युन्नान पर्वतीय क्षेत्र में डीवी-लिडार10 से लैस डी20 का जटिल पर्वतीय मापन अनुप्रयोग का मामला

पर्वतीय भूभाग सर्वेक्षण हमेशा से ही हवाई लिडार के महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में से एक रहा है। पर्वतीय सर्वेक्षण के लिए लिडार का उपयोग करते समय, उच्च सटीकता, उच्च बिंदु आवृत्ति, उच्च भेदन क्षमता और उच्च प्रतिध्वनि संख्या जैसी विशेषताओं वाले रडार पेलोड का चयन करना आवश्यक है। ऐसे प्रदर्शन वाला पेलोड यह सुनिश्चित करता है कि लेजर घनी वनस्पति से होकर गुजर सके और अधिक से अधिक सटीक पर्वतीय भूभाग बिंदु क्लाउड डेटा प्राप्त कर सके, जिससे उच्च परिशुद्धता और उच्च गुणवत्ता वाले पर्वतीय भूभाग परिणाम प्राप्त होते हैं।

डीवी-लिडार10 फॉक्सटेक रोबोट द्वारा लॉन्च किया गया पहला स्वदेशी लंबी दूरी का लिडार पेलोड है। यह पर्वतीय स्थलाकृतिक सर्वेक्षण की सभी आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। इसे विभिन्न हवाई सर्वेक्षण आवश्यकताओं के अनुसार फॉक्सटेक रोबोट वी10 वर्टिकल टेक-ऑफ और लैंडिंग ड्रोन प्लेटफॉर्म और डी20 मल्टी-रोटर ड्रोन पर लगाया जा सकता है। यह मशीन प्लेटफॉर्म बड़े पैमाने पर, अधिक ऊंचाई वाले क्षेत्रों में और उच्च परिशुद्धता वाले पर्वतीय स्थलाकृतिक सर्वेक्षण कार्यों की आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है।

डीवी-लीडार10

1.1 सर्वेक्षण क्षेत्र का परिचय

सर्वेक्षण क्षेत्र युन्नान प्रांत के कुनमिंग शहर के उत्तरी भाग में स्थित है। फॉक्सटेक रोबोट ने अपनी प्रमुख सुरंग परियोजनाओं के लिए पर्वतीय स्थलाकृतिक सर्वेक्षण करने हेतु एक ए-स्तरीय सर्वेक्षण और मानचित्रण इकाई के साथ सहयोग किया। सर्वेक्षण क्षेत्र लगभग 0.24 वर्ग किलोमीटर में फैला है और इसकी कुल ऊँचाई का अंतर लगभग 300 मीटर है। सर्वेक्षण क्षेत्र में घनी वनस्पति और विविध भूभाग है, जो एक विशिष्ट पर्वतीय भूभाग का उदाहरण है।

1.2 उपकरण परिचय

परियोजना क्षेत्र में जटिल पर्वतीय भूभाग और ऊँचाई में भारी अंतर होने के कारण, और सुरंग परियोजना के लिए उच्च ऊँचाई सटीकता की आवश्यकता होने के कारण, माप क्षेत्र की विशेषताओं और सटीकता आवश्यकताओं के आधार पर डेटा संग्रह के लिए अंततः DV-LiDAR10 लेजर रडार से सुसज्जित D20 फ्लाइंग प्लेटफॉर्म का चयन किया गया। माप क्षेत्र का दृश्य नीचे दिखाया गया है।

परीक्षण क्षेत्र में ली गई वास्तविक तस्वीरें

DV-LiDAR10 मुख्य रूप से लंबी दूरी के लिडार, उच्च परिशुद्धता वाले POS सिस्टम और उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले फुल-फ्रेम डिजिटल कैमरे से मिलकर बना है। इसके विस्तृत पैरामीटर नीचे दी गई तालिका में दिखाए गए हैं।

DV-LiDAR10 में उच्च बिंदु आवृत्ति, उच्च परिशुद्धता, उच्च प्रतिध्वनि संख्या और उच्च भेदन क्षमता जैसी विशेषताएं हैं। यह घने वनस्पति क्षेत्रों में प्रवेश कर सकता है और बड़ी संख्या में उच्च परिशुद्धता वाले पर्वतीय भू-बिंदु क्लाउड प्राप्त कर सकता है। साथ ही, इसमें 42 मेगापिक्सल का उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाला फुल-फ्रेम डिजिटल कैमरा लगा है, जो बिंदु क्लाउड डेटा प्राप्त करते समय उच्च-परिभाषा वाली भू-छवियां खींच सकता है।

LiDAR10 से लैस D20 फ्लाइंग प्लेटफॉर्म वास्तव में लगभग 40 मिनट तक उड़ान भर सकता है, इसका पवन प्रतिरोध स्तर 6 है, और यह क्षेत्र डेटा संग्रह की उच्च परिशुद्धता और उच्च दक्षता आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए ऊंचाई में बड़े अंतर के तहत पूरी तरह से स्वचालित ऊंचाई-परिवर्तन उड़ानें कर सकता है।

D20, DV-LiDAR10 से सुसज्जित है

2.1 कार्य प्रक्रिया

सर्वेक्षण क्षेत्र में ऊंचाई के अंतर और परियोजना की उच्च परिशुद्धता संग्रह आवश्यकताओं से निपटने के लिए, क्षेत्र कर्मियों ने पहले सर्वेक्षण क्षेत्र का सर्वेक्षण किया, उपयुक्त टेक-ऑफ और लैंडिंग बिंदुओं का चयन किया और क्षेत्र संग्रह के लिए उचित मार्गों की योजना बनाई; फिर, ड्रोन संचालकों और अन्य सॉफ्टवेयर का उपयोग करके आंतरिक डेटा प्रसंस्करण के माध्यम से पर्वतीय भूभाग माप रिमोट सेंसिंग उत्पादों की एक श्रृंखला तैयार की गई, ताकि आगामी परियोजनाओं के विकास के लिए डेटा सहायता प्रदान की जा सके।

2.2 फील्ड फ्लाइंग

अधिक ऊंचाई वाले क्षेत्रों और जटिल वातावरणों में माप करते समय, डेटा परिणामों की सटीकता की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, विमान और जमीन की सापेक्ष ऊंचाई को स्थिर रखना आवश्यक होता है, यानी अधिक ऊंचाई वाला उड़ान मार्ग बनाना। यूएवी मैनेजर का "स्मार्ट रूट" मॉड्यूल ऊंचाई में अधिक अंतर वाले जटिल माप क्षेत्रों की उड़ान आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए स्वचालित रूप से ऊंचाई-परिवर्तनशील मार्ग डिजाइन प्रदान करता है। आपको केवल माप क्षेत्र की सीमा आयात करनी है, संबंधित ऊंचाई और गति दर्ज करनी है, और ऊंचाई-परिवर्तनशील मार्ग का चयन करना है। शेष पैरामीटर इनपुट पैरामीटर के आधार पर ड्रोन प्रबंधक द्वारा स्वचालित रूप से गणना किए जाएंगे। गणना पूरी होने के बाद, ड्रोन प्रबंधक जमीन की ऊंचाई और संबंधित पैरामीटर के आधार पर स्वचालित रूप से मार्ग डिजाइन पूरा करेगा ताकि जमीन के सापेक्ष विमान की ऊंचाई स्थिर बनी रहे।

इस परियोजना की डिज़ाइन ऊंचाई 270 मीटर है और डिज़ाइन उड़ान गति 8 मीटर/सेकंड है। ड्रोन संचालक द्वारा अनुमानित कुल उड़ान दूरी लगभग 6 किलोमीटर है और अनुमानित उड़ान समय 16 मिनट है। अन्य पैरामीटर और मार्ग डिज़ाइन इस प्रकार हैं।

बटलर उड़ान मापदंड और मार्ग डिजाइन

रूट प्लानिंग पूरी होने के बाद, D20 और DV-LiDAR10 को असेंबल करके टेक-ऑफ और लैंडिंग पॉइंट पर रखा जाता है। ड्रोन मैनेजर के "इंटेलिजेंट फ्लाइट" मॉड्यूल के ज़रिए, ड्रोन को स्वचालित रूप से टेक-ऑफ करने के लिए नियंत्रित किया जाता है और निर्धारित रूट पर डेटा एकत्र किया जाता है। निर्धारित उड़ान मिशन पूरा होने के बाद, ड्रोन बिना किसी मैन्युअल हस्तक्षेप के स्वचालित रूप से टेक-ऑफ और लैंडिंग पॉइंट पर लौट आता है।

2.3 आंतरिक पूर्व-प्रसंस्करण

(1) प्रक्षेपवक्र समाधान

फील्ड से प्राप्त मूल पॉइंट क्लाउड, आईएमयू डेटा, पीओएस डेटा और अन्य आवश्यक डेटा को कंप्यूटर पर कॉपी करें और डेटा की सत्यता की पुष्टि करें। आंतरिक प्रसंस्करण का पहला चरण प्रक्षेप पथ की गणना है, और इसकी गणना की सटीकता सीधे अंतिम परिणाम की सटीकता से संबंधित है।

सबसे पहले, एयरबोर्न पीओएस को यूएवी मैनेजर के "इंटेलेक्चुअल मैप" मॉड्यूल का उपयोग करके फॉर्मेट किया जाता है, और परिवर्तित पीओएस डेटा का उपयोग करके बेस स्टेशन फ़ाइल डाउनलोड की जाती है। फॉर्मेट किए गए पीओएस डेटा, बेस स्टेशन फ़ाइलें और आईएमयू डेटा को ट्रैजेक्टरी गणना सॉफ़्टवेयर में आयात किया जाता है। डीवी-लिडार10 के अनुरूप एक्सेंट्रिसिटी पैरामीटर और आईएमयू मॉडल इनपुट किए जाते हैं, ट्रैजेक्टरी को हल करने के लिए टाइट कपलिंग विधि का उपयोग किया जाता है, और अंत में सटीकता आवश्यकताओं को पूरा करने वाले ट्रैजेक्टरी और कैमरा शूटिंग पॉइंट पीओएस परिणाम आउटपुट किए जाते हैं।

(2) पॉइंट क्लाउड गणना

गणना किए गए प्रक्षेप पथ डेटा और पॉइंट क्लाउड डेटा को UAV बटलर के "स्मार्ट लेज़र" मॉड्यूल में इनपुट करें, और निर्देशों के अनुसार प्रोजेक्ट पथ, समन्वय प्रणाली और लोड संख्या जैसी आवश्यक जानकारी दर्ज करें। UAV बटलर लोड संख्या और अन्य जानकारी के आधार पर पॉइंट क्लाउड कैलिब्रेशन रिपोर्ट को स्वचालित रूप से डाउनलोड करेगा ताकि पॉइंट क्लाउड गणना की सटीकता सुनिश्चित हो सके। इनपुट जानकारी सही होने की पुष्टि करने के बाद, पॉइंट क्लाउड सॉल्व पर क्लिक करें और बटलर स्वचालित रूप से उच्च-सटीकता वाला पॉइंट क्लाउड डेटा उत्पन्न करेगा, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

पॉइंट क्लाउड समाधान के परिणाम

हल किए गए पॉइंट क्लाउड डेटा में स्तरीकरण की जाँच करने के लिए, "स्मार्ट लेज़र" मॉड्यूल न केवल प्रोफ़ाइल टूल प्रदान करता है, बल्कि प्रत्येक रूट के बीच स्तरीकरण का शीघ्र पता लगाने के लिए गुणवत्ता निरीक्षण टूल भी प्रदान करता है (रंग जितना गहरा होगा, परत उतनी ही गहरी होगी, और स्तरीकरण उतना ही स्पष्ट होगा)। यदि स्पष्ट स्तरीकरण दिखाई देता है, तो एयर बेल्ट समायोजन का उपयोग करके स्तरीकरण की समस्या को कम किया जा सकता है और डेटा की गुणवत्ता में सुधार किया जा सकता है। इस परियोजना के लिए गुणवत्ता निरीक्षण चार्ट नीचे दिखाया गया है।

मापन क्षेत्र गुणवत्ता निरीक्षण मानचित्र

जैसा कि ऊपर दिए गए चित्र में दिखाया गया है, इस परियोजना द्वारा प्राप्त किए गए पॉइंट क्लाउड डेटा में प्रसंस्करण के बाद कोई स्पष्ट स्तरीकरण नहीं है, जो दर्शाता है कि रडार द्वारा प्राप्त डेटा की गुणवत्ता अच्छी है और इसका उपयोग आगे के प्रसंस्करण और उत्पादन के लिए किया जा सकता है।

(3) पर्वतीय भूभाग सर्वेक्षण

पर्वतीय भूभाग सर्वेक्षण के परिणामों में मुख्य रूप से सर्वेक्षण क्षेत्र के ऑर्थोफ़ोटो, रंगीन बिंदु क्लाउड, विशेषता वर्गीकरण और निष्कर्षण, उच्च-सटीकता वाले डीईएम और कंटूर आदि शामिल हैं।

ऑर्थोफ़ोटो सर्वेक्षण क्षेत्र में मौजूद ज़मीनी वस्तुओं की उच्च-परिभाषा वाली छवियां प्राप्त कर सकते हैं, साथ ही सर्वेक्षण क्षेत्र का डीएसएम (डिजिटल स्टैंडर्ड मैपिंग) भी प्राप्त कर सकते हैं, जिससे कर्मचारियों को सर्वेक्षण क्षेत्र के वातावरण को जल्दी समझने और अधिक प्रभावी परिचालन योजना बनाने में मदद मिलती है। DV-LiDAR10 में 42-मेगापिक्सल का फुल-फ्रेम कैमरा लगा है जो उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाली ज़मीनी रिमोट सेंसिंग छवियां प्राप्त कर सकता है। इसके द्वारा प्राप्त सर्वेक्षण क्षेत्र की छवियों और फोटो पॉइंट पीओएस (POS) को ड्रोन मैनेजर के "स्मार्ट पज़ल" मॉड्यूल में आयात करें ताकि स्वचालित रूप से सर्वेक्षण क्षेत्र का ऑर्थोफ़ोटो और डीएसएम तैयार हो सके। परिणाम नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए हैं।

ऑर्थोफ़ोटो और डीएसएम

रंगीन पॉइंट क्लाउड, मानक पॉइंट क्लाउड डेटा और ऑर्थोफ़ोटो से उत्पन्न एक परिणाम है। इसमें न केवल मानक पॉइंट क्लाउड की ऊंचाई की जानकारी होती है, बल्कि ऑर्थोफ़ोटो की रंग और बनावट की जानकारी भी शामिल होती है। यह प्रस्तुति डेटा के आयामों को समृद्ध बनाती है और पॉइंट क्लाउड डेटा की पठनीयता और समझ को बेहतर बनाती है। ड्रोन मैनेजर में "स्मार्ट पॉइंट क्लाउड" रंग विकल्प चुनें और रंग भरने के लिए आवश्यक पॉइंट क्लाउड डेटा और ऑर्थोफ़ोटो डेटा दर्ज करें, और नीचे दिखाए अनुसार एक रंगीन छवि स्वचालित रूप से उत्पन्न हो जाएगी।

सर्वेक्षण क्षेत्र का रंगीन बिंदु क्लाउड

डीईएम (डिजिटल कंपाउंड इवैल्यूएशन) ग्राउंड पॉइंट क्लाउड डेटा से प्राप्त रिमोट सेंसिंग का एक परिणाम है, जो जमीन की ऊंचाई की जानकारी को सटीक रूप से दर्शाता है। यह पर्वतीय स्थलाकृतिक सर्वेक्षण के मुख्य परिणामों में से एक है। चूंकि युन्नान के पर्वतीय क्षेत्र पूरे वर्ष घनी वनस्पति से ढके रहते हैं, इसलिए सटीक ग्राउंड पॉइंट डेटा की बड़ी मात्रा प्राप्त करने के लिए उच्च भेदन क्षमता और उच्च प्रतिध्वनि संख्या जैसी विशेषताओं वाले रडार पेलोड की आवश्यकता होती है। डीवी-लिडार10 पूरी तरह से स्वदेशी लंबी दूरी के लिडार से सुसज्जित है। यह पेलोड 1550 एनएम लेजर को डिटेक्शन प्रकाश स्रोत के रूप में उपयोग करता है, इसमें 7 प्रतिध्वनियाँ हैं, और इसमें पर्वतीय मापन के लिए आवश्यक सभी विशेषताएँ हैं।

नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए अनुसार, इस परियोजना में प्राप्त पर्वतीय बिंदु क्लाउड डेटा का अवलोकन करने के लिए प्रोफाइल टूल का उपयोग करें।

पर्वत बिंदु बादल डेटा प्रोफ़ाइल

जैसा कि ऊपर दिए गए चित्र में दिखाया गया है, DV-LiDAR10 न केवल वनस्पति बिंदु डेटा प्राप्त कर सकता है, बल्कि बड़ी मात्रा में जमीनी बिंदु डेटा भी प्राप्त कर सकता है, जो दर्शाता है कि उपकरण में अच्छी पैठ है और यह पहाड़ी इलाकों के मापन के लिए बहुत उपयुक्त है।

उच्च परिशुद्धता वाले डीईएम और कंटूर बनाने के लिए, सबसे पहले संसाधित मानक पॉइंट क्लाउड डेटा को यूएवी बटलर के "स्मार्ट पॉइंट क्लाउड" मॉड्यूल में आयात करें, और फिर ग्राउंड पॉइंट एक्सट्रैक्शन टूल का उपयोग करके ग्राउंड ऑब्जेक्ट्स की ऊंचाई, अधिकतम ढलान सीमा और पुनरावृति कोण निकालें। पैरामीटर इनपुट होने तक प्रतीक्षा करें, और फिर ग्राउंड पॉइंट्स के स्वचालित निष्कर्षण को साकार करने के लिए एक उपयुक्त फ़िल्टरिंग एल्गोरिदम का चयन करें। अंत में, ग्राउंड पॉइंट निष्कर्षण की सटीकता की मैन्युअल रूप से जाँच करें, कम सटीकता वाले क्षेत्रों को अनुकूलित करें, और अनुकूलित ग्राउंड पॉइंट डेटा के आधार पर सर्वेक्षण क्षेत्र का डीईएम और कंटूर बनाएं। डीईएम सटीकता को सत्यापित करने के लिए, इस परियोजना में आरटीके और अन्य उपकरणों का उपयोग करके फील्ड कंट्रोल पॉइंट्स एकत्र किए जाते हैं, उन्हें चेक पॉइंट्स के रूप में उपयोग किया जाता है और उन्हें डीईएम मॉडल में आयात किया जाता है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

इस परियोजना का सर्वेक्षण क्षेत्र युन्नान का एक पर्वतीय क्षेत्र है। पर्वतीय भूभाग सर्वेक्षण करने के लिए DV-LiDAR10 से लैस D20 विमान का उपयोग किया गया। सर्वेक्षण क्षेत्र में ऑर्थोफ़ोटो, रंगीन बिंदु क्लाउड, स्थलीय वस्तुओं का वर्गीकरण, उच्च-सटीकता वाले डीईएम और अन्य उच्च-सटीकता वाले पर्वतीय भूभाग परिणामों के अधिग्रहण के माध्यम से, यह देखा जा सकता है कि DV-LiDAR10 में उच्च परिशुद्धता, उच्च भेदन क्षमता और एक साथ स्थलीय वस्तु छवियों और बिंदु क्लाउड डेटा को प्राप्त करने की क्षमता है। साथ ही, D20 विमान के उच्च दक्षता, उच्च परिशुद्धता और उच्च ऊंचाई पर उड़ान भरने की क्षमता इसे पर्वतीय स्थलाकृति की बड़ी ऊंचाई भिन्नताओं और उच्च परिशुद्धता के लिए उपयुक्त बनाती है। अंत में, स्थलीय नियंत्रण बिंदुओं का उपयोग करके यह सत्यापित किया गया कि परियोजना के परिणाम उच्च सटीकता वाले हैं और परियोजना की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।