Tradycyjna topografia vrs. LiDAR. Dokładność, czas i koszty.

Wykonywanie pracy z LiDAR może być bardziej dokładne niż w konwencjonalnej topografii? Jeśli zmniejszy to czasy, w jakim procentie? Ile to obniża koszty?

Czasy zdecydowanie się zmieniły. Pamiętam, jak Felipe, geodeta, który wykonywał moje prace terenowe, przyszedł z 25-stronicowym notatnikiem z przekrojami do generowania map konturowych. Nie przeżyłem czasu interpolacji na papierze, ale pamiętam, że robiłem to z AutoCADem bez użycia Softdesk. Więc interpolowałem z Excelem, aby wiedzieć, w jakiej odległości umieścić elewację między dwiema elewacjami, a te punkty zostały umieszczone na warstwach o różnych kolorach i poziomach, aby ostatecznie połączyć je z poliliniami, które przekształciłem w krzywe.

Chociaż praca z szafkami była szalona, ​​nie porównywano jej z pracą w terenie, która była sztuką, jeśli chcesz mieć wystarczająco dużo danych, aby wykonać akceptowalne modelowanie, gdy wysokościomierz był nieregularny. Potem pojawił się SoftDesk, poprzednik AutoCAD Civil3D, który uprościł obudowę, a Felipe był na jednym z moich kursów, ucząc się obsługi tachimetru, co skróciło czas, zwiększyło ilość punktów i oczywiście precyzję.

Na scenie trutnie do użytku cywilnego przełamuje nowe paradygmaty, kierując się podobną logiką: odporność na zmiany technik geodezyjnych zawsze ma na celu redukcję kosztów i gwarancję precyzji. W tym artykule przeanalizujemy dwie hipotezy, które tam usłyszeliśmy:

Hipoteza 1: pomiary za pomocą LiDAR zmniejszają czas i koszty.

Hipoteza 2: Pomiary przy pomocy LiDAR pociągają za sobą utratę precyzji.

Sprawa eksperymentalna

Magazyn POB usystematyzował pracę, w której prowadzono prace polegające na badaniu danych grobli, metodą konwencjonalną na przestrzeni 40 kilometrów. Oddzielnie, w drugiej pracy kilka dni później, został opracowany przy użyciu topografii LiDAR wzdłuż 246 kilometrów tej samej tamy. Chociaż odcinki nie były równe pod względem odległości, zrównano sekcję równoważną, aby dokonać porównania w podobnych warunkach.

Konwencjonalna topografia

Badanie topograficzne zbierano w przekrojach co 30 metrów, pokrywających się z istniejącymi stacjami. Punkty poprzeczne zostały pobrane z odległości mniejszych niż 4 metry.

W pracy dokonano georeferencji z punktami sieci geodezyjnej, które zostały sprawdzone za pomocą geodezyjnego GPS wzdłuż osi, a na tej podstawie pomiary punktów krzyżowych przy użyciu kombinacji wirtualnych stacji referencyjnych i RTK. Aby zapewnić spójność modelu cyfrowego, należało wziąć dodatkowe punkty w miejscach o specjalnych nachyleniach i zmianach kształtu.

Różnice szczątkowe między znanymi punktami a współrzędnymi otrzymanymi przez GPS były te, które przedstawiono w tabeli, potwierdzając że konwencjonalne podnoszenie jest bardzo dokładne.

Badanie LiDAR

Dokonano tego za pomocą jednostki autonomicznej lecącej na wysokości 965 metrów, o gęstości 17.59 punktów na metr kwadratowy. Odzyskali 26 znanych punktów kontrolnych i skrzyżowali je z dodatkowymi 11 punktami pierwszego rzędu, które zostały odczytane za pomocą geodezyjnego GPS.

Z tymi 37 punktami dokonano dopasowania danych LiDAR. Chociaż nie było to konieczne, ponieważ współrzędne pobierane przez UAV, który jest wyposażony w odbiornik GPS i kontrolowany przez stacje bazowe, uzyskiwał przez cały czas minimum 6 widocznych satelitów i PDOP mniejszy niż 3. Odległości do stacji bazowej nigdy nie były większe niż 20 kilometrów.

Zestaw 65 dodatkowych punktów kontrolnych służył do weryfikacji dokładności danych LiDAR. W odniesieniu do tych punktów uzyskano następujące precyzje wertykalne:

W mieście: 2.99 cm. (9 punktów)

Na otwartym polu lub niskiej trawie: 2.99 cm. (38 pkt.)

W lesie: 2.50 cm. (3 punkty)

W krzakach lub w wysokiej trawie: 2.99 cm. (6 punktów)

Na zdjęciu widoczna jest duża różnica gęstości między punktami z LiDAR a przekrojami zaznaczonymi na zielonych trójkątach.

Różnice w precyzji

Odkrycie jest więcej niż interesujące, wbrew hipotezie, że badanie LiDAR nie osiąga precyzji konwencjonalnego badania. Poniżej przedstawiono wartości RMSE (średni kwadratowy błąd), który jest parametrem błędu między przechwyconymi danymi a referencyjnymi punktami kontrolnymi.

Różnice w czasie

Jeśli powyższe zdziwienie nas zaskoczyło, sprawdź, co się wydarzyło w kategoriach redukcji czasu w sposób porównawczy między metodą LiDAR a tradycyjną metodą:

Zbieranie danych w polu z LiDAR było tylko 8%.

• Praca w szafie to tylko 27%.
• Podsumowując pole + lot + godziny szafkowe LiDAR przeciwko danych terenowych + tradycyjna szafka topograficzna, LiDAR wymagało tylko 19%.

W rezultacie godziny pracy 123 na kilometr konwencjonalnej topografii zostały zredukowane do zaledwie 4 godzin na kilometr.

Ponadto, jeśli łączna liczba punktów przechwytywania jest podzielona między czasochłonny w procesach przechwytywania i szafy, konwencjonalna metoda uzyskała punkty 13.75 na godzinę, a 7.7 milion punktów na godzinę LiDAR.

Różnice w czasie

Koszt tego nowoczesnego sprzętu, z tymi czujnikami wychwytującymi tę liczbę punktów, sugeruje, że praca musi być droższa. Ale w praktyce, redukcja czasu mobilizacji i kosztów, które pociągają za sobą konwencjonalne pomiary, Ostateczny koszt klienta 246 km spowodował, że LiDAR 71% był niższy niż całkowity koszt kilometrów 40 z tradycyjną topografią!

Wydaje się niewiarygodne, ale cena za kilometr liniowy z LiDAR wynosił zaledwie 12% w porównaniu z konwencjonalną topografią.

Wnioski

Czy topografia LiDAR całkowicie zastępuje tradycyjną topografię? Nie do końca, ponieważ praca z LiDAR zawsze zajmuje jakąś topografię dla punktów kontrolnych, ale można stwierdzić, że przy wszystkich zaletach kosztów, jakości produktu i czasu, praca z LiDAR generuje wyniki z niemal taką samą precyzją topografii standardowy.

Zawsze będą zalety i wady; wysoka precyzja konwencjonalnej topografii jest nostalgiczna, ale komplikacje związane z prośbą o pozwolenie na wejście do prywatnych posesji, ryzyko lokalizacji w nieregularnych miejscach, potrzeba tworzenia luk w wysokiej trawie i przeszkód… to szaleństwo. Oczywiście gęstość zalesienia ma też swoje wady w przypadku LiDAR-a, nie są to też te same parametry zależności między skrajnie małymi projektami.

Podsumowując, cieszymy się, że technologia postępuje tak, że w przypadku dużych projektów, takich jak podniesione, konieczne jest otwarcie umysłu i chęć wyboru nowych i bardziej twórczych sposobów wykonywania topografii.