Tradicionalna topografija vrs. LiDAR. Natančnost, čas in stroški.

Ali bi bilo delo z LiDAR bolj natančno kot s konvencionalno topografijo? Če zmanjša čas, v kakšnem odstotku? Koliko zmanjša stroške?

Časi so se zagotovo spremenili. Spomnim se, ko je prišel Felipe, geodet, ki je zame opravil terenska dela, s 25-stranskim zvezkom prerezov, da je ustvaril konturne zemljevide. Nisem živel časa interpolacije na papirju, se pa spomnim, da sem to storil z AutoCAD-om, ne da bi še uporabljal Softdesk. Tako sem interpoliral z Excelom, da bi vedel, na katero razdaljo postavim nadmorsko višino med obema višinama, te točke pa so bile postavljene na sloje različnih barv in ravni, da sem jih končno združil s polilinijami, ki sem jih pretvoril v krivulje.

Čeprav je bilo delo v omari noro, ga niso primerjali s terenskimi deli, ki so bila umetnost, če ste želeli imeti dovolj podatkov za sprejemljivo modeliranje, ko je bila višinska višina nepravilna. Nato je prišel SoftDesk, predhodnik AutoCAD Civil3D, ki je poenostavil omarico, Felipe pa se je v enem od mojih tečajev učil uporabljati totalno postajo, kar je zmanjšalo čas, povečalo količino točk in seveda natančnost.

Na odru brezpilotna letala za civilno uporabo podobno logiko lomi nove paradigme: Odpor do sprememb v geodetskih tehnikah vedno išče znižanje stroškov in jamstvo za natančnost. V tem članku bomo torej analizirali dve hipotezi, ki smo ju tam slišali:

Hipoteza 1: Anketiranje z LiDAR zmanjšuje čas in stroške.

Hpoteza 2: Topografija z LiDAR vodi do izgube natančnosti.

Poskusni primer

Revija POB sistematiziral delo, pri katerem je bilo opravljeno delo pri pregledu podatkov nasipa, po običajni metodi na več kot 40 kilometrov. Ločeno je bilo v drugem delu nekaj dni kasneje razvito s pomočjo topografije LiDAR vzdolž 246 kilometrov istega jezu. Čeprav odseki po razdalji niso bili enaki, so enakovredni odsek izenačili za primerjavo pod podobnimi pogoji.

Konvencionalna topografija

Topografsko snemanje smo zbirali v prerezih vsakih 30 metrov, kar sovpada z obstoječimi postajami. Prečne točke so bile zajete na razdaljah, manjših od 4 metrov.

Delo je bilo georeferencirano s točkami geodetskega omrežja, ki so bile validirane z geodetskim GPS-om vzdolž osi, iz njih pa so bile presečne točke pregledane s kombinacijo navideznih referenčnih postaj in RTK. Za zagotovitev skladnosti digitalnega modela je bilo treba na posebnih mestih za pobočje in obliko spremeniti dodatne točke.

Preostale razlike med znanimi točkami in koordinatami, ki jih je dosegel GPS, so bile tiste, ki so prikazane v tabeli in potrjujejo da je konvencionalno dviganje zelo natančno.

Anketa LiDAR

To je bilo storjeno z avtonomno enoto, ki je letela na višini 965 metrov z gostoto 17.59 točke na kvadratni meter. Odkrili so 26 znanih kontrolnih točk in jih prečkali proti dodatnih 11 točkam prvega reda, ki so bile odčitane z geodetskim GPS-jem.

S temi 37 točkami je bila narejena prilagoditev podatkov LiDAR. Čeprav to ni bilo potrebno, saj so bile koordinate, ki jih je prevzel UAV, ki je opremljen s sprejemnikom GPS in je pod nadzorom baznih postaj, ves čas pridobil najmanj 6 vidnih satelitov in PDOP manj kot 3. Razdalje do bazne postaje niso bile nikoli večje od 20 kilometrov.

Nabor 65 dodatnih kontrolnih točk je služil za potrditev točnosti podatkov LiDAR. Glede teh točk so bile pridobljene naslednje vertikalne natančnosti:

V mestnem območju: 2.99 cm. (9 točk)

Na prostem ali nizki travi: 2.99 cm. (38 točk)

V gozdu: 2.50 cm. (3 točke)

V grmovju ali visoki travi: 2.99 cm. (6 točk)

Slika prikazuje veliko razliko v gostoti med točkami, ki jih vzamemo s LiDAR proti presekom, označenim z zelenimi trikotniki.

Razlike v natančnosti

Ugotovitev je več kot zanimiva, v nasprotju s hipotezo, da raziskava LiDAR ne dosega natančnosti običajne raziskave. Sledijo vrednosti RMSE (napaka korena povprečnega kvadrata), ki je parameter napake med zajetimi podatki in referenčnimi kontrolnimi točkami.

Razlike v času

Če nas je zgornja presenetila, glej, kaj se je zgodilo v smislu časovnega zmanjšanja na primerjalni način med metodo LiDAR in tradicionalno metodo:

Zbiranje podatkov na terenu z LiDAR je bilo samo 8%.

• Kabinet dela je bil samo 27%.
• Sumiranje polja + let + LiDAR kabineta ur proti podatkom na terenu + Konvencionalni topografski kabinet, LiDAR zahteva samo 19%.

Posledično so bili 123 ur dela na kilometer konvencionalne topografije zmanjšani na samo 4 ur na kilometer.

Poleg tega, če je skupni ujetni točki razdeljen med časom, porabljenim v procesih zajemanja in kabineta, je konvencionalna metoda dobila točke 13.75 na uro, proti 7.7 milijonom točk na uro LiDAR.

Razlike v času

Stroški te sodobne opreme s temi senzorji, ki zajemajo toliko točk, kažejo, da mora biti delo dražje. Toda v praksi zmanjšanje časa mobilizacije in stroškov, ki jih pomeni običajna topografija, Končni strošek za kupca kilometrov 246 je bil LiDAR 71% nižji od skupne cene kilometrov 40 s konvencionalno topografijo!

Zdi se neverjetno, vendar je cena na linearni kilometer z LiDAR bila samo 12% v primerjavi s konvencionalno topografijo.

Zaključek

Ali topografija LiDAR popolnoma nadomesti tradicionalno topografijo? Ne v celoti, saj delo z LiDAR vedno zavzema nekaj topografije za kontrolne točke, vendar je mogoče sklepati, da delo z LiDAR z vsemi prednostmi stroškov, kakovosti izdelka in časa ustvarja rezultate s skoraj enako natančnostjo topografije konvencionalne.

Vedno bodo prednosti in slabosti; visoka natančnost običajne topografije je nostalgična, toda zapleti prošnje za dovoljenje za vstop v zasebne posesti, nevarnost lociranja na nepravilnih lokacijah, potreba po vrzelih pred visoko travo in ovirami ... je noro. Gostota gozdne pokritosti seveda prinaša svoje slabosti tudi v primeru LiDAR, tudi ti niso enaki parametri razmerja med izjemno majhnimi projekti.

Na koncu smo z veseljem spoznali, kako se je tehnologija razvila do te mere, da je za velike projekte, kot je tisto, ki se je postavilo, potrebno imeti odprto voljo in pripravljenost, da se odločijo za nove in bolj ustvarjalne načine topografije.