Полный рабочий процесс PPK для дронов DJI Enterprise

PPK (Post-Processed Kinematic), кинематика в постобработке — это метод использования данных Глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) для точного определения положения и траектории движения ровера/дрона. PPK позволяет собирать необработанные GNSS-данные с беспилотника, информацию о положении и траектории ближайших опорных станций, а затем обрабатывать эти данные для повышения точности информации о положении и траектории.

PPK обычно используется в таких сферах, как геодезия, картография и сельское хозяйство, где важна высокая точность позиционирования. В отличие от кинематики в реальном времени (RTK), для которого требуется беспроводное соединение с опорными станциями в режиме реального времени, работа с PPK может осуществляться постфактум, что позволяет более гибко подходить к сбору данных

Постобработка данных GNSS включает использование специализированного программного обеспечения для обработки данных, собранных приемником, и сравнения их с данными близлежащих базовых станций для определения точного местоположения дрона в определенный момент времени. Этот процесс позволяет повысить точность информации о местоположении и траектории, корректируя ошибки, вносимые такими факторами, как атмосферные условия и отклонения орбиты спутника.

Хотя и RTK, и PPK позиционирование могут использоваться для картографических приложений беспилотников, есть некоторые преимущества использования PPK перед RTK:

Выбор между PPK и RTK для картографического проекта зависит от требований, таких как гибкость, стоимость и масштаб миссии. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки, дроны DJI Enterprise RTK всегда записывают данные спутникового наблюдения. Это гарантирует, что даже если нестабильная сотовая связь прервется во время RTK-полета, пользователь сможет получить данные базовой станции и использовать метод PPK в качестве резервного для получения точных данных на уровне сантиметра.

Общий рабочий процесс

Выполнение процесса PPK с данными изображений с беспилотника может показаться сложным, но на самом деле это простой процесс, требующий тщательного планирования и выполнения. Процесс включает в себя несколько ключевых шагов, которые будут более подробно рассмотрены в инструкциях ниже.

1. Настройки и подготовка. Прежде чем начать сбор данных с дрона, необходимо тщательно спланировать миссию. Необходимо спланировать достаточную продолжительность полета, включить настройки в приложении DJI Pilot. Тщательный план миссии позволит обеспечить сбор достаточного количества данных для точной обработки PPK.
2. Сбор данных с дрона. После того как вы спланировали миссию следует собрать данные с дрона и соответствующие GNSS-данные с приемника дрона во время полета. Данные GNSS должны включать необработанные данные спутниковой навигационной системы, а также информацию о временной метке. Важно собрать как можно больше данных для обеспечения точной обработки PPK.
3. Сбор справочных данных. Помимо сбора данных с беспилотника, необходимо также собрать опорные данные с близлежащих опорных станций GNSS, таких как CORS или других наземных приемников. Опорные данные должны включать те же сигналы GNSS и информацию о времени, что и данные GNSS беспилотника. Сбор опорных данных позволяет обеспечить максимальную точность результатов PPK.
4. Выравнивание данных и обработка PPK. После сбора всех необходимых данных необходимо выровнять данные изображения с беспилотника с соответствующими данными GNSS на основе информации о времени. Это можно сделать с помощью специализированных программных средств, которые могут сопоставить информацию о времени между снимком и точкой данных GNSS. После выравнивания данных их можно обработать с помощью специализированного программного обеспечения PPK или онлайн-сервисов. При обработке PPK используются данные GNSS как с приемника беспилотника, так и с базовых станций для расчета точной информации о позиционировании для каждого изображения, снятого во время полета.
5. Перезапись POS-данных. Убедитесь, что новые POS-данные правильно импортированы в программное обеспечение для фотограмметрии. Этот шаг очень важен, поскольку точность фотограмметрических моделей сильно зависит от качества входных данных. Поэтому необходимо дважды проверить совместимость POS-данных с программным обеспечением и убедиться, что они правильно перезаписаны.

Хотя выполнение процесса PPK с данными изображений, полученных с беспилотника, может показаться сложным, это необходимый процесс для получения точных результатов картографирования. Тщательно спланировав миссию, собрав достаточное количество данных и выполнив проверки контроля качества, вы сможете обеспечить максимально точные результаты.

Настройки и подготовка

Перед полетом дрона важно правильно настроить приложение DJI Pilot 2. Вот несколько советов, которые обеспечат успешный полет:

1. Включите опцию " Mechanical Shutter " и отключите опцию " Dewarping ". 
2. Убедитесь, что опция RTK отключена в настройках приложения Pilot.
3. Важно отметить, что процесс PPK требует постобработки данных, что может занять время и задержать получение конечного продукта. Кроме того, для получения точных данных позиционирования с помощью PPK требуется захват достаточного количества точек данных GNSS во время полета. Точная продолжительность и необходимое расстояние зависят от различных факторов, таких как используемый GNSS-приемник, качество данных базовых станции и условия полета. Как правило, рекомендуется летать не менее 10 минут, чтобы захватить достаточное количество точек данных GNSS для точной обработки PPK. В приложении Pilot можно проверить расчетное время полета в раскрывающейся вкладке "Обзор миссии".

Сбор данных с беспилотников

Данные с дрона – это важная часть при обработке методом PPK. Помимо необработанных изображений, из папки с изображениями необходимо получить два дополнительных файла: файл RINEX и файл временных меток изображения.

Файл RINEX дрона содержит необработанные GPS-измерения, которые очень важны для достижения высокой точности позиционирования. Эти данные используются для коррекции ошибок в сигнале GPS, которые могут возникать из-за различных факторов, таких как атмосферные условия и положение спутников GPS. Без этих данных точность метода PPK была бы сильно искажена. Файл RINEX с названием "XXX_PPKRAW.bin" можно найти в папке необработанных фотографий.

Аналогичным образом, файл временной метки изображения имеет решающее значение для получения точных результатов. В этом файле записано точное время съемки каждого изображения, что необходимо для правильной синхронизации данных изображения с GPS-измерениями. Без этой информации точное согласование данных изображения с данными GPS было бы очень сложным, что, в свою очередь, негативно сказалось бы на точности конечных результатов. Файл временной метки с именем "XXX_Timestamp.MRK" также находится в папке с необработанными фотографиями. 

Очень важно обеспечить правильный сбор и обработку этих файлов для достижения максимально возможной точности при использовании метода PPK. Дроны DJI Enterprise, которые поддерживают RTK/PPK и могут выводить эти файлы:

• DJI M300RTK с полезной нагрузкой Zenmuse P1 или Zenmuse L1

• DJI Mavic 3 Enterprise с подключенным модулем RTK

• DJI Mavic 3 Multispectral с подключенным модулем RTK

• DJI Phantom 4 RTK

Сбор опорных данных

1. Для выполнения обработки PPK с использованием базовой станции для исходных данных, как правило, требуется два типа файлов, связанных с данными GNSS: базовый файл RINEX и навигационный файл: Базовый файл RINEX. Этот файл содержит необработанные данные GNSS, собранные базовой станцией, обычно в формате RINEX. Базовый файл RINEX включает точные измерения сигналов спутников, положения и информацию о времени. Данные с файла собираются одновременно с полетом беспилотника или как можно ближе к моменту полета. Базовый файл RINEX используется в качестве эталона для корректировки необработанных данных GNSS, собранных беспилотником во время полета.
2. Навигационный файл. Этот файл содержит информацию о положении и орбите спутников GNSS, используемых для картографического проекта. Навигационный файл используется программным обеспечением PPK для расчета точной информации о позиционировании для каждого изображения, полученного во время полета дрона. Навигационный файл можно получить из различных источников, например через онлайн-сервисы, такие как Международная служба GNSS (IGS).

В данном разделе инструкции в качестве примера используется CORS NGS для получения GNSS-файлов:

Чтобы собрать базовые данные CORS с помощью службы NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований) UFCORS (User Friendly CORS), выполните следующие действия:

1. Перейдите на веб-сайт NCN (https://geodesy.noaa.gov/CORS/) и выберите NCN Map (https://geodesy.noaa.gov/CORS_Map/) на странице.
2. Введите адрес полета беспилотника в поисковую строку слева и выберите «Go»:
3. Выберите площадку с самой короткой базовой линией и запишите название площадки. Базовая линия — это расстояние между базовой станцией GNSS и беспилотником. Меньшее расстояние базовой линии равно высокая точность результатов PPK, поскольку снижается вероятность ошибок, вносимых атмосферными условиями и другими факторами окружающей среды Расстояние между базовой точкой CORS и беспилотником, может влиять на качество опорных данных, используемых в PPK. При большом базовом расстоянии может возникнуть больше ошибок, связанных с атмосферными и другими факторами окружающей среды, что может привести к менее точному результату PPK. Рекомендуется максимально сократить расстояние базовой линии, чтобы она охватывала картографируемую территорию. Участки с базовой линией более 30 км не рекомендуется использовать.
4. Перейдите на веб-сайт UFCORS (https://www.ngs.noaa.gov/UFCORS/) и выберите диапазон дат для данных, которые вы хотите получить. Выберите "получить файл данных CORS". Данные будут загружены в виде сжатого файла (например, .zip). Важно убедиться, что данные CORS собраны одновременно с данными изображений с беспилотника, чтобы обеспечить точную обработку PPK. Также следует тщательно оценить качество данных CORS, чтобы убедиться, что они соответствуют требуемым стандартам точности для картографического проекта. Правильное планирование и выполнение миссии беспилотника, и сбор данных CORS необходимы для обеспечения точной обработки PPK и высококачественных результатов картографирования.
5. Откройте загруженный zip-файл, убедитесь, что он содержит следующие два файла: xxx.xxo (базовый файл RINEX) и xxx.xxn (навигационный файл).

Если поблизости от места работы дрона нет базовой станции NGS CORS, мобильная станция DJI D-RTK 2 является хорошим решением для получения данных базовой станции для обработки PPK. Для ее использования просто установите базовую станцию над известной точкой с координатами WGS84 и высотой эллипсоида в метрах. Затем сместите местоположение базовой станции на основе 3D координат известной точки в приложении Pilot 2.

Обязательно сначала настройте D-RTK 2 на месте и подождите несколько минут до и после полета, чтобы охватить всю продолжительность полета. Также избегайте перемещения или наклона базовой станции D-RTK 2 во время полета дрона, так как это может прервать запись данных из-за изменения ориентации. После завершения полета подключите базовую станцию к компьютеру через кабель USB-C и экспортируйте файлы формата .dat RTCM, записанные после полета. Используя мобильную станцию DJI D-RTK 2, вы можете избежать необходимости приобретения дополнительного оборудования и абонентской платы, которые могут потребоваться для связи в режиме реального времени. Это делает процесс PPK более экономически эффективным и обеспечивает большую гибкость при сборе данных, особенно в районах с ограниченным или отсутствующим покрытием сотовой связи.

Выравнивание данных и обработка PPK

В этом разделе представлен пошаговый процесс применения данных беспилотника с файлами GNSS-ровера, собранными с NGS CORS, сторонних базовых станций или мобильной станции DJI D-RTK 2, для запуска процесса PPK. В качестве примера мы будем использовать RedCatch REDToolBox:

1. Чтобы начать работу, нужно открыть RedCatch REDToolBox и выбрать опцию "PPK & Geotagging".
2. Опция предложит выбрать DJI в качестве устройства и выбрать PDF отчет о качестве и текстовый файл в качестве выходных форматов. Затем выберите опцию PPK в качестве типа коррекции и эллиптическую высоту (PPK native) в качестве выходной высоты. После нажмите "Далее".
3. Для импорта изображений перейдите в раздел "Импорт изображений" и выберите "Выбрать изображения", чтобы определить каталог необработанных изображений. Это гарантирует, что изображения будут правильно импортированы и могут быть использованы в процессе PPK.
4. Далее необходимо выбрать раздел "Импорт файлов Rover" и выбрать опцию " Trigger File ". Здесь можно импортировать файл MRK с именем "XXX_Timestamp.MRK" в папку необработанных изображений. Этот файл предоставит важную информацию о временных метках изображения, которые будут использоваться в процессе PPK.
5. После импорта файла MRK необходимо снова выбрать опцию "Rover RINEX file" и импортировать файл RINEX с именем "XXX_PPKRAW.bin" в папку необработанных изображений. Убедитесь, что выбрали правильный файл, так как это будет иметь решающее значение для успешного процесса PPK.
6. Перейдя к разделу "Импорт файлов базовой станции", выберите опцию "Базовый файл RINEX" и импортируйте файл RINEX с именем "XXX.xxo" из папки необработанных спутниковых данных, загруженной с сайта UFCORS. Если используете мобильную станцию DJI D-RTK 2 для обработки PPK, выберите и импортируйте файл RTCM в формате .dat в этой опции. Если вам необходимо объединить несколько файлов RTCM в формате .dat в один файл, используйте следующий инструмент и запустите его в том же каталоге, где находятся несколько файлов RTCM: merge_bin.bat.
7. После выбора файла XXX.xxo из папки необработанных спутниковых данных файлы навигации и gnebigation должны импортироваться автоматически. Если этого не произошло, эти два файла можно найти в папке необработанных спутниковых данных, загруженной с сайта UFCORS.
8. Наконец, просмотрите сводку картографирования и выберите "Execute Mapping", чтобы запустить процесс PPK.
9. По окончании процесса отметьте "PDF quality report" и "textfile", затем выберите опцию "Generate Output From Mapping".
10. Чтобы убедиться, что скорректированные данные POS (REDToolbox_Raw.txt) и сводный отчет (REDToolBoxSummary.pdf) экспортированы, откройте папку вывода. Позже мы будем использовать первый файл временных меток с исправленными POS-данными изображения для обработки фотограмметрии.

Перезапись POS-данных

Данные изображений POS (положение и ориентация), полученных с помощью дрона, представляют собой информацию о местоположении, положении и траектории движения дрона при съемке изображений. Эти данные обычно получают с помощью GPS и других датчиков на борту дрона и используются для точной географической привязки изображений и создания 3D-модели или карты исследуемой территории с помощью методов фотограмметрии.

В процессе фотограмметрии POS-изображения, полученные с помощью беспилотника, используются в процессе аэротриангуляции для точного определения положения и ориентации каждого изображения в трехмерном пространстве. Процесс аэротриангуляции включает вычисление относительных положений и ориентации изображений на основе их наложений и соответствующих характеристик изображения. Данные POS-изображений с беспилотника используются для вычисления ориентации каждого изображения в трехмерном пространстве, и эта информация используется для создания разреженного облака точек, представляющего исследуемую территорию.

Если POS-данные беспилотного снимка неточны или ошибочными, результаты процесса фотограмметрии также будут менее точными. Любые ошибки в POS-данных беспилотного изображения могут привести к ошибкам в процессе аэротриангуляции, что вызовет ошибки в процессе корректировки пучков и в конечном итоге приведет к менее точному результату.

Точность POS-данных беспилотника влияет на глобальную точность вывода в процессе PPK. Процесс PPK корректирует POS-данные с беспилотника с учетом любых ошибок, вызванных дрейфом GPS или помехами, а также других ошибок, связанных с датчиками. Полученные в результате PPK-коррекции POS-данные затем используются для создания облака точек, представляющего исследуемую область, которое затем может быть использовано для создания 3D-моделей или карт. Поэтому важно убедиться в том, что POS-данные снимка с беспилотника правильно определены в программном обеспечении процесса фотограмметрии.

Здесь будет использоваться программное обеспечение DJI Terra в качестве примера для применения и перезаписи POS-данных изображения. Рекомендуется выполнить следующие шаги или посмотрите видео, чтобы применить и перезаписать POS-данные изображения с коррекцией PPK в программе Terra:

1. Откройте программное обеспечение DJI Terra, на вкладке "Реконструкция" выберите "Новая миссия", а затем выберите "Видимый свет", чтобы создать новую миссию реконструкции фотограмметрии. После импорта всех фотографий выберите опцию "Импорт POS-данных", как показано ниже.
2. Убедитесь, что импортирован обработанный POS-файл в текстовом формате из предыдущего раздела.
3. После импорта POS-данных автоматически должно появиться окно "Формат и свойства". В этом окне настройте колонку данных и определите свойства колонки в разделе "Определить колонку данных". Убедитесь, что первая строка таблицы содержит POS-данные первого изображения, и используйте инструменты в разделе "Формат файла" для определения разделителей данных и первой строки данных.
4. Чтобы продолжить, выберите опцию " Known Coordinate System " под системой координат POS-данных. Затем выберите соответствующие горизонтальные и вертикальные координаты для импортированных POS-данных PPK-обработанного изображения. Очень важно выбрать правильные координаты для горизонтальной и вертикальной систем, чтобы избежать смещения при выводе. Если не знаете, какую систему координат выбрать, можно найти систему координат обработанных PPK POS-данных в настройках программного обеспечения PPK или в отчете о качестве обработки данных PPK. Как правило, горизонтальная система должна быть в WGS84 (EPSG:4326), а вертикальная - в эллипсоидальных высотах (в метрах, которые можно установить на Default в DJI Terra). После завершения определения новых данных POS выберите "Импорт".
5. Чтобы заменить старые POS-данные, встроенные в фотографии, на POS-данные с коррекцией PPK из txt-файла, выберите "Да" для подтверждения действия в DJI Terra. Теперь POS-данные успешно перезаписаны.

PPK представляет собой эффективное и точное решение для получения высокоточных геопространственных данных для различных приложений. Используя технологии GPS и постобработки, PPK позволяет получать результаты с точностью до сантиметра даже в сложных условиях. Следуя описанному выше рабочему процессу PPK и используя передовые программные и аппаратные средства, вы сможете обеспечить высокий уровень точности и достоверности данных, что в конечном итоге приведет к принятию более эффективных решений и улучшению результатов.

Для приобретения продуктов от DJI просто позвоните нашим менеджерам по телефону +7 (727) 390 70 15 или напишите на почту sales@drone.com.kz.