Przetwarzanie LiDAR z prędkością światła
SolSpec dostarcza informacje w ułamku czasu za pomocą Leica HxMap i silnika SolSpec Engine w chmurze.
Autor: Linda Duffy
Dane LiDAR mogą być zbyt dobre. Najnowsza generacja lotniczych czujników LiDAR jest w stanie zbierać bardzo gęste chmury punktów, które zawierają krytyczne informacje dla wielu zastosowań; jednak przetwarzanie i zarządzanie tymi ogromnymi zbiorami danych jest zniechęcające dla początkujących i firm, które nie mają środków na inwestycje w wymaganą infrastrukturę obliczeniową. Długie czasy przetwarzania mogą ugrzęznąć w całym przepływie pracy i opóźnić najważniejszy krok – analizę danych i dostarczenie klientowi przydatnych informacji, aby umożliwić podejmowanie decyzji.
Dane lotnicze LiDAR
SolSpec to firma zajmująca się gromadzeniem, przetwarzaniem i analizą danych geoprzestrzennych, posiadająca wyjątkową wiedzę specjalistyczną w zakresie zastosowań teledetekcji w naukach o ziemi. Ta firma z siedzibą w Denver zaczęła oferować usługi pozyskiwania i przetwarzania dronów, głównie dla przemysłu naftowego i gazowego, ale wkrótce przeszła na skalowalną strategię powietrzną służącą szerokiemu gronu klientów.
W 2019 roku SolSpec zakupił parę Leica TerrainMapper czujników LiDAR działających w trybie liniowym z wbudowanymi aparatami cyfrowymi, które przechwytują dane w 4 pasmach (RGB i NIR) i pokrywają większą powierzchnię w znacznie krótszym czasie niż dron. System montowany na samolocie leci znacznie wyżej i szybciej, wydajnie zbierając większy obszar i czyniąc go skalowalnym narzędziem do różnych sytuacji. Średnio jeden dzień przechwytywania przy 20 punktach na metr kwadratowy (ppsm) generuje 1 TB bardzo dokładnych danych.
“Zbierając wyższe gęstości punktów za pomocą TerrainMapper, dostarczamy naszym klientom lepsze dane” — mówi Seth Tribbey, wiceprezes ds. sprzedaży i marketingu w firmie SolSpec. „Przekłada się to na bardziej wiarygodne analizy wspierające podejmowane decyzje.”
Wysokowydajna technologia obliczeniowa
Po zidentyfikowaniu tradycyjnego przepływu pracy przetwarzania jako przeszkody dla przyspieszonego dostarczania informacji w oparciu o lotnicze dane LiDAR, firma SolSpec zdała sobie sprawę, że chmura oferuje możliwość skalowania wielu maszyn w celu równoległego przetwarzania danych. Aby wykorzystać niemal nieskończoną moc obliczeniową chmury, innowacyjna firma zbudowała silnik SolSpec Engine na wysokowydajnym szkielecie obliczeniowym i uczeniu maszynowym.
Leica HxMap, Platforma wieloczujnikowa zaprojektowana w celu wykorzystania zalet danych TerrainMapper, ma otwarty przepływ pracy przetwarzania interfejsu, który obsługuje przetwarzanie w chmurze, co jest unikalne w branży. HxMap można zainstalować z pojedynczej stacji roboczej do wysokiej klasy środowiska klastrowego z setkami węzłów do produkcji na dużą skalę. Przepływ pracy można zorganizować w różnych silnikach przy użyciu wielu aplikacji wiersza poleceń, które można napisać w skrypcie w celu realizacji różnych przepływów pracy w celu wytworzenia różnych produktów wyjściowych.
Po wdrożeniu na silniku SolSpec Engine w chmurze Amazon Web Services (AWS), HxMap przetwarza duże ilości danych lotniczych w skompresowanych ramach czasowych. Wdrożenie HxMap w chmurze AWS w systemie Linux umożliwiło firmie SolSpec szybkie skalowanie mocy przetwarzania danych. Firma nawet 60-krotnie zwiększyła szybkość przetwarzania dużych lotniczych zbiorów danych LiDAR, co obniżyło koszty przetwarzania końcowego i skróciło czas dostarczania danych do klienta. Ponadto, wbudowując analizy gotowe do podjęcia decyzji w silnik SolSpec, firma SolSpec znacznie skróciła „czas podejmowania decyzji” dzięki danym LiDAR.
“Elastyczność, jaką wykazała się firma Hexagon w przyjmowaniu nowych technologii i chęć współpracy z nami były głównymi czynnikami napędzającymi naszą współpracę” — mówi Tribbey. „Zautomatyzowaliśmy zastrzeżony format TerrainMapper, wzięliśmy podstawowe biblioteki i dostosowaliśmy je do działania na silniku chmury. Ta struktura pozwala nam przejść od surowych danych falowych do chmury punktów i modelu terenu w ułamku czasu w porównaniu z konwencjonalnymi dostawcami.”
Aplikacje z życia wzięte
Jednym ze sztandarowych produktów firmy SolSpec jest zarządzanie integralnością pasa ruchu (ROW). Operatorzy rurociągów często mają do czynienia z warunkami środowiskowymi, takimi jak osunięcia ziemi i erozja, które grożą pęknięciem rur i przerwaniem usług. Jeśli zjeżdżalnia jest zasłonięta grubym baldachimem drzew, trudno jest zidentyfikować problemy. TerrainMapper skutecznie penetruje korony drzew, aby zebrać chmury punktów o dużej gęstości, które zawierają wysoki poziom szczegółowości. Po przetworzeniu danych w chmurze algorytmy uczenia maszynowego są wykorzystywane do identyfikowania zagrożeń przez czaszę, szybciej ostrzegając klientów o potencjalnych problemach.
Podobnie rozwiązania SolSpec do zarządzania roślinnością są w dużym stopniu zależne od bogatych chmur punktów o dużej gęstości w połączeniu z 4-pasmowymi danymi spektralnymi o wysokiej rozdzielczości z TerrainMapper. Wykorzystując dane spektralne i strukturalne, naukowcy SolSpec opracowali algorytmy, które wykrywają, gdzie roślinność wkracza na linie energetyczne, przewidują ryzyko pożaru, identyfikują tereny podmokłe, klasyfikują typy roślinności w celu oceny działań rekultywacyjnych i wiele innych zastosowań.
“Mamy idealne połączenie między gromadzeniem danych za pomocą TerrainMapper a przetwarzaniem za pomocą HxMap” – mówi Tribbey. „Dzięki temu możemy wykorzystać niemal nieograniczoną moc obliczeniową AWS i dostarczać informacje niewiarygodnie szybciej.”
Usprawnienie łańcucha wartości LiDAR
Ostatecznym celem SolSpec jest przekształcenie danych lotniczych w praktyczną analizę ryzyka, wsparcie decyzji i modelowanie predykcyjne. Łącząc dane lotnicze i dane specyficzne dla projektu z narzędziami do uczenia maszynowego, SolSpec tworzy kompleksowe raporty o warunkach na miejscu szybciej niż inni dostawcy.
Około połowa kosztów projektu LiDAR to pozyskiwanie danych, a druga połowa to przetwarzanie. Konwencjonalny dostawca może potrzebować 30 godzin na przetworzenie 3 mil kwadratowych danych (20 ppsm, QL1) w biurze, podczas gdy SolSpec Engine wykonuje tę samą pracę w 20 minut w chmurze. Przetwarzanie za pomocą HxMap na superszybkim silniku SolSpec to kluczowa przewaga konkurencyjna, wspierająca podejmowanie decyzji z uwzględnieniem czasu.
“Hexagon był dla nas oczywistym wyborem jako partnera ze względu na swoją reputację w branży lotniczej LiDAR”, kontynuuje Tribbey. „Jego czujniki i oprogramowanie są bardzo niezawodne i dają doskonałe wyniki.”
Łączna oszczędność czasu przetwarzania w chmurze i automatyzacja analiz za pomocą algorytmów uczenia maszynowego zwiększa wartość danych LiDAR i rozszerza ich użyteczność na różne rynki.
“SolSpec pomaga swoim klientom regularnie identyfikować, mierzyć, ustalać priorytety i monitorować najczęstsze zagrożenia środowiskowe dla ich infrastruktury”, wyjaśnia Tribbey. „Usprawniamy cały łańcuch wartości LiDAR, przetwarzając szybciej, zarządzając danymi, przeprowadzając analizy i dostarczając odpowiedzi, których potrzebują klienci. Dzięki temu nasi klienci mogą szybko podejmować decyzje dotyczące erozji, geozagrożeń, roślinności, ingerencji, struktur i nie tylko na dużą skalę.”