Каждый любитель-фотограф знает, что беспилотные летательные аппараты отлично подходят для фотосъемки. Съемка с высоты птичьего полета всегда притягивает взгляды, она необычно, она загадочна и привлекательна. Сегодня беспилотная фотография доступна почти каждому, и в свою очередь она послужила расширению возможностей летательных аппаратов, а также сферу их применения. Кроме коммерческой съемки, возникли потребности использования дронов для картографии, 3D-моделирования и геодезических работ. Но остается вопрос - достаточно ли использовать любительский беспилотник для ведения промышленных работ?
И ответим сразу, истина заключается в том, что аэрофотоснимки сами по себе не могут быть использованы для получения измеримых цифровых изображений, необходимых для съемки. Для этого вам понадобится фотограмметрия.
Что такое аэрофотосъемка?
Аэрофотосъёмка — это фотографирование территории или объекта с определенной высоты от поверхности Земли при помощи беспилотного летательного аппарата или съемки с управляемого судна. Это также вид работы, при помощи которой получают планы местности с высокой точностью, имеющие привязку к любой сети координат. Кроме того, это одна из самых распространенных форм дистанционного зондирования или измерения данных местности на расстоянии.
В связи с этим беспилотный летательный аппарат является оптимальным прибором для выполнения данных работ. Он собирает и передает данные на специальные приборы, которые находятся на земле у оператора БПЛА. Конечным результатом работы является готовая карта местности в деталях заданного масштаба, представленная в цифровом формате.
Виды аэрофотосъемки
Фотографирование земной поверхности с воздуха может происходить при различных положениях главной оптической оси камеры. В зависимости от этого существуют следующие виды аэрофотосъемки: вертикальная высотная, горизонтальная маловысотная, плановая (картографическая) и перспективная (высотная или маловысотная).
Вертикальные аэрофотоснимки делаются непосредственно над целевым объектом. Это вид съемки, при которой “ось зрения” камеры образует угол 90° к поверхности земли, иначе говоря, носом вниз. Такие изображения могут быть сняты с различной высоты, но они не будут передавать точных данных о масштабе местности. В свою очередь именно вертикальная высотная съемка позволяет проводить сравнения областей и зон, снятых с одной и той же высоты.
Горизонтальная маловысотная аэросъемка ведется на небольшой высоте (до 150 метров над землей) параллельно земле или под совсем незначительным углом. В случае незначительного отклонения угла съемка переходит в разряд наклонной (перспективной).
Плановой аэрофотосъемкой принято считать вертикальную, но на бОльшой высоте. Используют такой вид для составления плана местности, поселков, жилых комплексов, для картографии и др.
Аэрофотосъемка и спутниковые снимки
Зачастую эти термины путают, хотя по значению это два совершенно разных вида съемки с высоты. Аэрофотосъемка — это получение фотографических изображений с беспилотных летательных аппаратов, воздушных шаров, вертолетов или самолетов; она используется главным образом для картографирования. Термин “спутниковые снимки” подразумевает получение цифровых изображений, полученных с помощью спутников, вращающихся вокруг Земли. Чаще всего такие снимки используются для научных исследований и мониторинга окружающей среды и прогнозирования погоды, археологических исследований.
Преимущества спутниковых снимков
Съемка со спутника имеет ряд преимуществ. Она может быть использована для прогнозирования, например, погодных условий. Спутники вращаются вокруг Земли, поэтому данные, полученные со спутников можно проанализировать и составить план на те или иные погодные и иные климатические изменения. Такая съемка значительно расширяет зону охвата и она может быть интегрирована с программным обеспечением, что упрощает дальнейшую ее обработку.
Преимущества аэрофотосъемки
Аэрофотосъемка — это лучший выбор для большинства производств и бизнеса. Она стоит дешевле, информация, снятая на беспилотные летательные аппараты, приходит быстрее и обрабатывать ее в разы проще. Зачастую она более актуальна за счет того, что отснять необходимые данные вы можете, что называется, здесь и сейчас. Кроме того, благодаря возможностям современных моделей дронов, снимки обладают более высоким разрешением, что упрощает процесс анализа данных.
Недостатки у аэрофотосъемки также присутствуют. Если до недавнего времени данный вид съемки являлся составляющим для многочисленных исследований, а коммерческое применение возросло с развитием технологий и снижением цен на высококачественные камеры и беспилотники, то сегодня ограничения на использование беспилотных летательных аппаратов дают о себе знать.
А кроме того, аэрофотосъемка отлично подходит для создания визуального представления местности, но этого не хватает для анализа местности и построения планов. Так, даже при плановой съемке данные могут быть искажены. Вы не получите полной информации о топографии местности, о глубине, что затруднит дальнейший анализ. Чтобы достичь точности, необходимо использования стороннего оборудования — лидарных или мультиспектральных датчиков. Из этого следует, что обычный любительский беспилотник не справится со сложными техническими задачами. Но минимальные данные о местности или об объекте вы все же получите.
Что такое аэрофотограмметрия?
Если аэрофотосъемка может быть использована для получения красивых кадров с высоты и получения общего представления о местности, то для выполнения геодезических работ и картографии необходима фотограмметрия. Еще проще, фотограмметрия — это наука определения размеров по фотографиям. Фотограмметрия служит, как правило, для получения карт, чертежей или трехмерного изображения какого-либо реального объекта или участка местности.
Фотограмметрия включает в себя получение нескольких изображений объекта и использование их для создания оцифрованных 2D-или 3D-моделей высокого разрешения, из которых можно вывести точные измерения. В зависимости от масштаба проекта, модель, сделанная с помощью фотограмметрии, может потребовать от нескольких сотен до нескольких тысяч отдельных изображений.
Согласно данным GIS Lounge, основные принципы фотограмметрии, такие как использование нескольких перспектив или “линий визирования” для определения координат, были впервые разработаны более 150 лет назад. Однако форма моделирования достигла новых уровней доступности и использования с цифровыми изображениями и воздушными технологиями, такими как беспилотные летательные аппараты. До появления аэрофотосъемки геодезисты использовали такое оборудование, как магнитные компасы, барометры, чертежные таблицы и ленту для определения топографии.
Сегодня фотограмметрию можно проводить с помощью различных устройств, в том числе беспилотных летательных аппаратов, самолетов и вертолетов. Однако благодаря технологическому прогрессу и более низкой цене беспилотные летательные аппараты стали более предпочтительным оборудованием для многих геодезистов.
Виды аэрофотограмметрии
Методы аэрофотограмметрии можно разделить на две основные группы: метрическую фотограмметрию и интерпретирующую фотограмметрию. Первая подразумевает использование точек координат на объектах для их визуализации с почти точными измерениями. Ко второй группе относится метод, при котором используются снимки местности (два и более), полученные с различных точек пространства и с добавлением топографии местности, включая индикаторы форм, теней, узоров.
Каждый метод аэрофотограмметрии может использоваться для топографической съемки, в зависимости от специфики работы и необходимого внимания к деталям. Наиболее же точной остается метрическая фотограмметрия; она же рекомендуется для геодезических работ, требующих точности сантиметрового уровня. Равно как и метрическая фотограмметрия, так и интерпретирующая фотограмметрия, точность выполнения методов зависит от специализированного картографического программного обеспечения для объединения изображений в фотограмметрическую карту и создания точных 3D-моделей.
Применение аэрофотограмметрии
Создание карт с применением лидаров и фотограмметрических систем, установленных на беспилотные летательные аппараты, становится все более распространенным. Сферы применения ширятся, вместе с тем растет экономия за счет роста эффективности использования передовых методов фотограмметрического и лидарного картографирования.
1. Технологии и инженерия. Беспилотная фотограмметрия может быть использована для создания трехмерных моделей зданий и оборудования.
2. Строительство. Включает в себя градостроительное планирование, создание моделей будущего объекта строительства, изучается информация о земле, на которой ведется строительство.
3. Землеустройство. Геодезисты во многих различных отраслях промышленности полагаются на фотограмметрию, когда необходимо понять топографию участка земли.
4. Недвижимость. Риэлторы используют дроны для создания точных трехмерных моделей домов для рекламы и продажи, а также организации виртуальных туров.
5. Энергетика. Нефтегазовые компании используют беспилотные летательные аппараты для мониторинга территорий вокруг трубопроводов на предмет изменений окружающей среды с течением времени. Землемерные работы также широко используются в этом секторе.
В конечном счете аэрофотограмметрия выгодна геодезистам по сравнению с наземными методами, независимо от их отрасли. Аэрофотограмметрия дает больше данных за меньшее время и позволяет геодезистам держаться подальше от опасных зон, собирая быстро необходимую информацию. Результатом часто является улучшение сбережений для компаний. Кроме того, поскольку фотограмметрия зависит от цифровых изображений, ее можно использовать для создания 3D-моделей, которые являются реалистичными и легко узнаваемыми для удобного использования с различными заинтересованными сторонами. А кроме того, играет немаловажную роль экономия времени и ресурсов в то время, как использование самолетов и ручного труда невыгодно и малоэффективно.
Фотограмметрия против ЛиДАР
Чтобы сравнить эти методы, сперва стоит определиться в терминах. LiDAR — это сокращение от "обнаружение света и дальности". Датчики LiDAR работают, испуская импульсы света и измеряя время, необходимое им для отражения от Земли, а также интенсивность, с которой они это делают. На лидаре для БПЛА устанавливается лазерный дальномер для измерения высоты точек местности или объекта. В чем, собственно, и состоит суть лидара (используется активный дальномер оптического диапазона). Лидарные дальномеры могут покрывать сотни квадратных километров в день. При измерении 10-80 точек на квадратный метр, можно создать очень подробную цифровую модель местности.
Важно понимать, что в то время как фотограмметрия опирается на определение координат для создания точного 3D-изображения, лидар строит топографию, измеряя время, за которое световая волна отражается от земли и возвращается к дрону. Этот геодезический метод невероятно точен, но и является более затратным.
Имеет ли смысл для вас фотограмметрия или лидар, зависит от конкретной задачи, навыков оператора БПЛА и бюджета. Лидар идеально подходит для рабочих мест с низким освещением, которое может повлиять на качество фотографического изображения. Топографические осложнения возникают не только в виде низкой освещенности или волнистости рельефа. Растительность также может блокировать методы съемки на основе фотограмметрии от получения детализированных данных на уровне земли. Световые импульсы LiDAR проникают в промежутки лесного покрова и растительности, достигая земли внизу и повышая точность измерений. Наконец, LiDAR позволяет захватывать детали небольшого диаметра. Отличный пример тому — линии электропередач. Благодаря высокой плотности точечной выборки и прямому измерительному подходу вы можете использовать LiDAR для точного картирования кабельной сети.
Вы должны понимать, что LiDAR — это безусловная детализация и точность, но это также более высокая стоимость. Для съемки с помощью лидарного датчика необходимо иметь соответствующие навыки оператора БПЛА, который будет способен не только управлять дроном, но и уметь извлекать и обрабатывать данные. В то же время основным преимуществом работы с фотограмметрией является ее доступность. Планирование полета и построение наземных контрольных точек, выполнение картографической миссий и обработка данных занимает меньше времени; результаты доступны и интуитивно понятны за счет привычных изображений с узнаваемыми цветами и данными о местности или об объекте.
Как беспилотные летательные аппараты поддерживают аэрофотограмметрию?
Использование беспилотной фотограмметрии может сэкономить время и деньги по сравнению с классическими наземными методами съемки или использованием управляемых воздушных судов. Это означает, что картографические беспилотники — стоящая инвестиция как для геодезистов, так и для людей, которые их нанимают. Чтобы беспилотник был способен к фотограмметрии, он также должен уметь делать аэрофотоснимки, поскольку фотографические изображения являются основой этой техники.
Одним из готовых решений может стать система Matrice 300 RTK + P1. Эта комбинация является флагманским решением DJI для фотограмметрии. P1 — это новейшая, усовершенствованная камера для фотограмметрии с полнокадровым датчиком и сменными объективами с фиксированным фокусом. Глобальный механический затвор и программные функции, включая интеллектуальный косой захват, делают его идеальным для крупномасштабных фотограмметрических полетов. Благодаря использованию модуля RTK, DJI M300 позволяет геодезистам покрыть от 3 до 5 квадратных километров за один полет и получить результаты сантиметровой точности без GCPs. Сам беспилотник сочетает в себе интеллект и производительность, включая шесть датчиков направления и позиционирования, а также способность удерживать до трех полезных нагрузок одновременно.
Другим решением выступает связка Matrice 300 RTK + L1. Она сочетает в себе модуль LiDAR halifax, высокоточный IMU и камеру с 1-дюймовым CMOS на 3-осевом стабилизаторе. С точностью 5 см по вертикали и 10 см по горизонтали, а также способностью покрыть до 3 квадратных километров за один полет, M300 RTK, L1 и DJI Terra вместе образуют комплексное геодезическое решение, которое предлагает 3D-данные, детали сложных структур и точные визуальные реконструкции.
Интуитивно понятное программное обеспечение для картографирования дронов DJI Terra — это универсальное картографическое решение для беспилотных летательных аппаратов, которое объединяет изображения и облегчает процессы съемки и обработки данных. Независимо от того, нужна ли вам 2D- или 3D-карта, это программное обеспечение может обрабатывать ваши данные и визуализировать точные изображения.
Современные беспилотные летательные аппараты равно как и аэрофотосъемка произвели революцию в научных исследованиях и картографии; они послужили чрезвычайно ценным дополнением к инструментам геодезистов и все чаще дополняют или заменяют вовсе методы наземной съемки и использования управляемой авиации. Но если же вы рассчитываете на получение максимально точных данных, необходимых для проведения работ, важно не только использовать правильные методы съемки с помощью дронов, но и самое лучшее программное обеспечение. С пониманием этих процессов, использования технологий, беспилотных летательных аппаратов и программного обеспечения, никакая работа не будет для вас сложной.
Автор: Кристина Волкова
