Если у вас стоит задача по оперативному картографированию, съемке газопроводов, нефтепроводов или ЛЭП для определения их состояния - наши специалисты быстро и в оговоренный срок выполнят для вас эту работу в любом месте Российской Федерации. На наших беспилотных самолетах установлена высококачественная зеркальная фотокамера с разрешением 24 мегапикселей, тепловизор с разрешением 640*480 пикселей и видеокамера с HD разрешением с десятикратным зумом, которые позволяют выполнять плановую и перспективную аэрофотосъемку. Для выполнения работ наша организация заключает с Заказчиком договор на оказание услуг по аэрофотосъемке. Для работ высокой точности на БПЛА установлен двухчастотный GPS/ГЛОНАСС - приёмник, использующий большинство передовых GPS/ГЛОНАСС - технологий, и способный следить за спутниками даже при затрудненных условиях окружающей среды.
И, конечно же, мы готовы обработать полученные материалы для подготовки фотоплана, фотосхемы или выполнить дешифрование.
Пример ортофотоплана площадью 14км*14км, снято с высоты 1.5 км с БПЛА Supercam-350 за один день
Сущность аэрофотосъемки
Аэрофотосъемка местности - это комплекс работ, включающий различные процессы от фотографирования земной поверхности с летящего самолета до получения аэрофотоснимков, фотосхем или фотопланов снятой местности. В него входят:
1. подготовительные мероприятия, заключающиеся в изучении местности, которая подлежит фотографированию, подготовке карт, проектировании маршрутов полетов самолета и в производстве расчета элементов аэрофотосъемки;
2. собственно летно-съемочные работы или фотографирование земной поверхности при помощи аэрофотоаппаратов;
3. фотолабораторные работы по проявлению снятой пленки и изготовлению позитивов;
4. геодезические работы по созданию на местности геодезической основы, которая необходима для исправления искажений аэроснимков, возникших в процессе аэрофотосъемки, привязки аэроснимков и для составления фотосхем и фотопланов;
5. фотограмметрические работы, которые проводятся как в полевом, так и камеральном периодах, и связаны с обработкой аэрофотоснимков для составления планов и карт снятой местности.
Все эти процессы тесно связаны один с другим и отчасти взаимно перекрываются. Аэрофотосъемка каждого объекта должна выполняться одной и той же организацией от начала до сдачи окончательной продукции. В результате проведения этих работ изготовляются контактные отпечатки, репродукции с накидного монтажа аэрофотоснимков, фотосхемы или фотопланы, составленные по данным геодезической основы. Все эти аэрофотосъемочные материалы используются в дальнейшем для решения целого ряда вопросов в области лесного хозяйства и лесной промышленности.
История аэрофотосъемки местности
Беспилотная аэрофотосъемка, как, впрочем, и сама история, развивается по спирали: в 1858 выполняя полет на воздушном шаре над Парижем, Гаспар Феликс Турнашон сделал первый в мире аэрофотоснимок, а уже в 1887 году французский фотограф Артур Батут разработал и выполнил первую беспилотную аэрофотосъёмку с помощью воздушного змея. Затем в аэрофотосъемке бурно развились идеи беспилотной авиации, что вылилось в запатентованный «Способ и средства для фотографирования пейзажей сверху» с помощью почтовых голубей немецкого аптекаря Юлиуса Нойброннера. Причем этот метод действительно широко применялся во время Первой Мировой войны. И только 24 апреля 1909 г. случилось "Первое использование кинокамеры, вмонтированной в летательный аппарат тяжелее воздуха" при съёмках короткометражного немого киноролика «Уилбур Райт и его самолёт». В настоящее время аэрофотосъемка делает очередной виток своей истории, становясь опять беспилотной.
Плановая и перспективная беспилотная аэрофотосъемка местности
При плановой съемке камера направлена вертикально вниз, под прямым углом к поверхности земли. На снимках мы видим плоскую картину (ортогональная проекция), напоминающую изображение на географических картах. При этом виде аэрофотосъемки мы можем определить взаиморасположение объектов на плоскости без учета их высот. При фотографировании объектов недвижимости мы можем видеть те части сооружений, которые направлены вверх (крыши). Такой вид съемки в основном используется для создания фотопланов. Аналогичный продукт может быть получен с использованием спутниковой и традиционной аэрофотосъемки.
При перспективной (обзорной) съемке камера направлена под углом к горизонту. Такой вид съемки невозможен для спутников и традиционной "большой авиации". При перспективной аэрофотосъемке на снимках мы видим объемную картину (аксонометрическая проекция): не только крыши сооружений, но и боковые поверхности (стены). Таким образом, мы можем судить не только о взаиморасположении объектов на плоскости, но и об их форме. Кроме того, при перспективной съемке мы можем определить высоту объектов относительно друг друга. При определенных углах перспективной съемки в кадре может присутствовать линия горизонта. В этом случае мы получаем возможность увидеть на одном снимке то, как участок или сооружение вписаны в окружающий ландшафт и их взаиморасположение с отдаленными объектами (дальние объекты, леса, водоемы, населенные пункты). На основе нескольких перспективных снимков, сделанных с поворотом камеры вокруг вертикальной оси, могут быть собраны панорамные снимки, включая полные 360-градусные круговые панорамы. Создание аэрофотопанорам возможно только при использовании специально оборудованного дистанционно управляемого вертолета, способного надолго зависать на определенной высоте, пока проводится съемка смежных кадров.
Этапы аэрофотосъемочных работ
Опыт, накопленный в области применения аэрометодов при изысканиях, показывает их исключительную эффективность по сравнению с традиционными методами сбора информации как в части значительного снижения трудоёмкости и сокращения сроков изысканий, так и в части широты охвата различных видов информации, необходимой для проектирования. Аэроизыскания выполняют в три этапа: подготовительный, полевой и камеральный.
В подготовительный период осуществляется сбор имеющейся на район изысканий топографической информации и материалов аэросъёмок прошлых лет, на основании которых обосновывают полосу варьирования конкурентоспособных вариантов трассы и составляют проект производства аэросъёмочных, полевых и камеральных аэрофотогеодезических работ.
В полевой период производят: наземные геодезические работы по созданию планово-высотного обоснования аэросъёмок; закрепление и маркировку точек опорной сети; различные виды аэросъёмочных работ, привязку и дешифрирование аэрофотоснимков. Важным видом аэрогеодезических изысканий является дешифрирование - выявление (обнаружение и опознавание) и раскрытие содержания (познания) различных объектов и элементов местности по их изображениям на снимках, их качественных и количественных характеристик, своеобразных свойств и особенностей.
В камеральный период выполняют полную обработку результатов геодезических измерений, фотограмметрическое сгущение геодезического съёмочного обоснования методами аналитической фототриангуляции, стереофотограмметрические работы по получению информации о рельефе и изготовлению топографических планов и цифровых моделей местности (ЦММ) в единой системе координат.
Оборудование для беспилотной аэрофотосъемки
Как правило, современные операторы беспилотных самолетов используют в своей ежедневной работе небольшой, размахом до 3 м, беспилотный самолет с обычной, бытовой или студийной, фотокамерой на основе ПЗС матрицы. Наиболее популярны "мыльницы" Samsung, Sony, Pentax. Фотографии с таких устройств годятся в целом для составления планов и схем. Аэрофотоснимки значительно более высокого качества дают зеркальные фотоаппараты - здесь лидерами и стандартом являются Canon 550D и его старший товарищ Canon 5D Mark II. При этом, конечно же, находят применение и большие многообъективные системы.
Летно-съемочные работы, выполняемые фотоаппаратом на основе матричного сенсора (ПЗС - матрица), больше напоминают традиционный аналоговый метод аэрофотосъёмки, когда все элементы матрицы одновременно экспонируются. В этом методе внутрипиксельная геометрия известна и строго определена. В матричной технологии в настоящее время проблема в том, что большие матричные решётки сложны в изготовлении. Поэтому комбинируют: делают большие по площади решётки из нескольких маленьких по площади. Например, из четырёх. Четырех-линзовый объектив формирует четыре отдельных изображения, которые трансформируют в центральную проекцию и автоматически стыкуют. Такие снимки обрабатываются по существующим программам аналитической обработки.
Второй главной частью, причем не менее важной, является система определения положения БПЛА/фотокамеры в пространстве. В простейшем случае это обычный малогабаритный GPS приемник с антенной, например Ublox. В настоящее время Российские производители комплексов с БЛА практически повсеместно переходят на приемники сигналов систем спутникового позиционирования совмещенного типа GPS/Глонасс. К сожалению, и они не могут обеспечить требуемую точность. Поэтому в более дорогих и серьезных аппаратах устанавливается дополнительный высокоточный приемник GPS, который позволяет при постобработке сырых данных определить координаты центра снимка с точностью до 5-10 см.
А если этот приемник использовать вместе с наземными базовыми GPS станциями, то точность привязки кадров к координатам вырастет до ошеломляющих!!! 5 см. Для выполнения съемки создаются базовые GPS-станции, данные которых используются для вычисления дифференциальных поправок при определении траектории летательного аппарата. Для определения траектории летательного аппарата и уточнения угловых данных инерциальной системы применяется метод совместной обработки GPS-данных и данных инерциальной системы. Привязка снимков к координатам, как правило, выполняется при помощи программ, написанных специально под конкретный тип приемника и БЛА. Применение такого метода расчета повышает точность определения как угловых параметров, так и местоположения.
Точность GPS/Глонасс навигации и особенности систем автоматического управления БПЛА позволяют достигать следующих параметров при полете по маршруту аэрофотосъемки:
Поперечное смещение от оси маршрута — ± 10 м;
удержание БПЛА на заданной высоте — ± 15 м;
расстояние от запроектированного центра фотографирования до точки срабатывания затвора фотоаппарата — ± 5 м;
изменение угла крена БПЛА на маршруте между двумя снимками — 10°;
изменение угла тангажа БПЛА на маршруте между двумя снимками — 6°.
Технология
Результатом цифровой аэрофотосъёмки местности являются цифровые аэрофотоснимки, а также зафиксированные в полете элементы внешнего ориентирования (линейные - Xs, Ys, Zs - координаты центра фотографирования; угловые - α, β, γ - ориентирование камеры относительно осей координат).
В соответствии с законами центрального проектирования, по которым строится изображение местности, аэронегатив (аэроснимок) содержит ряд искажений, величины которых определяются углом наклона оптической оси аэрофотоаппарата и колебанием рельефа местности. Устранение этих искажений осуществляется в процессе их компьютерной фотограмметрической обработки, и в частности - фотографического или цифрового преобразования, называемого трансформированием. В связи с этим использование аэроснимков без их предварительного трансформирования для картографического (топографического) обеспечения выполняемых работ, в том числе в качестве основы ГИС, ограничивается влиянием указанных искажений.
Показания специальных приборов и оборудования, зафиксированные в процессе аэрофотосъемки, обеспечивают стабилизацию съемочной камеры в полете или последующее определение по ним пространственного положения аэроснимков в абсолютной или относительной системе координат с целью последующего их использования при выполнении фотограмметрических работ и преобразовании аэроснимков в планы и карты. К числу таких приборов относят гироскопы, системы глобального позиционирования, оборудование для определения высоты полета, превышений между центрами фотографирования, а также аэронавигационные системы и др. Наличие указанных данных во многом определяет технологию камеральной обработки материалов аэрофотосъемки, существенно влияет на оперативность, точность фотограмметрических построений и объемы полевых работ по их обеспечению.
Прокладка маршрута
Аэрофотосъемка бывает площадная и линейная, в площадной съемке кроме продольного перекрытия снимков еще необходимо соблюдать и поперечное перекрытие. Исходными параметрами фотосъемки при помощи беспилотника являются требуемое разрешение снимка, разрешение аэрофотоаппарата, угол зрения объектива камеры, величина перекрытия кадров. Из этих данных рассчитывается высота полета, скорость беспилотника и частота срабатывания затвора фотокамеры.
Полет и фотографирование
Во время полета беспилотник в автоматическом режиме рассчитывает свою скорость и частоту срабатывания затвора (скорость кадров) так, чтобы обеспечить заданное перекрытие кадров. Перекрытие снимков с БПЛА отвечает обычным требованиям для аэрофотосъемки и составляет, как правило, 60% кадра. Снимки с БПЛА перекрываются на 60% в продольном перекрытии и на 30% в поперечном перекрытии.
Оперативный просмотр результатов аэрофотосъемки местности. В результате полета формируются набор фотографий и данные телеметрии, которые включают в себя координаты центра фотографирования, а также углы крена, тангажа и курса.
Этапы обработки аэрофотоснимков в фотограмметрическом ПО
1) Создание проекта (имя, система координат, диапазон высот объекта, размещение в системе ресурсов);
3) Импорт ориентирования из метаданных;
4) Внутренне ориентирование (Создание паспорта камеры);
5) Импорт внешнего ориентирования;
6) Формирование накидного монтажа по внешнему ориентированию;
7) Измерение сети (Автомат триангуляции БПЛА, автомат связующих точек с заданными параметрами, измерение опорного обоснования), контроль;
8) Уравнивание сети (вычисление систематики, самокалибровка, контрольные измерения), контроль;
9) Создание ЦМР (облако точек, TIN, структурные линии, матрица высот, горизонтали), контроль;
10) Трансформирование по изображениям, контроль;
11) Работа с ортофотоснимками (порезы, выравнивание яркости, нарезка на листы), контроль;
12) (Опционально) Стереовекторизация для создания 3D карт и 3D моделей;
13) (Опционально) Создание 2D карт.
Существует три вида обработки данных: аффинное преобразование кадров для создания ортофотосхемы равнинных территорий, полное ортотрансформирование кадров для создания ортофотосхемы территорий с выраженным рельефом, полное ортотрансформирование кадров для создания ортофотоплана с выполнением геодезических требований по масштабу.
Аффинное преобразование кадров для создания ортофотосхемы равнинных территорий
Программой определяются общие точки (от 50 до 1200) между каждой парой снимков. После этого решается уравнение, включающее в себя информацию по всем снимкам, для поиска минимума СКО (среднеквадратичного отклонения) между всеми векторами, соединяющими общие точки. Проще говоря, между каждой парой точек натягивается резинка, и все кадры выстраиваются так, чтобы общее натяжение резинок было минимальным. При этом кадр может преобразовываться только афинно, т.е. любая прямая отображается только в прямую.
Ортофотосхемы с беспилотного самолета
Программой определяются общие точки (от 50 до 1200) между каждой парой снимков. После этого решается полное фотограмметрическое уравнение с определением рельефа местности с точностью до 10 пикселей. При этом уточняются координаты центра фотографирования и параметры ориентирования (крен, тангаж, курс).
В соответствии с вычисленными данными проводится ортотрансформирование всех кадров и проецирование результата на плоскость. Привязка к реальным данным проводится по существующим в общедоступных картографических ресурсах данным. Например, по GoogleEarth. Точность этих данных на территории России составляет порядка 6 метров.
Ортофотопланы с БПЛА
Программой определяются общие точки (от 100 до 3000) между каждой парой снимков. После этого решается полное фотограмметрическое уравнение с определением рельефа местности с точностью до 2 пикселей. При этом уточняются координаты центра фотографирования и параметры ориентирования (крен, тангаж, курс) с высокой точностью.
В соответствии с вычисленными данными проводится ортотрансформирование всех кадров и проецирование результата на плоскость. Привязка к реальным данным проводится по результатам наземного обоснования, включающего в себя не менее одной точки на каждые 10 кадров или не менее 10 точек на один ортофотоплан. Половина этих точек используется для привязки, вторая половина для подтверждения требований точности. Точность формирования рельефа при этом соответствует требованиям соответствующего масштаба.
Результатом работы являются файлы формата geotiff с точностью, соответствующей заданному масштабу. Формат geotiff включает в себя два файла - ортотрансформированную аэрофотосъемку и цифровую модель рельефа (DEM - digital elevation model), которые можно открыть в любой ГИС программе, например ArcGis или GlobalMapper. По включенной DEM можно сформировать изолинии рельефа с любым перепадом высот.
3D модель рельефа местности
По результатам аэрофотосъемки выполняется восстановление рельефа по фотографиям с БПЛА. Совместно с DEM возможно выдать рельеф по изолиниям с требуемой точностью. Стандартный формат - векторные линии формата ArcGis, которые импортируются в любую картографическую систему.
Специалисты компании могут выдать результат практически в любом требуемом формате. Для этого нужно указать программу, в которой предполагается использовать результат.
Также возможно осуществить переход в местную систему координат из WGS. При выполнении наземного обоснования мы можем выполнить съемку координат на опознаках ГГС (государственной геодезической сети), тогда работа может сразу выполняться в местной системе координат без преобразования и соответствующей потери точности.
Нынешняя польза от использования беспилотных летающих аппаратов в строительной сфере и шоу бизнесе делает этот вид деятельности очень востребованным. В этой статье, будут затронуты основные направления применения аэрофотосъемки .
О тонкостях аэрофотосъемки
Применение БПЛА , стало доступно небольшим компаниям сравнительно недавно, всего четыре года назад, для проведения съемки с воздуха требовалось нанимать вертолет или дельтаплан, если объект был за городом. Это могли позволить себе далеко не все организации, но на сегодняшний день все изменилось. С появлением БПЛА китайского производства, стоимость проведения съемки с воздуха существенно изменилась. Это связано с тем, что с воздуха стала осуществляться с относительно недорогих радиоуправляемых коптеров . Естественно, на рынке сразу появились компании, которые предлагают услуги по фото и видеосъёмке. Условно можно выделить два направления съемки, с лёгкого квадракоптера и тяжёлого гексакоптера. (или октокоптера, отличие в количестве моторов). Маленькие квадракоптеры , чаще всего серии DJI Phantom, используют для аэросъемки отчетной направленности. В результате получаются фотографии разрежением 4000 пикселей по большей стороне или 12 мегапикселей.
Такие фотографии не подойдут для печати, но их вполне можно посмотреть на компьютере или презентации в хорошем качестве. Если аэрофотосъемка требуется не для маркетинговой продукции, требующей высокого качества, то этого варианта более чем достаточно.
В примере ниже аэрофото с квадракоптера Phantom 2 и камеры Go Pro 4.
Для более серьёзных съемок обычно применяют камеры Canon 5D Mark III с хорошими объективами, которые «летают» на тяжёлых коптерах типа DJI S1000. На фотографии ниже, можно взглянуть на оборудование для профессиональной аэросъемки, которое используется в специализированных компаниях.
Уровень детализации объектов на фото более высокий. Итоговые снимки получаются разращением 5600 по большей стороне, количество мегапикселей 23.4, количество пикселей на дюйм 300 и в RAW формате*. (RAW это данные с матрицы камеры без сжатия, даёт дополнительные преимущества при проведении съемки.).
Аэрофотосъемку с гексакоптера можно использовать в печатной продукции: делать аэрофото для рекламных щитов и другой наружной рекламы, для печати буклетов, при геодезической съемке. Этот вариант съемки, будет самым точным и выше в цене (обычно цена на съемку с Canon 5D Mark III выше в 3-4 раза). Есть возможность кадрировать изображение (обрезать лишнее) и более качественно обработать фотографию.
Аэросъемка в строительстве
Использование аэрофотосъемки в строительстве шаг к прогрессу и развитию в целом. Съемка в ходе строительства, аэросъемка для проектирования и кадастра, геологическая разведка, рекламные фото, все эти возможности, позволят людям в скором времени создавать необычные и качественные архитектурные единицы, включая ландшафтную архитектуру. Анализ местности с воздуха, позволяет проектировать в большем масштабе, что дает толчок к развитию продуманной инфраструктуры районов, парково-рекреационных зон и новых городов.
Данные съёмки с БПЛА, показанные на этой странице, предоставлены . Технология обработки материалов съемки в ПО Agisoft PhotoScan предоставлена ООО "Плаз" .
Применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) позволяет существенно снизить затраты на производство аэрофотосъемочных работ. С точки зрения традиционной фотограмметрии качество подобной съемки вероятнее всего будет оценено, как неприемлемое, поскольку на БПЛА, как правило, устанавливаются камеры бытового сегмента, не используется гиростабилизирующая аппаратура, при съемке нередки отклонения оптических осей от вертикали в несколько градусов, что значительно усложняет процесс первичной обработки снимков. Однако для современного фотограмметрического программного обеспечения эти недостатки не представляют значительных проблем. Более того, развитие цифровых методов фотограмметрической обработки уже привело к появлению программ и программных комплексов, способных обрабатывать даже такие "некачественные" данные аэрофотосъемки в высокоавтоматизированном режиме, при минимальном участии оператора.
Рассмотрим технологическую цепочку получения топографической карты с использованием следующих компонентов:
- БПЛА для выполнения аэрофотосъемки;
- ПО Agisoft PhotoScan в качестве инструмента обработки материалов съемки;
- инструментарий ГИС Панорама для векторизации ортофотопланов и получения топокарт.
Аэрофотосъемка с использованием БПЛА
В техническом плане процесс аэрофотосъемки с использованием БПЛА состоит из трех этапов: подготовительного, собственно съемки, и постобработки полученных данных.
Подготовительный этап
На данном этапе производится:
- изучение имеющихся материалов; формирование или сбор требований к материалам, которые нужно получить по результатам съемки – тип и масштаб карты, границы объекта съемки; приведение их в технические требования к съемочным материалам: разрешение, координаты контура участка съемки, перекрытие снимков, точность определения координат центров фотографирования, требования к наземной опорной сети (при комбинированной съемке, например, когда привязка фотоплана производится по точкам наземной опорной сети, требования к точности определения КЦФ вообще не предъявляются);
- формирование полетного задания для БПЛА. Выполняется программой – планировщиком полета, входящей в состав комплекса. Оператор должен выбрать используемый комплекс БПЛА (в случае, если программа позволяет работать с несколькими конфигурациями БПЛА и фотоаппаратуры), задать на карте контур участка съемки и примерное положение стартовой площадки, установить требуемое разрешение и перекрытие, после чего программа рассчитывает план полета и проверяет его выполнимость.
Выполнение аэрофотосъемки
По прибытии на стартовую площадку производится:
- уточнение положения стартовой площадки, задание точки возвращения и ввод данных о скорости и направлении ветра на рабочей высоте, если таковые известны;
- автоматическое уточнение плана полета и повторная проверка его выполнимости;
- старт БПЛА с пускового устройства;
- выполнение съемки в автоматическом режиме;
- посадка.
Выполнение съемки местности с использованием БПЛА
При использовании комбинированного способа выполняется определение координат опорных точек, выбранных для привязки.
Постобработка данных
Заключается в:
- снятии данных (фотоснимки и журнал полета) с бортовых носителей информации;
- визуальной оценке качества фотографий и отбраковке "технических" кадров, если такие записаны. Под техническими кадрами понимаются снимки, сделанные вне пределов участка съемки - при подлете к участку, на дугах разворота и т.п.;
- генерация файла привязки центров фотографирования. В ходе полета аппаратура управления ведет запись различных параметров, среди которых – координаты, скорость и параметры ориентирования летательного аппарата. После окончания съемки из файла журнала полета необходимо выбрать координаты, соответствующие моментам фотографирования, и приписать их конкретным снимкам. Такая обработка, как правило, выполняется в той же программе – планировщике полетного задания.
В соответствии с требованиями отраслевых инструкций , для получения топокарт масштаба 1:2000 необходима фотооснова, имеющая разрешение 15 см/пикс и имеющая погрешность определения координат в каждой точке не выше 60 см. Такое разрешение легко обеспечивается при съемке с БПЛА с использованием компактных фотоаппаратов. Например, съемка камерами типа Canon S-95 или Sony NEX-5 (с объективом SEL30M35) с высоты порядка 200-300 м дает снимки, имеющие разрешение 5 см/пикс.
Привязка требуемой точности достигается измерением координат центров фотографирования с использованием высокоточных GNSS-приемников в пределах референцной сети, или задействованием наземной опорной сети, точки которой привязаны с погрешностью не выше 30 см.
Обработка аэрофотоснимков в ПО Agisoft PhotoScan
Программа Agisoft PhotoScan - универсальный инструмент для генерации трехмерных моделей поверхностей объектов съемки по фотоизображениям этих объектов. PhotoScan с успехом применяется как для построения моделей предметов и объектов разных масштабов – от миниатюрных археологических артефактов до крупных зданий и сооружений, так и для построения моделей местности по данным аэрофотосъемки и генерации матриц высот и ортофотопланов, построенных на основе этих моделей. Обработка данных в PhotoScan предельно автоматизирована – на оператора возложены лишь функции контроля и управления режимами работы программы.
Построение и привязка модели местности в программе состоит из трех основных этапов:
- построение грубой модели. На этом этапе производится автоматическое определение общих точек на перекрывающихся снимках, восстановление проектирующих лучей, определение координат центров фотографирования и элементов взаимного ориентирования снимков, расчет параметров, описывающих оптическую систему (дисторсия, коэффициент ассиметрии, положение центральной точки). Все эти расчеты выполняются в программе за одну операцию;
- привязка полученной модели к внешней (геодезической, географической) системе координат и уравнивание всех параметров системы – координат центров фотографирования и наземных опорных точек, углов ориентирования снимков, параметров оптической системы с использованием параметрического метода уравнивания. В качестве весовых коэффициентов для уравнивания выступают погрешности определения координат точек съемки (центров фотографирования), определения координат точек наземной опорной сети, дешифрирования и маркирования опорных точек на снимках;
- построение полигональной модели поверхности местности на основе определенных на предыдущем этапе параметров. В программе реализован экспресс-способ, заключающийся в триангуляции только общих точек, полученных на первом этапе, и более точные способы обработки, заключающиеся в определении пространственного положения для каждого пиксела изображения (в зависимости от заданной степени детализации обрабатывается каждый первый, каждый четвертый, каждый шестнадцатый, и т. д. – всего пять возможных уровней).
Затем полученная модель используется для генерации ортофотопланов и матриц высот.
С точки зрения оператора процесс работы с программой выглядит следующим образом:
Приведенные скриншоты окна программы наглядно иллюстрируют процесс обработки материалов аэрофотосъемки на примере съемки полигона "Заокский", материалы которой предоставлены ОАО "Газпром космические системы" . Обработка данных материалов на ПК, оснащенном 4-хядерным процессором Intel Core i7 2600K и имеющем 16 Гб оперативной памяти, заняла порядка трех-четырех часов – от загрузки фотографий до экспорта ортофотоплана и цифровой модели местности в формате GeoTiff. Из этого времени около одного часа ушло на дешифирование и маркирование опорных точек – ручной труд оператора, а остальное время заняло выполнение расчетов.
Имеется возможность формирования пакетного задания на обработку. Загрузив исходные снимки, можно сразу указать параметры для каждого из этапов, и программа самостоятельно выполнит весь цикл обработки.
Непосредственно в графическом интерфейсе программы можно производить базовые измерения на полученной модели - измерять расстояния, площадь поверхности и объем модели.
Развитый API позволяет создавать скрипты на языке Python, управляющие обработкой и отображением данных, что позволяет еще более автоматизировать решение типовых задач.
1) Фотографии загружены. В свойствах проекта видно, что проект состоит из блоков (chunks) – обрабатываемых независимо частей проекта со своими фотографиями, моделью, СК, параметрами калибровки оптики и т.п. В данном проекте - один блок, состоящий из 415 фотографий. Метки NA (not aligned) рядом с фотографиями показывают, что положение этих снимков в пространстве модели еще не известно.
2) Выбор системы координат
4) Метки в форме синих шариков отображают взаимное расположение точек съемки (КЦФ), после уравнивания они будут заменены метками другого вида, соответствующим положению плоскостей кадров
5) После выполнения первого этапа обработки – первичного уравнивания и построения точечной модели, формируется облако точек, описывающее модель, и набор параметров взаимного ориентирования фотоснимков. Положение выбранного снимка отображается в области просмотра модели. Снимки, которые не удалось уравнять, по-прежнему отображаются сферами/шариками, и в списке фотографий отмечены меткой NA (not aligned). В данном проекте таких нет
6) Установка маркеров (меток опорных точек). Если известно положение маркеров на снимках (в системе координат снимка), можно просто импортировать эти данные в PhotoScan. Если маркеры еще не дешифрированы, придется задавать их расположение прямо в программе. Для каждого маркера достаточно отметить их положение на одном-двух снимках, и PhotoScan автоматически определяет их положение на других снимках, выделяя снимки, на которых присутствует выбранный маркер, специальными метками. На каждом снимке можно подтвердить итли уточнить автоматически выбранное положение маркера
7) Маркеры расставлены. Можно выполнять построение модели местности
8) Модель готова. Ее можно экспортировать как матрицу высот (цифровую модель местности) и сформировать на основе этой модели ортофотоплан местности.
9) В завершение можно построить текстуру модели и рассматривать ее прямо в программе.
10) Внутреннее представление модели поверхности Землки в PhotoScan - сеть триангуляции Делоне, TIN модель
11) Ортофотоплан всего участка съемки.
12) Цифровая модель местности всего участка съемки
Получение карт на основе ортофотопланов в ГИС Панорама
Комплекс автоматизированного дешифрирования и векторизации по данным ДЗЗ, разработанный на базе ГИС "Панорама" , предназначен для автоматической векторизации линейных и площадных объектов по цветным растровым изображениям земной поверхности.
Процесс автоматической векторизации состоит из следующих основных этапов:
- предварительная обработка растра;
- классификация;
- обработка растра классификации;
- преобразование растра в вектор;
- векторная обработка.
Предварительная обработка является необязательным этапом, включает масштабирование и фильтрацию растра. Масштабирование позволяет значительно ускорить обработку при избыточном разрешении снимка. Фильтрация уменьшает шумы изображения, что положительно влияет на результаты распознавания.
Классификация – процесс определения принадлежности отдельных пикселей исходного растра тому или иному распознаваемому объекту. Классификация состоит из трех основных этапов. На первом этапе пользователь определяет обучающие выборки – указывает области на снимке, однозначно принадлежащие распознаваемым объектам. Затем происходит обучение классификатора – процесс выявления и запоминания статистических дешифровочных характеристик, присущих распознаваемым объектам. Эти данные используются собственно в классификации - определения принадлежности отдельных пикселей исходного растра распознаваемому объекту.
Вычисление статистических дешифровочных характеристик при обучении и классификации выполняется для скользящего окна. При обучении окно перемещается в пределах обучающих выборок, при классификации на всем остальном снимке. В качестве статистических дешифровочных характеристик используется спектральные (средний цвет) и текстурные характеристики (контраст, энергия, корреляция).
К загруженному ортофотоплану в формате GeoTiff применяется технология классификации и распознования
Результатом классификации является растр классификации – растр принадлежности пикселей исходного растра тому или иному распознаваемому объекту. Растр классификации содержит много шумов – неправильно классифицированных пикселей. Их можно отфильтровать исходя из предположения, что плотность расположения неправильно классифицированных пикселей меньше правильно классифицированных.
На следующем этапе производиться фильтрация лишней информации, ее сглаживание и перевод с в линейный и площадной вид
Для этого используются морфологические операции - изменение бинарного состояния пикселя на основе анализа состояния его соседей. К таким операциям относятся:
- эрозия – замена на ноль единичных пикселей, если рядом есть хоть один нулевой пиксель;
- наращивание – замена на единицу нулевого пикселя, если рядом есть хоть один единичный пиксель;
- удаление небольших областей – замена восьмисвязных локальных групп единичных пикселей на нули, если количество пикселей меньше допуска;
- заливка небольших дырок – замена восьмисвязных локальных групп нулевых пикселей на единицы, если количество пикселей меньше допуска;
После обработки растр классификации преобразуется в набор векторных объектов – линий или площадей. В процессе преобразования в линии создаются непересекающиеся линейные объекты. При преобразовании в площади создаются площадные объекты, имеющие общие части контура. На окончательном этапе распознанные объекты объединяются или удаляются на основе анализа их взаимного расположения. Объединенная сеть объектов совместно сглаживается и фильтруется перед сохранением в создаваемую карту.
Результат автоматизированного дешифрирования и векторизации ортофотопланов можно посмотреть и отредактировать в ГИС "Панорама"
При обновлении цифровых карт имеющиеся контура объектов используются для автоматического обучения программы дешифрирования и векторизации. При необходимости оператор может выбрать отдельные участки, которые попадают на наиболее характерные изображения дешифрируемых объектов.
Программа сопоставляет контура объектов и соответствующие им области снимков, запоминает свойства изображения и выполняет уточнение контуров объектов по реальным границам областей с подобными свойствами изображения. При этом создаются и новые объекты в тех местах снимка, где будут найдены близкие по изобразительным свойствам области.
Литература
1. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов ГКИНП (ГНТА)-02-036-02. Москва, ЦНИИГАиК, 2002
В одном мы уверены точно: высокая цена не всегда означает высокое качество.
Мы окунемся в индустрию и узнаем, как дроны покажут себя при съемке.
В этом исследовании используются термины и специфический жаргон, но они не помешают вам разобраться в сути. В данном исследовании была произведена обработка данных в DroneDeploy и получена высокая точность привязки - 9 см.
Описание
Топографическая съемка является неотъемлемой частью всех проектов в области землеустройства.
В этом примере мы рассмотрим участок земли, на котором должен был быть построен новый поселок. До начала работ было необходимо провести точную топографическую съемку по нескольким причинам:
- Осуществить начальное освоение земель, чтобы спроектировать сток воды для дренажа.
- Провести топографическую съемку поймы прилегающей реки для предотвращения возможных наводнений.
Если вы собираетесь открыть собственный отдел беспилотной съемки, готовьтесь к тому, что он станет объектом крупных инвестиций, и в итоге времени на проект может быть потрачено больше.
Геодезия 101
Для традиционной топографической съемки требуется сбор координат точек в заранее определенной сетке. В этом случае использовалась сетка размером 150х150 см:
Измерения производились каждые 150 сантиметров, на каждом перекрестке:
Всего на площади съемки 34,5 Га было собрано 1632 координаты.
Без дрона, снимающего со скоростью 20 точек/час (1 точка, каждые 3 минуты), сбор данных занял бы приблизительно 82 часа.
82 часа традиционной съемки означают, что инженер вынужден ждать как минимум неделю, чтобы приступить к обработке данных. Далее понадобится еще 3-4 дня, прежде чем работа будет сделана.
Проведя ту же съемку с использованием БПЛА, полевая команда смогла предоставить разработчику более быстрый вариант обзора.
Прежде всего, не нужно было собирать 1600 точек по всей площади. Вместо этого потребовалась съемка всего 10 наземных меток, расположенных в зоне обзора:
Для более крупных проектов Наземные опорные точки (GCP) лучше расставить по сетке.
10 наземных меток или 1632 точки:
10 опорных меток могут быть сделаны за 1-2 часа.
Те, кто знаком с фотограмметрией, знают, что точки, собранные с поверхности воды - неприемлемы для использования в подобных съемках.
Завершив сбор GCP, были собраны точки традиционным методом в участках со стоячей водой - комбинация двух методов, описанных выше.
Конечные собранные точки:
В итоге мы получили 117 точек (10 GCP + 107 на участках со стоячей водой).
Время на съемку:
Теоретически: 10 наземных меток + сбор точек = 1-2 часа
Фактически: 117 точек (10 GCP + 107 на участках со стоячей водой) при скорости сбора 20 точек / час = 5,85 часа
Традиционный метод: 1,632 точки при скорости сбора 20 точек / час = 81,6 часа
В течение часа были завершены все действия с БПЛА, включая сборку, предполетные проверки, запуск, посадку, разборку и первоначальную сшивку карты.
Таким образом мы получили:
БПЛА (1 час) + сбор точек (5,8 часа) =
Общее время полевых работ: 6,8 часа
Сравнение:
34,5 Га/ полевые работы с использованием БПЛА = 6,8 часа
34,5 Га/ полевые работы по традиционному методу = 81,6 часа
Общая экономия: 74,8 часа
Анализ данных
После проведения полевых работ, полученные данные требуют тщательной обработки. Сначала обрабатываются наземные метки, при этом при этом их позиция должна быть полностью скорректирована.
Далее, скорректированные точки (файл.las) должны быть экспортированы для создания основы топографических данных. Однако, большое количество точек в файле.las означает, что начальные топографические контуры выходят довольно грубыми:
Контуры должны быть сглажены, чтобы впоследствии создать согласованную линию, не теряя точность. В ином случае полученные данные - непригодны.
После 2 дней дополнительной обработки, результирующие топографические контуры стали точными в пределах 9 сантиметров, как по горизонтали (X, Y), так и по вертикали (Z):
Общие сроки выполнения проекта:
Метод с использованием БПЛА::
Полевые работы (6.8 часов) + обработка данных (24 часа) =
30,8 часов (около 4 дней)
Обычный метод:
Полевые работы (81,6 часов) + Обработка данных (24 часа)=
105,6 часов (около 13 дней)
Используя технологию с использованием беспилотника, инженер получил окончательный топографический обзор примерно за 75 часов
По полученным данным выяснилось, что:
1. Требуется дополнительное освоение земель, чтобы построить сточный дренаж в низколежащих районах, где вода удерживается.
2. Работники теперь смогут эффективно прогнозировать и планировать даты строительства дорог, домов и т.д.. - что поможет выполнять работы точно в срок.
3. Инженер узнал о недорогой и рентабельной съемке с БПЛА и планирует снова использовать этот метод для проведения окончательного «встроенного» топографического исследования в ближайшие недели.
Здесь Вы можете больше и лучшие модели беспилотников.
Приводим приблизительные расценки на аэросъёмочные работы, осуществляемые при помощи БПЛА.
Расценки могут меняться в зависимости от ПЛОЩАДИ СЪЁМКИ
, ТРАНСПОРТНЫХ РАСХОДОВ
, ВРЕМЕНИ ГОДА
(наличия листвы/снега). Наилучшее соотношение цены/качества/скорости получается в промежутке между таянием снега и появлением листвы на деревьях.
Минимальная площадь съёмки одного объекта 6 км 2 , если есть несколько объектов с расстояниями между ними до 30 км, то мин объём 4 км 2 .
Цена аэрофотосъёмки БПЛА
Цены на аэрофотосъёмку БПЛА
приведены на 1 км 2 .
1. Ортофотоплан в WGS84
Масштаб 1:500 (4 см./пикс) – 35 000 рублей 1 км 2 .
Масштаб 1:1000 (7 см./пикс) – 22 000 рублей км 2 .
Масштаб 1:2000 (10 см./пикс) – 17 000 рублей км 2 .
Масштаб 1:5000 (15 см./пикс) – 12 000 рублей км 2 .
2. Создание ортофотоплана с привязкой к местным системам координат:
Масштаб 1:500 + 10 000 рублей км 2 .
Масштаб 1:1000 + 6 000 рублей. км 2 .
Масштаб 1:2000 + 4 500 рублей км 2 .
Масштаб 1:5000 + 3 000 рублей км 2 .
3. Построение ЦМР или горизонталей:
Сечение 0,5 м + 12 000 рублей за км 2 .
Сечение 1 м + 8 000 рублей за км 2 .
Сечение 2 м + 5 000 рублей за км 2 .
4. Рассекречивание материалов ДЗЗ
– 40 000 рублей за объект.
5. Отрисовка топографического плана по результатам съёмки БПЛА:
оценивается индивидуально – от 5 000 рублей за км 2 .
Таким образом, стоимость 1 км 2 плана масштаба 1:2 000 при выходе на бумагу будет стоить 34 500, т.е. по 345 р/га – такую цену невозможно получить никаким другим способом!
Для больших площадей съёмки в более крупных масштабах (до 1:500) нами разработан способ комбинированных работ, включающих как съемку при помощи БПЛА, так и тахеометрию с проложением магистрального хода и подсъёмкой основных элементов местности.
Качество не раз проверялось инструментально с земли, в том числе силами заказчиков.
Преимущества технологии аэрофотосъёмки беспилотными летательными аппаратами.
Технология аэрофотосъёмки беспилотными летательными аппаратами
развивается уже много лет но только в последнее время подошла по своим точностным характеристикам к классическим способам геодезической съемки и на уровне масштабного ряда от 1:500 и мельче сравнялась с ними. На данный момент АФС БПЛА находится на переднем крае развития геодезических технологий, вытесняя в обширном сегменте такие методы как тахеометрия, спутниковое позиционирование в режимах RTK, пилотируемая АФС, воздушное лазерное сканирование, делая их неконкурентоспособными как по стоимости, так и по срокам.
При больших объемах, слабо залесенной и слабо застроенной площади аэрофотосъемка БПЛА делает нерентабельными тахеометрическую и GPS съемку уже при площади в 70 га. В то же время воздушное лазерное сканирование и пилотируемая аэрофотосъёмка могут конкурировать с БПЛА лишь при объемах от 50 кв. км площадных объектов или от 200 пг км линейных. Итак, на данный момент развития технологий АФС БПЛА достаточно вольготно себе чувствует на открытых территориях в диапазоне объема работ от 0,7 до 50 кв. км.
К недостаткам АФС БПЛА стоит отнести ее метеозависимость и сезонозависимость (снежный покров или наличие очень густой растительности чаще всего препятствует получению достаточного для построения инженерно-топографического плана материала). Следует отметить, что эти факторы абсолютно в той же мере препятствует и другим способам съёмки. В масштабном ряду съёмка ограничена диапазоном от 1:5000 до 1:1000 (мельче 1:5000 целесообразнее использовать космические снимки, крупнее 1:1000 необходимы комбинированные с наземными средствами методы).
Растительность также может влиять на результат. В нашей практике мы сталкивались с бамбуковыми зарослями на южных Курильских островах, которые оказались не просвечиваемы практически на 100%, то же касается тростника заболоченных участков Юга России (например, дельта Волги) и, по всей видимости, тропической растительности юга Черноморского побережья. Лесные массивы средней и северной части страны, а также Сибири и Дальнего Востока, как правило, не являются помехой для АФС БПЛА.
Плотная городская застройка может накладывать ограничения на сам процесс полёта, а также скрывать за своими структурами множество элементов, не видимых сверху. Тем не менее, для таких объектов как СНТ, АФС БПЛА становится незаменимым решением ввиду ограничения доступа на каждый участок, значительно ускоряя процесс съёмки.
Применение аэрофотосъёмки БПЛА
Кроме топографической съёмки беспилотные технологии применяются нами и для различных форм мониторинга, объектами которого могут выступать несанкционированные свалки твердых бытовых отходов, линейные объекты - ЛЭП, трубопроводы, транспортная инфраструктура. Также БПЛА решает вопросы определения объемов земляных масс и их динамики при разработках месторождений открытым способом, карьеров. По сравнению с космическим мониторингов БПЛА дает несоизмеримо более актуальную информацию - при заказе космического снимка на конкретную территорию вы можете либо воспользоваться снимком их архива 1-3 месячной, а то и годовой давности или наоборот, ждать долгое время подходящей телеметрии спутника и своей очереди на съёмку вашей территории – данные с беспилотника вы можете получить в работу через несколько часов.
Аграрный сектор в последнее время становится одним из основных потребителей технологии. Агрохолдинги и крупные сельскохозяйственные объединения, обладающие большими площадями незастроенной и открытой местности, заинтересованы не только в производстве инженерно-геодезических изысканий для реконструкции и нового строительства, но и в мониторинге, инвентаризации сельхозугодий, оценки всхожести культур, прогнозе урожайности, мониторинге эрозионных процессов. Нами используется нормализованный вегетационный индекс (NDVI), позволяющий на основе разности ближней инфракрасной и красной областях спектра определять фотосинтезирующую активность биомассы.
Пространственное разрешение аэрофотоснимков с БПЛА
Сравнение снимка Google и аэрофотоснимка с БПЛА