نقشه برداری از تپه های عظیم شن و ماسه

مهندسین عمران Wohnrade برای دست یابی به خروجی های سطح بالا، نرم افزارهای صنعتی را با DroneDeploy در آمیخته اند

پارک ملی تپه های عظیم شن و ماسه ای، خاستگاه مرتفع ترین تپه ها در آمریکای شمالی و یکی از پیچیده ترین سیستم های تپه ماهوری در جهان است. کارمندان پارک به عنوان بخشی از کار پژوهشی و پایشی خود، باید به پیگیری چگونگی تغییر مکان تپه ها در فاصله سال های متوالی بپردازند. از آنجایی که این منطقه بر اساس قوانین فدرال در زمره مناطق حفاظت شده است، رانندگی با هر گونه وسایل نقلیه روی تپه ها مجاز نیست. تمامی اندازه گیری های زمینی باید بطور کامل با پای پیاده انجام شود، و با در نظر گرفتن اینکه مرتفع ترین تپه ۷۷۵ فوت اندازه گیری شده است، یک نقشه برداری زمینی کامل از یک منطقه کاملاً پوشیده شده با شن تقریباً غیر ممکن است. نقشه برداری پهپادی، در ترکیب با نرم افزارهای مهندسی عمران، امکان نقشه برداری مکانی از تپه های شنی را فراهم نموده و برای محققین مجموعه داده هایی با کیفیت بالا را تهیه می کند.

شرکت Wohnrade Civil Engineers Inc با هدایت مهندس ارشد Mary Wohnrad از ۱۸ ماه قبل به کارگیری پهپاد را در پروژه های خود آغاز کرده است. این شرکت برای تهیه نقشه های هوایی دقیق، خروجی های DroneDeploy را با مجموعه نرم افزاری Autodesk و سایر نرم افزارهای مهندسی دیگر در آمیخته است. این شرکت، این اطلاعات را برای ارائه دامنه ای از خدمات تخصصی شامل بازدید مقدماتی از سایت، مدل های ارتفاعی رقومی، نقشه های توپوگرافی و محاسبات حجمی به مشتریانش، به کار می گیرد.

Mary در یک اتحادیه بازرگانی به نام UAS Colorado که از بکارگیری UAVها در خدمات تخصصی حمایت می کند، عضویت دارد. در این گروه بود که او در ارتباط با امکان نقشه برداری از تپه های شنی اطلاعاتی را کسب کرد. در اکتبر ۲۰۱۶، Mary و گروهش با استفاده از نقشه برداری پهپادی یک عملیات نقشه برداری توپوگرافی هوایی از تپه ها را به انجام رساندند.

پهپادها دسترسی به زمین های صعب العبور را فراهم می آورند

مانند تمام تپه های شنی دیگر، تپه های پارک ملی نیز با وزش باد تغییر مکان یافته و کوچ می کنند. به عنوان بخشی از تحقیقات جاری در ارتباط با زمین شناسی و زیست بوم این پارک، محققان داده های سالانه جابجایی این عارضه طبیعی را ثبت می کنند. ولی، از آنجایی که زمین های صعب العبور، انجام کامل نقشه برداری زمینی را اگر نه غیر ممکن، بی نهایت طولانی می کنند، تیم تحقیقاتی در گذشته به اندازه گیری های دستی نقاط منتخب روی تپه ها اکتفا نموده اند. در سال ۲۰۱۱ تمام پارک به عنوان بخشی از پروژه بزرگتر نقشه برداری زمین شناسی آمریکا که به دنبال نقشه برداری از دره San Luis در کلرادو بوده، با یک هواپیمای مجهز به Lidar نقشه برداری شده است. اگرچه با مستثنی نمودن این فرصت خاص، تیم تحقیقاتی در طول این سال ها به یک GPS دستی برای اندازه گیری سالانه دوازده شاخص پراکنده شده در اطراف تپه اصلی اکتفا نموده اند.

کارکنان پارک، به دنبال راهی برای جمع آوری داده های سالانه دقیق و جامع، به UAS Colorado مراجعه کردند و این اتحادیه آنها را با Mary Wohnrade و تیم مهندسی اش آشنا نمود. WCE یک قطعه یک مایل مربعی از زمین تپه ماهوری با مرکزیت مرتفع ترین تپه در گروه که Star نام دارد، را نقشه برداری کردند.

معمولاً آئین نامه ها پرواز پهپادها در پارک های ملی را ممنوع می کنند، اما Constantin Diehl از اتحادیه UAS Colorado تحقیقات علمی را از این قاعده مستثنی نموده و برای اخذ مجوزهای لازم برای انجام آن از NPS اقدام کرد. Mary و گروهش با استفاده از یک Swift Trainer با بال های ثابت که مجهز به زیرساخت و سامانه مدیریت پرواز سفارشی عملیاتی شده توسط Jack Elston از شرکت Black Swift Technologies است، بر فراز منطقه پرواز کردند. آنها از یک پوشش ۷۵/۷۵ استفاده کردند و ۱۷۵۵ تصویر بدست آوردند. منطقه یک مایل مربعی تحت پرواز شرایط بادی ملایمی داشت و پرواز ۲ ساعت و نیم به طول انجامید. زمان پرواز طولانی تر از حد معمول بود، چرا که مجوزهای خاص اخذ شده تاکید داشتند که آنها نمی توانند پهپاد را درون محدوده پارک به پرواز درآورده یا به زمین بنشانند، بنابراین آنها مجبور بودنند عملیات را از نقطه ای در ۵ کیلومتری منطقه مورد نظر (AOI) راه اندازی کنند.

Jack Elston از شرکت BST پهپاد SwiftTrainer بال ثابت را راه اندازی کرده و Brendan Thompson از WCE وضعیت سامانه را پایش می کند.

داده های DroneDeploy با نرم افزارهای مهندسی ادغام می شوند

پس از پرواز بر فراز منطقه مورد نظر، قدم بعدی Mary بدست آوردن ابر نقطه برای وارد کردن به نرم افزار مهندسی بود. در ابتدا، او تصاویر و نقاط کنترل زمینی اش را برای پردازش به دو شرکت ارائه کننده خدمات در حوزه نقشه برداری با پهپاد، ارسال کرد.

او در مورد آن دو شرکت ارائه کننده خدمات در حوزه نقشه برداری با پهپاد می گوید: “خروجی های DroneDeploy بهترین بودند، بنابراین ما آنها را در اختیار کارمندان پارک ملی قرار دادیم.

ابر نقطه ای با قدرت تفکیک بالای تولید شده در DroneDeploy در بر دارنده بیش از ۱۴۵ میلیون نقطه بود و مقدار قابل توجهی داده را برای کار در اختیار او قرار می داد. Mary از ابر نقطه ای تهیه شده با پهپاد به عنوان مبنای گردش کار چند مرحله ای ای که در بردارنده چندین برنامه نرم افزاری مهندسی بود، استفاده کرد. محصول نهایی یک نقشه توپوگرافی بینهایت دقیق با منحنی میزان های یک فوتی و یک تصویر ارتوموزائیک زمین مرجع شده با قدرت تفکیک بالا بود. او یک شیپ فایل برای بکارگیری در نرم افزار ArcGIS را نیز در اختیار محققین پارک قرار داد.

مدل رقومی زمین با منحنی میزان های ۱ فوتی، تولید شده در AutoDesk

علاوه بر شیپ فایل، محققین پارک یک نقشه ارتوموزائیک، ابر نقاط سه بعدی و مدل ۳ بعدی را نیز درخواست نمودند. Mary مدل سه بعدی را مستقیماً از داشبورد DroneDeploy خروجی گرفت.

مدل های سه بعدی از تپه ها

نقشه برداری با UAV نسبت به روش های سنتی، صرفه جویی متوسط ۴۰ درصدی را  برای مشتریان به دنبال دارد

نقشه برداری زمینی، خصوصاً در مقایسه با فناوری پهپاد، همیشه یک پروسه طولانی بوده است. با بکارگیری پهپاد، می توان پروسه دو یا سه روزه جمع آوری داده های زمینی را به چند ساعت تقلیل داد. اگرچه تپه های شنی عظیم هیچ گاه از طریق روش های زمینی نقشه برداری نشده اند، براحتی می توان ادعا نمود که با توجه به عدم دسترسی به منطقه، این پروسه می توانست زمانی طولانی تر از چند روز را صرف نماید. چنان که یک گروه دو نفره از WCE، تنها برای مستقر کردن ۷ نقطه کنترل زمینی قابل حمل، ۸ ساعت زمان صرف کردند.

از آنجایی که هیچ گاه نقشه برداری زمینی کاملی در این سایت انجام نشده است، محاسبه دقیق هزینه صرفه جویی شده در پروژه پهپادی امکان پذیر نیست. اگرچه، WCE صرفه جویی در سایر پروژه های نقشه برداری را تحلیل کرده اند و به این نتیجه رسیده اند که نقشه برداری های هوایی بدون دخالت انسان نسبت به روش های سنتی نقشه برداری، بطور متوسط ۴۰ درصد در هزینه های مشتریان صرفه جویی نموده اند.

اینفوگرافیک از Mary Wohnrade

نتایج با قدرت تفکیک بالا ممکن است منجر به کشفیات جدید شوند

کارمندان تیم تحقیاتی از نتایج حاصل بسیار رضایت داشتند و طبق گفته آنها، “این قطعاً بهترین عکسبرداری هوایی از تپه ها تاکنون بوده است!” و “دقت حاصل از نقشه برداری شما تحسین برانگیز است.”

آنها از مدل رقومی زمین به عنوان مبنای پایش تغییرات تپه های شنی در گذر زمان استفاده خواهند کرد. و حتی در این مراحل اولیه، باور دارند که ممکن است از طریق سایر نقشه هایی که Mary در اختیار آنها قرار داده است، کشفیات تازه ای حاصل شود.با داشتن نقشه ارتوموزائیک، محققین عوارض خطی ای در دامنه تپه ها را تشخیص داده اند که پیش از این هرگز مورد توجه آنها قرار نگرفته بودند.

همانگونه که گردش کار مهندسی عمران در WCE نشان می دهد، نقشه برداری پهپادی، در ترکیب با نقاط کنترل زمینی کافی، زیربنای انجام نقشه برداری های هوایی بسیار دقیق را فراهم می سازد. این روش نقشه برداری نه تنها صرفه جویی قابل توجهی در زمان و هزینه می کند، بلکه امکان جمع آوری داده از زمین های صعب العبور را فراهم کرده و اطلاعات با دقت تفکیک بسیار بالاتری را نسبت به داده های جمع آوری شده با پای پیاده در اختیار محققین قرار می دهد.

منبع: blog.dronedeploy.com