Новинки от компании RIEGL: передовые решения в сфере лазерного сканирования

0

Автор: Рыльский Илья Аркадьевич

2018 год выдался в RIEGL на редкость урожайным. На выставке Intergeo-2018 (во Франкфурте) впервые в истории одной компанией было представлено одновременно 5 новых моделей воздушных лазерных сканеров, 3 из которых – принципиально новые. Решения относятся к области применения как беспилотной, так и пилотируемой авиации. Хотя, признаться, грань между их применением каждый год все более размыта.

Воздушное лазерное сканирование: В этом сегменте Riegl выпустил целых пять новых решений. Новые поколения лазеров получили добавку «II» к базовым номерам моделей (которые ранее уже использовались в номенклатуре обозначений), однако с исходными моделями имеют общего разве только предполагаемый сегмент рынка.

Общей чертой для всех сканеров является уменьшение размеров и наращивание скорости сканирования одновременно. Кроме того, у трех систем изменен угол охвата – с 60 до 75 градусов. Ранее охват в 60 градусов был чуть ли не визитной карточкой RIEGL, теперь компания более гибко подходит к данному вопросу.

Список новых моделей:

Riegl VQ480ii – компактный лазер среднего класса для работы на высотах до 1850 м, может быть использован на БПЛА и ПЛА

Riegl VQ580ii – компактный лазер среднего класса для работы на высотах до 2100 м, может быть использован на БПЛА и ПЛА

Riegl VUX240 — компактный лазер среднего класса для работы на высотах до 1400 м, может быть использован на БПЛА и ПЛА

Riegl VQ880Gii – наиболее совершенный тяжелый батиметрический лазер в семействе Riegl

Riegl VQ840G – сканер смешанного назначения (батиметрия+суша), пригодный для установки на БПЛА

vq-420ii vq-580ii 232

Рис.1. Внешний вид сканеров 580II, 480II, VUX240 (слева направо)

2

Рис.2. Производительность различных систем Riegl  (в точках в секунду) на различных высотах. Условия расчетов – скорость 180 км/ч, без поворотов и прерывания съемки, альбедо поверхности – 30%.

Как видно из рисунка 1, все сканеры Riegl (кроме уже снятых с производства, но до сих пор использующихся в РФ Q560), теперь образуют три группы. Первая  – высотные системы топового сегмента – Q1560i, 780i. Их отличительная черта – сохранение максимальной производительности вплоть до высоты 2000 м. Вторая группа – сканеры для БПЛА и СЛА (сверхлегкой авиации) – RIEGL VUX 1 и еще более легкий miniVUX-1 (не включен в диаграмму из-за малой высоты работы). Третья же группа – это все лазеры, представленные в 2018 г. – 580ii, 480ii, VUX240.

Основная цель выпуска на рынок этого «трио» — закрыть нишу между топовыми сканерами и сканерами для БПЛА/СЛА. Судя по диаграмме, эта задача полностью выполнена. Действительно, на высотах до 500 метров все три модели превосходят все лазерные сканеры Riegl, кроме 1560i (а на высотах до 300 м VUX240 превосходит и его). Только на высоте 600 и более метров 1560i становится уверенно производительнее (в точках в секунду) чем 580ii, 480ii  и VUX240, которые – в силу меньшей мощности – не могут обеспечить подобную скорость на больших высотах.

Впрочем, никому не нужны миллиарды точек в чистом виде. Обычно заказчики оперируют терминами «площадь» и «плотность».  Отметим также и различные углы охвата у лазеров – 60 (стандартный угол для Riegl), 75 (580ii, 480ii, VUX240), и более 120 градусов (VUX 1LR). Построив диаграмму реальной производительности системы за чистый час съемки на скорости 180 км/ч (без учета поворотов и прерываний), получим графики, приведенные на рис.2. Зеленым цветом отмечены новые модели Riegl.

3

Рис.3. Производительность различных систем Riegl  (в км2/час) при различных плотностях. Условия расчетов – скорость 180 км/ч, без поворотов и прерывания съемки

580ii, 480ii, VUX240 показывают существенно лучшие результаты по сравнению с 780i и VUX-1LR, а также Q560 и Q780 в сегменте 20 точек/м2. Этот стандарт сейчас уже широко применяется в Европе и США, в РФ в 2017-2018 г.г. также отмечен ряд проектов с такими требованиями.

В сегменте 10 точек/м2 (стандарт для 1:500 на городских территориях) и  6 точек/м2 (1:1000) 580ii, 480ii, VUX240 уступают только 1560i и 780i. В сегментах 1:2000 (3 точки/м2) и 1:5000 (1 точка/м2) 580ii, 480ii, VUX240 уступают также и Q780 (уже снят с производства).

Таким образом, первая общая черта систем 580ii, 480ii, VUX240 – высочайшая производительность.

Исходя из технических возможностей этих трех систем, вроде бы четко прослеживается их «промежуточная» роль в линейке. Однако на практике ситуация для 580ii, 480ii, VUX240 выглядит гораздо привлекательнее в том случае, если речь идет о России.

Проекты в РФ традиционно в части лазерного сканирования традиционно реализуются наполовину летом (недолгое, холодное, с достаточно частой облачностью на небольших высотах) и осенью (с традиционно плохой погодой и затяжными периодами сплошной низкой облачности). Проектов, выполняемых в условиях степного и пустынного климата, крайне мало. Из-за этого техническая возможность любой системы, способной работать на высоте более 1200 м, на практике может быть реализована весьма редко – по погодным условиям. В значительном количестве проектов – обследование линейных объектов и проектирование – большая ширина полосы съемки просто не нужна. Статистика полетов показывает, что лазерное сканирование с высоты более 1500 м практически не применяется или применяется в качестве дополнения к классической АФС для быстрого создания ортофото.

Однако 580ii, 480ii, VUX240 адаптированы именно для работы с небольших высот. Их уголо охвата – 75 градусов – позволяет им покрывать полосу, в 1.5 раза шире высоты полета. Таким образом, при высоте облачности в 650-700 м 580ii обеспечит такую же ширину охвата, как и 1560i при работе с 950-1000 м. Но если в день съемки облака будут на 700 м, то  580ii  эффективно справится с задачей, в то время как 1560i либо не поднимется в воздух, либо потребует в полтора раза большего летного времени.

Таким образом, еще одна черта 580ii, 480ii, VUX240 – большая погодная универсальность.

Третья черта – промежуточный вес, габариты и стоимость: 580ii, 480ii, VUX240 занимают промежуточное положение в линейке в том числе и по этим характеристикам. Однако они довольно разные – так, VUX240  весит лишь  3.75 кг (без ИНС), то есть всего на 250 граммов тяжелее VUX1LR, в то время как VQ58ii весит 9.9 кг (без ИНС). Для сравнения – VQ780i весит более 20 кг. В целом, это весьма легкие и компактные приборы, пригодные для установки не только на полноценные самолеты, но и на СЛА и БПЛА среднего класса.

На этом общие особенности систем не заканчиваются.

— широкое поле зрения и все чаще возникающие требования заказчиков, требующих не только надирной, но и перспективной фотосъемки учтены в интерфейсах сканеров: 480ii и 580ii допускают подключение до 5 камер, VUX240 – до 4 камер.

— все сканеры по желанию заказчика могут быть оснащены инерциальной системой, для которой в конструкции уже приготовлено место – APX20 – на тот случай, если планируется работа с БПЛА (то есть с малых высот,  что не требует значительной угловой точности). В случае, если предполагается работа с пилотируемых носителей на высотах более 500 м, конечно, потребуется более крупная и дорогая ИНС, монтируемая отдельно.

— все сканеры обрабатывают «на лету» исходные сигналы, и не нуждаются в наземной обработке с целью классификации точек из разных отражений сырых данных. Это позволяет хранить меньший объем данных, для чего предназначен уже встроенный в корпус сканера твердотельный накопитель на 240 гигабайт данных. Если этого недостаточно – возможно сохранение на внешние накопители (например, ноутбук).

— все сканеры обладают очень большим количеством линий (строк сканирования) в секунду. 580ii, 480ii – 300 линий в секунду,  VUX240 – 400 линий в секунду. Так, при работе не скорости 50 метров с секунду это позволяет обеспечить абсолютно равномерное распределение точек с плотностями: 36 т/м2 для 580ii, 480ii,    и  64 т/м2 – для VUX240.  Для скорости 100 м/с это будет соответственно: 9 т/м2 для 580ii, 480ii,    и  16 т/м2 – для VUX240. Таким образом, несмотря на малый вес и габариты, изделия могут эксплуатироваться с весьма скоростных носителей.

— все сканеры не нуждаются в больших люках для установки (конечно, если не используется гироплатформа). Это позволяет использовать их на обычных носителях без вмешательства в силовой набор  летательного аппарата.

В чем же состоят отличия этих аппаратов между собой?

Таблица 1

  580ii 480ii VUX240
Длина волны 1064 нм 1550 нм 1550 нм
Минимальная безопасная высота работы (NOHD) 30 0.5 0
Оптимальный для производительности диапазон высот (высоты, на которых падение от максимальной скорости не более 50%), м 30-630 20-530 0-450
Дивергенция луча, м/рад 0,25 0.35 0.35
Потребляемая мощность (без/с  обогревом), ватт 70/230 100/250 65
Точность измерения дальности, мм 20 20 15
Масса, кг 9,9 10.6 3,75
Температура (эксплуатационная), С -5 — +40 -5 — +40 -5 — +40
Класс безопасности лазера 3R 1
Максимальная высота полета 1600 1300 1000

 

Как видим, все три сканера существенно легче сканеров типа 780i и 1560i. Из таблицы в целом понятно, что модели располагаются по нарастанию пригодности к использованию на БПЛА или иных носителях, летающих низко и носящих мало. Так, 580ii имеет более высокий класс опасности лазера и не может использоваться на высоте ниже 30 м, т.е. не подходит для большинства задач БПЛА. В то же время, он самый высотный, и максимально подходит для легкой авиации.

VUX240 является практически идеальным решением для БПЛА среднего и тяжелого классов, хотя может применяться и со СЛА, и с легких самолетов. Благодаря полной безопасности для зрения на сколь угодно малых дистанциях до объектов, он может летать на сверхмалых высотах, легок, но при этом может применяться и на  обычных самолетах, хотя и менее эффективно, чем 580ii.

480 ii – промежуточное решение между 580ii и VUX240. Он (по факту) столь же безопасен как и 240й, но обладает большей высотностью (за что расплачивается большим весом). Он также может применяться на БПЛА, но при этом БПЛА должен либо быть больше, чем для 240го, либо будет меньше летать.

480 ii и VUX240 менее пригодны для работы по обводненным ландшафтам (мокрый снег, влажные леса, проч.), так как излучение с длиной волны в 1550 нм практически полностью задерживается водой – в отличие от 1064 нм  у 580 ii, который менее чувствителен к воде.

Краткие итоги.

Таким образом, после анонса трех новых сканеров, Riegl фактически предлагает на выбор пользователю все мыслимые виды сканирующих систем для любых носителей.

1

Рис. 4. Пригодность различных носителей для различных моделей лазерных сканеров Riegl,Производимых в 2018 г.