Čo je digitálna fotogrametria a ako sa pri nej využívajú drony?
Vývoj dronovej ekonomiky (drone economy) nesúvisí len s dronmi, ale najmä s rozširovaním možností ich využitia pomocou viacerých typov senzorov. Najčastejšia výbava dronu je kamera, ktorá môže mať rôzne rozlíšenia a vlastnosti. Okrem pekných videí z dovolenky, záberov z prírody či komerčných videí a reklám sa kamera UAV (Unmanned Aerial Vehicle) stáva dôležitým senzorom na zber dát o zemskom povrchu. Ortofotosnímky z dronu nachádzajú bohaté využitie v geodézii a mapovaní menších území, stavebníctve, lesníctve, poľnohospodárstve či pri ochrane životného prostredia. V tomto článku sa budeme venovať spôsobu, ako sa z dvojrozmerných fotografií vytvárajú 3D modely zemského povrchu a budov.
Čo je digitálna fotogrametria?
Fotogrametria je vedecká metóda zachytávania rôznych geometrických tvarov pomocou snímok z fotoaparátov a kamier. Zachytené snímky sú následne spracúvané v špecializovanom softvéri do podoby ortofotomáp a 2D/3D vizualizácií.
Blízka (pozemná) fotogrametria sníma objekt z rôznych uhlov, pričom presnosť a geometrické rozlíšenie sú závislé od vzdialenosti snímkovania, veľkosti ohniskovej vzdialenosti objektívu, ako aj snímkovej konfigurácie a postupu pri spracovaní dát. Pozemná fotogrametria sa často využíva v stavebníctve na vyhotovenie 2D/3D dokumentácie budov, videovizualizácie stavieb, ale napríklad aj v automobilovom priemysle (meranie deformácií pri zrážkových testoch, kontrola dielcov od dodávateľov a iné).
Na získavanie geografických údajov o väčších plochách sa v leteckej digitálnej fotogrametrii používajú lietadlá, vrtuľníky a bezpilotné prostriedky. Veľkoformátové a strednoformátové digitálne kamery umiestnené v lietadle či vrtuľníku prinášajú kvalitné výstupy, ale za vysoké obstarávacie náklady. Veľkou revolúciou v tomto smere bolo práve zapojenie bezpilotných prostriedkov, ktoré priniesli väčšiu efektivitu a dostupnosť.
Drony ako efektívny nástroj na zber geografických dát
Schopnosť relatívne jednoduchého manévrovania dronu vo výškach nielenže urýchlila proces získavania ortofotosnímok, ale aj výrazne znížila náklady. Letecká UAV fotogrametria zažíva veľký rozmach, keďže v tomto odvetví môžeme pozorovať prudký technologický vývoj a zvyšovanie konkurencie, čo vedie k ešte väčšej dostupnosti tohto riešenia. Na zber snímok sa používajú lietadlové drony s pevným krídlom, ako aj kvadro-, hexa- a oktokoptéry.
Výhodou lietadlových platforiem je rýchlosť zberu údajov, rádovo väčšia výdrž, zatiaľ čo s vrtuľovými dronmi možno získať detailnejšie zábery a šikmé až horizontálne snímky. Napriek postupnému zvyšovaniu kvality kamier UAV je kvalita ortofotografií nižšia ako pri ťažkých veľkoformátových kamerách, ktoré zvyčajne nesie lietadlo či helikoptéra. Preto sa zábery z dronov používajú najmä pri:
• mapovaní menších území
• tvorbe 3D modelov objektov
• tvorbe geodetických podkladov
• objemových meraniach drevnej hmoty v lesníctve
• multispektrálnych analýzach skúmajúcich vitalitu porastov
• skúmaní rizika požiaru
• analýzach škôd po živelných pohromách
• príprave dokumentácie pre vodohospodárstvo
• výskumoch v oblasti životného prostredia
Ako funguje fotogrametria?
Celý proces získavania trojrozmerného pohľadu z 2D fotografií prebieha v dvoch fázach: zber údajov a ich spracovanie. Daná lokalita alebo objekt sa najskôr nasníma z rôznych uhlov a pohľadov. Získané zábery sú následne spracované softvérom, ktorý na základe preloženia jednotlivých obrázkov vo vzťahu k polohe vykreslí spoločné body. Sústava takýchto bodov sa nazýva pointcloud a je podkladom pre proces generovania 3D modelu predmetu/územia. Presnosť výsledkov závisí od hustoty takýchto bodov na sledovanej ploche.
Vďaka modulom GPS zabudovaným v dronoch obsahuje každá snímka metadáta o nadmorskej výške, zemepisnej šírke a dĺžke a type senzora a optiky. Tieto údaje sa takisto vyhodnocujú pri tvorbe 3D modelu v špecializovanom softvéri, ako je napríklad DroneDeploy či Pix4D. Na dosiahnutie kvalitných výsledkov je dôležité nastaviť spôsob prekrytia snímok, to znamená, koľko percent pokrytia prvej snímky obsahuje aj nasledujúca snímka.
Pri získavaní dát pre 3D model je takisto dôležité nastavenie automatických dráh, ktoré bude v danej lokalite alebo okolo určeného objektu dron vykonávať.
Konkrétny príklad:
Chceme získať napríklad 3D model budovy. Dron najskôr urobí prvé zábery v kruhovom oblete s kolmo natočenou kamerou v najväčšej výške nad objektom. Druhý súbor záberov vykoná v strednej výške s menším polomerom kružnice pod uhlom 45 stupňov. Posledné snímky dron získa v najnižšej výške pod uhlom 70 stupňov. Frekvenciu záberov, letové dráhy, ako aj ďalšie parametre nastaví operátor dronu v aplikácii určenej na to.
Spracovanie údajov
Len čo dron získa potrebné snímky z rôznych uhlov, treba ich spracovať. Softvérov je na trhu niekoľko, všetky však v princípe pracujú s určitým algoritmom, ktorý vyhodnocuje geografické dáta z jednotlivých bodov z fotografií a spracuje ich do trojrozmernej vizualizácie. Časovo nie je táto operácia taká náročná, pretože operátor len nastaví parametre výpočtu a softvér urobí zvyšok.
Fotogrametria verzus LIDAR
Okrem fotogrametrie sa na vyhotovenie máp a 3D modelov používa aj technológia LIDAR. Na rozdiel od radaru, ktorý na detekciu objektov používa rádiové vlny, LIDAR odosiela infračervené svetlo a na základe odrazov vytvára bodový model terénu.
Lidarový senzor takisto môže byť uchytený na bezpilotný prostriedok. Využíva sa napríklad pri skúmaní krajiny s hustou vegetáciou, kde svetelné impulzy môžu stále preniknúť medzi vetvy a listy. V tomto prípade dokáže LIDAR poskytnúť lepšiu vertikálnu presnosť ako fotogrametria. Tá poskytuje dostatočnú presnosť dát iba v prípade snímania miest s riedkou vegetáciou. LIDAR je teda ideálne riešenie pre lesný priemysel a ochranu prírody. Pokiaľ však ide o širšie potreby prieskumu napríklad v stavebníctve, baníctve a kameňolomoch, fotogrametria je dostupnejšie riešenie s veľkou presnosťou a jednoduchým používaním.
Zobrazit Galériu
