نقاط کنترل زمینی (Ground Control Points = GCPs) چه هستند و چطور باید آنها را بکار گرفت؟

راهنمایی برای استفاده از نقاط کنترل زمینی (Ground Control Points) در نرم افزار نقشه برداری پهپادی (Drone Mapping Software)

اگر با نرم افزار نقشه برداری پهپادی کار می کنید، بدون شک در مورد نقاط کنترل زمینی (GCPها) چیزهایی شنیده اید. GCPها که غالباً در صنعت نقشه برداری، طراحی مجازی و ساخت و ساز مورد استفاده قرار می گیرند، دقت کلی نقشه های پهپادی را بطور فوق العاده ای افزایش می دهند. اگرچه، استفاده از GCPها در هر شرایطی الزامی نیست، آنها ابزاری حیاتی برای نقشه برداری دقیق هستند. ولی نقاط کنترل زمینی دقیقاً چه هستند؟ و چطور باید آنها را به درستی به کار گرفت؟

برای کمک به کشف رموز مرتبط با نقاط کنترل زمینی، ما این راهنمای کوتاه را برای بکارگیری GCPها در نرم افزار نقشه برداری پهپادی گرد آورده ایم.

نقاط کنترل زمینی چه هستند؟

خب، نقاط کنترل زمینی دقیقاً چه هستند؟ نقاط کنترل زمینی تارگت های علامت گذاری شده بزرگی روی زمین هستند که بطور استراتژیک در منطقه مورد نظر شما استقرار یافته اند. اگر از نقاط کنترل زمینی به همراه نقشه هوایی خود استفاده می کنید، نیاز دارید که در ابتدا مختصات RTK GPS مرکز هریک آز آنها را تعیین کنید. (بعداً چگونگی انجام این کار را توضیح خواهیم داد). سپس نقاط کنترل زمینی و مختصات آنها را برای کمک به نرم افزار نقشه برداری پهپادی در تعیین موقعیت نقشه شما نسبت به جهان واقعی اطرافش، به کار می گیریم.

فرض GCPها به عنوان پونزهایی که روی نقشه پهپادی شما نصب شده است، می تواند مفید واقع شود. از آنجایی که نرم افزار نقشه برداری پهپادی موقعیت مکانی دقیق هر یک از این “پونزها” را می داند، می تواند در هنگام منطبق ساختن سایر نقاط روی نقشه، آنها را به عنوان مرجع به کار گیرد.

یک نقطه کنترل زمینی یک تارگت علامت گذاری شده بزرگ روی زمین است، که بطور استراتژیک در منطقه مورد نظر شما استقرار یافته است. در این نقشه، شرکت نقشه برداری Landpoint روش سنتی نقشه برداری زمینی را دور زده و با بکارگیری GCPها در نقشه پهپادیشان، بیش از ۸۰ نفر ساعت صرفه جویی نموده اند.

GCPها چه زمانی و چرا مهم هستند؟

اگر نقاط کنترل زمینی به درستی مورد استفاده قرار گیرند، می توانند دقت کلی نقشه های پهپادی شما را بطور فوق العاده ای بهبود بخشند. این به این علت است که آنها به کسب اطمینان از اینکه طول و عرض جغرافیایی هر نقطه روی نقشه دقیقاً متناظر با مختصات GPSای واقعی آنهاست، کمک می کنند. این در موقعیت هایی که نقشه برداری دقیق و صحت کلی حقیقی مورد نیاز است، دارای اهمیت است. همانطور که پیشتر اشاره کردیم، شرکت های نقشه برداری عموماً از GCPها استفاده می کنند، چرا که سطح بالایی از دقت کلی در بسیاری از کارهایی که انجام می دهند دارای اهمیت است. طراحی مجازی و ساخت و ساز بخش های دیگری هستند که غالباً به این سطح از نقشه برداری پهپادی دقیق نیاز دارند.

شرکت نقشه برداری Landpoint در لوئیزیانا، برای ایجاد نقشه های توپوگرافی از نقشه های پهپادی، از GCPها استفاده می کند. تیم آنها یک نقشه برداری هوایی دقیق را با استفاده از GCPها در یک نقشه ۸۵ جریبی، انجام داده و بیش از ۸۰ نفر ساعت نسبت به روش های سنتی نقشه برداری زمینی صرفه جویی نموده اند.

هر پروژه نقشه برداری پهپادی منحصر به فرد است، و تمامی پروژه ها به یک سطح بالای دقت کلی نیاز ندارند. به همین خاطر، این مهم است که پیش از آنکه تصمیمی مبنی بر هر برداشتن قدمی اضافی برای بکارگیری GCPها، هر پروژه را بصورت منفرد ارزیابی شود. اما اگر بطور کلی صحبت کنیم، پروژه هایی نظیر هم پوشانی لایه های زمین مرجع شده، اسناد طراحی و نقشه برداری املاک، از مزایای استفاده از نقاط کنترل زمینی بهره می برند. در یک پست بعدی، نگاه عمیق تری به هریک از انواع پروژه هایی که بیشتر مناسب استفاده از GCPها هستند، خواهیم داشت.

چطور یک نقطه کنترل زمینی بسازیم؟

یک راه درست برای ساخت یک نقطه کنترل زمینی وجود ندارد. چیز مهمی که باید به یاد داشته باشیم این است که GCP باید به آسانی در تصاویر هوایی شما قابل دیدن باشد. این از طریق رنگ های دارای تضاد بسیار و کسب اطمینان از اینکه نقطه کنترل زمینی به قدر کافی بزرگ هست تا از ارتفاع بخصوص در نظر گرفته شده برای پرواز قابل دیدن باشد، قابل دستیابی است. ما معمولاً پرواز در ارتفاع ۳۰۰ فوت و با پوشش های طولی و عرضی ۷۰/۷۵ را در هنگام بکارگیری نقاط کنترل زمینی توصیه می کنیم. به یاد داشته باشید که این تنظیمات بسته به ناحیه ای که در حال تهیه نقشه از آن هستید می توانند تغییر یابند. با مطالعه پست اخیر ما در ارتباط با دقت نقشه برداری و مروری بر اسناد پشتیبانی GCPها در این مورد بیشتر بیاموزید.

تعدادی از شرکت ها نقاط کنترل زمینی قابل حمل پیش ساخته را به فروش می رسانند. اگرچه، بسیاری از کاربران پهپادها به سادگی نقاط خودشان را طراحی می کنند.

این GCP با ساختار مناسب از طریق اسپری کردن رنگ روی آسفالت و با استفاده از یک شابلون ترسیم شده است. توجه کنید که علامت باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا از فواصل دور قابل دیدن باشد. یک علامت مرکزی به حذف هر ابهامی در ارتباط با موقعیت نقطه مرکزی کمک می کند.

اگر امکان مشخص کردن GCPها با رنگ را ندارید، روش های ارزان قیمت گوناگونی برای ساختن علامت با استفاده از اقلام موجود در هر ابزار فروشی محلی وجود دارد. خط کش مقاوم در برابر تغییرات آب و هوایی و علائم پلاستیکی چیزی حدود ۵ دلار هزینه خواهند داشت و بسیار بادوام هستند.

اندازه گیری موقعیت مکانی GCPها

همانطور که در بالا اشاره کردیم، اندازه گیری مختصات مرکز هر نقطه کنترل زمینی از اهمیت بسیاری برخوردار است. به این منظور، به یک گیرنده GPS کینماتیک آنی (RTK) و یا کینماتیک پسا پردازشی (PPK) نیاز دارید. محصولات Leica  و Trimble معمولاً برای اندازه گیری های GPSای دقیق مورد استفاده قرار می گیرند. البته گزینه های جدید ارزان قیمت دیگری نیز اکنون در بازار موجودند. به خدمت گرفتن یک نقشه بردار برای تعیین موقعیت نقاط کنترل زمینی شما هم می تواند یکی از گزینه ها باشد.

از تلفن همراه و یا تبلت خود برای اندازه گیری موقعیت مکانی نقاط کنترل زمینی استفاده نکنید. دقت این وسایل مشابه دقت GPS سوار شده روی پهپاد است و ختم به نتایج دقیقی نخواهد شد. از یکی از روش های ارائه شده در بالا استفاده نظیر یک گیرنده RTK یا PPK استفاده کنید.

حداقل ۴ GCP را در اطراف منطقه مورد نظرتان توزیع کنید و از ساخت منطقه حریمی بین ۵۰ تا ۱۰۰ فوت در اطراف هریک اطمینان حاصل نمایید.

بهترین نکات در ارتباط با بکارگیری نقاط کنترل زمینی در نرم افزار نقشه برداری پهپادی

البته که اگر نقاط کنترل زمینی را به همراه نرم افزار نقشه برداری پهپادی به کار می گیرید، استفاده درست از آنها بسیار مهم است. این نکات را مطالعه کنید تا از اینکه GCPهای شما اهداف از پیش تعیین شده را محقق ساخته و دقت نقشه شما را بهبود می بخشند، اطمینان حاصل کنید.

حداقل از ۴ GCP بزرگ استفاده کنید: DroneDeploy به حداقل ۴ نقطه کنترل زمینی نیاز دارد. اندازه هر یک باید حداقل ۴ فوت باشد. برای نقشه های بزرگتر معمولاً به بیش از ۱۰ نقطه احتیاجی نخواهد بود.

GCPها را روی زمین بطور یکنواخت توزیع نمایید: برای بیشتر نقشه ها با اندازه متوسط، ما ۵ GCP را توصیه می کنیم، که همانطور که در شکل بالا مشخص شده است، یکی در مرکز و ۴ نقطه دیگر در هر یک از گوشه ها واقع شده اند. همچنین، برای اجتناب از هر نوع هرج و مرج، مطمئن شوید که نقاط فواصل مناسبی از یکدیگر دارند. به عنوان یک قانون کلی، اگر قادر به دیدن بیش از یک GCP در هر تصویر باشید، این به آن معناست که نقاط زیاده از حد به هم نزدیکند.

یک منطقه حریم در اطراف محیط نقشه ایجاد کنید: توصیه می کنیم که یک منطقه حریم بین لبه نقشه و هر نقطه کنترل زمینی در نظر بگیرید. این کمک می کند که مطمئن شوید پوشش تصویری کافی برای انجام پردازش ها وجود دارد. بسته به هم پوشانی پروازی شما، اندازه منطقه حریم باید چیزی در حدود ۵۰ تا ۱۰۰ فوت باشد. یک هم پوشانی بیشتر تصاویر بیشتری را تولید کرده و معمولاً به منطقه حریم کوچکتری نیاز دارد.

حواستان به تغییرات ارتفاعی باشد: اگر منطقه تحت نقشه برداری تغییرات ارتفاعی قابل توجهی داشته باشد، نظیر تپه ها، معادن و دره ها، مطمئن شوید که حداقل یک نقطه کنترل زمینی را در هر یک از ارتفاعات اصلی مختلف قرار می دهید.

مطمئن شوید که دید به GCPهای شما مسدود نباشد: موانع بصری نظیر پیش آمدگی ها، برف، سایه و یا درخشندگی، شناسایی نقاط کنترل زمینی روی نقشه پهپادی شما را مشکل می سازد.

کد EPSG خود را بدانید: پیش از آنکه نقشه خود را در DroneDeploy پردازش کنید، باید کد EPSG مرتبط با اندازه گیری های GPS خود را وارد کنید. کد EPSG را با تغییر تنظیمات دستگاه اندازه گیری GPS خود انتخاب کنید. در بسیاری از موارد، ما استفاده از WGS84 را توصیه می کنیم (EPSG:4326).

توجه کنید که چطور GCP قرار گرفته در مرکز در یک منطقه با سایه شدید واقع شده و تقریباً روی نقشه آن را غیر قابل دیدن می کند.

منبع: blog.dronedeploy.com