fbpx
 

BlogFotogrammetrie cu platforme UAV – studiu de caz

martie 30, 2020
https://www.dronezone.ro/wp-content/uploads/2020/03/foto.png
In comparatie cu topografia realizata cu statia totala, varianta de fotogrammetrie cu ajutorul aeronavelor fara pilot implica costuri mai mici, achizitia si procesarea datelor fiind realizate mai rapid si genereaza materiale de calitate pentru ca nivelul detaliilor este foarte crescut.

Dronele trebuie vazute ca o solutie complementara, care ii va ajuta pe inginerii topografi sa obtina materialele mai usor, mai ales cand vorbim despre suprafete intinse sau zone greu accesibile.

Pentru a intelege mai bine etapele necesare fotogrammetriei cu ajutorul dronelor si materialele obtinute, vom structura acest articol, astfel:
Sumar detalii drona si camere foto utilizate
Planificare misiune
Puncte de control la sol – de ce sunt necesare
Procesare date
Materiale obtinute
Comparatie metoda traditionala vs. platforma UAV
Cu ce ma ajuta efectiv
Sumar detalii drona si camere foto utilizate
Am utilizat o drona de tip DZ6 ARA (linkul pentru toate specificatile tehnice este mai jos) in doua variante de echipare:
– cu o camera Sony RX100 (21 mpx)
– cu o camera Sony RX1RII (42 mpx)
Modele de ortofotoplan realizate cu fiecare tip de camera, se pot descarca din link-urile de mai jos:
Planificare misiune
Dronele noastre au integrat un software dedicat misiunilor autonome, pentru a facilita realizarea proiectelor.
Pasii realizarii unei misiuni se regasesc in manualul pe care il puteti accesa cu ajutorului butonului de mai jos:
Exemplu de parametri folositi intr-o misiune:
– Camera: Sony RX100 II
– Altitudine: 180 m
– Overlap: 60%
– Sidelap: 60%
– Viteza de deplasare: 10 m/s
– Calitate obtinuta: 4,18 cm/pxl

Acesti parametri se modifica in functie de camera foto si platforma UAV folosite astfel incat sa obtinem rezolutia dorita (cm/pxl).
Puncte de control la sol – de ce sunt necesare
La momentul actual exista pe piata producatori de module RTK si PPK care pot fi integrate in platformele aeriene si producatori de drone care au dezvoltat astfel de module dedicate.

Din punctul nostru de vedere, un astfel de modul poate ajuta insa este necesar sa fie luate puncte la sol.
In urma testelor facute de echipa noastra. cu diverse echipamente, a rezultat faptul ca luand aceste puncte la sol veti obtine masuratori cu o acuratete optima.

Exista pe piata si varianta de modul GNSS conectat la camera, GNSS-ul fiind similar cu cel folosit in sistemul LIDAR de scanare cu laser. Acest sistem va ofera imagini georeferentiate si cu o precizie de +/- 2 cm per pixel. Aceasta solutie este foarte eficienta si scuteste personalul de timpul petrecut pentru marcarea si inregistrarea punctelor la sol insa este si foarte scumpa.

Insa exista si vesti bune. Daca pentru metoda traditionala, sunt necesare aprox. 1000 puncte la sol pentru un teren intravilan de 470 ha, in cazul realizarii proiectului cu o drona pentru topografie, sunt necesare doar aprox. 16 puncte la sol pentru aceeasi suprafata.

Proces marcaj:

Reperii se realizeaza cu spray de marcaj topo magenta, portocaliu sau alba. De preferat magenta deoarece este mai usor de identificat in imagine, in zonele cu vegetatie. În anumite situații (in funcție de perioada din zi și iluminare) pe asfalt a dat rezultate bune și vopseaua alba.
Reperii trebuie amplasati in zone cat mai “libere“, adica distanta minima trebuie sa fie mai mare sau egala cu inaltimea obiectelor, constructiilor si/sau vegetatiei din apropiere. Suprafetele pe care se face marcajul pot fi din asfalt, beton, fier (capace de canal), lemn sau piatra (trebuie evitate capetele de pod sau bordurile mai inalte de 20 cm).

Distanta dintre reperi este recomandat sa fie de aprox. 300 m. Aceasta poate varia cu +/- 50 m, daca zona in care a fost pus reperul nu este usor accesibila sau prezinta “obstacole“ inalte.

Marcajul trebuie facut pe suprafete uscate si fara mult nisip/praf.

Masuratorile: 5 Masuratori pe punct ( notate spre exemplu 2.1; 2.2; 2.3;2.4; 2.5.) la o precizie RTK (cu Rompos) de 3cm XY și 5cm Z.
Procesare date
Pentru a obtine materialele de care aveti nevoie si realiza masuratorile dorite, este necesara procesarea imaginilor cu programe software speciale. In cazul de fata, imaginile au fost procesate cu ajutorul Agisoft Metashape.

Agisoft Metashape este un program complex care va pune la dispozitie toate uneltele necesare pentru a obtine materialele dorite. Rularea acestui program necesita un calculator/statie grafica performant/a, pentru a procesa si obtine materialele intr-un timp cat mai scurt.

Pentru a va forma o idee despre timpul necesar procesarii, pentru 1000 imagini captate cu drona, timpul mediu de procesare este de 10 ore.

Detalii proces

Dupa referentierea imaginilor se creeaza un nor de puncte pe diferite nivele (Low,Medium, High, Highest).

Incepand de la Highest care reprezinta un raport de 1 punct la 1 pixel, adica procesarea fotografiilor originale, în timp ce fiecare pas care urmează implică reducerea dimensiunii imaginii prin factor de 4 (de 2 ori de fiecare parte).

In functie de volumul de imagini care necesita procesare, se alege si nivelul. Pentru ca diferenta de calitate a produsului final, dintre High si Highest este foarte mica, pentru un volum foarte mare de date este recomandat nivelul High.

Urmatorul pas este crearea unui model digital al terenului folosind norul de puncte, iar ultimul pas este georeferentierea imaginilor si crearea ortomozaicului folosind acest model al terenului si fotogramele rezultate.
Softul alege imaginea cea mai buna (sau o combinatie de imagini) pentru a pastra precizia ortomozaicului.

Un workflow detaliat gasiti la aceasta adresa https://www.agisoft.com/pdf/PS_1.3%20-Tutorial%20(BL)%20-%20Orthophoto,%20DEM%20(GCPs).pdf

Uneori, pot rezulta case cu margini “ondulate” sau garduri inclinate. Problemele “estetice“ apar tocmai din aceasta cauza (interpolarea de imagini pe anumite zone).
Daca ortofotoplanul este folosit pentru masuratori cadastrale si nu pentru reconstructia gardurilor si cladirilor, nu este o problema grava faptul ca unele garduri sau marginile acoperisurilor par/sunt putin ondulate.

Foto-interpretarea si vectorizarea se face intotdeauna alegand punctele de la baza gardului/stalpului, astfel daca avem un gard putin inclinat este in avantajul operatorului deoarece poate stabili mai rapid punctul corect pe care trebuie sa il vectorizeze.

Pentru vectorizarea unui imobil operatorul trebuie sa caute staplii si directia intre stalpii ce definesc conturul imobilului chiar daca gardul pare ondulat pe anumite portiuni.

Pentru vectorizarea cladirilor nu se foloseste marginea acoperisurilor ( minim 10-20 cm fata de margine), astfel marginea ondulata( care apare datorita interpolarii dintre punctele de pe acoperis si cele de la sol) nu influenteaza negativ precizia ortofotoplanului si a vectorizarii.

Sursa acestor imperfectiuni este densitatea mare de puncte pe metru patrat (nor de puncte) si rezolutia mare (3cm) a ortomozaicului.
Daca exportul ortofotoplanului s-ar face la 10 sau 15 cm/pixel, acele imperfectiuni nu ar mai fi vizibile.

Dupa procesarea imaginilor, Agisoft poate genera un raport detaliat ce cuprinde parametrii de calibrare ai camerei, precizia obtinuta dupa aerotriangulatie pentru punctele de control si pentru punctele de verifivare, timpul necesar pentru procesare pentru fiecare etapa.
Materiale obtinute
– Nor de puncte
– Ortofotoplan
– DSM (model digital de suprafata)
– DEM (model digital al terenului):
– Linii de contur
– Mesh texturat 3D
– Calculul volumelor
Comparatie metoda traditionala vs. platforma UAV

Comparatie pentru o suprafata de 470 ha, podis, intravilan.

Metoda traditionala Platforma UAV
Timp plasare puncte de control la sol x 2 ore
Numar de puncte de control la sol 1000 16
Timp captare informatii pe teren 3 zile 3ore
Procesare materiale 1 zi 10 ore
Cu ce ma ajuta efectiv
Materialele obtinute au urmatoarele aplicatii:
– Baza de masurare pentru: Cadastru sistematic si/sau Cadastru General;
– Masuratori pentru calcul de Volum;
– Generarea de profile transversal si longitudinale pentru santuri, drumuri, etc.;
– Actualizarea bazelor de date pentru diferite companii de utilitati.

Beneficii:
– Scurtarea timpului petrecut in teren pentru colectarea datelor;
– Accesibilitate in zone periculoase sau greu accesibile;
– Reducerea costurilor;
– Date precise (0.5-5 cm/pixel);
– Nu mai este necesara intoarcerea pe teren pentru remasurare.

In prezent, ANCPI nu accepta un ortofotoplan realizat cu ajutorul datelor captate de o platforma UAV, insa avand avand materialele mentionate mai sus si tendinta europeana in domeniu , speram ca odata cu implementarea regulamentului European pentru UAV sa se resolve si aceasta problema.