Selectarea unei drone

Mai întâi, să definim problema care trebuia rezolvată în această lucrare. Prima sarcină este de a construi un model 3D (ortofotohartă) a unei suprafețe destul de mari de teren agricol pentru unul dintre clienți, ale cărui câmpuri sunt în mod esențial înconjurate de păduri, sau cum am glumit mai târziu - câmpuri care se găsesc în pădure. Aceasta este o situație tipică pentru Agriculturăîn regiunea Tomsk, care este extrem de împădurită. Doar caută-ți singur - totul va deveni clar fără cuvinte.

Un teritoriu mare și datele complet învechite privind alocările de terenuri nu oferă o evaluare obiectivă a stării terenului, așa că devine nu numai interesant pentru proprietarii de terenuri, ci și benefic să înțelegem ce resurse dețin de fapt (sau nu dețin).


Proprietarii de terenuri au acces la aceste hărți tablete antediluviane, lipite între ele de pe hârtie cu date despre alocarea terenului de acum 30-40 de ani. Datele despre conținutul de nutrienți din sol sunt chiar imprimate color, ceea ce este cea mai importantă informație pentru un agronom, care, de asemenea, în cele mai multe cazuri nu mai corespunde realității. Pe scurt, chiar dacă este secolul 21, trăim în esență cu date și hărți de la mijlocul secolului trecut. Desigur, obținerea de informații obiective și actualizate despre starea terenului este utilă nu doar pentru inventarierea terenurilor existente, ci și pentru punerea în circulație a terenurilor noi, pentru care puteți primi subvenții decente de la stat. Rămâne doar să găsim aceste pământuri printre mlaștini și păduri. Începem căutarea.

Pentru a supraveghea zone atât de mari, se folosesc echipamente industriale speciale de zbor - UAV-uri de tip aeronave (design de tip aripă). Aceste dispozitive vă permit să acoperiți până la 1500 km 2 de teritoriu într-o singură sesiune de zbor și să obțineți imagini de la calitatea cerută pentru post-procesare ulterioară. Alegerea UAV-urilor de pe piață este destul de mare. Atât UAV-uri importate, cât și autohtone pentru fiecare buzunar. Este adevărat, dragilor, și în opinia mea este complet nejustificat. Dar se pare că piața dictează acest lucru. Prețuri de la 1 milion pentru un dispozitiv decent. Vă propun să luați o scurtă pauză și să vizionați un scurt videoclip (2 minute 30 secunde), pe care l-am filmat special pentru cititorii Habr pentru acest articol, pentru a înțelege imediat ce fel de UAV industrial este acesta și cum arată.

Topografie folosind un UAV

Avionul în sine nu va zbura nicăieri decât dacă este lansat în zbor și face ceea ce ar trebui să facă. Ce ar trebui să facă mai exact un UAV? El trebuie să urmeze cu strictețe instrucțiunile de zbor și să efectueze sondajul în deplină conformitate cu planul de inspecție cuprins în misiunea de zbor.

Misiune de zbor

Misiune de zbor– instrucțiuni de specialitate, constând în instrucțiuni pentru operatorii de a efectua procesul de fotografiere, care conțin toate cerințele necesare, inclusiv aprobarea baremului de fotografiere și distanta focala echipament fotografic, format fotografie aeriană, procente specificate de suprapunere longitudinală și transversală, dimensiunile zonei de fotografiere. Pe baza acestor date inițiale se determină înălțimea și baza sondajului, intervalul dintre expuneri, numărul de fotografii aeriene de-a lungul traseului și per loc de sondaj, precum și timpul estimat necesar pentru fotografiarea aeriană a întregului sit. Este important să nu uitați că imaginile trebuie să fie în strictă conformitate cu scara de fotografiere selectată.

Ce este scara de fotografiere?

După scară, fotografia aeriană este împărțită în mod convențional în scară ultra-mare (mai mare de 1:2000, rezoluție de până la 20 cm), scară mare (de la 1:2000 la 1:10000), scară medie (de la 1:10000). la 1:30000), la scară mică (de la 1:30000 la 1:100000) și la scară ultra-mică (mai mică de 1:100000). Aici și mai departe vorbim despre corespondența dimensiunilor obiectelor în realitate, corelate cu imaginea lor pe o imagine digitală pentru 1 pixel. Adică, de exemplu, într-o imagine la scară foarte mare de 1:2000, o imagine de 1 pixel corespunde unui obiect care măsoară 20 cm.


Teren de fotografiere cu suprapunere

Pentru a obține informații cartografice de înaltă calitate și pentru a construi un model 3D al zonei, este necesară supravegherea zonei cu suprapunere, i.e. fotografiați o bucată de pământ atât de des încât următoarea fotografie pare să se „suprapună” pe cea anterioară, prin analogie cu acoperișul unui acoperiș, unde fiecare țiglă acoperă o parte din cea anterioară. Adică, fotografierea de la un UAV se efectuează așa cum se arată în figură - cu suprapunere.


Și întregul teritoriu trebuie împărțit în rute, adică. obținem n-număr de imagini de-a lungul și, respectiv, peste, cu suprapunere longitudinală și transversală, așa cum se arată în figura următoare


Cantitatea de suprapunere longitudinală între fotografiile aeriene adiacente ale aceluiași traseu este de obicei între 55-70%, iar suprapunerea transversală este de cel puțin 20%.

Suprapunerile au propriile lor particularități. Grebla numărul unu

Suprapunerile dintre imaginile adiacente ale aceluiași traseu, numite longitudinale (Px), au propriile lor specificități. Suprapunerile prea mici și prea mari ale imaginilor nu sunt potrivite pentru sarcina de a construi modele 3D ale teritoriului. Pentru a obține o imagine stereoscopică (volumetrică), teoretic, este suficient să existe o suprapunere longitudinală de 50%. Cu toate acestea, din cauza efectelor de margine și a aberațiilor (distorsiuni ale imaginii) ale imaginilor, suprapunerea longitudinală este ușor crescută. Suprapunerile mari sunt, de asemenea, inacceptabile, deoarece acest lucru reduce brusc volumul imaginii și, ca urmare, deteriorează calitatea construcției modelelor 3D. Cu o suprapunere de aproape 100%, se obțin două imagini identice care nu au efect stereoscopic și acest lucru este inacceptabil. Suprapunerea dintre imaginile adiacente în condiții de fotografiere plată ar trebui să fie între 55-70%, în condiţiile montane iar în prezența unor diferențe semnificative de teren, suprapunerea poate fi mărită semnificativ până la 80-90% fără a pierde calitatea construirii unui model de teren 3D.


Acest tip de sondaj, care este utilizat în cele mai multe cazuri, se referă la sondaj de zonă cu suprapunere.


Verificați totul înainte de a începe lucrul echipamentul necesar, materiale și hărți de zbor, efectuează pregătirea echipajului și întocmește un program de zbor (rute de sondaj) în conformitate cu sarcinile de zbor, apoi verifică toate calculele necesare ale parametrilor de sondaj.


Tabelul conține toate datele inițiale necesare pentru realizarea fotografiilor aeriene și calcularea tuturor parametrilor acesteia. Desigur, aceste date sunt introduse automat, dar voi oferi formule de calcul pentru a avea o idee generală, care este întotdeauna utilă.

Pentru a obține rezoluția necesară a imaginii, fotografierea de pe un UAV trebuie efectuată la o altitudine de zbor H etaj strict definită.


unde H etaj - altitudine de zbor, m; GSD - rezoluție pixeli, m/px; l x - dimensiunea matricei camerei (de-a lungul abscisei), px.

Distanța dintre imaginile adiacente (B) pentru calcularea ulterioară a numărului lor de-a lungul traseului longitudinal este determinată ca


unde P x ​​​​– suprapunere longitudinală, %; GSD – dimensiunea pixelilor la sol.

Lățimea traseului pe sol (L M) depinde de dimensiunea matricei (în direcția ordonatelor) (l y) utilizată împreună cu camera digitală UAV și este determinată de următoarea relație:


unde l y este lățimea matricei de-a lungul axei „y”, px.

Determinarea distanței dintre traseele de sondaj adiacente L y cu condiția de suprapunere transversală P y poate fi calculată folosind formula


unde lungimea secțiunii D x este egală cu lungimea traseului mediu pe direcția longitudinală de la marginea stângă a primei fotografii aeriene până la marginea dreaptă a ultimei fotografii aeriene cu o marjă de 1 fotografie.

Numărul de trasee N m se calculează ținând cont de lățimea secțiunii D y, care se măsoară în direcția transversală la mijloc de la partea de sus a primei imagini de traseu până la partea de jos a ultimei imagini de traseu cu o marjă de 1 traseu.


Numărul total de imagini pe zonă de studiu N uch este determinat ca numărul total de imagini de-a lungul tuturor rutelor de anchetă și timpul minim de zbor al studiului, care, în special, poate fi utilizat pentru calcule economice costul efectuării lucrării se calculează folosind formula:


unde V este viteza medie a UAV în timpul studierii teritoriului.
Desigur, acesta este timpul estimat de fotografiere și nu are nimic de-a face cu timpul efectiv de lucru, care, în funcție de numărul de greble împrăștiate pe care trebuie să mergi, poate diferi cu câteva ordine de mărime față de cel calculat. , dar inca)

După cum am menționat mai sus, toți parametrii necesari de fotografiere menționați mai sus sunt setați automat, ținând cont de utilizarea echipamentelor UAV moderne echipate cu controlere specializate și software modern. Cu toate acestea, dacă este prevăzut control intern de lucru, este necesar să se controleze acuratețea introducerii datelor inițiale, iar imaginile rezultate trebuie să fie controlate selectiv (sau în întregime) pentru calitate. Pentru a face acest lucru, este necesar să se păstreze (în formă de hârtie sau digitală) hărți de defecte ale sondajelor efectuate (evaluarea imaginilor se realizează pe o scară de 5 puncte). Depanarea se efectuează la fața locului, astfel încât, dacă este necesar, secțiunile nereușite să fie refilmate, pentru a nu repeta călătoria de afaceri din nou.

Și puțin despre vreme. Încă o greblă

Fotografia suprafeței pământului se realizează prin grosimea atmosferei, ale cărei caracteristici sunt variabile. Starea atmosferei determină condițiile de fotografiere și rezultatele. Starea fizică a atmosferei se caracterizează prin transparența și refracția razelor în ea, temperatura aerului, presiunea atmosferică, umiditatea aerului, înnorabilitatea și mișcarea maselor de aer. Gradul de transparență al atmosferei, iluminarea și tulbureala au cea mai mare influență asupra performanței imaginii în intervalele spectrale vizibile și aproape IR.

Stratul atmosferic dintre suprafața pământului și sistemul de imagistică instalat pe un UAV conține întotdeauna, într-un grad sau altul, particule minuscule (0,01-1 mm) de gaze, vapori de apă, praf și fum. Acestea fac ca lumina să se împrăștie în atmosferă și provoacă o luminozitate suplimentară în aerul însuși, reducând astfel contrastul detaliilor suprafeței pământului. Strălucirea sau tulbureala atmosferei datorată împrăștierii luminii din particulele suspendate în aer se numește ceață. Când în atmosferă predomină moleculele de gaz și vaporii de apă, razele cu lungimi de undă scurte sunt împrăștiate mai puternic, iar ceața atmosferică are o culoare predominant albastră sau albastră. Dacă predomină particulele în suspensie de praf, fum și alte corpuri străine, ceața împrăștie în mod egal razele de toate culorile spectrului și ea însăși capătă o culoare gri sau albicioasă. O astfel de ceață este mai frecventă în zonele cu fum de la incendiile forestiere și întreprinderile industriale sau în zonele în care particulele de praf și nisip sunt comune.

Fotografia aeriană este posibilă și în nori înalți, continui, situati deasupra UAV-ului care efectuează sondajul. Nebulozitatea continuă ridicată vă permite să obțineți fotografii aeriene fără umbre, cu tonuri de umbră atenuate, în urma cărora coronamentul pădurii este vizibil mai adânc, părțile sale umbrite sunt mai bine vizibile.

În scopul descifrării vegetației forestiere, influența înălțimii Soarelui la momentul sondajului este importantă: cu cât aceasta este mai mare, cu atât raportul dintre laturile iluminate și cele umbrite ale coroanelor din baldachin iese în evidență. Umbrele sunt, de asemenea, proiectate mai clar.


Când altitudinea Soarelui este mai mare de 30° forma generala Imaginile baldachinului plantărilor sunt luminoase și variate, deoarece plantările închise constau din coroane luminoase și un fundal întunecat din spațiile umbrite dintre coroane.

De obicei, filmarea începe nu mai devreme de 2 ore după răsăritul soarelui și se termină cu 3 ore înainte de apus. În majoritatea cazurilor, timpul de fotografiere aerian al zilei este limitat la trei până la patru ore, deoarece după 9-10 ore, în special în zonele de pădure, apar nori cumulus, ajungând cea mai mare dezvoltare la 13-15 ore.Nu o dogma, o observație din propria mea experiență.

O limitare directă pentru topografie este prezența ploilor abundente, zăpezii, furtunilor sau rafale bruște de vânt cu viteze orizontale mai mari de 10-15 m/s și rafale verticale de peste 3 m/s. Cu toate acestea, în ciuda faptului că UAV-urile industriale moderne pot fi operate în condiții de încărcare semnificativă a vântului, este recomandabil să existe sisteme de monitorizare meteorologică a condițiilor de zbor, care să fie însoțite de controlul vitezei vântului pe orizontală și verticală și al umidității aerului, deoarece umiditatea aerului. afectează semnificativ densitatea aerului și, ca urmare, proprietățile aerodinamice ale UAV. În ciuda faptului că producătorii de UAV scriu în reclamă că dispozitivele lor zboară în aproape orice vreme, este mai bine să desfășoare activități de zbor pe vreme normală. Pierderea unui UAV este mult mai costisitoare decât așteptarea unor condiții meteo potrivite. La urma urmei, majoritatea acestor dispozitive mor din două motive - nepăsarea operatorilor și vremea nepotrivită. Ambele sunt o bunătate pentru producătorii de UAV, deoarece reparațiile scumpe de UAV sunt, de asemenea, o afacere foarte profitabilă. Prin urmare, nu puteți să vă zgâriți cu pregătirea operatorilor și să grăbiți lucrurile cu dorința de a face totul rapid. Este exact cazul când graba și râsul sunt în cea mai directă relație.

Atenție, legi dure!

Să ne imaginăm că ai echipamente excelente, UAV-uri industriale și operatori excelenți, clienți ai muncii, dar ajungi totuși în închisoare. Da, așa este, deoarece nerespectarea cerințelor legale pentru organizarea de evenimente de zbor și deschiderea spațiului aerian poate duce cu ușurință la astfel de consecințe. Nu poți face nimic în privința asta; în acest sens, în Rusia totul a fost inventat în așa fel încât, chiar dacă toate regulile sunt respectate, ceva poate să nu fie luat în considerare. În general, procesul de obținere a permisiunii oficiale de zbor (deschiderea spațiului aerian) este încă un concert. Fiecare caz este specific. Principiile generale sunt următoarele. Pentru a desfășura activități de zbor folosind UAV-uri, este necesar să respectați cu strictețe cerințele legale. Documentul principal pentru lucrările de deschidere a spațiului aerian este Decretul Guvernului Federației Ruse din 11 martie 2010 N 138 „Cu privire la aprobarea Regulilor federale pentru utilizarea spațiului aerian. Federația Rusă" Al doilea paragraf din Reguli conține definiția unui UAV: ​​un vehicul aerian fără pilot este o aeronavă care efectuează un zbor fără pilot (echipaj) la bord și este controlată în zbor automat, de către un operator dintr-un punct de control, sau o combinație a acestor metode.

Astfel, pentru a respecta cerințele Legislației pentru asigurarea activităților de zbor (în cazul general), este necesar să se efectueze o serie de măsuri obligatorii. Este necesar să se pregătească un raport de plan de zbor fără pilot aeronave(în continuare - un mesaj despre planul de lansare). Mesajul este o informație despre activitatea planificată în utilizarea spațiului aerian, care este transmisă de către utilizatorul spațiului aerian sau reprezentantul acestuia către autoritatea serviciilor de trafic aerian (controlul zborului) prin intermediul rețelei terestre de aviație pentru transmiterea de date și mesaje telegrafice, prin internet sau pe hârtie, inclusiv un mesaj de fax.

Un mesaj despre planul de lansare prin intermediul rețelei terestre de aviație pentru transmiterea de date și mesaje telegrafice, precum și pe hârtie, inclusiv un mesaj de fax, este trimis sub forma unei telegrame formalizate formată din trei părți: adresă, informații și abonament.

Părțile de adresă și semnătură ale telegramei sunt completate în conformitate cu regulile stabilite pentru adresarea și transmiterea mesajelor telegrafice.

Partea informativă a telegramei este completată în ordinea și în conformitate cu regulile definite de Tabelul de mesaje privind mișcarea aeronavelor în Federația Rusă și cerințele legislației.

Un mesaj despre planul de lansare prin Internet este trimis prin completarea părții informative a planului de zbor al aeronavei de pe site-ul web al unității ATS în ordinea și conform regulilor definite de această Fișă de mesaje.

Textul mesajului despre planul de lansare este completat cu majuscule, în cazurile corespunzătoare ale alfabetului latin sau rus. Având în vedere evoluția dinamică a legislației în domeniul utilizării spațiului aerian, aceste reguli se schimbă. Nerespectarea sau respectarea parțială a acestor reguli poate duce la răspunderea administrativă a persoanelor sau entitati legale, iar în cazul unor consecințe grave - la răspunderea penală în conformitate cu procedura stabilită de lege.

Cerințe pentru operatorii UAV și directorul de zbor

UAV-urile profesionale moderne sunt vehicule extrem de periculoase. Prezența motoarelor de propulsie, greutatea semnificativă a UAV și complexitatea funcționării impun anumite cerințe privind calificările operatorilor. Filmarea unei zone împădurite din regiunea siberiană este asociată cu pericolul de a cădea în zona incendiilor forestiere; un factor de pericol suplimentar este prezența căpușelor și muschilor. Personalul trebuie să respecte cu strictețe cerințele instrucțiunilor de siguranță ale operatorului; munca va fi efectuată de cel puțin doi operatori. Persoanele care efectuează lucrări de zbor pe teren trebuie să fie vaccinate împotriva encefalitei transmise de căpușe, să aibă îmbrăcăminte specială de protecție, licență de operator UAV și pașaport civil, un set de permise pentru deschiderea spațiului aerian, o trusă de prim ajutor și echipament de comunicații. În zonele în care nu există comunicare sau este instabilă de la operatorii de telefonie mobilă, utilizați stații radio VHF și HF. Atunci când organizează filmări de pe un UAV în locuri în care apar animale periculoase, directorul de zbor trebuie să aibă mijloace pentru a le speria (cartușe de zgomot și echipamente speciale) sau o armă de foc (dacă are licență). Dacă este necesară folosirea armelor, acest fapt este raportat organelor de drept și (sau) specialiștilor silvici pentru a acționa în caz.

Dacă în zona de zbor apar fenomene periculoase, acestea trebuie oprite imediat, iar directorul de zbor trebuie să depună toate eforturile rezonabile pentru a asigura siguranța operatorilor și să părăsească de urgență locul periculos, de exemplu, dacă se apropie un incendiu forestier.

Ei bine, cam așa au loc pregătirile pentru efectuarea de sondaje UAV folosind echipamente de zbor industriale. În serii (articole) ulterioare vom avea în vedere tehnologiile de procesare și interpretare a imaginilor UAV obținute pentru a obține informații cartografice de înaltă calitate și modele de teren 3D. Vom vorbi și despre descifrarea diferitelor obiecte interesante în imaginile UAV. Va fi mai interesant! Să aveţi o zi bună!

Datele sondajului UAV prezentate pe această pagină sunt furnizate de . Tehnologia de procesare a materialelor de fotografiere în software-ul Agisoft PhotoScan a fost furnizată de Plaza LLC.

Utilizarea vehiculelor aeriene fără pilot (UAV) poate reduce semnificativ costul fotografierii aeriene. Din punctul de vedere al fotogrammetriei tradiționale, calitatea unei astfel de fotografieri va fi, cel mai probabil, evaluată ca inacceptabilă, deoarece UAV-urile, de regulă, sunt echipate cu camere ale segmentului de consumatori, echipamentul de stabilizare giroscopică nu este utilizat și, la fotografiere, abaterile axelor optice de la verticală sunt adesea de câteva grade, ceea ce complică semnificativ procesul de procesare a imaginii primare. Cu toate acestea, pentru software-ul fotogrametric modern aceste dezavantaje nu pun probleme semnificative. Mai mult, dezvoltare metode digitale prelucrarea fotogrametrică a dus deja la apariţia programelor şi sisteme software, capabil să prelucreze chiar și astfel de date de fotografie aeriană „de calitate scăzută” într-un mod extrem de automatizat, cu participarea minimă a operatorului.

Să luăm în considerare lanțul tehnologic pentru obținerea unei hărți topografice folosind următoarele componente:

  • UAV pentru fotografiere aeriană;
  • Software-ul Agisoft PhotoScan ca instrument pentru prelucrarea materialelor de fotografiere;
  • Instrumente GIS Panorama pentru vectorizarea ortofotografiilor și obținerea de hărți topografice.

Fotografie aeriană folosind UAV-uri

În termeni tehnici, procesul de fotografiere aeriană folosind UAV-uri constă în trei etape: pregătitoare, sondajul propriu-zis și post-procesarea datelor primite.

Etapa pregătitoare
În această etapă se realizează următoarele:

  • studiul materialelor disponibile; formarea sau colectarea cerințelor pentru materialele care trebuie obținute din rezultatele sondajului - tipul și scara hărții, limitele obiectului sondajului; aducându-i la cerinte tehnice pentru materiale de fotografiere: rezoluție, coordonatele conturului zonei de fotografiere, suprapunerea imaginilor, precizia determinării coordonatelor centrelor de fotografiere, cerințe pentru rețeaua de referință la sol (pentru fotografierea combinată, de exemplu, atunci când planul foto este legat de puncte). a rețelei de referință la sol, nu există deloc cerințe pentru precizia determinării CCF);
  • formarea unei misiuni de zbor pentru un UAV. Se realizează prin programul de planificare a zborului inclus în complex. Operatorul trebuie să selecteze complexul UAV utilizat (dacă programul vă permite să lucrați cu mai multe configurații ale UAV-ului și echipamentelor fotografice), să setați conturul zonei de fotografiere pe hartă și poziție aproximativă rampa de lansare, setați rezoluția necesară și suprapunerea, după care programul calculează planul de zbor și verifică fezabilitatea acestuia.

Efectuarea fotografiilor aeriene
La sosirea la locul de lansare:

  • clarificarea poziției locului de lansare, stabilirea punctului de întoarcere și introducerea datelor privind viteza și direcția vântului la altitudinea de operare, dacă se cunoaște;
  • actualizarea automată a planului de zbor și reverificarea fezabilității acestuia;
  • lansarea unui UAV dintr-un lansator;
  • fotografiere în modul automat;
  • aterizare.

Efectuarea studiului de teren folosind un UAV

Când se utilizează metoda combinată, se determină coordonatele punctelor de control selectate pentru fixare.

Post-procesarea datelor
Este format din:

  • preluarea datelor (fotografii și jurnal de zbor) de pe mediile de stocare de la bord;
  • evaluarea vizuală a calității fotografiilor și respingerea fotografiilor „tehnice”, dacă sunt înregistrate. Fotografii tehnice înseamnă fotografii realizate în afara zonei de tragere - la apropierea zonei, la arcurile de viraj etc.;
  • generarea unui fișier pentru conectarea centrelor de fotografiere. În timpul zborului, echipamentul de control înregistrează diverși parametri, inclusiv coordonatele, viteza și parametrii de orientare ai aeronavei. După finalizarea fotografierii, este necesar să selectați coordonatele corespunzătoare momentelor de fotografiere din fișierul jurnal de zbor și să le atribuiți unor imagini specifice. O astfel de prelucrare, de regulă, este efectuată în același program - planificatorul misiunii de zbor.

În conformitate cu cerințele instrucțiunilor din industrie, pentru a obține hărți topografice la scara 1:2000 este necesară o bază fotografică cu o rezoluție de 15 cm/pixel și având o eroare în determinarea coordonatelor în fiecare punct de cel mult 60. cm.Această rezoluție este ușor de obținut atunci când fotografiați de la un UAV folosind camere compacte. De exemplu, fotografierea cu camere precum Canon S-95 sau Sony NEX-5 (cu un obiectiv SEL30M35) de la o înălțime de aproximativ 200-300 m produce imagini cu o rezoluție de 5 cm/pixel.

Referirea preciziei necesare se realizează prin măsurarea coordonatelor centrelor de fotografiere folosind receptoare GNSS de înaltă precizie în cadrul rețelei de referință sau prin utilizarea unei rețele de referință la sol, ale cărei puncte sunt referite cu o eroare de cel mult 30 cm.

Procesarea fotografiilor aeriene în software-ul Agisoft PhotoScan

Programul Agisoft PhotoScan este un instrument universal pentru generarea de modele tridimensionale ale suprafețelor de fotografiere a obiectelor din imaginile fotografice ale acestor obiecte. PhotoScan este folosit cu succes atât pentru construirea de modele de obiecte și obiecte de diferite scări - de la artefacte arheologice în miniatură la clădiri și structuri mari, cât și pentru construirea de modele de teren bazate pe date de fotografiere aeriană și generarea de matrici de cote și ortofotohărți construite pe baza acestora. modele. Procesarea datelor în PhotoScan este extrem de automatizată - operatorului i se atribuie doar funcțiile de monitorizare și gestionare a modurilor de operare ale programului.

Construirea și legarea unui model de teren în program constă din trei etape principale:

  • construirea unui model grosier. În această etapă, determinarea automată a punctelor comune asupra imaginilor suprapuse, restabilirea razelor proiectate, determinarea coordonatelor centrelor de fotografiere și a elementelor de orientare relativă a imaginilor, calculul parametrilor care descriu sistemul optic (distorsiune, coeficient de asimetrie, poziție de punctul central) sunt efectuate. Toate aceste calcule sunt efectuate în program într-o singură operație;
  • legarea modelului rezultat la un sistem de coordonate extern (geodezic, geografic) și ajustarea tuturor parametrilor sistemului - coordonatele centrelor de fotografiere și punctelor de control de la sol, unghiurile de orientare a imaginii, parametrii sistemului optic folosind metoda de ajustare parametrică. Coeficienții de ponderare pentru ajustare sunt erorile la determinarea coordonatelor punctelor de relevanță (centre de fotografie), determinarea coordonatelor punctelor rețelei de sprijin la sol, descifrarea și marcarea punctelor de control pe imagini;
  • construirea unui model poligonal al suprafeţei terenului pe baza parametrilor determinaţi la etapa precedentă. Programul implementează o metodă expresă, care constă în triangularea doar a punctelor comune obținute în prima etapă, și metode de procesare mai precise, care constau în determinarea poziției spațiale pentru fiecare pixel al imaginii (în funcție de gradul de detaliu specificat, fiecare primă , fiecare al patrulea, fiecare al șaisprezecelea este procesat etc. – doar cinci niveluri posibile).

Modelul rezultat este apoi utilizat pentru a genera ortofotografii și DEM-uri.

Din punctul de vedere al operatorului, procesul de lucru cu programul arată astfel:

  • Selectarea unui sistem de coordonate și încărcarea datelor de referință ale centrului fotografic
  • Formarea unui model punctual al suprafeței Pământului
  • Dacă există o rețea de sprijin la sol - setarea mărcilor punctelor de control pe fotografii și încărcarea coordonatele punctelor rețelei de sprijin
  • Optimizarea modelului (egalizarea parametrilor de legare)
  • Generarea unui model poligonal al suprafeței Pământului
  • Export de date – ortomozaic, DEM

    • Următoarele capturi de ecran ale ferestrei programului ilustrează în mod clar procesul de procesare a materialelor de fotografiere aeriană folosind exemplul de fotografiere a site-ului de testare Zaoksky, ale cărui materiale au fost furnizate de Gazprom Space Systems OJSC. Procesarea materialelor de date pe un PC echipat cu un procesor Intel Core i7 2600K cu 4 nuclee și cu 16 GB memorie cu acces aleator, a durat aproximativ trei până la patru ore - de la încărcarea fotografiilor până la exportul unui model ortomosaic și digital de teren în format GeoTiff. Din acest timp, aproximativ o oră a fost petrecută descifrând și marcand punctele de referință - muncă manuală operator, iar restul timpului a fost petrecut efectuând calcule.

    Este posibil să se genereze un lot de lucru pentru procesare. După ce au încărcat imaginile sursă, puteți specifica imediat parametrii pentru fiecare etapă, iar programul va efectua în mod independent întregul ciclu de procesare.

    Direct în interfața grafică a programului, puteți efectua măsurători de bază pe modelul rezultat - măsurați distanțe, suprafața și volumul modelului.

    API-ul dezvoltat vă permite să creați scripturi în Python care controlează procesarea și afișarea datelor, ceea ce vă permite să automatizați în continuare soluția sarcinilor tipice.

    1) Fotografiile au fost încărcate. În proprietățile proiectului puteți vedea că proiectul constă din blocuri (bucăți) - părți ale proiectului procesate independent cu propriile fotografii, model, SC, parametrii de calibrare optică etc. În acest proiect există un bloc format din 415 fotografii. Marcajele NA (nealiniate) de lângă fotografii indică faptul că poziția acestor fotografii în spațiul modelului nu este încă cunoscută.

    2) Selectarea unui sistem de coordonate

    4) Semnele în formă de bile albastre afișează pozițiile relative ale punctelor de sondaj (SCP), după ajustare acestea vor fi înlocuite cu semne de alt tip, corespunzătoare poziției planurilor cadrului

    5) După finalizarea primei etape de procesare - reglarea primară și construcția unui model de puncte, se formează un nor de puncte care descrie modelul și un set de parametri pentru orientarea relativă a fotografiilor. Poziția fotografiei selectate este afișată în zona de vizualizare a modelului. Fotografiile care nu au putut fi aliniate sunt încă afișate ca sfere/bile și sunt marcate NA (nealiniate) în lista de fotografii. Nu există niciunul în acest proiect

    6) Instalarea markerilor (marcatoarelor punctelor de referință). Dacă cunoașteți poziția markerilor pe imagini (în sistemul de coordonate a imaginii), puteți pur și simplu să importați aceste date în PhotoScan. Dacă markerii nu au fost încă decriptați, va trebui să specificați locația lor direct în program. Pentru fiecare marker este suficient să marcați poziția acestora într-una sau două fotografii, iar PhotoScan determină automat poziția lor în alte fotografii, evidențiind fotografiile în care markerul selectat este prezent cu semne speciale. Pe fiecare imagine puteți confirma sau clarifica poziția marcatorului selectată automat

    7) Markere sunt plasate. Puteți construi un model de teren

    8) Modelul este gata. Poate fi exportat ca DEM (model digital de teren) și pe baza acestui model poate fi generat un ortomosaic al terenului.

    9) În cele din urmă, puteți construi o textură pentru model și o puteți vizualiza direct în program.

    10) Reprezentarea internă a modelului suprafeței Pământului în PhotoScan - Rețeaua de triangulație Delaunay, model TIN

    11) Ortofotohartă a întregii zone de anchetă.

    12) Model digital de teren al întregii zone de tragere

    Obținerea de hărți bazate pe ortomosaice în GIS Panorama

    Un complex de decodare și vectorizare automată bazată pe date de teledetecție, dezvoltat pe baza GIS „Panorama”, este destinat vectorizării automate a obiectelor liniare și ariale folosind culoarea. imagini raster suprafața pământului.

    Procesul de vectorizare automată constă din următoarele etape principale:

    • preprocesare raster;
    • clasificare;
    • procesare raster de clasificare;
    • conversie raster în vector;
    • procesare vectorială.

    Preprocesarea este un pas opțional și include scalarea raster și filtrarea. Scalare vă permite să accelerați semnificativ procesarea atunci când rezoluția imaginii este excesivă. Filtrarea reduce zgomotul imaginii, ceea ce are un efect pozitiv asupra rezultatelor recunoașterii.

    Clasificarea este procesul de a determina dacă pixelii individuali ai rasterului original aparțin unuia sau altuia obiect de recunoaștere. Clasificarea constă din trei etape principale. În prima etapă, utilizatorul definește mostre de antrenament - indică zonele din imagine care aparțin în mod unic obiectelor care sunt recunoscute. Apoi se antrenează clasificatorul - procesul de identificare și amintire a caracteristicilor de decodificare statistică inerente obiectelor fiind recunoscute. Aceste date sunt utilizate în clasificarea în sine - determinând dacă pixelii individuali ai rasterului original aparțin unui obiect recunoscut.

    Calculul caracteristicilor de decodificare statistică în timpul antrenamentului și clasificării se realizează pentru o fereastră glisantă. În timpul antrenamentului, fereastra se mișcă în cadrul mostrelor de antrenament, în timp ce se clasifică în restul imaginii. Caracteristicile spectrale (culoare medie) și texturale (contrast, energie, corelație) sunt utilizate ca caracteristici de decodare statistică.

    Tehnologia de clasificare și recunoaștere este aplicată ortomozaicului descărcat în format GeoTiff

    Rezultatul clasificării este un raster de clasificare - un raster al apartenenței pixelilor rasterului original la un anumit obiect recunoscut. Rasterul de clasificare conține mult zgomot - pixeli clasificați incorect. Ele pot fi filtrate pe baza ipotezei că densitatea pixelilor clasificați incorect este mai mică decât cea a celor clasificați corect.

    În etapa următoare, informațiile inutile sunt filtrate, netezite și convertite în formă liniară și areală.

    Pentru aceasta, se folosesc operații morfologice - schimbarea stării binare a unui pixel pe baza unei analize a stării vecinilor săi. Astfel de operațiuni includ:

    • eroziune – înlocuirea pixelilor unici cu zero dacă există cel puțin un pixel zero în apropiere;
    • construirea – înlocuirea unui pixel zero cu unul dacă există cel puțin un singur pixel în apropiere;
    • eliminarea zonelor mici - înlocuirea grupurilor locale de opt conectate de pixeli unici cu zerouri dacă numărul de pixeli este mai mic decât toleranța;
    • umplerea găurilor mici - înlocuirea grupurilor locale de opt conectate de zero pixeli cu unii dacă numărul de pixeli este mai mic decât toleranța;

    După procesare, rasterul de clasificare este convertit într-un set de obiecte vectoriale - linii sau zone. Procesul de conversie în linii creează caracteristici de linie care nu se intersectează. Când sunt convertite în zone, sunt create obiecte de zonă care au părți comune ale conturului. În etapa finală, obiectele recunoscute sunt combinate sau îndepărtate pe baza unei analize a poziției lor relative. Rețeaua combinată de caracteristici este uniformizată și filtrată înainte de a fi salvată în harta generată.

    Rezultatul interpretării și vectorizării automate a ortofotohărților poate fi vizualizat și editat în GIS „Panorama”

    La actualizarea hărților digitale, contururile existente ale obiectelor sunt folosite pentru a antrena automat programul de decodare și vectorizare. Dacă este necesar, operatorul poate selecta zone individuale care se încadrează pe cele mai caracteristice imagini ale obiectelor descifrate.

    Programul compară contururile obiectelor și zonele corespunzătoare ale imaginilor, își amintește proprietățile imaginii și rafinează contururile obiectelor de-a lungul limitelor reale ale zonelor cu proprietăți de imagine similare. În același timp, sunt create obiecte noi în acele locuri din imagine în care se vor găsi zone cu proprietăți vizuale similare.

    Literatură
    1. Instrucțiuni pentru lucrul fotogrametric la realizarea hărților și planurilor topografice digitale GKINP (GNTA)-02-036-02. Moscova, TsNIIGAiK, 2002

    UDC: 528,71 A.S. Kostyuk

    Filiala din Siberia de Vest a „Sondajului Goszemkadastr” - VISKHAGI, Omsk

    CALCULUL PARAMETRILOR ȘI EVALUAREA CALITĂȚII FOTOGRAFII AERIENE DE LA UAV

    Articolul discută caracteristicile calculării parametrilor fotografiei aeriene de la vehicule aeriene fără pilot (UAV) mici. Este prezentată o metodă pentru evaluarea rapidă a calității fotografiilor aeriene de la un UAV.

    Filiala din Siberia de Vest „Goszemkadastrsyomka” - VISHAGI 4 Prospect Mira, Omsk, 644080, Federația Rusă

    CALCULUL PARAMETRILOR ȘI EVALUAREA CALITĂȚII CU FOTOGRAFIE AERIANĂ UAV

    Articolul descrie caracteristicile de calcul ale parametrilor din inspecțiile aeriene ale vehiculelor aeriene fără pilot (UAV) mici. Metodă descrisă pentru evaluarea rapidă a calității fotografiilor aeriene de la aeronave fără pilot.

    Efectuarea lucrărilor de inventariere a terenurilor și imobilelor, pregătirea documentelor pentru înregistrarea cadastrală de stat și înregistrarea de stat a drepturilor presupune realizarea unui complex de lucrări cartografice, geodezice, de gospodărire funciară și cadastrale. Pentru a menține informațiile la un nivel actualizat, este necesară monitorizarea sistemului. Pentru actualizarea locală a materialului cartografic al terenurilor utilizate intens, se recomandă utilizarea vehiculelor aeriene fără pilot. Filiala din Siberia de Vest a întreprinderii Goszemkadastrsemka - VISKHAGI a dezvoltat mai multe avioane și toate se încadrează în categoria de greutate de până la 3,5 kg.

    În ciuda simplității fotografiei de amatori dintr-un UAV, atunci când se efectuează fotografii aeriene în scopuri de cartografiere, apar o serie de probleme legate de alegerea unei camere instalate pe aeronavă, calculul parametrilor de fotografiere aeriană și evaluarea rapidă a calității materiale de fotografie aeriană.

    Alegerea camerelor în scopuri de fotografiere aeriană se bazează pe o analiză a următoarelor caracteristici: rezoluția imaginii, dimensiunea fizică a matricei, unghiul de captare, greutatea camerei și costul acesteia. Am dezvoltat o metodologie de atribuire a punctelor de rating pentru fiecare caracteristică a camerei. Cea mai bună cameră A fost luată în considerare camera care a obținut cel mai mare număr de puncte. Au fost studiate mai mult de zece camere digitale potrivit pentru instalare pe UAV-uri din gama de categorii de greutate până la 3,5 kg.

    Conform rezultatelor studiului, camerele Canon IXUS-980IS, Pentax Optio-A30 și Sony DSC-W300 au fost recunoscute ca fiind cele mai bune în scopuri de fotografiere aeriană; principalele lor caracteristici sunt prezentate în tabel. 1.

    Tabelul 1 Principalele caracteristici ale camerelor selectate

    Numele camerei Lungimea matricei, px Lățimea matricei, px Dimensiunea matricei, "f echivalent cu cadru de 35 mm, mm Greutate, g

    Canon IXUS-980IS 4416 3312 1/1,7 36,0 160

    Sony DSC-W300 4224 3168 1/1,7 35,0 156

    Pentax OptioA30 3648 2736 1/1,8 38,0 150

    În prezent, camera Pentax Optio-A30 este instalată pe vehiculele aeriene fără pilot ale filialei din Siberia de Vest a „Goszemkadastr semka” - VISKHAGI. Camera a funcționat bine în timpul producției și al fotografiei aeriene experimentale. Tehnologia în continuă dezvoltare a fotografierii aeriene din UAV-uri necesită achiziționarea de noi camere și îmbunătățirea metodologiei de selecție a acestora.

    Calculul parametrilor de fotografiere aeriană este prevăzut în documentul relevant documente de reglementare. Fotografia aeriană de la vehicule aeriene mici fără pilot are o serie de caracteristici. Depășirea unghiurilor admise de înclinare a imaginilor, nerespectarea dreptății traiectoriei de zbor, pentru a asigura suprapunerea necesară între imagini, o frecvență mare de fotografiere și, ca urmare, un exces de cadre. Am dezvoltat o metodologie pentru calcularea următorilor parametri ai fotografierii aeriene de pe un UAV: ​​înălțimi de fotografiere, distanțe între rute și între centrele de fotografiere de-a lungul traseului.

    Înălțimea fotografiei aeriene depinde de scara planului foto care este creat. Dimensiunea pixelului extrem al imaginii de pe sol nu trebuie să depășească 0,07 mm pe scara planului foto care se creează. De exemplu, atunci când creați un plan foto

    scara 1: 2000, dimensiunea pixelilor pe terenul d nu trebuie să depășească 0,14 m. Calculul rezoluției imaginii trebuie făcut pentru pixelii cei mai îndepărtați de centrul cadrului. Legătura dintre dimensiunea pixelului extrem al imaginii și teren este prezentată în figură.

    În figură: f - distanța focală a camerei echivalentă cu un cadru de 35 mm;

    L este lungimea jumătății din diagonala matricei; pentru un cadru de 35 mm va fi de 21,6 mm;

    H - înălțimea de fotografiere în timpul AFS;

    Orez. 1. Relația dintre dimensiunea pixelilor imaginii și teren

    D este lungimea jumătății din diagonala imaginii de pe sol.

    Din figură rezultă:

    d ■ cos(y-P)

    S = ; ; (1) păcat

    Hmx = S ■ cos Р; (2)

    Calculul înălțimii maxime admise a fotografiei aeriene se efectuează conform formulei (2), unde unghiul b depinde de parametrii individuali ai camerei utilizate și poate fi calculat pe baza distanței focale echivalente cu un cadru de 35 mm.

    În funcție de acuratețea navigației GPS și de caracteristicile pilotajului UAV, se pot realiza următorii parametri pentru menținerea aeronavei pe rută:

    Deplasare transversală față de axa traseului ± 10 m;

    Menținerea UAV la înălțimea proiectată ± 15 m;

    Distanța de la centrul de fotografie proiectat până la punctul de declanșare a obturatorului camerei este de ± 5 m;

    Modificarea unghiului de rulare al UAV-ului de-a lungul traseului dintre două imagini

    Modificarea unghiului de înclinare al UAV-ului de-a lungul traseului dintre două imagini

    Parametrii de zbor a UAV-ului dat au fost obținuți ca rezultat al post-procesării unei varietăți de materiale de fotografie aeriană industrială și experimentală.

    Pentru a calcula distanța dintre rute care asigură o suprapunere transversală de 30% în condiții ideale, jumătate din unghiul de captare transversal al camerei este calculată folosind formula (3), unde Ln^epen este jumătate din lățimea filmului de 35 mm și este de 12 mm:

    p" = arcctg (------); (3)

    Altitudinea de zbor, ținând cont de eroarea senzorului barometric, se calculează folosind formula (4):

    H = H - 20 m (4)

    etaj max? V/

    Jumătate din lățimea acoperirii terenului camerei este calculată folosind formula (5):

    D = Hpol ■ tgP"; (5)

    Distanța dintre rute în condiții ideale este calculată folosind formula (6):

    unde k = 0,7, pentru a asigura o suprapunere laterală de 30% a imaginilor.

    Pentru a asigura o acoperire continuă fiabilă a suprafeței pământului cu imagini, este necesar să se țină cont de abaterile maxime ale UAV-ului de la traseul proiectat. Valoarea minimă a jumătate din lățimea acoperirii terenului în timpul fotografierii aeriene, ținând cont de totalitatea erorilor în datele de navigație și pilotarea aeronavei, se calculează prin formula (7):

    Рш1п = (Нпп -15м) ш(0- 5°) -10m; (7)

    Abaterea maximă între cele două rute va fi:

    8P = 2 (P - Etp); (8)

    Distanța dintre rute, ținând cont de deplasarea laterală a UAV în raport cu axa rutei, menținând altitudinea de zbor și unghiurile de înclinare a camerei, se calculează folosind formula (9):

    K = K - §P ■ (9)

    peste? V/

    Folosind formulele (1)-(9), altitudinea de zbor a UAV pentru camerele selectate și distanța dintre rute sunt calculate la crearea planurilor foto la scara 1: 2000. Datele obținute sunt prezentate în tabel. 2.

    Tabelul 2 Calculul înălțimii de fotografiere și distanța dintre

    trasee

    Numele camerei Hmax, m ^ m m Dmin, m m o" Ô Racross, m

    Canon IXUS-980IS 520 500 233 106 122 112

    Sony DSC-W300 484 464 223 101 116 107

    Pentax 0ptio-A30 467 447 198 86 110 87

    Distanța dintre centrele de fotografiere de pe traseu este calculată prin analogie cu distanța dintre rute. Folosind formula (3), se calculează jumătate din unghiul longitudinal al camerei, unde L este jumătate din lungimea filmului de 35 mm și este de 18 mm. Distanța dintre centrele de fotografiere în condiții ideale se calculează folosind formula (6); pentru a asigura 60% din suprapunerea longitudinală a imaginilor, coeficientul k va fi egal cu 0,4. Folosind formula (7), se calculează valoarea minimă a jumătate din lungimea de captare a terenului în timpul AFS. Abaterea maximă a distanței dintre imagini față de cea calculată se calculează folosind formula (8). Distanța dintre centrele de fotografiere, ținând cont de eroarea coordonatelor de navigație, menținerea altitudinii de zbor și unghiurilor de înclinare a camerei, se calculează folosind formula (10):

    Rezultatele obținute prin calcularea distanței dintre centrele de fotografiere de-a lungul traseului sunt date în tabel. 3.

    Tabelul 3 Calculul distanței dintre centrele de fotografiere

    Numele camerei ^ m Dmin, m SD, m Rprod, m

    Canon IXUS-980IS 200 207 87 113

    Pentax 0ptio-A30 191 197 83 108

    Sony DSC-W300 169 173 78 91

    Conform tabelului. 2 și 3, folosind exemplul camerei Sapop 1ХШ-98018, a fost întocmit un card cu parametrii de fotografie aeriană de la un UAV în scopul obținerii unui plan foto la scara 1: 2.000._________________________________

    Cardul parametrilor AFS cu UAV pentru cartografiere

    Aparat foto: Canon IXUS-980IS

    Scara AFS: 1:2.000

    Altitudine de zbor la AFS: 500 m

    Distanța dintre rute: ll0 m

    Distanța dintre centrele de fotografiere de-a lungul traseului: ll0 m

    Abatere admisă de la axa traseului: ± l0 m

    Abaterea admisă de la înălțimea proiectată a APS: ± l5 m

    Distanța obturatorului camerei de la centrele fotografice vizate de-a lungul axei traseului: ± 5 m

    Schimbare acceptabilă Unghiul de rulare a UAV pe traseul dintre două imagini: 10o

    Modificarea permisă a unghiului de înclinare a UAV pe traseul dintre două imagini: 60

    Calculul parametrilor de fotografiere aeriană este foarte etapa importanta munca pregatitoare. Parametrii de zbor calculați corect vă permit să măriți suprafața acoperită de fotografia aeriană într-un singur zbor și să îmbunătățiți calitatea materialelor de fotografiere aeriană.

    Pentru a evalua rapid calitatea fotografiei aeriene la întreprinderea noastră, aceasta a fost dezvoltată și implementată în producție software sub forma unei aplicații *.tx bazată pe Mapio. Programul vă permite să proiectați rute în funcție de parametrii calculați ai fotografiei aeriene. Pe baza datelor primite de la aeronavă, traiectoria reală de zbor este construită în timp real. În momentul în care UAV trece peste punctul centrului de fotografiere proiectat, se dă o comandă pentru a elibera obturatorul camerei în modul automat sau manual. În funcție de înălțimea aeronavei și a acesteia

    orientarea în spațiu în momentul fotografierii, se construiește un cadru convențional de imagine, din care puteți evalua rapid acoperirea unei anumite zone prin fotografie aeriană și, dacă este necesar, luați o decizie privind re-trecerea peste zonele cu probleme.

    Metodologia dezvoltată pentru proiectarea fotografiilor aeriene dintr-un UAV a făcut posibilă reducerea semnificativă a timpului necesar pentru finalizarea fotografierii aeriene și îmbunătățirea calității materialelor.

    Dacă aveți o sarcină de cartografiere operațională, de topografie a conductelor de gaz, a conductelor de petrol sau a liniilor electrice pentru a determina starea acestora, specialiștii noștri vor efectua rapid și în intervalul de timp convenit această lucrare pentru dvs. oriunde în Federația Rusă. Avioanele noastre fără pilot sunt echipate cu o cameră SLR de înaltă calitate, cu o rezoluție de 24 megapixeli, o cameră de imagine termică cu o rezoluție de 640*480 pixeli și o cameră video cu rezoluție HD cu un zoom de zece ori, care permit planificarea și pe termen lung. fotografie aeriană. Pentru realizarea lucrării, organizația noastră încheie un acord cu Clientul pentru furnizarea de servicii de fotografiere aeriană. Pentru lucru de înaltă precizie, UAV este echipat cu un receptor GPS/GLONASS cu frecvență dublă care utilizează cele mai avansate tehnologii GPS/GLONASS și este capabil să urmărească sateliții chiar și în condiții dificile. mediu inconjurator.

    Și, desigur, suntem gata să procesăm materialele primite pentru a pregăti un plan fotografic, o diagramă fotografică sau pentru a efectua decriptarea.

    Un exemplu de ortofotohartă cu o suprafață de 14 km * 14 km, luată de la o înălțime de 1,5 km de la un UAV Supercam-350 într-o zi

    Esența fotografiei aeriene

    Fotografia aeriană a unei zone este un ansamblu de lucrări care cuprinde diverse procese de la fotografiarea suprafeței pământului dintr-o aeronavă zburătoare până la obținerea de fotografii aeriene, diagrame fotografice sau planuri foto ale zonei realizate. Include:
    1. activități pregătitoare, constând în studierea zonei de fotografiat, întocmirea hărților, proiectarea rutelor de zbor a aeronavelor și calcularea elementelor de fotografiere aeriană;
    2. munca efectivă de inspecție de zbor sau fotografiarea suprafeței pământului cu ajutorul camerelor aeriene;
    3. munca în camera obscură la dezvoltarea filmului și realizarea de elemente pozitive;
    4. lucrare geodezică pentru crearea unei baze geodezice la sol, care este necesară pentru corectarea distorsiunilor în fotografiile aeriene apărute în timpul procesului de fotografiere aeriană, legarea fotografiilor aeriene și pentru întocmirea diagramelor fotografice și a planurilor foto;
    5. lucrari fotogrametrice, care se desfasoara atat in perioada de teren cat si de birou, si se asociaza cu prelucrarea fotografiilor aeriene pentru intocmirea planurilor si hartilor zonei realizate.

    Toate aceste procese sunt strâns legate între ele și se suprapun parțial. Fotografiile aeriene ale fiecărui site trebuie efectuate de aceeași organizație de la început până la livrarea produsului final. În urma acestei lucrări se produc printuri de contact, reproduceri în format bloc ale fotografiilor aeriene, diagrame fotografice sau planuri fotografice, întocmite după baza geodezică. Toate aceste materiale fotografice aeriene sunt ulterior utilizate pentru a rezolva o serie de probleme din domeniul silviculturii și al industriei forestiere.

    Istoria fotografiei aeriene a zonei

    Fotografia aeriană fără pilot, la fel ca istoria însăși, se dezvoltă într-o spirală: în 1858, în timpul zborului balon cu aer cald peste Paris, Gaspard Felix Tournachon a realizat prima fotografie aeriană din lume și, deja în 1887, fotograful francez Arthur Batout a dezvoltat și realizat prima fotografie aeriană fără pilot folosind un zmeu. Apoi, ideile aeronavelor fără pilot s-au dezvoltat rapid în fotografia aeriană, ceea ce a dus la patenta „Metodă și mijloace pentru fotografiarea peisajelor de sus” folosind porumbei voiaj a farmacistului german Julius Neubronner. Mai mult, această metodă a fost într-adevăr utilizată pe scară largă în timpul Primului Război Mondial. Și abia pe 24 aprilie 1909, „Prima utilizare a unei camere de film montată într-o aeronavă mai grea decât aerul” a avut loc în timpul filmării scurtmetrajului mut „Wilbur Wright și avionul său”. În prezent, fotografia aeriană ia o altă întorsătură în istoria sa, devenind din nou fără pilot.

    Fotografie aeriană fără pilot planificată și viitoare a zonei

    În timpul planificării filmării, camera este îndreptată vertical în jos, în unghi drept față de suprafața pământului. În fotografii vedem o imagine plată (proiecție ortogonală), care amintește de imaginea de pe harti geografice. Cu acest tip de fotografie aeriană putem determina poziția relativă a obiectelor pe un plan fără a ține cont de înălțimile acestora. Când fotografiam imobile, putem vedea acele părți ale clădirilor care sunt îndreptate în sus (acoperișuri). Acest tip de fotografiere este folosit în principal pentru a crea planuri fotografice. Un produs similar poate fi obținut utilizând fotografie prin satelit și aeriană tradițională.

    În fotografia de perspectivă (vizualizare de ansamblu), camera este îndreptată într-un unghi față de orizont. Acest tip de sondaj este imposibil pentru sateliți și „aviația mare” tradițională. Cu fotografia aeriană în perspectivă, în imagini vedem o imagine tridimensională (proiecție axonometrică): nu doar acoperișurile clădirilor, ci și suprafețele laterale (pereții). Astfel, putem judeca nu numai poziția relativă a obiectelor pe un plan, ci și forma lor. În plus, cu fotografia în perspectivă, putem determina înălțimea obiectelor unul față de celălalt. La anumite unghiuri de fotografiere în perspectivă, linia orizontului poate fi prezentă în cadru. În acest caz, avem ocazia de a vedea într-o singură imagine cum un sit sau o structură se încadrează în peisajul înconjurător și relația lor cu obiectele îndepărtate (obiecte îndepărtate, păduri, iazuri, aşezări). Imaginile panoramice, inclusiv panoramele complete la 360 de grade, pot fi asamblate din mai multe imagini în perspectivă realizate prin rotirea camerei în jurul unei axe verticale. Crearea de panorame foto aeriene este posibilă numai folosind un elicopter special echipat cu telecomandă, capabil să plutească mult timp la o anumită altitudine în timp ce cadrele adiacente sunt filmate.

    Etapele lucrării de fotografiere aeriană

    Experiența acumulată în utilizarea metodelor aeriene în sondaje arată eficacitatea lor excepțională în comparație cu metodele tradiționale de colectare a informațiilor, atât în ​​ceea ce privește reducerea semnificativă a intensității muncii și reducerea timpului de anchetă, cât și în ceea ce privește amploarea acoperirii diferitelor tipuri de informații necesare. pentru proiectare. Aerosurvey-urile se desfășoară în trei etape: pregătitoare, de teren și de birou.

    În perioada pregătitoare se colectează informațiile topografice disponibile pentru zona de inspecție și materialele de sondaj aerian din anii anteriori, pe baza cărora se fundamentează gama de variații ale opțiunilor de traseu competitiv și un proiect de realizare a studiilor aeriene, de teren și se intocmeste lucrari foto-geodezice aeriene de birou.

    În perioada de teren se efectuează: lucrări geodezice la sol pentru realizarea unei justificari plan-altitudine pentru releverile aeriene; securizarea și marcarea punctelor rețelei de sprijin; tipuri diferite fotografie aeriană, georeferențiere și interpretare de fotografii aeriene. Un tip important de cercetare aerogeodezică este descifrarea - identificarea (detecția și identificarea) și dezvăluirea conținutului (cogniția) diferitelor obiecte și elemente de teren din imaginile lor din fotografii, caracteristicile lor calitative și cantitative, proprietățile și caracteristicile unice.

    În perioada de birou, prelucrarea completă a rezultatelor măsurătorilor geodezice, îngroșarea fotogrammetrică a justificării relevării geodezice prin metode analitice de fototriangulare, lucru stereofotogrametric pentru obținerea de informații despre relief și realizarea planurilor topografice și modelelor digitale de teren (DTM) într-o coordonată unificată sistem sunt efectuate.

    Echipament pentru fotografiere aeriana fara pilot

    De regulă, operatorii moderni de aeronave fără pilot folosesc în munca lor zilnică o aeronavă mică fără pilot cu o lungime de până la 3 m cu o cameră convențională, casnică sau de studio, bazată pe o matrice CCD. Cele mai populare camere de tip point-and-shoot sunt Samsung, Sony și Pentax. Fotografiile de la astfel de dispozitive sunt, în general, potrivite pentru întocmirea de planuri și diagrame. Fotografiile aeriene oferă o calitate semnificativ mai bună Camere SLR- aici liderii și standardul sunt Canon 550D și tovarășul său mai vechi Canon 5D Mark II. În acest caz, desigur, sunt utilizate și sisteme mari cu lentile multiple.

    Lucrările de sondaj de zbor efectuate de o cameră bazată pe un senzor de matrice (CCD) amintește mai mult de metoda tradițională analogică de fotografiere aeriană, când toate elementele matricei sunt expuse simultan. În această metodă, geometria intra-pixel este cunoscută și strict definită. Problema actuală cu tehnologia matriceală este că rețelele matriceale mari sunt dificil de fabricat. Prin urmare, se combină: fac grătare mari din mai multe mici. De exemplu, din patru. Lentila cu patru elemente produce patru imagini separate, care sunt transformate într-o proiecție centrală și cusute automat împreună. Astfel de imagini sunt procesate folosind programele de procesare analitică existente.

    Al doilea parte principală, și nu mai puțin important, este sistemul de determinare a poziției UAV/camera în spațiu. În cel mai simplu caz, acesta este un receptor GPS obișnuit, de dimensiuni mici, cu antenă, de exemplu Ublox. În prezent Producătorii ruși complexele cu UAV-uri trec aproape universal la receptori de semnale de la sistemele de poziționare prin satelit de tip combinat GPS/GLONASS. Din păcate, acestea nu pot oferi acuratețea necesară. Prin urmare, în dispozitivele mai scumpe și mai serioase, este instalat un receptor GPS suplimentar de înaltă precizie, care permite, în timpul post-procesării datelor brute, să se determine coordonatele centrului imaginii cu o precizie de 5-10 cm.

    Și dacă acest receptor este utilizat împreună cu stațiile de bază GPS de la sol, atunci precizia fixării cadrelor la coordonate va crește la uimitoare!!! 5 cm. Pentru a efectua sondajul, sunt create stații de bază GPS, ale căror date sunt utilizate pentru a calcula corecții diferențiale la determinarea traiectoriei aeronavei. Pentru a determina traiectoria aeronavei și a rafina datele unghiulare ale sistemului inerțial, este utilizată o metodă de procesare în comun a datelor GPS și a datelor sistemului inerțial. Conectarea imaginilor la coordonate se face de obicei folosind programe scrise special pentru un anumit tip de receptor și UAV. Utilizarea acestei metode de calcul crește acuratețea determinării atât a parametrilor unghiulari, cât și a locației.

    Precizia navigației GPS/GLONASS și caracteristicile sistemului control automat UAV-urile vă permit să atingeți următorii parametri atunci când zburați de-a lungul unei rute de fotografiere aeriană:

    Deplasare transversală față de axa traseului - ± 10 m;
    menținerea UAV la o înălțime dată - ± 15 m;
    distanța de la centrul de fotografie proiectat până la punctul de declanșare a obturatorului camerei - ± 5 m;
    modificarea unghiului de rulare a UAV de-a lungul traseului dintre două imagini - 10°;
    modificarea unghiului de înclinare a UAV-ului de-a lungul traseului dintre două imagini este de 6°.

    Tehnologie

    Rezultatul fotografiei aeriene digitale a zonei sunt fotografiile aeriene digitale, precum și elementele de orientare externă înregistrate în zbor (liniar - Xs, Ys, Zs - coordonatele centrului de fotografiere; unghiular - α, β, γ - orientarea relativă a camerei la axele de coordonate).

    În conformitate cu legile proiectării centrale, conform cărora este construită imaginea terenului, negativul aerian (fotografie aeriană) conține o serie de distorsiuni, a căror magnitudine este determinată de unghiul de înclinare al axei optice a camera aeriana si fluctuatiile terenului. Eliminarea acestor distorsiuni se realizează în procesul de prelucrare fotogrametrică computerizată, și în special - transformare fotografică sau digitală, numită transformare. În acest sens, utilizarea fotografiilor aeriene fără transformarea lor prealabilă pentru suportul cartografic (topografic) al lucrării efectuate, inclusiv ca bază pentru GIS, este limitată de influența acestor distorsiuni.

    Citirile instrumentelor și echipamentelor speciale înregistrate în timpul fotografierii aeriene asigură stabilizarea camerei în zbor sau determinarea ulterioară a poziției spațiale a fotografiilor aeriene într-un sistem de coordonate absolut sau relativ în scopul utilizării ulterioare a acestora la efectuarea lucrărilor fotogrammetrice și la conversia fotografiilor aeriene în planuri și hărți. Astfel de dispozitive includ giroscoape, sisteme de poziționare globală, echipamente pentru determinarea altitudinii de zbor, altitudini între centrele de fotografiere, precum și sisteme aeronautice etc. Prezența acestor date determină în mare măsură tehnologia de prelucrare de birou a materialelor de fotografie aeriană, afectează în mod semnificativ eficiența, acuratețea construcțiilor fotogrammetrice și a volumelor de lucru pe teren pentru a le asigura.

    Planificarea rutei

    Fotografia aeriană poate fi zonală și liniară; în fotografia de zonă, pe lângă suprapunerea longitudinală a imaginilor, este necesar să se observe și suprapunerea transversală. Parametrii inițiali ai fotografierii folosind o dronă sunt rezoluția necesară a imaginii, rezoluția camerei aeriene, unghiul de vedere al obiectivului camerei și cantitatea de suprapunere a cadrului. Din aceste date se calculează altitudinea de zbor, viteza dronei și frecvența declanșatorului camerei.

    Zbor și fotografie

    În timpul zborului, drona își calculează automat viteza și frecvența obturatorului (frecvența cadrelor) pentru a asigura suprapunerea cadrului specificat. Suprapunerea imaginilor UAV îndeplinește cerințele obișnuite pentru fotografia aeriană și reprezintă de obicei 60% din cadru. Imaginile UAV se suprapun cu 60% în suprapunerea longitudinală și 30% în suprapunerea transversală.

    Vizualizare rapidă a rezultatelor fotografiilor aeriene ale zonei. În urma zborului, se generează un set de fotografii și date de telemetrie, care includ coordonatele centrului de fotografiere, precum și unghiurile de rulare, înclinare și direcție.

    Etape de prelucrare a fotografiilor aeriene în software-ul fotogrammetric

    1) Crearea unui proiect (nume, sistem de coordonate, interval de înălțime obiect, plasare în sistemul de resurse);

    3) Orientarea importului din metadate;

    4) Orientare interioară (Crearea unui pașaport pentru cameră);

    5) Import de orientare externă;

    6) Formarea amenajării blocului conform orientării exterioare;

    7) Măsurarea rețelei (mașină de triangulare UAV, mașină de punct de legătură cu parametri specificați, măsurare justificare suport), control;

    8) Egalizarea rețelei (calcul sistematicii, autocalibrare, măsurători de control), control;

    9) Crearea DEM (nor de puncte, TIN, breaklines, DEM, linii orizontale), control;

    10) Transformare din imagini, control;

    11) Lucrul cu ortofotografii (tăieri, egalizare luminozitate, tăiere în foi), control;

    12) (Opțional) Vectorizare stereo pentru crearea de hărți 3D și modele 3D;

    13) (Opțional) Crearea de hărți 2D.

    Există trei tipuri de prelucrare a datelor: transformarea afină a cadrelor pentru a crea o ortofotohartă a zonelor plate, ortotransformarea completă a cadrelor pentru a crea o ortofotohartă a teritoriilor cu relief pronunțat, ortotransformarea completă a cadrelor pentru a crea o ortofotohartă care să îndeplinească cerințele la scară geodezică.

    Transformare afină a cadrelor pentru a crea o hartă ortofoto a zonelor plate

    Programul determină puncte comune (de la 50 la 1200) între fiecare pereche de imagini. După aceasta, se rezolvă o ecuație, care include informații din toate imaginile, pentru a găsi abaterea standard minimă (deviația standard) între toți vectorii care leagă punctele comune. Mai simplu spus, o bandă elastică este întinsă între fiecare pereche de puncte și toate cadrele sunt aliniate astfel încât tensiunea generală a benzilor elastice să fie minimă. În acest caz, cadrul poate fi transformat doar afin, adică. orice linie dreaptă este afișată numai într-o linie dreaptă.

    Ortofotografii dintr-o aeronavă fără pilot

    Programul determină puncte comune (de la 50 la 1200) între fiecare pereche de imagini. După aceasta, ecuația fotogrammetrică completă este rezolvată pentru a determina terenul cu o precizie de 10 pixeli. În același timp, sunt specificate coordonatele centrului de fotografiere și parametrii de orientare (ruliu, pas, îndreptare).

    În conformitate cu datele calculate, toate cadrele sunt ortorectificate și rezultatul este proiectat în plan. Conectarea la date reale se realizează folosind datele existente în resursele cartografice disponibile publicului. De exemplu, conform GoogleEarth. Precizia acestor date în Rusia este de aproximativ 6 metri.

    Ortofotografii de la UAV

    Programul determină puncte comune (de la 100 la 3000) între fiecare pereche de imagini. După aceasta, ecuația fotogrammetrică completă este rezolvată pentru a determina terenul cu o precizie de 2 pixeli. În același timp, coordonatele centrului de fotografiere și parametrii de orientare (ruliu, pas, curs) sunt specificate cu mare precizie.

    În conformitate cu datele calculate, toate cadrele sunt ortorectificate și rezultatul este proiectat în plan. Conectarea la date reale se realizează pe baza rezultatelor justificării la sol, care include cel puțin un punct la fiecare 10 cadre sau cel puțin 10 puncte per ortomozaic. Jumătate dintre aceste puncte sunt folosite pentru referință, cealaltă jumătate pentru a confirma cerințele de precizie. Precizia formării reliefului îndeplinește cerințele scalei corespunzătoare.

    Rezultatul lucrării sunt fișiere în format geotiff cu o acuratețe corespunzătoare scarii specificate. Formatul geotiff include două fișiere - o fotografie aeriană ortorectificată și un model digital de elevație (DEM), care poate fi deschis în orice program GIS, cum ar fi ArcGis sau GlobalMapper. Cu DEM activat, puteți forma contururi de relief cu orice diferență de cotă.

    Model 3D de teren

    Pe baza rezultatelor fotografiilor aeriene, relieful este restaurat folosind fotografii de pe un UAV. Împreună cu DEM, este posibil să se genereze relief folosind izolinii cu precizia necesară. Formatul standard este liniile vectoriale în format ArcGis, care sunt importate în orice sistem de cartografiere.

    Specialiștii companiei pot produce rezultate în aproape orice format necesar. Pentru a face acest lucru, trebuie să specificați programul în care ar trebui să fie utilizat rezultatul.

    De asemenea, este posibil să se transfere la un sistem local de coordonate de la WGS. La efectuarea justificării la sol, putem studia coordonatele pe marcajele GGS (rețeaua geodezică de stat), apoi lucrarea poate fi efectuată imediat în sistemul local de coordonate fără conversie și o pierdere corespunzătoare de precizie.