تولید نقشه های سه بعدی با کیفیت بالا از داده های لیدار
DIPPER، یکی از شرکت های اقماری دانشگاه Twente راه حل غیرمنتظره ای برای پردازش مقادیر عظیمی از داده های لیدار بصورت دقیق و کارا، پدید آورده است. این روش مجموعه خدمات جامعی را در ارتباط با پردازش داده های لیدار و مدل سازی نمای سه بعدی ارائه می کند. از آنجایی که نرم افزار توسعه داده شده توسط آنها در سطح بالایی خودکار شده است، یک اپراتور که با DIPPER روی لپتاپ کار می کند قادر به ایجاد نقشه های سه بعدی با کیفیت بالا از ۱۰۰۰۰ ساختمان تنها در یک هفته، و با سرعتی حداقل ۱۰ برابر نمونه های معمولی خواهد بود. دقت وکارایی بالای آن، کاربردهایی در مقیاس بزرگ نظیر مدیریت دارایی ها، شهر هوشمند، توسعه ایمنی و برنامه ریزی شهری را ارتقا می بخشد. تا کنون DIPPER موفق به تهیه مدل های سه بعدی بای ۵ شهر بین المللی شده است.
لیدار چیست؟
لیدار یک فناوری سنجش از دوری است که از طریق تابش لیزر به یک تارگت و تحلیل نور بازتابیده شده، به اندازه گیری فواصل می پردازد. این فناوری قادر به تهیه نقشه های سه بعدی در مناطقی است که آب و هوای بد و یا پوشش گیاهی انبوه، مانع از انجام عملیات نقشه برداری هوایی به شیوه معمول می شود. به علاوه، یک سامانه لیدار هوایی داده های سه بعدی را با دقت ۵ سانتیمتر در راستای قائم فراهم می آورد که بسیار بهتر از دقت ۵۰ سانتیمتری به دست آمده از انطباق نقاط متراکم در تصاویر برجسته است. اگرچه، پردازش داده های جاری لیدار در بردارنده کار دستی زیادی است که این عملیات را بسیار گرانقیمت و زمان بر می کند. در نهایت، بسیاری از شرکت های موجود در بازار یا نقشه های سه بعدی دقیق با قیمت بسیار بالا و یا نقشه های سه بعدی مقرون به صرفه با کیفیت کاهش یافته را عرضه می کنند. بنابراین، دست یابی به اپلیکیشن های لیدار پیشرفته بسیار مشکل است.
DIPPER
DIPPER، یکی از شرکت های اقماری دانشگاه Twente، در دسامبر ۲۰۱۴ در Enschede در هلند، تاسیس شد. DIPPER با پشتیبانی یک گروه از محققان برتر در نقشه برداری لیدار، حاصل دستاوردهای علمی پیشروی ۲۰ ساله اخیر را بطور موفقیت آمیز به محصولاتی تجاری تبدیل کردند. این شرکت الگوریتم های بدیعی که پردازش داده ها را بصورت خودکار و با سرعت فوق العاده ممکن می سازد، توسعه داد. بطور همزمان، این شرکت خدمات ICT سه بعدی قابل اعتمادی نظیر محاسبه انرژی خورشیدی، پایش سیلاب، شبیه سازی نویز و طراحی نمونه اولیه سنجنده را نیز به ارائه می نماید. DIPPER با در دست داشتن این فناوری منحصر به فرد، تبحر و قابلیت انعطاف، امکان تهیه محصولات و خدمات سفارشی شده را متناظر با نیاز، کاربرد و موقعیت، به وجود آورده است.
سطح جزئیات
فناوری DIPPER با سطح خودکار سازی قابل توجه، می تواند کارایی در تهیه مدل های سه بعدی با کیفیت بسیار بالا از ساختمان ها را بطور چشم گیری بهبود بخشد. سطح کیفیت نقشه های سه بعدی را می توان از طریق بررسی تعداد جزئیات تهیه شده توسط آنها، تعیین نمود. در سطح جزئیات ۱ (LoD1) ساختمان ها تنها در یک ارتفاع بازسازی می شوند، که به نمایش تمام مدل های ساختمانی با سقف مسطح ختم می شود. در مقابل، در سطح جزئیات ۲ (LoD2)، ساختار سقف ها و پیش آمدگی شیروانی ها نیز بطور واضح و بصورت سه بعدی مدل سازی می شوند. تلاش بسیار زیادی برای بهبود سطح جزئیات از ۱ به ۲ مورد نیاز است. نرم افزار DIPPER قادر به ساخت مدل های ساختمانی سه بعدی با سطح جزئیات ۲ از طریق داده های لیدار جمع آوری شده توسط یک هواپیما و یا هلیکوپتر است. در طول پردازش داده ها با نرم افزار، ابتدا نقاط لیداری روی ساختمان ها شناخته شده و در نماهای سقفی منفرد قسمت بندی می شوند. سپس ساختار سقف ها استخراج شده و زیر ساخت های اولیه شناسایی و مدل می شوند. نکته تاثیر گذار دیگر این است که، اگر خطایی در ساخت سقف ها رخ دهد، نرم افزار قادر به شناسایی و به خاطر سپردن الگوهای خطا بوده و بعداً خطاهای تکراری در سایر مدل های ساختمانی را اصلاح می نماید. بنابراین، این الگوریتم شما را از کیفیت بالای مدل سه بعدی مطمئن می سازد.
سه بعدی سازی، به سرعت در حال رشد است
بازار کاربرد نقشه های سه بعدی در حال حاضر به سرعت در حال رشد است. بازار بین المللی این صنعت به میزان ۱٫۹ بیلیون دلار آمریکا دست یافته و بر اساس تحقیقات بازار شرکت M&M، پیش بینی می شود که این مقدار با نرخ رشد سالیانه مرکب برآورد شده ۵۵ درصدی تا سال ۲۰۲۰ به ۱۶٫۹۹ بیلیون دلار آمریکا برسد. از جنبه منطقه ای، دولت هلند در حال گسترش خدمات ملی خود برای تهیه توپوگرافی سه بعدی بزرگ مقیاس است. شهرهایی نظیر آمستردام، روتردام و لاهه، پروژه هایی برای سرمایه گذاری در بکارگیری نقشه های سه بعدی در ارتباطات، مدیریت و تجسم شهری را راه اندازی نموده اند. به علاوه، شرکت هایی با تمرکز بر انرژی خورشیدی، بیمه، ایمنی و برنامه ریزی شهری، بطور گسترده اطلاعات سه بعدی را برای اهداف پشتیبانی اطلاعاتی و توسعه کسب و کار خود بکار می گیرند. بطور مشابه، نیاز به مدل سازی و پردازش داده های دقیق و ارزان قیمت لیدار سه بعدی، به سرعت در حال افزایش بوده و DIPPER در صدر این روند است.
پردازش داده های لیدار
در سال ۲۰۱۵، DIPPER مجموعه ابزار پیشرفته ای را برای پردازش داده های لیدار توسعه داد. یک تابع مهم این جعبه ابزار، مدلسازی نمای شهری نظیر ساختمان ها، زمین، درختان و خطوط انتقال نیرو با کارایی و دقت بالاست. این به معنای آن است که DIPPER قادر به ترکیب مدل های ساختمانی سه بعدی با پارامترهای محیطی و ارائه نمای جزئی و پیشنهادات هوشنمد در بسیار از کاربردها نظیر تحلیل انرژی خورشیدی، مدیریت نویز، پایش سیلاب و برنامه ریزی شهری است. بطور همزمان، DIPPER ارتباط تنگاتنگی با بسیاری از سازمان های دولتی در هلند و چین، شامل کاداستر هلند، شهرداری ها و شرکت های خدماتی را برقرار ساخته است. DIPPER تاکنون نقشه های سه بعدی با کیفیتی را برای ۵ شهر در هلند و یک شرکت برق در چین تهیه نموده است. DIPPER با پشتیبانی این دستاوردها، در جستجوی شانس های کسب و کار در سازمان های غیر دولتی ای نظیر شرکت های مرتبط با صفحات خورشیدی، بیمه و LoRa Alliance for the Internet of Things است.
شکل ۲- یک نمای سه بعدی از یک خط انتقال ولتاژ بسیار بالا در چین که نمایش دهنده تیرهای برق، خطوط نیرو، ساختمان ها و درختان است. یک نقشه سه بعدی از یک مسیر انتقال را می توان در مدیریت پاکسازی گیاهان، مدیریت خطرات و طرح های جدید بکار گرفت.
تبدیل داده های لیدار به نقشه سه بعدی
Biao Xiong، مدیر عامل DIPPER می گوید: “هدف ما ارائه اپلیکیشن های ساده است. ما حجم عظیم داده های لیدار را به داده های برداری سه بعدی فشرده معنایی تبدیل می کنیم”. Xiong پس از تکمیل دوره PHD خود در دانشگاه Twente، با همراهی چهار همکار پرشور خود، استارتاپی را راه اندازی نمود: “ما داده های لیدار شهری، جنگلی، راه آهن، خطوط انتقال نیرو و نماهای صنعتی را بطور موفقیت آمیز پردازش کرده ایم. پردازش داده ها با ثبت داده ها از طریق اسکن چندگانه و طبقه بندی ابر نقاط در مدل های نمای سه بعدی، متفاوت است. از آنجایی که ما بطور نزدیک و موثر در یک محیط منعطف کار می کنیم، قادر به ارائه سریع پاسخ به مسائل چالش برانگیز مطرح شده توسط مشتریان در هر روز هستیم. شعار DIPPER “نمایش دادن، حل کردن و هدایت کردن” است، که مجموعه کاملی از آنچه است که ما در تلاش برای دستیابی به آن هستیم، یعنی نمایش نمای جدیدی از جهان با نقشه های لیدار سه بعدی، حل مسائل پیچیده و کمک به اتخاذ تصمیمات هوشمندانه از طریق توسعه جعبه های ابزار، و پیشبرد فناوری پردازش لیدار با زنده نگهداشتن خلاقیت. به علاوه، DIPPER به عنوان یک شرکت نوآور با هدف ساخت یک آینده روشن، قصد مشارکت در مسیر توسعه مفاهیم جدیدی نظیر خودروهای خودران و توسعه شهرهای هوشمند را دارد”.
نقشه سه بعدی کشوری
در سال ۲۰۱۶، DIPPER یک نقشه سه بعدی دارای جزئیات از کل هلند را با استفاده از داده های لیدار هوایی تهیه خواهد نمود. این اولین نقشه سه بعدی کشوری با سطح جزئیات ۲ در دنیا خواهد بود. در طول ۵ سال آینده، DIPPER قصد دارد تا با سایر کشورهای پیشگام که مشتاق بدست آوردن نقشه های سه بعدی دقیق هستند، کار کند. به عنوان یک شرکت نوآور، DIPPER به سرمایه گذاری در تحقیق و توسعه به منظور بهبود نرم افزار و گردش کار و بکارگیری فناوری های به روزی نظیر یادگیری عمیق، داده کاوی، پردازش های مبتنی بر ابر برای تفسیر خودکار و مدلسازی سه بعدی، ادامه می دهد.
