|
W poszukiwaniu zastosowań
Warszawska firma SkySnap już od ponad 5 lat zajmuje się rozwiązaniami wykorzystującymi dane pozyskane z dronów. Bazując na swoim doświadczeniu, spółka przekonuje, że bezzałogowiec to pełnoprawne narzędzie w pracy geodety.
Do niedawna fotogrametria lotnicza była domeną samolotów załogowych wynoszących w powietrze wyspecjalizowane sensory (kamery fotogrametryczne, skanery LiDAR) o wadze kilkudziesięciu kilogramów. Szybki rozwój technologii i postępująca miniaturyzacja urządzeń doprowadziły jednak do zmiany status quo. Mamy tu na myśli m.in. drony do zastosowań cywilnych, coraz mniejsze i lżejsze kamery cyfrowe, dokładne systemy pozycjonowania oraz zaawansowane algorytmy widzenia maszynowego (computer vision). Dzięki tym składowym fotogrametria lotnicza przestała być uzależniona od drogiego sprzętu. Coraz popularniejsza w branży geodezyjnej staje się fotogrametria, która wykorzystuje na szeroką skalę drony.
W firmie SkySnap od lat wykonujemy m.in. cykliczne pomiary objętości hałd kruszywa dla kilkunastu wytwórni mas bitumicznych oraz monitorujemy co miesiąc budowę ponad 100 km dróg na terenie całej Polski. W ostatnim czasie z wykorzystaniem pomiarów z drona realizowaliśmy również projekt polegający na inwentaryzacji 600 km linii energetycznych.
Użycie dronów, a nowe standardy
Nowe rozporządzenie w sprawie standardów geodezyjnych nie narzuca geodetom konkretnych metod pomiarowych. Wybór technologii, która pozwoli osiągnąć określone w rozporządzeniu dokładności, pozostaje w gestii kierownika prac geodezyjnych.
Aby przekonać sceptyków oraz zachęcić do fotogrametrii z niskiego pułapu osoby, które nie miały kontaktu z bezzałogowcami, przedstawimy tu analizę dokładności pomiarów, które uzyskaliśmy w wyniku opracowania fotogrametrycznego zdjęć z drona. Wyniki porównaliśmy z mapą do celów projektowych wykonaną na podstawie pomiarów klasycznych na potrzeby przebudowy drogi wojewódzkiej. Analiza dotyczyła wybranych elementów zagospodarowania terenu. Pole testowe to obszar o powierzchni 30 hektarów, na którym znajdują się m.in.: fragment drogi wojewódzkiej, tory kolejowe, wiadukt, budynki mieszkalne, tereny pokryte gęstą roślinnością, sieć uzbrojenia terenu, słupy oraz linie energetyczne.
Obszar testowy – ortofotomozaika z nałożoną mapą do celów projektowych
Pozyskanie i obróbka danych terenowych
Pierwszym etapem pracy przy wykonywaniu nalotów fotogrametrycznych dronem jest analiza stref powietrznych występujących na obszarze opracowania. Należy się upewnić, czy w danym miejscu możliwe są loty, a jeśli tak, to na jakich warunkach. W przypadku naszego opracowania na wysokości, na której zaplanowaliśmy nalot, nie było żadnych ograniczeń.
Następnie należy tak zaprojektować parametry lotu, aby dron zebrał pożądane przez nas dane, odpowiednie dla realizowanego celu. W opisywanym przypadku był to lot pod wykonanie ortofotomozaiki. Fazę przygotowawczą kończy zaprojektowanie rozmieszczenia osnowy fotogrametrycznej (fotopunktów, punktów kontrolnych). My zdecydowaliśmy się na 13 punktów osnowy rozmieszczonych równomiernie na obszarze całego opracowania.
Po wykonaniu powyższych czynności należy zaplanować wyjazd w teren, biorąc pod uwagę warunki pogodowe, które są kluczowym czynnikiem wpływającym na powodzenie misji fotogrametrycznej (brak opadów, prędkość wiatru < 10-15 m/s).
Kolejny etap to wyjazd w teren, sygnalizacja i pomiar fotopunktów, a następnie wykonanie nalotu. Do biura wracamy z podstawowym zestawem danych pozwalających na późniejsze prawidłowe opracowanie produktów końcowych: zdjęciami z określoną pozycją ich wykonania oraz wynikami pomiaru osnowy fotogrametrycznej w formie punktów pomiarowych.
W programie fotogrametrycznym wykonujemy wyrównanie bloku zdjęć oraz oznaczamy punkty osnowy fotogrametrycznej na zdjęciach. Jest to kluczowy etap opracowania, na podstawie którego jesteśmy w stanie w kolejnych krokach wygenerować finalne produkty fotogrametryczne. Wtedy też możemy ocenić dokładność opracowania. W opisywanym przypadku dane zostały przetworzone w programie Pix4Dmapper. Dokładność opracowania określono na podstawie 9 punktów kontrolnych zasygnalizowanych w terenie. Błędy RMS na tych punktach wyniosły w płaszczyźnie XY średnio 1,7 cm z odchyleniem standardowym 1,5 cm, a dla osi Z 2,3 cm z odchyleniem standardowym 2,2 cm.
Po tym etapie możemy wygenerować gęstą chmurę punktów. Z niej tworzymy numeryczny model pokrycia terenu w postaci rastra wysokościowego, a następnie z NMPT i zdjęć – finalny produkt, czyli ortofotomozaikę. Oprogramowanie Pix4Dmapper umożliwia eksport danych wyjściowych w uniwersalnych formatach, dzięki czemu można na nich pracować w programach służących do wykonywania map wektorowych (AutoCAD, MicroStation czy C-GEO) oraz programach typu GIS (np. QGIS, ArcGIS).
Analiza porównawcza
Przy wykonywaniu pomiarów i analiz kluczowe jest wyodrębnienie pożądanych przez nas danych. Właśnie na ten etap należy poświęcić najwięcej czasu. Obecnie w zdecydowanej większości przypadków jest to praca manualna, podczas której np. na ortofotomozaice należy zwektoryzować interesujące nas obiekty.
W taki właśnie manualny sposób wykonaliśmy analizy porównawcze tych samych punktów wysokościowych. Wielkości pozyskane z mapy do celów projektowych zestawiliśmy z tymi wyznaczonymi fotogrametrycznym wcięciem w przód na zdjęciach oraz sczytanymi z chmury punktów z gęstego dopasowania obrazów. W analizie skupiliśmy się głównie na części wysokościowej mapy ze względu na to, że dokładność XY jest o wiele wyższa. Ponadto najwięcej pytań o wykorzystanie dronów dotyczy właśnie dokładności wysokościowych.
Oczywistym ograniczeniem fotogrametrii, które potwierdza tabela 2, jest brak możliwości penetracji roślinności, niepozwalający na pomiar punktów na gruncie. W tym miejscu warto również wspomnieć o dronach wyposażonych w skanery LiDAR, które posiadają możliwość penetracji roślinności. Spotykamy już też drony, które na pokładzie mają zarówno kamerę, jak i skaner.
Materiały fotogrametryczne, takie jak np. ortofotomozaika, mogą posłużyć geodetom na różnych etapach prac, nie tylko do wykonywania samych pomiarów, ale również np. do oszacowania ilości pracy, jaką należy wykonać przy stworzeniu mapy do celów projektowych. Wywiad terenowy standardowo wykonywany przed pomiarem może być zastąpiony przez analizę danych z drona. Przez proste nałożenie danych wektorowych na wykonaną ortofotomozaikę łatwo wychwycimy rozbieżności między danymi geodezyjnymi a aktualnym stanem zagospodarowania terenu.
Przekrój poprzeczny terenu porośniętego gęstą roślinnością. Punkty zielone – fotogrametria, punkty brązowe – LiDAR
Drony wsparciem każdego geodety!
Znając ograniczenia każdej z technik pomiarowych, należy jak najlepiej dopasować narzędzia do konkretnej pracy, aby osiągnąć zamierzony cel najbardziej efektywnie. Wiemy już, że wszystkich elementów, które powinny znaleźć się na mapie do celów projektowych, za pomocą fotogrametrii z dronów nie będziemy w stanie pomierzyć. Natomiast ogromny potencjał drzemie w połączeniu wielu źródeł danych i odpowiednim ich wykorzystaniu. Są prace pomiarowe, które można z powodzeniem wykonać tylko metodami fotogrametrycznymi, a także takie, w których konieczne jest „wsparcie” odbiorników GNSS czy tachimetrów. Fotogrametria z niskiego pułapu stała się już pełnoprawną, choć jeszcze niezbyt popularną technologią pomiarową geodety. Nasuwa się analogia do drogi, na jaką kilkanaście lat temu wkroczyły odbiorniki GNSS, aby finalnie stać się narzędziem, bez którego ciężko się dziś obyć.
Jeśli jesteś zainteresowany wykorzystaniem dronów w geodezji, wejdź na stronę www.skysnap.pl/start, gdzie za darmo pobierzesz dokument, dzięki któremu dowiesz się, jak skutecznie wdrożyć fotogrametrię w swojej firmie.
Rozbieżność usytuowania budynku wykryta na podstawie porównania ortofotomozaiki i wektorowej mapy do celów projektowych
Artykuł ukazał się w bezpłatnym niezbędniku sprzętowym DRONY DLA GEODETY 2020
| 
