Čo je digitálna fotogrametria a ako sa pri nej využívajú drony?
Vývoj dronovej ekonomiky (Drone economy) nesúvisí len s dronmi samotnými, ale najmä s rozširovaním možností ich využitia pomocou viacerých typov senzorov. Najčastejšou výbavou dronu je kamera, ktorá môže mať rôzne rozlíšenia a vlastnosti. Okrem pekných videí z dovolenky, záberov z prírody, či komerčných videí a reklám, sa UAV (Unmanned aerial vehicle) kamera stáva dôležitým senzorom pre zber dát o zemskom povrchu. Ortofosnímky z dronu nachádzajú bohaté využitie v geodézii a mapovaní menších území, stavbárstve, lesníctve, poľnohospodárstve, či pri ochrane životného prostredia. V tomto článku si povieme viac o spôsobe, ako sa z dvojrozmerných fotografií vytvárajú 3D modely zemského povrchu a budov.
Prečítajte si tiež: Využitie dronov v energetike
Čo je digitálna fotogrametria?
Fotogrametria je vedecká metóda zachytávania rôznych geometrických tvarov pomocou snímok z fotoaparátov a kamier. Zachytené snímky sú následne spracovávané v špecializovanom softvéri do podoby ortofomáp 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 pre vyhotovenie 2D/3D dokumentácie budov, video vizualizácie stavieb, ale aj napríklad v automobilovom priemysle (meranie deformácií pri zrážkových testoch, kontrola dielcov od dodávateľov a iné).
Pre získavanie geografických údajov o väčších plochách sa v leteckej digitálnej fotogrametrii používajú lietadlá, vrtuľníky a bezpilotné prostriedky. Veľkoformátové a stredoformátové digitálne kamery umiestnené v lietadle, či vrtuľníku, prinášajú kvalitné výstupy avšak za vysoké obstarávacie náklady. Veľkou revolúciou v tomto smere bolo práve zapojenie bezpilotných prostriedkov, ktoré priniesli väčšiu efektivitu a dostupnosť.
Drony ako efektívny nástroj pre zber geografických dát
Schopnosť relatívne jednoduchého manévrovania dronu vo výškach nielen, že urýchlila proces získavania ortofosnímok, ale aj výrazne znížila náklady. Letecká UAV fotogrametria zažíva veľký rozmach, keďže v tomto odvetví môžme pozorovať prudký technologický vývoj a zvyšovanie konkurencie, čo vedie ešte k väčšej dostupnosti tohoto riešenia. Pre zber snímkov sa používajú lietadlové drony s pevným krídlom, ako aj kvadro-, hexa-, a okto-koptéry.
Výhodou lietadlových platforiem je rýchlosť zberu údajov, rádovo väčšia výdrž, zatiaľ čo s vrtuľovými dronmi je možné získať detailnejšie zábery a šikmé až horizontálne snímky. Napriek postupnému zvyšovaniu kvality UAV kamier je kvalita ortofotografií nižšia ako u ťažkých veľkoformátových kamier, ktoré bývajú nesené lietadlom, či helikoptérou. 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 záleží od hustoty takýchto bodov na sledovanej ploche.
Vďaka GPS modulom zabudovaných v dronoch obsahuje každý snímok meta dáta o nadmorskej výške, zemepisnej šírke a dĺžke a type senzoru a optiky. Tieto údaje sa taktiež vyhodnocujú pri tvorbe 3D modelu v špecializovanom softvéri, ako je napríklad DroneDeploy, či Pix4D. Pre 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 tiež dôležité nastavenie automatických dráh, ktoré bude v danej lokalite alebo okolo určeného objektu dron vykonávať. Konkrétny príklad môže vyzerať takto:
Povedzme, že chceme získať 3D model budovy. Dron najskôr urobí prvé zábery v kruhovom oblete s kolmo natočenou kamerou v najväčšej výške nad objektom. Druhú sadu 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 na to určenej aplikácii.
Spracovanie údajov
Akonáhle dron získa potrebné snímky z rôznych uhlov, je potrebné 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 versus LIDAR
Okrem fotogrametrie sa pre 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 taktiež 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 kamenive, fotogrametria je dostupnejšie riešenie s veľkou presnosťou a jednoduchým používaním.
PODOBNÉ PRÍSPEVKY
Prečítajte si našu reportáž o konferencii DRONTEX 2023, ktorá sa uskutočnila v októbri v Piešťanoch a spojila odborníkov na bezpilotné technológie z krajín V4!
Pre veľký záujem o semináre pre pilotov dronov pridávame ďalší seminár, ktorý sa uskutoční 23.9 v Trnave.
Konferencia DRONTEX 2023 sa uskutoční 18-19. októbra v Piešťanoch. Okrem odborných prezentácií zameraných na dronové služby a bezpečnosť podujatie ponúkne výstavu dronov a priestor pre networking.