Odbiornik GNSS RTK Meridian M27LV: do czego służą dwie kamery i laser?

Nowoczesne odbiorniki GNSS RTK od dawna potrafią znacznie więcej niż tylko wyznaczać współrzędne punktu, na którym ustawiono tyczkę. Dobrym przykładem jest Meridian M27LV, wyposażony w dwie kamery, dalmierz laserowy oraz IMU.

Na pierwszy rzut oka nasuwa się pytanie: po co odbiornikowi GNSS kamery i laser, skoro jego głównym zadaniem jest wyznaczanie dokładnych współrzędnych na podstawie sygnałów satelitarnych?

W praktyce technologie te służą do różnych zadań. Laser pozwala mierzyć punkty, do których trudno lub nie można dotrzeć z tyczką. Kamery pomagają podczas tyczenia oraz umożliwiają wykonywanie pomiarów fotogrametrycznych.

Przyjrzyjmy się w prosty sposób, jak to wszystko działa.

Klasyczny pomiar RTK

Zacznijmy od tradycyjnego sposobu pracy.

Geodeta montuje odbiornik GNSS na tyczce, ustawia jej grot bezpośrednio na wybranym punkcie i zapisuje jego współrzędne.

Jeśli odbiornik otrzymuje poprawki RTK i uzyskał rozwiązanie FIXED, współrzędne wyznaczane są z dokładnością centymetrową.

Metoda ta sprawdza się bardzo dobrze, dopóki do punktu można fizycznie dotrzeć.

Wyobraźmy sobie jednak, że trzeba pomierzyć:

• narożnik budynku za ogrodzeniem;
• punkt na elewacji;
• krawędź dachu;
• środek pokrywy studzienki kanalizacyjnej na jezdni;
• punkt za barierą;
• obiekt w niebezpiecznym miejscu;
• miejsce, w którym po prostu nie da się ustawić tyczki.

Właśnie w takich sytuacjach przydają się dodatkowe możliwości odbiornika Meridian M27LV.

Laser: pomiar punktu bez ustawiania na nim tyczki

Zasadę działania lasera najłatwiej wyjaśnić.

Podczas klasycznego pomiaru RTK odbiornik wyznacza współrzędne punktu, na którym stoi grot tyczki.

Laser pozwala podejść do tego inaczej.

Załóżmy, że trzeba wyznaczyć współrzędne narożnika budynku, ale ogrodzenie uniemożliwia podejście do niego.

Pozostajesz w dogodnym miejscu, kierujesz laser odbiornika Meridian M27LV na wybrany narożnik i wykonujesz pomiar.

W tym momencie odbiornik zna:

1. swoje dokładne współrzędne RTK;
2. swoją orientację przestrzenną dzięki IMU;
3. kierunek wiązki laserowej;
4. odległość do obiektu zmierzoną laserem.

Na podstawie tych danych oprogramowanie może obliczyć współrzędne punktu, na który skierowano laser.

W uproszczeniu wygląda to tak:

RTK określa, gdzie znajduje się odbiornik → IMU określa, w jakim kierunku jest ustawiony → laser mierzy odległość → program oblicza współrzędne wskazanego punktu.

Pozwala to wykonywać pomiary na odległość wszędzie tam, gdzie ustawienie tyczki bezpośrednio na punkcie jest trudne lub niemożliwe.

A do czego służą kamery?

Meridian M27LV ma nie jedną, lecz dwie kamery.

I właśnie tutaj robi się szczególnie ciekawie, ponieważ nie służą one wyłącznie do fotografowania obiektów.

Jedna z funkcji kamer związana jest z tyczeniem wspomaganym obrazem z kamery (kamera AR), a druga z pomiarami fotogrametrycznymi (kamera VR).

Są to dwa różne sposoby pracy.

Kamera AR wspomagająca tyczenie punktów

Wyobraźmy sobie typowe zadanie geodezyjne.

W projekcie znajduje się punkt o znanych współrzędnych, który trzeba teraz odnaleźć i oznaczyć w terenie, czyli wytyczyć.

Przy tradycyjnym sposobie pracy program wyświetla wskazówki w rodzaju:

1,35 m do przodu → 0,42 m w prawo.

Geodeta przesuwa tyczkę, obserwuje strzałki i stopniowo zbliża się do szukanego punktu.

Meridian M27LV może wykorzystać kamerę, aby ten proces był bardziej intuicyjny.

Na ekranie kontrolera wyświetlany jest obraz terenu na żywo z kamery odbiornika, a program nakłada na niego wskazówki prowadzące do punktu projektowego.

To swego rodzaju rozszerzona rzeczywistość dla geodety.

Zamiast stale interpretować strzałki i liczby, operator widzi, w którym kierunku powinien się przemieszczać.

Jest to szczególnie wygodne, gdy szukany punkt znajduje się w pewnej odległości od aktualnego stanowiska.

Kolejna ciekawa możliwość: fotogrametria

Fotogrametria działa zupełnie inaczej niż pomiar laserowy.

Najłatwiej wyjaśnić ją na konkretnym przykładzie.

Wyobraźmy sobie, że stoi przed nami budynek.

Musimy wyznaczyć współrzędne kilku jego elementów:

• lewego i prawego narożnika;
• otworu drzwiowego;
• okien;
• wybranego punktu na elewacji.

Z klasycznym odbiornikiem RTK trzeba byłoby podejść osobno do każdego dostępnego punktu.

Laserem również można mierzyć punkty kolejno:

Wycelować → zmierzyć → wycelować w następny punkt → zmierzyć.

Fotogrametria oferuje inne podejście.

Jak działa fotogrametria? Proste wyjaśnienie

Operator przemieszcza się przed obiektem i fotografuje go z kilku różnych pozycji.

Na przykład:

📷 Pozycja 1 → BUDYNEK ← Pozycja 2 📷

Następnie:

📷 Pozycja 3 → BUDYNEK

Na poszczególnych zdjęciach widać te same elementy budynku, ale pod różnymi kątami.

Jednocześnie Meridian M27LV zna dokładne współrzędne odbiornika oraz jego orientację przestrzenną w chwili wykonania każdego zdjęcia.

Oprogramowanie może dopasować informacje z kilku obrazów i na podstawie zależności geometrycznych wyznaczyć położenie obiektu w przestrzeni.

Przypomina to sposób, w jaki człowiek ocenia odległość dzięki widzeniu obuocznemu.

Nasze oczy widzą ten sam obiekt pod nieco innymi kątami, a mózg wykorzystuje tę różnicę do postrzegania głębi.

W fotogrametrii zasada jest podobna, lecz zamiast dwojga oczu wykorzystuje się zdjęcia wykonane z różnych, dokładnie znanych pozycji.

Czym różni się pomiar laserowy od fotogrametrii?

Technologie te mogą wydawać się podobne, ponieważ obie pozwalają mierzyć punkty na odległość. Różnią się jednak sposobem działania.

Laser jest wygodny, gdy trzeba szybko pomierzyć konkretny punkt:

Wybierasz punkt → kierujesz na niego laser → wykonujesz pomiar → otrzymujesz współrzędne.

Przykładowo potrzebujesz współrzędnych jednego narożnika budynku za ogrodzeniem.

W takiej sytuacji laser jest bardzo prostym rozwiązaniem.

Fotogrametria jest szczególnie przydatna, gdy trzeba pomierzyć wiele punktów na jednym obiekcie:

Fotografujesz obiekt z kilku pozycji → uzyskujesz dane fotogrametryczne → wybierasz punkty, które chcesz pomierzyć.

Na przykład zamiast mierzyć kolejno dziesięć elementów elewacji, można najpierw wykonać zdjęcia, a następnie pracować z uzyskanymi danymi.

Właśnie dlatego laser i kamera wzajemnie się uzupełniają.

Przykład z praktyki

Rozważmy jeszcze jedną sytuację.

Geodeta stoi przed ogrodzoną posesją prywatną.

Trzeba wyznaczyć współrzędne narożnika budynku znajdującego się na jej terenie.

Wariant 1 — klasyczny pomiar RTK.

Należy wejść na posesję i fizycznie ustawić grot tyczki na wybranym punkcie.

Wariant 2 — pomiar laserowy.

Jeśli narożnik budynku jest dobrze widoczny, można pozostać poza ogrodzeniem, skierować na niego laser i wykonać pomiar na odległość.

Wariant 3 — fotogrametria.

Jeśli trzeba pomierzyć kilka elementów budynku, a nie tylko jeden punkt, można sfotografować obiekt z różnych pozycji, a następnie wyznaczyć potrzebne punkty na podstawie uzyskanych danych.

Wybór technologii zależy więc od konkretnego zadania.

Kolejna ważna technologia: IMU

Do obsługi tych funkcji Meridian M27LV wykorzystuje inercyjną jednostkę pomiarową IMU.

Określa ona nachylenie oraz orientację przestrzenną odbiornika.

IMU przydaje się również podczas klasycznych pomiarów RTK.

Bez kompensacji nachylenia operator musi utrzymywać tyczkę możliwie dokładnie w pionie.

Dzięki IMU odbiornik może uwzględnić nachylenie tyczki i obliczyć współrzędne jej grotu.

Przyspiesza to pracę w terenie, szczególnie przy pomiarze dużej liczby punktów.

W przypadku pomiarów na odległość informacja o orientacji przestrzennej odbiornika ma jeszcze większe znaczenie.

Praca z oprogramowaniem M-Survey

Odbiornik Meridian M27LV obsługiwany jest za pomocą dedykowanego oprogramowania M-Survey.

M-Survey to specjalistyczna wersja X-Survey, dostosowana do urządzeń Meridian.

Program obsługuje protokoły komunikacyjne wszystkich modeli odbiorników GNSS marki Meridian. Dzięki temu operator ma dostęp zarówno do standardowego wyznaczania współrzędnych GNSS, jak i do funkcji obsługiwanych przez konkretny model.

To istotna kwestia.

Kamery, laser, IMU oraz funkcje fotogrametryczne to więcej niż zestaw niezależnych elementów sprzętowych. Pełne wykorzystanie ich możliwości wymaga współpracy odbiornika z oprogramowaniem.

M-Survey zapewnia narzędzia do konfiguracji odbiornika, pomiarów RTK, tyczenia oraz korzystania z zaawansowanych funkcji modelu Meridian M27LV.

Dlaczego dwie kamery, a nie jedna?

Teraz konstrukcja odbiornika Meridian M27LV staje się bardziej zrozumiała.

Kamery przeznaczone są do różnych zastosowań.

Jednym z nich jest wizualizacja AR, która pomaga operatorowi dotrzeć do punktu projektowego podczas tyczenia.

Drugim jest pomiar fotogrametryczny, w którym kamera staje się narzędziem pomiarowym i pozwala pozyskiwać informacje przestrzenne o obiektach.

W połączeniu z laserem i IMU funkcje te przekształcają odbiornik GNSS w znacznie bardziej wszechstronny system, wykraczający poza tradycyjny schemat „ustaw tyczkę i zapisz współrzędne”.

Czy zastępuje to tachimetr elektroniczny?

Nie w pełni.

GNSS RTK, pomiary laserowe, fotogrametria i tachimetr elektroniczny mają swoje zalety oraz ograniczenia.

Meridian M27LV jest interesujący przede wszystkim dlatego, że pozwala rozszerzyć możliwości pomiarów GNSS bez dodatkowego sprzętu w wielu codziennych sytuacjach.

Część zadań, które wcześniej wymagały znalezienia sposobu na fizyczne ustawienie tyczki na punkcie, można teraz wykonać na odległość.

Z kolei przy pomiarze wielu elementów jednego obiektu można skorzystać z fotogrametrii.

Meridian M27LV to więcej niż odbiornik RTK

W największym uproszczeniu główne technologie zastosowane w Meridian M27LV pełnią następujące funkcje:

GNSS RTK — wyznacza dokładne współrzędne.

IMU — określa nachylenie i orientację odbiornika oraz umożliwia pomiary z pochyloną tyczką.

Laser — pozwala mierzyć na odległość pojedyncze punkty, do których trudno dotrzeć.

Kamera AR — pomaga odnaleźć punkt projektowy podczas tyczenia dzięki wskazówkom nałożonym na obraz terenu.

Kamera i fotogrametria — umożliwiają wyznaczanie współrzędnych punktów na obiektach na podstawie zdjęć wykonanych z różnych pozycji.

M-Survey łączy te możliwości w jednym środowisku pracy i służy do obsługi urządzeń Meridian.

To właśnie połączenie tych technologii wyróżnia Meridian M27LV.

Nie jest to już tylko odbiornik GNSS RTK do wyznaczania współrzędnych punktu pod tyczką. To narzędzie, które pozwala wybrać najwygodniejszą metodę pomiaru w zależności od sytuacji: klasyczny pomiar RTK, pomiar z kompensacją nachylenia, pomiar laserowy na odległość lub pomiar na podstawie zdjęć z wykorzystaniem fotogrametrii.