پرسشگان (به انگلیسی: Q&A یا FAQ )، فهرستی از پرسش و پاسخ‌های رایج در زمینه‌ای خاص و در ارتباط با موضوعی مشخص است. این بار آپسیس و در ادامه فعالیت های آکادمیک خود اقدام به تولید پرسشگان در زمینه های تخصصی ژئوماتیک کرده است.
Frequently asked questions = FAQ
Questions and Answers = Q&A
پاسخ به برخی ابهامات همکاران در زمینه پهپاد فتوگرامتری (قسمت اول)
پهپاد فتوگرامتری چیست؟
عبارت پهپاد فتوگرامتری بیانگر سامانه ای است که از متخصصان نقشه برداری و فتوگرامتری به همراه نرم افزار و سخت افزارهایی تشکیل شده است که عمل تصویربرداری هوایی و تبدیل تصویر به نقشه را انجام می دهند.
تفاوت این سامانه با تصویربرداری هوایی که سازمان های دولتی با استفاده از هواپیماهای سرنشین دار انجام می دهند در چیست؟
در علم نقشه برداری، فتوگرامتری را به سه شاخه فتوگرامتری فضایی، هوایی و زمینی (برد کوتاه) تقسیم می کنند. یکی از عوامل موثر در این تقسیم بندی، فاصله دوربین تا جسم است. در فتوگرامتری فضایی سنجنده بر روی یک فضاپیما نصب شده و از فاصله بسیار دوری از زمین تصویربرداری را انجام می هد. اگر دوربین تصویربرداری را بر روی یک هواپیما نصب نماییم که از فاصله چند هزار متری تصویربرداری انجام دهد، عملیات تبدیل تصویر به نقشه در زمره فتوگرامتری هوایی قرار می گیرد. در این حالت، سکوی تصویربرداری (هواپیما) تا حد زیادی پایدار است. این امر باعث می شود که تیلت به حداقل رسیده و همچنین فاصله بین مراکز تصویر با دقت بالایی مشخص است. همین عوامل سبب می گردند که مرحله تبدیل تصویر به نقشه کمی ساده تر گردد. در دسته بندی سوم اگر فاصله دوربین تا جسم به صورت تقریبی کمتر از ۳۰۰ متر باشد، مراحل تهیه نقشه از تصویر در زمره فتوگرامتری زمینی یا همان فتوگرامتری برد کوتاه قرار می گیرد. نکته حائز اهمیت این است که در تصویربرداری برد کوتاه به دلیل آنکه دوربین در دست یک کاربر و یا بر روی یک پرنده سبک نصب است، میزان تیلت دوربین به مراتب بیشتر از حالت تصویربرداری هوایی است و علاوه بر این فاصله بین تصاویر در این حالت به هیچ عنوان یکسان نیست. همین عوامل سبب می شود که نتوان از فرمول ها و معادلات فتوگرامتری هوایی جهت تبدیل تصویر به نقشه در فتوگرامتری برد کوتاه بهره جست.
از چه دوربین هایی می توان جهت پهپاد فتوگرامتری استفاده نمود؟
با توجه به پیشرفت های اخیر در زمینه علوم فتوگرامتری و پردازش تصاویر راهکارهای جدیدی برای تولید نقشه از تصاویر اخذ شده بوسیله دوربین های غیرمتریک ارائه گردید. همین امر سبب شده است تا بتوان با استفاده از دوربین های دیجیتال غیرمتریک حرفه ای و یا نیمه حرفه ای به نتایج شگرفی در زمینه فتوگرامتری برد کوتاه رسید. پس در استفاده از نرم افزارهای اتوماتیک فتوگرامتری می توان از تصاویر دوربین های مختلف، اعم از متریک و غیرمتریک بهره جست.
نکته ای که لازم می دانم در اینجا بیان کنم این است که یکی از پارامترهای تاثیرگذار در کیفیت نتایج خروجی از این سامانه، انتخاب دوربین مناسب است. وسیله “پهپاد” صرفا یک حمل کننده دوربین و متعلقات است. ضمن آنکه پرنده هم می بایست شرایط خاصی را داشته باشد، اما دوربینی که تصاویر را اخذ می کند نقش بسیار پر رنگی در کیفیت اطلاعات تولید شده دارد. عوامل مختلفی که در انتخاب یک سیستم تصویربرداری باید درنظر گرفته شوند به قرار زیرند:
- لنز دوربین: مهمترین بخش دوربین تصویربرداری جهت عملیات فتوگرامتری، عدسی یا لنز دوربین می باشد. از آنجاییکه تاثیرگذارترین بخش بر روی نور ورودی, لنز دوربین است، می بایست در انتخاب یک لنز مناسب دقت فراوان شود. در انتخاب لنز باید به دو پارامتر کیفیت تراش لنز و کیفیت ماده بکار رفته در ساخت لنز توجه شود. همچنین جهت جایگزینی یک دوربین غیرمتریک بجای یک دوربین متریک بهتر است ( واکیدا توصیه می شود) از لنزهایی با فاصله کانونی فیکس استفاده شود. این امر باعث می شود تا علاوه بر داشتن تصاویر شارپ (بعلت استفاده از تنها یک عدسی در مجموعه لنز)، با یک بار کالیبراسیون دوربین، پارامترهای کالیبراسیون ثابت بوده و نیازی به کالیبره کردن دوربین پس از هر تغییروضعیت لنز دوربین نباشد. بعبارتی دیگر لنزی برای فتوگرامتری مناسب است که وضعیت عدسی یا مجموعه عدسی در هر بار روشن و خاموش نمودن دوربین تغییر نکند. همین امر باعث پایداری پارامترهای کالیبراسیون دوربین و به تبع آن افزایش کیفیت مدلسازی سه بعدی می شود. اگر از لنزهای جداشونده با فاصله کانونی متغیر استفاده کنید، بهتر است دوربین را بر روی یک فاصله کانونی دلخواه (مناسب برای پروژه مدنظر) قرار داده، فوکوس را روی بینهایت تنظیم کنید و لنز دوربین را در همین حالت با یک چسب فیکس نمایید و پس از آن عمل کالیبراسیون را انجام دهید.
- ابعاد پیکسل دوربین (Pixel Size): دومین پارامتر حائز اهمیت در انتخاب دوربین، پیکسل سایز دوربین است. توجه شود منظور از پیکسل سایز رزولوشن یا به بیان ساده تر مگاپیکسل دوربین نیست. بلکه به ابعاد و اندازه هر پیکسل بر روی سنسور گفته می شود. برای مثال در دوربین های فول فریم این اندازه برابر با ۶ میکرون، در دوربین های نیم فریم چیزی کمتر از ۴ میکرون و در زوم لنزها حدودا ۵/۱ میکرون است. هرچه پیکسل سایز بزرگتر باشد نور بیشتری را دریافت کرده و در نتیجه جزئیات بیشتری را ثبت می نماید. دقت شود که در نرم افزارهای اتوماتیک پردازش تصاویر، عمل تناظریابی تصویری و همچنین تولید ابرنقاط متراکم با دقت زیرپیکسل انجام می شود. همین امر سبب می گردد که کیفیت اطلاعات بدست آمده به کیفیت پیکسل های تصویر وابسته باشد. پس بطور کلی بهتر است از دوربین هایی با پیکسل سایز بزرگتر برای مدلسازی اتوماتیک استفاده شود.
- وزن دوربین: از آنجاییکه مدت زمان پرواز با وزن حمل شده توسط پرنده رابطه مستقیمی دارد، بهتر است از دوربین هایی استفاده شود که در عین اینکه پارامترهای بالا را ارضا می کند، از وزن پایینی برخوردار باشد. در یک تقسیم بندی دوربین های دیجیتال از نظر اندازه در سه قطع آینه دار، بدون آینه و زوم لنز دسته بندی می شود. دوربین های دیجیتال حرفه ای آینه دار که قابلیت تعویض لنز را دارند از ابعاد و اندازه بزرگتری نسبت به دو دسته دیگر برخوردارند. این امر باعث سنگینی دوربین شده و از مدت زمان پرواز پرنده می کاهد. جهت جبران این مشکل می توان از دوربین های بدون آینه استفاده نمود. این دوربین ها علاوه بر فول فریم یا نیم فریم بودن، از قابلیت تعویض لنز برخوردارند. دسته سوم که دوربین های زوم لنز هستند به دلیل پیکسل سایز کوچک و ضعف در سنسور تصویربرداری توصیه می شود که جهت مدلسازی سه بعدی استفاده نگردند.
پس به طور کلی می توان گفت گزینه مناسب جهت انتخاب دوربین از لحاظ وزن، دوربین های بدون آینه هستند که با توجه به وزن کمی که دارند، اکثر قابلیت های دوربین های بدون آینه را شامل می شوند.
- قیمت دوربین: توجه کنید که این مورد مسئله ای بسیار مهم در انتخاب دوربین است. سیستمی که شما جهت پرواز و تصویربرداری جمع آوری و یا خریداری می کنید باید در عین داشتن بالاترین کارآیی، از قیمت پایینی برخوردار باشد. این امر بدین دلیل است که اگر به هر دلیلی پرنده شما سقوط کرد حداقل خسارت به تیم شما وارد شود. البته باید درنظر داشت استفاده از دوربین های با کیفیت گران قیمت مستلزم داشتن پرنده ای کاملا امن است که تمامی این موارد باعث افزایش قیمت یک سیستم پروازی می شود.
بطور کلی عوامل زیادی در انتخاب یک دوربین تصویربرداری دخالت دارند، اما مهمترین این موارد در بالا ذکر گردید. علاوه بر این موارد می توان به سنسور سایز دوربین، قدرت پردازشگر دوربین، فرمت های ذخیره سازی تصاویر، قابل برنامه ریزی بودن دوربین، سرعت شاتر، فیلترهای ذخیره سازی تصاویر و دیگر موارد اشاره نمود.
تفاوت اصلی مولتی روتورها و هواپیماهای بال ثابت در چیست؟
به طور کلی می توان مولتی روتورها و هواپیماها را از نظر وزن قابل حمل، مدت زمان پرواز، هدایت پرنده، ارتفاع پرواز و سرعت با یکدیگر مقایسه نمود. اصولا از آنجاییکه مولتی روتورها دارای چند موتور (۴-۶-۸-۱۰ و بیشتر) هستند و همچنین این موتورها در حین عملیات با فشار بالایی در حال انجام کار هستند، مدت زمان کمتری را نسبت به هواپیمای تک موتوره پرواز می کنند. هواپیماهای تک موتوره به دلیل داشتن تنها یک موتور و استفاده از بال خود در حین پرواز، مداومت پروازی بالایی دارند. با توجه به تعداد موتورها و باطری استفاده شده در مولتی روتورها، وزن قابل حمل می تواند متغیر باشد. اما در هواپیما با افزایش طول بال می توان وزن بیشتری را با مدت زمان پروازی بالا حمل نمود.
نکته بسیار مهم در بحث پهپاد فتوگرامتری، هدایت پرنده و یا خلبانی پرنده است. هدایت مولتی روتورها ساده تر و هواپیماها به مراتب دشوارتر است. همین امر سبب گردیده که بیشتر فعالان این حوزه از مولتی روتورها جهت تصویربرداری استفاده نمایند. اما شایان ذکر است که با بکارگیری قطعه خلبان خودکار در پرنده، می توان پرواز امن تری را انجام داد. دقت شود که همیشه داشتن اتوپایلوت به معنای انجام یک پرواز کاملا امن نیست. پرنده های مختلف که محصول شرکت های مختلفی هستند بحث اپراتوری پرواز را با کیفیت های گوناگونی حل می کنند. هرچند که داشتن یک اتوپایلوت قوی جهت ناوبری هواپیما بسیار ضروری است، اما جهت نشست و برخاست پرنده بهتر است اپراتور پرواز دارای مهارت مناسبی باشد. علاوه بر این موارد از مولتی روتورها بعلت نشست و برخاست بصورت عمود می توان در مناطق شهری استفاده کرد، اما هواپیما جهت نشست و برخاست احتیاج به باند و یا محوطه ای وسیع جهت اوج گیری دارد که همین امر سبب می شود از این مدل پرنده ها نتوان به سهولت در مناطق شهری استفاده نمود.
یکی دیگر از تفاوت های مولتی روتورها و هواپیما سرعت و ارتفاع پرواز پرنده است. با توجه به ساختار فیزیکی این پرنده ها می توان گفت که از هواپیما جهت سرعت بیشتر و ارتفاع پرواز بالاتر می توان به خوبی استفاده نمود. البته همیشه سرعت بالا مناسب نیست، اما در برخی موارد ارتفاع بالا (بیشتر از ۲۰۰متر) جهت تسریع در امر تصویربرداری لازم و ضروری است. عمودپروازها توانایی پرواز طولانی در ارتفاع بسیار زیاد را ندارند و در کل هرچند که موتورهای پرنده هم قوی باشد به صلاح نیست که از مولتی روتورها جهت تصویربرداری طولانی مدت در ارتفاع زیاد استفاده نمود.
از چه نوع GPS ای می توان در این سامانه بهره جست؟
استفاده از GPS بصورت کلی می تواند در افزایش سرعت توجیه نسبی تصاویر کمک کند. به همین دلیل استفاده از یک GPS معمولی کافی است. اما اگر از GPSهای دوفرکانسه استفاده شود، این امر باعث بالا رفتن دقت توجیه نسبی شده و بطور قابل ملاحظه ای نیاز به نقاط کنترل زمینی را کاهش می دهد.
برد پرنده های مورد استفاده تا چه میزان است؟
توجه شود که برد پرنده های بدون سرنشین به میزان برد آنتن های ارسال و دریافت امواج نصب شده بر روی آنها بستگی دارد. یک پرنده با یک مشخصه ثابت می تواند تا هر مسافتی در صورت داشتن باطری پرواز نماید. کنترل این پرنده توسط آنتهای مخابراتی است که بر روی پرنده نصب شده است. هرچه برد این آنتن ها بیشتر باشد برد پرنده هم بیشتر است.
دقت روش پهپاد فتوگرامتری تا چه حد است؟
یکی از مهمترین سوالاتی که اکثر دوستان از بنده می پرسند این است که با استفاده از این سامانه به چه دقتی می توان رسید؟! مقیاس نقشه های تهیه شده چقدر است؟ دقت مسطحاتی و ارتفاعی چقدر است؟ و از این قبیل سوالات.
توجه شود که مهمترین پارامتر در دقت روش پهپاد فتوگرامتری به ویژگی های دوربین و فاصله آن تا زمین بر می گردد. برخی از همکاران دقت هایی را بیان می کنند که باعث فریب افراد تازه کار می شود. برای مثال اشاره به دقت ۱ سانتیمتر مسطحاتی دارند، که این فرمایشی بسیار اشتباه است. با توجه به مطالبی که در ادامه عرض خواهم کرد دلیل این صحبت بنده را درک خواهید کرد اما اگر این صحبت درست باشد باید پرسید در چه ارتفاع پروازی به دقت ۱ سانتیمتر رسیده اید؟! پاسخ شاید ارتفاع پرواز ۵۰ متر باشد. توجه کنید که با ارتفاع پرواز ۵۰ متر مدت زمان پرواز شما بصورت قابل توجهی افزایش یافته و این امر باعث عدم به صرفه بودن پروژه می گردد. بصورت تجربی و بطور میانگین همه فعالان در این حوزه با دقت های ۵ سانتیمتر مسطحاتی و ۱۰ الی ۱۵ سانتیمتر ارتفاعی در ارتفاع پرواز ۱۰۰ تا ۱۵۰ متر متفق القول هستند.
علاوه بر موارد بالا، عوامل دیگری در رسیدن به دقت مناسب دخیل هستند که در زیر به اجمال به آنها اشاره خواهد شد:
- طراحی پرواز شامل پوشش تصاویر و میدان دید دوربین و ارتفاع پرواز
- کیفیت هندسی و رادیومتریک دوربین
- دقت، تعداد و پراکندگی نقاط کنترل زمینی و مشاهدات کمکی
- دقت مثلث بندی
- دقت و کیفیت ابر نقطه
- کیفیت ساخت ارتوفتو
- تجربه عامل تبدیل و ترسیم
پاسخ به این سوال را در یک جمله خلاصه می کنم: در صورت استفاده اصولی از سامانه پهپاد فتوگرامتری، می توان به دقت های قابل قبول و استاندارد نقشه های بزرگ مقیاس دست یافت.
مطالب مرتبط:
