ژئوماتیکفتوگرامتری

چرا از فتوگرامتری برای نقشه برداری و تهیه نقشه استفاده میشود؟

فتوگرامتری تاریخچه ای طولانی در کاربردهای نقشه برداری و زمینه تهیه نقشه دارد. فتوگرامتری میتواند برای اندازه گیری نقاط یا تولید ابرنقطه استفاده شود. در مقایسه با رقبای اصلی آن، لیدار ( تصویر برداری لیزر، شناسایی و محدوده) ابرنقطه تولید شده از فتوگرامتری مقرون به صرفه تر، قابل اجرا تر و پرکاربردتر، است. بنابراین همیشه پیروان وفاداری در بین کاربران دارد.

با اینکه در سال های اخیر، علاقه به فوتوگرافی در میان متخصصان نقشه برداری از رونق خوبی برخوردار بوده است، این روند به واسطه ظهور پرنده های بدون سرنشین مقرون به صرفه و قابل خرید از بازار، که به اختصار پهپاد نامیده میشوند، تسریع گردیده است. هواپیما های بدون سرنشین مزایای متعددی دارند که فتوگرامتری را حتی بیشتر قابل دسترس می سازد و منجر به علاقه مجدد  به فناوری شده است.

برای درک دلیل این موضوع، ابتدا به آنچه فتوگرامتری را برای برخی از انواع کارهای نقشه برداری زمینی جذاب می سازد، نگاهی بیندازیم.

مزایای استفاده از فتوگرامتری در نقشه برداری زمینی:

فتوگرامتری فرآیند تولید مدل سه بعدی از یک مجموعه تصاویر دو بعدی است. در فتوگرامتری این کار با گرفتن دو یا چند تصویر از یک منظر با زوایای مختلف، انجام میشود. سپس این تصاویر وارد نرم افزار های فتوگرامتری مناسب مانند فتومدلر میشوند. که این نرم افزار تصاویر را با یک خط مبنا نمایش میدهد و از این داده ها برای ارزیابی مثلث بندی آن نقطه استفاده میکند. اگر  تعداد کافی تصویر بگیرید میتوانید مدل شبکه بندی با جزئیات از کل محوطه، ایجاد کنید. لیدار گزینه فنی کلیدی فتوگرامتری برای مدل سازی ابرنقطه متراکم است، همچنین به نام اسکن لیزری نیز شناخته میشود. لیدار توسط ارسال پالس لیزری به سمت نقطه و اندازه گیری مدت زمان بازتاب آن، کار میکند. لیدار برخلاف فتوگرامتری به یک جهت نیاز دارد” خط دید”. این میتواند لیدار را برای کاربردهای خاص مانند تهیه نقشه از محیط های با پوشش گیاهی متراکم، مناسب تر کند.

علی رغم این اختلاف فنی، فتوگرامتری به چند دلیل همیشه پیشنهادات کاری جذابی ارائه میدهد:

۱- مقرون به صرفه است : تجهیزات لیدار گران قیمت و برای داشتن عملکرد مناسب نیازمند تخصص ویژه، هستند. فتوگرامری تنها به دوربین DSLR و نرم افزاری که بتواند در یک کامپیوتر استاندارد اجرا شود، نیاز دارد.

۲- به راحتی در دسترس است : به دلیل نیاز به تجهیزات تخصصی و اپراتورها، منابع لیدار اغلب دشوار به نظر میرسند. تجهیزات فتوگرامتری میتوانند در عقب کامیون هر نقشه برداری جا شوند و میتوانید خودتان آن را انجام دهید.

۳- فراگیر است : فناوری فتوگرامتری از این نظر که یک ابزار تصویر برداری چند منظوره عالی است، تکامل یافته. لیدار به دلیل محدودیت های فنی مانند سنگینی تجهیزات و سختی گرفتن تصاویر با رزولوشن بالا، در موارد خاص تری کاربرد دارد.

این مزایا فتوگرامتری را یک گزینه جذاب برای انواع خاصی از نقشه برداری زمینی، میسازد، در حالی که لیدار زمین مبنا نیز به طور ویژه ای جایگاه خود را دارد. قابلیت دستیابی و کاربردهای گسترده فتوگرامتری، آن را به یک انتخاب آسان “پیش فرض” تبدیل میکند.

با این حال نقشه برداری هوایی داستان متفاوتی است، با وجود  تعدا زیادی از روش های قدرتمند  بالا، هنوز بکارگرفته میشوند.

فتوگرامتری هوایی به لحاظ تاریخی دارای یک تنگای مشخص است: اجاره هواپیما با یک دوربین هوایی تخصصی، میتواند اغلب نقاط قوت فتوگرامتری هوایی را نفی کند. این روش گران قیمت، مشکل برای تجهیز کردن و دارای محدودیت در ارتفاع و زاویه ای که میتوان عکس گرفت، است. از این رو، تصمیم گیری بین فتوگرامتری هوایی و لیدار صریح و مشخص نیست.

ورود پهپاد های تجاری:

چگونه پهپاد فتوگرامتری هوایی را متحول کرد

علی رغم اینکه پهپادها مدت زیادی است که در ارتش به کار گرفته میشدند، اخیرا به طور گسترده ای در دسترس عموم قرار گرفته اند. پهپادها کاملا در استفاده از فتوگرامتری در نقشه برداری، انقلاب ایجاد کردند. زیرا برخلاف هواپیماها، آنها به طور ایده آلی نقاط قوت فناوری را تکمیل میکنند. پهپادها برای افراد مبتدی، ارزان قیمت و به سادگی در دسترس، هستند. قابلیت دسترسی به فتوگرامتری پهپاد نه تنها محبوبیت فتوگرامتری را برای کاربردهای عمومی نقشه برداری افزایش داده، بلکه یک بازار کاملا جدید با نام “تهیه نقشه میکرو” که با نقشه برداری از سایت های کوچکتر از ۵ کیلومتر مربع سروکار دارد، ایجاد کرده است.

از لحاظ تاریخی، پروژه های مانند این، از آنجایی که نقشه برداری با هواپیمای سرنشین دار باید انجام شود، غیر اقتصادی هستند.

هزینه بالای تجهیزات و زمان بندی پروژه های طولانی، قبول این کار را برای شرکت های سنتی نقشه برداری سخت میکند. درحالی که با پهپادهایی که به آسانی به یک کامیون نقشه برداری متصل میشوند؛ ارائه دهندگان به سادگی میتوانند سریعتر تجهیز شوند و این پروژه کوچک را در کمتر از یک روز کامل کنند.

علاوه بر این در تعیین موقعیت، ترازیابی ارتفاع و ناوبری مکان های باریک وتنگ، پهپادها از هواپیما ها پرکاربردتر اند. این موضوع آنها را برای انواع گسترده تری از مشاغل مناسب میسازد.

برای مثال پهپادها میتوانند برای غلبه بر مشکل موانع به کار گرفته شوند. بسیاری از پهپادها میتوانند با مسیر پرواز خودکار برنامه نویسی شوند که به عنوان “Waypoint” شناخته میشوند.  فناوری پهپادهای “Waypoint” اجازه حرکت دقیق در محیط های باریک که امکان عبور هواپیما از آنها برای ناوبری وجود ندارد، را میدهد. این فناوری با پهپادهای با اندازه کوچک خود قابلیت تصویر برداری در زیر درختان مخروطی و سایر موانع را فراهم کرده است.

فتوگرامتری پهپاد در مقایسه با لیدار:

اینها تنها تعداد کمی از مواردی هستند که پهپادها نقشه برداری هوایی را تغییر داده اند، در حالیکه هر دو فتوگرامتری و لیدار از این تغییرات سود میبرند. واضح است که اینجا فتوگرامتری برنده بزرگ است. دلیلش این است که پهپادها مستقیما روی نقاط قوت فتوگرامتری مانند  ارزان قیمتی، در دسترس بودن و پرکاربرد بودن و رهایی از اجاره سنگین هواپیما، ساخته شده اند. فتوگرامتری در هوا چنان به کمال رسیده است که در زمین رسیده.

در مقابل، لیدار بر مبنای پهپاد خیلی کمتر قابل دستیابی است، در حالی که سیستم فشرده لیدار بدون سرنشین در دسترس است، حتی این سیستم برد کوتاه نیز از مشکلات قدیمی لیدارمانند قیمت بالا و محدودیت ها، رنج میبرد. در حالیکه دوربین های بسیار با کیفیت با قیمت زیر ۵۰۰ دلار و پرنده حرفه ای با قیمتی کمتر از ۱۰۰۰ دلار به طور گسترده ای در فروشگاه های الکترونیکی عمومی در دسترس هستند. هم اکنون پهپادهای محبوب مانند DJI شامل دوربین مناسب برای وظایف فتوگرامتری نیز، میشوند. علاوه بر این، تلاش برای کاهش هزینه ها با استفاده از نصب پایین تر لیدار پهپاد مبنا، می تواند یک مشکل کلیدی با لیدار هوایی ایجاد کند: دقت کم.

مشکل دقت لیدار پهپاد مبنا:

از لحاظ تاریخی، لیدار هوایی همیشه از دقت بسیار پایین تر نسبت به همتای زمینی خود رنج می برد، به دو دلیل اصلی. هر دوی این عوامل می تواند با استفاده از لیدار مبتنی بر پهپاد تشدید شود.

اولین عامل اطلاعات موقعیتی نامناسب است. برای بدست آوردن اندازه گیری های دقیق لیدار، باید موقعیت دقیق ارسال سنسور و نقطه مورد اندازه گیری  را بدانید. این کار در لیدار زمین مبنا نسبتا ساده است. زیرا نقاط معمولا به طور معقولی نزدیک و کاملا ثابت هستند. با این حال که در لیدار هوایی سنسور ارسالی خیلی دورتر است و اغلب درجه آزادی کمتر میباشد، گفتن اینکه شما دقیقا کجا هستید اغلب سخت است و می تواند اندازه گیری ها را به طور قابل توجهی تحریف کند.

برای حل این مسئله هواپیماهای نقشه برداری اغلب به سیستم تعیین موقعییت آنی که دقت اطلاعات تعیین موقعییت را بهبود میبخشد، مجهز میشوند. در حالیکه این فن آوری آغاز شده تا در هواپیماهای بدون سرنشین گنجانده شود. اغلب پرنده های بدون سرنشین تجاری موجود، RTK GPS دارند. که به این معنا است که نقشه برداران باید میان مقرون به صرفه بودن و دقت انتخاب کنند – هرگز مبادله خوبی نیست.

معیار دوم اندازه گیری های زاویه ای نامنظم است. حتی توسط حسگرهای لیدار نظامی پیشرفته، بهترین دقت زاویه ای که می توانید دریافت کنید در محدوده ۰٫۰۱ درجه است. این به نظر کاملا دقیق است و در واقع اغلب برای لیدار زمین مبنا مناسب است. با این حال زمانی که سنجنده در هواپیمای بر فراز سایت قرار دارد، می تواند منجر به اختلاف شدید شود.

به عنوان مثال، یک هواپیمای سرنشین دار در ارتفاع ۳۰۰۰ فوت با انحراف از قائم ۰٫۰۱ درجه به معنی فاصله نمونه برداری ۱۶ سانتی متر در زمین، میباشد. پهپاد ها از مزیت قابلیت پرواز خیلی پایین تر، برخوردارند. اما سنجنده های سبک وزن که می توانند بر روی آنها نصب شوند بسیار کم دقت با خطایی حدود ۰٫۱ درجه هستند. و در این مورد، حتی یک گزینه برای رفتن به یک مدل بالاتر وجود ندارد، از آنجایی که  تکنولوژی مربوط به آن هنوز وجود ندارد.

با توجه به این عوامل، لیدار هوایی اغلب اطلاعاتی را با دقت پایین تر از لیدار زمین مبنا، تولید می کند. که بر اساس برخی برآوردها در حدود ۱۵ تا ۳۷ سانتیمتر است. و لیدار بر مبنای پرنده بدون سرنشین، به دلیل داشتن تکنولوژی ساده تر، اغلب می تواند این مشکل را دوچندان کند.

فتوگرامتری پهپاد  : دقت با توجه به بودجه

در مقایسه با مسائل دقت لیدار پهپاد مبنا، فتوگرامتری پهپاد مبنا در واقع می تواند اطلاعات تصویری با کیفیت بالا را با استفاده از تجهیزات ارزان قیمت و آسان به دست آورد.

دلیل اصلی این است که هر عکس گرفته شده توسط هواپیمای بدون سرنشین، یک ثبت کامل از تمام داده های سایت، در فریم است. این به اطلاعات تکمیلی مانند موقعیت یا جهت سنجنده بستگی ندارد. در عوض، نرم افزار فتوگرامتری مدل را بر اساس رابطه بین پیکسل های مختلف درون فریم طراحی می کند.

این مدل همچنین براساس صدها یا حتی هزاران تصویر با همپوشانی قابل توجه ساخته می شود که اجازه می دهد نرم افزاراشتباهات را حذف کند و هر نقطه جغرافیایی را به صورت دقیقی درون مدل قرار دهد.

در نهایت، برای اضافه کردن یک سطح دقت، نقشه برداران می توانند نقاط کنترل زمینی (GCP) را تنظیم کنند. این ها موقعیت هایی هستند که علامتگذاری شده و بر روی زمین پیاده سازی گردیده و قابل مشاهده از هوا می باشند؛ که می توانند به عنوان نقاط مرجع در مرحله ساخت و ساز مدل مورد استفاده قرار گیرند.

اگر تمام مراحل به درستی پیاده سازی شوند، مدل های فوتوگرامتری به طور کلی می توانند دقت +/- ۸ سانتیمتر و یا حتی بهتر از آن را در صورت لزوم داشته باشند. و این به راحتی می تواند با تجهیزات در دسترس فعلی، انجام شود.

به عنوان یک مزیت اضافی، این مدل ها، تمام رنگ و با رزولوشن بالا ارائه میگردند، این کار باعث آسان شدن درک بصری و تفسیر مدل برای انسان میشود.

پهپاد ها و فتوگرامتری به خوبی با هم مطابق گردیده اند:

به طور خلاصه، هواپیماهای بدون سرنشین بر روی نقاط قوت فتوگرامتری ساخته می شوند: مقرون به صرفه بودن، دسترسی و پرکاربرد بودن. آنها اجازه می دهند نقشه برداران داده های نقشه برداری هوایی بسیار دقیق تری را برداشت کنند، در حالی که به طور قابل توجهی هزینه ها و مشکلات عملیاتی را کاهش می دهد.

فتوگرامتری همیشه یک تکنولوژی کلیدی برای نقشه بردارها بوده و ظهور تکنولوژی پهپاد به سادگی آن را به سطح بالاتری ارتقا داده است.

در فتومدلر این واقعیت را به رسمیت شناخته ایم و یک مجموعه فتوگرامتری را که  به طور اختصاصی به منظور استفاده از داده های تصویری پهپاد طراحی شده است، توسعه داده ایم. 

منبع: www.photomodeler.com


مطالب مرتبط:

۱. عکسبرداری هوایی سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح از مناطق سیل‌زده ‌با ‌پهپاد فتوگرامتری
۲. چرا از فتوگرامتری برای نقشه برداری و تهیه نقشه استفاده میشود؟
۳. پر کردن فضاهای خالی بین تصاویر هوایی و داده های زمینی اخذ شده


به وسیله یک دوربین و پرنده بدون سرنشین، بازسازی یک معدن را نظارت کنید.

برای کسب اطلاعات بیشتر درباره دوره آموزشی پردازش تصاویر پهپاد فتوگرامتری کلیک کنید.

 

دیدگاهتان را بنویسید