Mitä tulee huomioida, kun Dronea on tarkoitus päästä hyödyntämään ammattilaiskäytössä mahdollisimman tehokkaasti ja sujuvasti täyttäen drone-toimintaan liittyvät viranomaisvaatimukset? Savonia-ammattikorkeakoulun Automaatio- ja Tekoäly -tiedoksi (AuToTIE, P-S Liitto, EAKR) hankkeessa mukana oleville yritykselle tehtiin selvitys, kuinka tämä tapahtuu.

Sovelluskohteeksi valittiin maanpinnan kartoitus photogrammetrisesti ja LiDAR-skannauksella sekä näihin tarvittavien laitteistojen, ohjelmistojen ja viranomaisvaatimusten sekä kustannusten selvittäminen.

Photogrammetrisessa mallinnuksessa dronella otetaan kartoitettavasta kohteesta useita limittäisiä valokuvia ilmasta käsin. Otettujen valokuvien sijainnin ja korkeustiedon perusteella voidaan laskennallisesti muodostaa kolmiulotteinen malli erillisellä kuvankäsittelyohjelmistolla (Esim Pix4D, DroneDeploy tai DJI Terra). Malli pystytään sitomaan todelliseen sijaintiin maanpinnalla hyödyntämällä tähyksiä (markkereita) joiden tarkka sijainti määritetään GNSS (Global Navigation Satellite System, useiden satelliittijärjestelmien yhdistelmä GPS, Beidou, Glonass) mittarilla. Ilmasta otettuihin valokuviin mukaan tulevat maahan asetut tähykset, ja mikäli kuvissa nähdään vähintään kolme tähystä, joiden sijainti on tiedossa, voidaan malli sijoittaa oikeaan karttakoordinaatistoon. Näin saadaan mittatarkka kolmiulotteinen malli, jota voidaan käyttää esimerkiksi rakennussuunnittelun apuna tai massojen määrittämiseen pinnan muodoista.

Toinen menetelmä kolmiulotteisen mallin muodostamiseen on LiDAR (Light Detection and Ranging) skannaus. Dronella lennetään kartoitettavan alueen yllä, LiDAR skanneri lähettää lasersäteitä suurella taajuudella, joiden heijastuma maanpinnasta tai muista kohteista vastaanotetaan. Heijastumasta mitataan valon kulkuaika, jonka perusteella voidaan matemaattisesti määritellä ns. pistepilvi mitattavasta kohteesta.

Photogrammetrialla mallintamiseen tarvitaan dronen lisäksi laadukas kamera sekä tarkka GPS-sijainti, joka on vaatimuksena myös LiDAR skannauksessa. RTK (Real Time Kinematic) paikannuksella saadaan dronen sijainti määritettyä senttimetrin tarkkuudella. Dronen sisäinen GPS tarkkuus ilman RTK-korjausta on useita metrejä. RTK-paikannuksen korjaussignaali voidaan toteuttaa fyysisellä RTK-tukiasemalla, joka muodostaa GNSS-satelliittien, ohjaimen ja dronen välille yhteyden, millä korjattu GPS tarkkuus saadaan tallennettua jokaiseen valokuvaan. Vaihtoehtoisesti RTK-korjaussignaali saadaan dronen käytettäväksi Virtuaalisella RTK:lla internet yhteyden välityksellä. Palvelun tarjoajia ovat mm. maanmittauslaitoksen FINPOS palvelu tai Trimblen tarjoama Trimnet.

Kuva 1. Kartoitukseen soveltuvia Droneja

Photogrammetrisen mallin muodostamiseen tarvittavia ohjelmistoja on useita esim. Pix4D, DroneDeploy, DJI Terra. Myös ilmaisia open source kuvankäsittelyohjelmistoja on mahdollista käyttää, mikäli ne soveltuvat tarkoitukseen. Yksi tärkeä vaatimus kuvankäsittelyohjelmistolle on, että tuotetun 3D-mallin tiedostomuoto soveltuu varsinaiseen suunnitteluohjelmistoon millä 3D-mallia on tarkoitus työstää. Pix4D hinta on 290€ kuukaudessa (kuukausitilaus) tai 4690 € kertamaksulla joka sisältää 12 kk päivitykset. DroneDeployn kuukausitilaus on 649 €. DJI terran pysyvä lisenssi maksaa n. 5000 €

Katso videolta esimerkki LiDAR-skannauksella muodostetusta 3D-mallista (DJI Terra):

Video: Rakennustyömaan tilannekuva

Viranomaisvaatimukset

Avoimen kategorian vaatimusten mukaan on rajattavissa kaksi dronetyyppiä jotka soveltuvat ammattilennättämiseen tiheästi asutulla alueella näköyhteydellä. Alle 900 g painoista Dronea saa lennättää rekisteröitymällä drone-operaattoriksi ja suorittamalla A1 verkkoteoriakokeen. Alle 4 kg painoista Dronea saa lennättää edellä mainittujen vaatimusten lisäksi suorittamalla valvotun A2-lisäteoriakoeen. Traficomin ylläpitämältä droneinfo.fi sivulta pääsee näkemään kaikki dronen lennättämiseen liittyvät viranomaisvaatimukset. Avoimen kategorian lisäksi on mahdollista hakea erityisen kategorian toimintalupia, jotka mahdollistavat esimerkiksi näköyhteyden ulkopuolella lennättämisen ym. erityistarpeita.

Yksityishenkilöt voivat ilmoittautua maksuttomasti A1/A3-verkkoteoriakokeeseen vain operaattoriksi rekisteröitymisen yhteydessä. Operaattoriksi voi rekisteröityä yhdeksi, kolmeksi tai viideksi vuodeksi ja niitä vastaavat maksut ovat tällä hetkellä 30€, 75€ ja 100€.

Operaattoriksi rekisteröityneiden organisaatioiden ja yritysten drone lennättäjät rekisteröityvät teoriakokeeseen käyttäen organisaation tai yrityksen operaattoritunnusta ja verkkoteoriakokeen maksu maksetaan erikseen. Sähköinen rekisteröinti A1/A3-verkkoteoriakokeeseen maksaa tällä hetkellä 30 €. A2-lisäteoria kokeen hinta on 50 €. Lisäteoriakoe suoritetaan valvottuna ja suorituspaikkojen listaus on nähtävillä Traficomin droneinfo palvelussa.

Avoimen kategorian laitteistoja

Dronen kokonaispainoon huomioidaan myös hyötykuorma, joten kevyempi drone on käytännössä varustettu yhdellä hyötykuormalla mikä tyypillisesti on videokuvaukseen soveltuva kamera. Kartoitukseen soveltuva drone vaatii laadukkaan kameran lisäksi GPS paikannussignaali-teknologiaa. Markkinoilla olevien laitteiden kokonaispaino menee aina yli 900 g jolloin dronen lennättäminen vaatii A2-lisäteoriakokeen suorittamisen. Markkinoilla on saatavilla ns. hybridikameralla varustettuja droneja missä laadukkaan näkyvän valon kameran lisäksi on rinnalla lämpökamera.

Taulukossa 1 on koostettu markkinoilla olevia dronemalleja. Selvityksen tavoitteena oli kartoittaa avoimeen kategoriaan soveltuvia droneja, paino alle 4 kg, missä hyötykuormana on valokuvakamera, lämpökamera ja/tai LiDAR skanneri sekä RTK-paikannusteknologia.

LiDAR skannereita ei selvityksen perusteella ole saatavilla siten, että dronen kokonaispaino jää alle 4 kilogramman. Kevyiden dronejen kuormankantokyky ja liitäntäominaisuudet rajoittavat tällä hetkellä markkinoilla olevien LiDAR skannereiden käyttämisen. Raskaampiin droneihin LiDAR skannereita on saatavilla vaihdettavana hyötykuormana. Kevyin ammattikäyttöön soveltuva LiDAR skanneri (Livox Avia) painaa 900 g. Livox Avian skanneriin on saatavilla RESEPI adapteri minkä avulla se saadaan kiinnitettyä yleisimpiin raskaampiin Drone-malleihin. Esimerkiksi liittäminen Freefly Astroon on näin mahdollista, mutta laitteiston kokonaispaino menee dronen, akkujen ja skannerin yhteisvaikutuksesta yli 4,5 kilogramman.

Taulukko 1. Avoimeen kategoriaan soveltuvat dronemallit (korostettu vihreällä) sekä saatavilla olevat hyötykuormat ja RTK paikannusteknologia.

Kustannusarvio

Avoimen kategorian vaatimukset täyttävän dronetoiminnan aloituskustannukset ovat edullisimmillaan n. 17500 €. DJI Matrice 30, Autel EVO Max 4T, Walkera R500 tai Yuneec Typhoon H520E hybridikameralla ja RTK paikannuksella maksaa noin 9000 €. DJI Mavicista Autel EVO Litestä on saatavilla erikseen lämpökameralla varustettu malli. Lämpökameralla varustettu Parrot Anafi USA mallissa ei ole RTK paikannus teknologiaa saatavilla.

RTK paikannusta varten tarvittavan kiinteän RTK tukiaseman (DJI D-RTK 2 BaseStation) hinta on 2500€ ja vastaavat V-RTK palvelut ovat vuosimaksullisia.

Photogrammetrisen mallin luomiseen vaadittava ohjelmiston osalta Pix4D perpetual lisenssi maksaa 4690 € sisältäen 12 kuukauden päivitykset. DJI Terra permanent lisenssi maksaa n. 5000 €.

Rekisteröityminen drone-operaattoriksi viideksi vuodeksi ja tarvittavat kauko-ohjaajan teoriakokeet maksavat yhteensä 180 €.

Näiden lisäksi tulee huomioida, että vähintään yhden henkilön tulee perehtyä kauko-ohjaajaksi ja ylläpitää säännöllisesti lennätystaitojansa.

Kirjoittaja:

Asmo Jakorinne

TKI-asiantuntija

Savonia-ammattikorkeakoulu

www.droneinfo.fi