatie neemt slechts enkele minuten in beslag. (Foto: Altametris)
Het ontvangen van deze hoeveelheid gegevens in zo’n korte tijd wordt mogelijk gemaakt door de Smart Oblique Capture modus van de Zenmuse P1 payload. De camera kantelt en roteert automatisch op elk controlepunt om een uitgebreide set foto’s van elke hoek vast te leggen. Dankzij deze functie in combinatie met de vooraf geplande vliegroutes kan de operator met één druk op de knop een hele dronekartering uitvoeren terwijl hij op een veilige afstand staat. En de droneoperator deed precies dat, ook al waren de lichtomstandigheden nog niet optimaal.
Tot verrassing van Altametris had het lage licht geen enkele invloed op de beeldkwaliteit. In plaats daarvan produceerde de Zenmuse P1 ongelooflijk nauwkeurige gegevens dankzij de full-frame sensor. De foto’s vertoonden geen enkele ruis, wat van cruciaal belang was omdat op zo’n grote hoogte een grotere ground sample distance en zelfs een paar pixels ruis gelijk zou staan aan enkele centimeters op de grond, en dus de nauwkeurigheid van het uiteindelijke model sterk zou verminderen. “Het M300 RTK + P1-pakket biedt de kwaliteit en de tijdsbesparing om aan de steeds veeleisender fotogrammetriebehoeften te voldoen.” – Quentin Lemesle, Altametris
DJI Terra software voor landmeetkundige en fotogrammetrische drones
In de volgende stap werden de 641 foto’s geïmporteerd in DJI’s Terra software om het uiteindelijke 3D model te creëren. Dit wordt bereikt door de software automatisch een puntenwolk te laten maken van de foto’s, die aan elkaar worden geplakt door de pixels van de verschillende beelden op elkaar af te stemmen. De puntenwolk dient als basis voor het 3D-netwerk dat later wordt gerenderd tot het uiteindelijke 3D-model.
De puntenwolkkaart die met de P1 werd gegenereerd, vertoonde weinig ruis. Elektrische draden waren ook zichtbaar. (Foto: Altametris)
(Foto credit: Altametris)
Weinig lawaai van de spoorwegen (Foto: Altametris)
(Foto: Altametris)
Het Matrice 300 RTK + Zenmuse P1 pakket biedt de kwaliteit en tijdsbesparing om te voldoen aan de steeds veeleisender wordende behoeften op het gebied van fotogrammetrie. – Quentin Leemesle, Altametris
Dit hele proces is geautomatiseerd, waardoor het zeer laagdrempelig is, zelfs voor beginnende gebruikers op het gebied van drone-surveying en fotogrammetrie. De puntenwolk kan natuurlijk handmatig worden aangepast om punten te corrigeren die per ongeluk op elkaar zijn afgestemd. Bij Altametris waren de pixels perfect op elkaar afgestemd, zodat er meteen een 3D-model kon worden gemaakt. In minder dan twee uur was het model klaar en kon het worden geanalyseerd.
Een reuzensprong van satelliet- naar drone-onderzoek
Hoewel de satellieten die voor de GCP- en tacheometermethoden worden gebruikt in een baan om de exosfeer van de aarde draaien, zijn zij uiterst nauwkeurig door middel van triangulatietechnieken. Het evenaren van die nauwkeurigheid is een grote uitdaging voor elke alternatieve methode van kartering en meting. Altametris was in staat om de nauwkeurigheid van de drone karteringsresultaten direct te vergelijken met de nauwkeurigheid van de controle GCP’s, evenals met de resultaten van eerdere karteringsoperaties op dezelfde locatie.
De resultaten van de DJI Matrice 300 RTK met de Zenmuse P1 payload waren nauwkeurig tot ongeveer 2 cm, wat heel dicht bij de millimeternauwkeurigheid van de tacheometer ligt en vergelijkbaar is met de nauwkeurigheid van twee tot drie centimeter van de GCP-methode.
Wanneer echter rekening wordt gehouden met de enorme hoeveelheden gegevens die door de DJI drone zijn vastgelegd, is de nauwkeurigheid ongeëvenaard. Dit maakt het mogelijk om in korte tijd zeer gedetailleerde modellen van grote gebieden te maken.
Het vlieg- en karteringsproces dat door Altametris is gebruikt om de spoorweg in kaart te brengen.
Meer en verder met DJI drone landmetingen
Altametris voorspelt dat de behoefte aan nauwkeurige gegevens op grote schaal steeds belangrijker zal worden naarmate meer en meer analoge activa worden gedigitaliseerd en geïnventariseerd. In de zoektocht naar de perfecte oplossing hiervoor, vormen drie belangrijke factoren de basis van de evaluatie:
- Nauwkeurigheid
- Snelheid
- Kosten
Volgens Maxence Trogneux van Abot, een distributeur van professionele drones, brengt DJI’s drone mapping oplossing deze drie vereisten het best in balans als het gaat om grootschalige landmeetkundige en karteringsoperaties.
De intelligente verbinding van beschikbare metadata, zoals de positie en hoogte langszij, door gebruik te maken van de RTK positioneringsmodule (GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, BeiDou B1 B2, en Galileo E1 E5a), de geautomatiseerde Smart Oblique Capture mode’s camerahoeken, en de middenpositie van de sensor zorgen voor ongelooflijk nauwkeurige drone landmeetkundige resultaten terwijl het tot 15 keer sneller en ook veiliger is dan traditionele landmeetkundige en karteringsmethoden.
Met een prijs van 12.700€ ($13.200) voor de DJI Matrice 300 RTK, is het zelfs minder duur dan de GCP’s + Spectra GNSS ontvanger gebruikt door Altamteris, terwijl, misschien nog belangrijker, het vrijwel geen beperkingen heeft met betrekking tot de in kaart te brengen gebiedsgrootte. Zelfs als de 55 minuten vliegtijd niet genoeg zijn om een bepaald gebied te bestrijken, kunnen drone landmeters dankzij de ingebouwde Operation Resumption functie naadloos doorgaan met hun werkzaamheden na het vervangen van de batterij.
Vergelijking van de twee (2) landmeet- en karteringsalternatieven GNSS en Tacheometer versus DJI Matrice 300 RTK met Zenmuse P1.
Vergelijking van de verschillende landmeetkundige parameters tussen DJI landmeetkundige oplossingen, foto/video documentatie, en een landmeetkundige scanner.
Voor Atametris zijn de tijd- en kostenbesparingen zeer belangrijke factoren – DJI voert de taak tot 15 keer sneller en vier (4) keer goedkoper uit dan de alternatieven, wat de implementatie van een drone landmeetkundige oplossing zakelijk gezien volkomen logisch maakt. Dit zijn echter niet de enige belangrijke resultaten van een dergelijke oplossing:
Voor de operatoren is de veiligheid op het terrein ook een belangrijke zorg. Dit wordt enorm verbeterd door in staat te zijn om alle gegevens te verzamelen op een veilige afstand van mogelijke veiligheidsrisico’s, een daarvan is de huidige COVID pandemie die een risicofactor kan zijn bij het onderzoeken van drukke locaties, zoals gebouwen, in persoon.
De DJI Matrice 300 RTK is niet alleen een instrument voor het verzamelen van informatie over locaties die moeten worden onderzocht. Het gaat verder dan dat door het verbeteren van het karteringsproces in bijna elk aspect door middel van verhoogde veiligheid, snelheid, schaalbaarheid en automatisering, waardoor een ongeëvenaarde oplossing wordt geleverd die zich snel vestigt als de nieuwe industriestandaard in landmeten en kartering.
