UAV-ok használata nagyméretű fényképezéshez. Pilóta nélküli légi járművek légifotózáshoz

Légifényképezési paraméterek számítása pilóta nélküli légi járművel

k.s.-kh. Sc., egyetemi docens

(SPbGLTA, Szentpétervár, Oroszország)

A cikkben bemutatjuk a digitális fényképezőgépekkel pilóta nélküli légi járművek felhasználásával történő légifotózás tervezési paramétereinek kiszámítását.

A pilóta nélküli légi járművekkel történő légi fényképezés egyre szélesebb körben elterjedt, ami a speciálisan tervezett és szabványos modern digitális fényképezőgépek UAV-kkal kombinált alkalmazásához vezet. A digitális fényképezőgéppel készített fényképek a fotózás után azonnal feldolgozhatók. A nemzetközi besorolás szerint a Micro és Mini osztályba tartozó UAV-okkal az antennakamerák (AFA) használata lehetetlen, mivel meglehetősen nagy tömeggel és mérettel rendelkeznek, és számos hátrányuk is van. Például légi fényképezési anyagok megszerzéséhez a filmet elő kell hívni és be kell szkennelni. Ugyanakkor a digitális fényképezőgépek fő hátránya az így kapott képek alacsony felbontása az AFA által készített, 23x23 cm-es keretmérettel készült képekhez képest.

A légifotózás tervezéséhez szükséges az alapvető paraméterek kiszámítása. A digitális kamerával felszerelt pilóta nélküli légi járművel végzett légifotózás paramétereinek számításakor a következő kiindulási adatokra lesz szükség, amelyeket az 1. táblázatban foglaltunk össze.

Asztal 1

Kiindulási adatok a légi fényképezési paraméterek kiszámításához

Digitális fényképezőgépekkel végzett légifelvételek készítésekor a szükséges pixelméretű képek elkészítéséhez a talajon bizonyos magasságban kell fényképezni. A digitális képek felbontását általában a pontok száma hüvelykenként - dpi (az angol dots per inch-ből) és a talajon lévő pixelméret jellemzi - GSD(angolról Földi minta távolság). A repülési magasság kiszámítása a következő képlettel történik:

Hpadló- repülési magasság, m;

GSD- egy pixel mérete a talajon, pixel felbontás, m/px;

lx- kamera képméret, px.

Mivel a digitális fényképek téglalap alakúak, ajánlatos a fényképezés során a fényképezőgépet a hosszú oldalával a felvételi irány mentén elhelyezni, mivel ez növeli a fényképezési alapot, és ezáltal javítja a fotogrammetriai bevágást (1. ábra). .

Rizs. 1. A képek relatív helyzete az útvonalon

ábrán. 1 jól látható, hogy ha a kép oldalaránya 2:3, akkor a kép hosszú oldalával a felvételi irány mentén történő pozicionálás lehetővé teszi a fényképezési alap növelését ( b) 1,5-szer. Ennek megfelelően az idő 1,5-szeresére nő TRF információk rögzítéséhez digitális fényképezőgépről tárolóeszközre. Ezért a keretek közötti minimális távolság Bmin egy digitális fényképezőgép esetében elsősorban a műszaki jellemzőitől és a pilóta nélküli légi jármű sebességétől függ V.

Az azonos útvonalon lévő szomszédos képek közötti átfedéseket longitudinálisnak ( Px) . A túl kicsi és túl nagy átfedések egyaránt alkalmatlanok a gyártásra. A filmezett terület sztereoszkópikus megtekintéséhez elegendő 50%-os hosszirányú átfedés. De a légifelvételek szélein számos hiba van, ezért nem lehet sztereoszkópikusan megtekinteni a légifelvétel teljes területét. A nagy átfedések szintén elfogadhatatlanok, mivel ez jelentősen csökkenti a kép hangerejét. Majdnem 100%-os átfedéssel két egyforma légifelvétel készül, amelyeknek nincs sztereoszkópikus hatása. A szomszédos képek közötti átfedés lapos felvételi körülmények között 56-69%, hegyvidéki körülmények között legfeljebb 80-90%. Így a képek közötti távolság ( B) a hosszirányú átfedést figyelembe véve a következő képlet határozza meg:

Az UAV-k használatával végzett légi fényképezés során azonban az azonos útvonalon lévő szomszédos képek közötti szükséges hosszirányú átfedés biztosítása érdekében (2. ábra) be kell tartani a következő korlátozást:

Rizs. 2. A helyszín légi felvételének vázlata

Az útvonal szélessége a talajon ( L.M.) függ a keret magasságától ( ly) UAV-val együtt használt digitális fényképezőgép.

Az útvonalak közötti átfedéseket keresztirányú ( Py). Értéküket általában 20-40% tartományba állítják. A szomszédos útvonalak közötti távolságot a következő képlettel határozhatja meg:

Szakasz hossza Dx egyenlő az átlagos útvonal hosszával hosszirányban az első légifelvétel bal szélétől az utolsó légifelvétel jobb széléig. A terület szélessége Dy keresztirányban mérve félúton az első útvonal légifelvételének tetejétől az utolsó útvonal légifelvételének aljáig. Így a képek száma az útvonalon Nsn a szakasz hosszának és a képek közötti távolságnak az aránya, figyelembe véve a hosszirányú átfedést.

Az útvonalak száma a szakasz szélességének és a szomszédos útvonalak távolságának egy arányával lesz nagyobb.

Lövések száma területenként Nuch az összes légi fényképezési útvonalon lévő képek teljes száma.

A hatékonyság és a gazdasági megvalósíthatóság értékelésekor fontos meghatározni, hogy mennyi időbe telik a helyszín légifelvételei tuch. Ez azt is lehetővé teszi, hogy felmérje, melyik időszakban célszerű ezt a munkát elvégezni.

Ennek eredményeként a következő következtetések vonhatók le:

1. A hagyományos AFA-khoz képest a digitális fényképezőgépek technikai mutatóiban (képfelbontásban) gyengébbek, ami a légifotózás során megnöveli a bennük lévő útvonalak és képek számát, ennek következtében pedig megnehezíti a kapott anyagok további feldolgozását.

2. UAV-k légi fényképezése során a képek közötti átfedés biztosítása érdekében figyelembe kell venni a digitális fényképezőgépek műszaki jellemzőit, valamint célszerű olyan „vitorlázó” aerodinamikai konfigurációjú UAV-t választani, amely lehetővé teszi hogy meglehetősen alacsony sebességgel repüljön.

3. Az UAV-k nagyon hatékonyan használhatók kis területek felmérésére, például kis területek kataszteri terveinek elkészítésére és a problémás területek helyzetének operatív megfigyelésére.

Ezt a munkát az Orosz Föderáció elnökének fiatal orosz tudósok számára nyújtott MK-2617.2010.5. sz. támogatása támogatta.

Bibliográfia

1. , Vavilov légifotózás és repülés. A légi fényképezés minőségének értékelése: Útmutató a laboratóriumi gyakorlatokhoz. L.:LTA, 1s.

2. Nikiforov pilóta nélküli légi járművek a tájkertészeti létesítmények leltárához, feltérképezéséhez és kezeléséhez // Oroszország erdei a 21. században. Az első nemzetközi tudományos és gyakorlati internetes konferencia anyagai. - Szentpétervár: SPbGLTA, 2009. 1. sz., p. 248-251.

3. Nyikiforov-kamerák, amelyeket pilóta nélküli légijárművek által készített légi fényképezéshez használtak az erdészetben // Oroszország erdei a XXI. században. Az első nemzetközi tudományos és gyakorlati internetes konferencia anyagai. - Szentpétervár: SPbGLTA, 2010. 4. sz., p. 65-70

4. , Kadegrov, Orosz gyártmányú repülőgépek az erdészeti iparban // Oroszország erdei a XXI. században. A harmadik nemzetközi tudományos és gyakorlati internetes konferencia anyagai. - Szentpétervár: SPbGLTA, 2010. 3. sz., p. 144-149.

5. , Munimaev of külföldi pilóta nélküli légi járművek // Proceedings of the Forestry Engineering Faculty of PetrSU. - Petrozavodsk: PetrSU Kiadó, 2010. 8. szám, p. 97-99.

6. Az Országos Felügyeleti Állami Bizottság topográfiai térképeinek és terveinek elkészítése és frissítése céljából végzett légifotózás alapvető rendelkezései. –M.: Nedra, 1982, -16 p.

7. Száraz módszerek az erdőgazdálkodásban és a tájépítésben: Tankönyv. - Yoshkar-Ola: MarSTU, 20-as évek.

Az ezen az oldalon látható UAV felmérési adatokat a . A felvételi anyagok Agisoft PhotoScan szoftverben történő feldolgozásának technológiáját a Plaza LLC biztosította.

A pilóta nélküli légi járművek (UAV) használata jelentősen csökkentheti a légifotózás költségeit. A hagyományos fotogrammetria szempontjából az ilyen felvételek minőségét valószínűleg elfogadhatatlannak értékelik, mivel az UAV-k általában fogyasztói szegmens kamerákkal vannak felszerelve, giroszkópos stabilizáló berendezést nem használnak, és fényképezéskor, az optikai tengelyek függőlegestől való eltérése gyakran több fokos, ami jelentősen megnehezíti az elsődleges képfeldolgozás folyamatát. A modern fotogrammetriai szoftvereknél azonban ezek a hátrányok nem jelentenek jelentős problémákat. Sőt, a fotogrammetriai feldolgozás digitális módszereinek fejlődése már olyan programok és szoftverrendszerek megjelenéséhez vezetett, amelyek képesek az ilyen „rossz minőségű” légifelvételi adatokat is magasan automatizált módban, minimális kezelői részvétel mellett feldolgozni.

Tekintsük a technológiai láncot a topográfiai térkép előállításához a következő összetevők használatával:

• UAV légi fényképezéshez;
• Agisoft PhotoScan szoftver, mint eszköz a felvételi anyagok feldolgozásához;
• GIS Panorama eszközök ortofotók vektorizálásához és topográfiai térképek készítéséhez.

Légi fotózás UAV-kkal

Technikai értelemben az UAV-okkal végzett légi fényképezés folyamata három szakaszból áll: az előkészítésből, a tényleges felmérésből és a kapott adatok utófeldolgozásából.

Előkészületi szakasz
Ebben a szakaszban a következő történik:

• a rendelkezésre álló anyagok tanulmányozása; követelmények kialakítása vagy összegyűjtése azokra az anyagokra, amelyeket a felmérési eredményekből kell megszerezni - a térkép típusa és léptéke, a felmérési objektum határai; beépítése a felvételi anyagok műszaki követelményei közé: felbontás, a felvételi terület kontúrjának koordinátái, a képek átfedése, a fényképezési központok koordinátáinak meghatározásának pontossága, a földi referenciahálózat követelményei (kombinált felvételeknél pl. a photoplan földi referenciahálózat pontjaihoz kapcsolódik, a CCF pontossági követelmény-definíciói egyáltalán nem szerepelnek);
• repülési küldetés kialakítása egy UAV számára. Ezt a komplexumban található repüléstervező program végzi. A kezelőnek ki kell választania a használt UAV-komplexumot (ha a program lehetővé teszi az UAV és a fényképészeti berendezések több konfigurációjával való munkát), be kell állítania a felvételi terület kontúrját és az indítóhely hozzávetőleges helyzetét a térképen, be kell állítania a szükséges felbontást. és átfedés, amely után a program kiszámítja a repülési tervet és ellenőrzi annak megvalósíthatóságát .

Légifotózás készítése
Az indítóhelyre érkezéskor:

• az indítóhely helyzetének tisztázása, a visszatérési pont beállítása és a szélsebességre és a szélirányra vonatkozó adatok megadása az üzemi magasságon, ha ismert;
• a repülési terv automatikus frissítése és megvalósíthatóságának újbóli ellenőrzése;
• UAV indítása hordozórakétáról;
• fényképezés automatikus módban;
• leszállás.

Terepmérés végrehajtása UAV segítségével

A kombinált módszer alkalmazásakor meghatározásra kerülnek a pattintásra kiválasztott vezérlőpontok koordinátái.

Adatok utófeldolgozása
Tartalmaz:

• adatok (fényképek és repülési napló) lekérése a fedélzeti adathordozóról;
• a fényképek minőségének vizuális értékelése és a „technikai” felvételek elutasítása, ha vannak rögzítve. A technikai felvételek a lövési területen kívül készült fényképeket jelentik - a terület megközelítésekor, kanyarodó íveken stb.;
• fényképező központok összekapcsolására szolgáló fájl létrehozása. A repülés során a vezérlőberendezés különféle paramétereket rögzít, köztük a repülőgép koordinátáit, sebességét és tájolási paramétereit. A fényképezés befejezése után a repülési naplófájlból ki kell választani a fényképezés pillanatainak megfelelő koordinátákat, és hozzá kell rendelni az adott képekhez. Az ilyen feldolgozást általában ugyanabban a programban hajtják végre - a repülési küldetéstervezőben.

Az ipari utasítások előírásai szerint az 1:2000 méretarányú topográfiai térképek készítéséhez 15 cm/pixel felbontású fényképészeti alapra van szükség, és az egyes pontok koordinátáinak hibája legfeljebb 60 cm Ez a felbontás könnyen elérhető, ha UAV-ról készít felvételt kompakt fényképezőgépekkel. Például, ha olyan fényképezőgépekkel, mint a Canon S-95 vagy a Sony NEX-5 (SEL30M35 objektívvel) körülbelül 200-300 m magasságból fényképez, 5 cm/pixel felbontású képeket készít.

A megkívánt pontosságú referenciát a fényképezési központok koordinátáinak mérésével, nagy pontosságú GNSS vevőkkel a referenciahálózaton belül, vagy földi referenciahálózat alkalmazásával érjük el, amelynek pontjaira legfeljebb 30 cm-es hibával hivatkozunk.

Légifelvételek feldolgozása az Agisoft PhotoScan szoftverben

Az Agisoft PhotoScan program egy univerzális eszköz, amellyel háromdimenziós modelleket lehet létrehozni a felvételi tárgyak felületéről ezeknek a tárgyaknak fényképes képeiből. A PhotoScan sikeresen használható mind objektumok, mind különböző léptékű objektumok modelljeinek készítésére - a miniatűr régészeti leletektől a nagy épületekig és építményekig, valamint a légifelvételek adatain alapuló domborzatmodellek készítésére, valamint ezek alapján felépített magassági mátrixok és ortofotótérképek előállítására. modellek. A PhotoScan adatfeldolgozása rendkívül automatizált - a kezelő csak a program üzemmódjainak figyelésére és kezelésére van kijelölve.

A terepmodell felépítése és összekapcsolása a programban három fő szakaszból áll:

• durva modell felépítése. Ebben a szakaszban az átfedő képeken a közös pontok automatikus meghatározása, a kivetítő sugarak helyreállítása, a fényképezési középpontok koordinátáinak és a képek relatív orientációjának elemeinek meghatározása, az optikai rendszert leíró paraméterek számítása (torzítás, aszimmetria-együttható, a központi pont) végezzük. Mindezeket a számításokat a programban egy műveletben hajtják végre;
• az eredményül kapott modell külső (geodéziai, földrajzi) koordinátarendszerhez kapcsolása és az összes rendszerparaméter - a fényképezési központok és a földi vezérlőpontok koordinátái, a képtájolási szögek, az optikai rendszer paramétereinek beállítása paraméteres beállítási módszerrel. A kiigazítás súlyozási együtthatói a felmérési pontok (fényképezési központok) koordinátáinak meghatározásában, a földi támasztóhálózati pontok koordinátáinak meghatározásában, a vezérlőpontok dekódolásában és képeken történő jelölésében fellépő hibák;
• a terepfelület sokszögű modelljének megalkotása az előző szakaszban meghatározott paraméterek alapján. A program egy expressz módszert valósít meg, amely abból áll, hogy csak az első szakaszban kapott közös pontokat háromszögeljük, és pontosabb feldolgozási módszereket, amelyek a kép minden egyes pixelének térbeli helyzetét határozzák meg (a megadott részletességtől függően minden első , minden negyedik, minden tizenhatodik feldolgozásra kerül stb. – csak öt lehetséges szint).

Az így kapott modellt ezután ortofotók és DEM-ek generálására használják.

A kezelő szemszögéből a programmal való munka folyamata így néz ki:

A programablak alábbi képernyőképei jól szemléltetik a légifelvételek feldolgozásának folyamatát a Zaoksky tesztterület felmérésének példáján, amelynek anyagait a Gazprom Space Systems OJSC biztosította. Ezeknek az anyagoknak a feldolgozása egy 4 magos Intel Core i7 2600K processzorral és 16 GB RAM-mal felszerelt PC-n körülbelül három-négy órát vett igénybe – a fényképek betöltésétől az ortomzaik és a digitális terepmodell GeoTiff formátumban történő exportálásáig. Ebből az időből körülbelül egy órát fordítottak a referenciapontok megfejtésére és megjelölésére - a kezelő kézi munkájára, a fennmaradó időt pedig számítások elvégzésére.

Lehetőség van kötegelt feladat létrehozására a feldolgozáshoz. A forrásképek betöltése után azonnal megadhatja az egyes szakaszok paramétereit, és a program önállóan elvégzi a teljes feldolgozási ciklust.

Közvetlenül a program grafikus felületén alapvető méréseket végezhet a kapott modellen - mérheti a távolságokat, a felületet és a modell térfogatát.

A kifejlesztett API lehetővé teszi Pythonban olyan szkriptek készítését, amelyek az adatok feldolgozását és megjelenítését vezérlik, amivel tovább automatizálható a tipikus feladatok megoldása.

1) A fotók feltöltve. A projekt tulajdonságaiban láthatja, hogy a projekt blokkokból (darabokból) áll - a projekt önállóan feldolgozott részei saját fényképekkel, modellel, SC-vel, optika kalibrációs paraméterekkel stb. Ebben a projektben van egy blokk, amely 415 fényképből áll. A fényképek melletti NA (nem igazított) jelek azt jelzik, hogy ezeknek a fényképeknek a helyzete a modelltérben még nem ismert.

2) Koordinátarendszer kiválasztása

4) A kék gömb alakú jelek a felmérési pontok (SCP) egymáshoz viszonyított helyzetét jelenítik meg, beállítás után más típusú, a keretsíkok helyzetének megfelelő jelekre cserélődnek.

5) A feldolgozás első szakaszának – a pontmodell elsődleges beállításának és felépítésének – befejezése után egy pontfelhő jön létre, amely leírja a modellt, és egy sor paraméterkészlet a fényképek relatív orientációjához. A kiválasztott fénykép pozíciója megjelenik a modell megtekintési területén. A nem igazítható fotók továbbra is gömbök/golyók formájában jelennek meg, és a fotólistában NA (nincs igazítva) jelöléssel vannak ellátva. Ebben a projektben nincsenek ilyenek

6) Jelölők (a referenciapontok jelölői) felszerelése. Ha ismeri a markerek helyzetét a képeken (a képkoordináta-rendszerben), egyszerűen importálhatja ezeket az adatokat a PhotoScanbe. Ha a jelölőket még nem sikerült visszafejteni, akkor közvetlenül a programban kell megadnia a helyüket. Minden markernél elegendő egy vagy két fényképen megjelölni a pozíciójukat, és a PhotoScan automatikusan meghatározza a helyzetüket a többi fényképen, speciális jelölésekkel kiemelve azokat a fényképeket, amelyeken a kiválasztott marker jelen van. Mindegyik képen megerősítheti vagy pontosíthatja az automatikusan kiválasztott marker pozíciót

7) Markerek vannak elhelyezve. Építhetsz terepmodellt

8) A modell készen áll. DEM-ként (digitális terepmodell) exportálható, és ennek alapján a domborzat ortomzaikusa generálható.

9) Végül létrehozhat egy textúrát a modellhez, és közvetlenül a programban tekintheti meg.

10) A Föld felszíni modelljének belső ábrázolása PhotoScan-ben - Delaunay háromszögelési hálózat, TIN modell

11) A teljes felmérési terület ortofotótérképe.

12) Digitális terepmodell a teljes felvételi területről

Térképek beszerzése ortomzaik alapján a GIS Panorama-ban

A "Panorama" GIS alapján kifejlesztett, távérzékelési adatokon alapuló automatizált dekódolás és vektorizálás komplexe lineáris és területi objektumok automatikus vektorizálására szolgál a földfelszín színes raszteres képeinek felhasználásával.

Az automatikus vektorizálási folyamat a következő fő szakaszokból áll:

• raszteres előfeldolgozás;
• osztályozás;
• osztályozási raszteres feldolgozás;
• raszter-vektor konverzió;
• vektor feldolgozás.

Az előfeldolgozás nem kötelező lépés, és magában foglalja a raszteres skálázást és a szűrést. A méretezés lehetővé teszi a feldolgozás jelentős felgyorsítását, ha a képfelbontás túl magas. A szűrés csökkenti a képzajt, ami pozitív hatással van a felismerési eredményekre.

Az osztályozás az a folyamat, amely meghatározza, hogy az eredeti raszter egyes képpontjai egy vagy másik felismerhető objektumhoz tartoznak-e. Az osztályozás három fő szakaszból áll. Az első szakaszban a felhasználó meghatározza a betanítási mintákat – jelzi a képen azokat a területeket, amelyek egyedileg a felismert objektumokhoz tartoznak. Ezután az osztályozó betanításra kerül - a felismert objektumokban rejlő statisztikai dekódolási jellemzők azonosításának és emlékezésének folyamata. Ezeket az adatokat magában az osztályozásban használják fel – annak meghatározására, hogy az eredeti raszter egyes képpontjai egy felismert objektumhoz tartoznak-e.

A statisztikai dekódolási jellemzők kiszámítása a betanítás és az osztályozás során egy csúszóablak esetében történik. A képzés során az ablak a képzési mintákon belül mozog, miközben a kép többi részét osztályozza. Statisztikai dekódolási jellemzőkként spektrális (átlagos szín) és texturális jellemzőket (kontraszt, energia, korreláció) használnak.

A letöltött ortomzaikusra GeoTiff formátumban osztályozási és felismerési technológiát alkalmazunk

Az osztályozás eredménye egy osztályozási raszter – az eredeti raszter képpontjainak egy adott felismert objektumhoz való tartozásának rasztere. Az osztályozási raszter sok zajt tartalmaz – helytelenül osztályozott pixeleket. Szűrhetők abból a feltételezésből kiindulva, hogy a hibásan osztályozott pixelek sűrűsége kisebb, mint a helyesen osztályozottaké.

A következő szakaszban a szükségtelen információkat kiszűrik, simítják és lineáris és területi formákká alakítják.

Ehhez morfológiai műveleteket használnak - a pixel bináris állapotának megváltoztatását a szomszédok állapotának elemzése alapján. Az ilyen műveletek közé tartozik:

• erózió – az egyes pixelek nullával való helyettesítése, ha legalább egy nulla pixel van a közelben;
• felépítés - nulla pixel cseréje eggyel, ha legalább egy pixel van a közelben;
• kis területek eltávolítása - az egyes pixelekből álló nyolc összekapcsolt helyi csoportok nullákkal való helyettesítése, ha a pixelek száma kisebb, mint a tűrés;
• kis lyukak kitöltése - nyolc összekapcsolt, nulla pixelből álló helyi csoportok helyettesítése egyekkel, ha a pixelek száma kisebb, mint a tűrés;

A feldolgozás után az osztályozási rasztert vektorobjektumok - vonalak vagy területek - halmazává alakítják. A vonalakká átalakítás folyamat nem metsző vonaljellemzőket hoz létre. Területekké alakításkor olyan területobjektumok jönnek létre, amelyeknek közös részei vannak a kontúrnak. Az utolsó szakaszban a felismert objektumokat a relatív helyzetük elemzése alapján kombinálják vagy eltávolítják. A funkciók kombinált hálózatát közösen simítják és szűrik, mielőtt elmentenék a generált térképre.

Az ortofototérképek automatizált értelmezésének és vektorizálásának eredménye megtekinthető és szerkeszthető a GIS "Panorama"-ban

A digitális térképek frissítésekor az objektumok meglévő kontúrjait használják fel a dekódoló és vektorizáló program automatikus betanítására. Szükség esetén a kezelő kiválaszthat olyan egyedi területeket, amelyek a megfejtendő objektumok legjellemzőbb képeire esnek.

A program összehasonlítja az objektumok kontúrjait és a képek megfelelő területeit, megjegyzi a kép tulajdonságait és finomítja az objektumok kontúrjait a hasonló képtulajdonságokkal rendelkező területek valós határai mentén. Ugyanakkor új objektumok jönnek létre a kép azon helyein, ahol hasonló vizuális tulajdonságokkal rendelkező területek találhatók.

Irodalom
1. Útmutató a fotogrammetriai munkához digitális topográfiai térképek és tervek készítésekor GKINP (GNTA)-02-036-02. Moszkva, TsNIIGAIK, 2002

A „PILÉPEZETTLEN LÉGI JÁRMŰVEK: ALKALMAZÁS TÉRKÉPEZÉSRE LÉGI FÉNYKÉPZÉSRE” című cikk első része általános elméleti kérdésekkel foglalkozott: áttekintették a létező UAV-típusokat, magyarázatot adtak a használatukhoz kapcsolódó főbb kifejezésekre, valamint áttekintést adtak több UAV-ról. térképészeti célú légifotózásban sikeresen használt modelleket adtak át.

A cikk második része a pilóta nélküli légi fényképezés fotogrammetriai feldolgozásának jellemzőit tárgyalja, ajánlásokat ad a végrehajtására, valamint az alapvető és kiegészítő berendezések felszerelésére az UAV fedélzetére a maximális pontosság elérése érdekében.

A.Yu. Sechin, M.A. Drakin, A.S. Kiseleva, „Rakurs”, Moszkva, Oroszország, 2011.

Az UAV légifelvételi adatainak jellemzői

Alapvetően nem különbözik a „nagy repülőgépről” való lövöldözéstől, de vannak bizonyos jellemzői, amelyeket a továbbiakban megvizsgálunk. Az UAV repülése általában 70-110 km/h (20-30 m/s) utazósebességgel történik 300-1500 m magassági tartományban. Nem metrikus háztartási kamerákhoz általában 10-20 megapixeles mátrixmérettel használják. A kamerák gyújtótávolsága általában 50 mm körüli (35 mm-es ekvivalens), ami 7–35 cm-es alappixelméretnek (GSD) felel meg.

Az UAV-k képeit gyakran egyszerű, nem szigorú módszerekkel dolgozzák fel (a képek síkra történő affin átalakítása). Ennek eredményeként a felhasználó elrendezési montázsokat kap, amelyek az alacsony pontosság mellett kontúrtöréseket is tartalmazhatnak a szomszédos képek találkozásánál.

Ebben a cikkben az UAV-ból történő felmérés jellemzőinek mérlegelésekor és a végrehajtására vonatkozó ajánlások kidolgozásakor szigorú fotogrammetriai adatfeldolgozásból indulunk ki, amelynek eredményeként a kapott eredmények (általában ortofotomozaik) pontosságára számíthatunk. egy GSD rendelés. A fent megadott lövésparaméterekkel az eredmények a lövésmagasságtól függően 1:500-tól 1:2000-ig terjedő méretarányú ortomzaikus pontossággal felelnek meg.

A légi felvételi adatok szigorú fotogrammetriai feldolgozásához és a legpontosabb eredmények eléréséhez szükséges, hogy az egy útvonalon lévő képek háromszoros átfedéssel rendelkezzenek, és a területi felmérés során a szomszédos útvonalak képei között legalább 20%-os átfedés legyen. A gyakorlatban, amikor UAV-ról fényképez, ezeket a paramétereket nem mindig tartják fenn. Az UAV repülése nem stabil, széllökések, turbulencia és egyéb zavaró tényezők befolyásolják. Ha a hagyományos repülőgépekről történő felmérést az útvonalon 60%-os, az útvonalak között pedig 20-30%-os átfedéssel tervezik, akkor az UAV-ról történő felmérést az útvonalak mentén 80%-os, az útvonalak között pedig 40%-os átfedéssel kell megtervezni. annak érdekében, hogy lehetőség szerint kiküszöböljük a fototriangulációs blokk hézagait

Az UAV-k általában Canon digitális fényképezőgépekkel vannak felszerelve. Ez a cég kameráinak egyszerű elektronikus vezérlésének köszönhető. A háztartási kamerák használatának vannak előnyei (alacsony költség, könnyű csere a „kemény leszállás során”) és hátrányai is.

A fő hátrány az, hogy a háztartási kamerákat kezdetben nem kalibrálják – pontos gyújtótávolságuk, főpontjuk és torzításuk ismeretlen. Ugyanakkor a mindennapi fotózáshoz elfogadható nemlineáris optikai torzítások (torzítások) akár több tíz pixelt is elérhetnek, ami egy nagyságrenddel csökkenti a feldolgozási eredmények pontosságát. Az ilyen kamerák azonban laboratóriumi körülmények között kalibrálhatók, ami majdnem ugyanolyan feldolgozási pontosságot tesz lehetővé, mint a professzionális kis formátumú fotogrammetriás fényképezőgépeknél.

Az ilyen kamerákra célszerű fix gyújtótávolságú objektíveket szerelni. Fényképezéskor állítsa a fókuszt végtelenre, és kapcsolja ki az autofókusz funkciót.

Az UAV-kon használt kamerák második hátránya kifejezetten a Canon fényképezőgépekre vonatkozik - a professzionális fotogrammetriás fényképezőgépekkel ellentétben részárat használnak, aminek következtében a kép különböző részei különböző időpontokban exponálódnak, és megfelelnek a média különböző pozícióinak. . Tehát, ha a zársebesség fényképezéskor 1/250 s, akkor 20 m/s UAV-sebességnél a kamera elmozdulása egy keret felvételekor 8 cm, ami összevethető az alacsony magasságban történő fényképezés felbontásával és további szisztematikus hiba a képen. Az ilyen hibák felhalmozódhatnak a fotogrammetriai vastagítás (kiegyenlítés) folyamata során, nagy területek felmérésekor. Ennek a hatásnak a csökkentése és az elmosódott képek kiküszöbölése érdekében célszerű a lehető legalacsonyabb záridővel UAV-ról fényképezni (legfeljebb 1/250 s, a maximális zársebesség a tengerszint feletti magasságtól függ). A részár problémáját részben a központi redőnnyel ellátott fényképezőgépek tudták megoldani, amelyek objektíve és mátrixminősége a Canon fényképezőgépeihez hasonló. Az elmosódás elkerülése érdekében azonban a záridőt továbbra is korlátozni kell.

Az amatőr és profi digitális fényképezőgépekkel készített képek téglalap alakúak. „Előnyösebb” úgy elhelyezni a kamerát, hogy a kép hosszú oldala a repülésen keresztül legyen – ez lehetővé teszi, hogy nagyobb területet készítsen azonos hosszúságú útvonalon. A fényképezést maximális minőségben kell készíteni - a legkisebb jpeg tömörítéssel vagy RAW-ban, ha ez utóbbi lehetséges.

A navigációs segédeszközök jelenlegi fejlettségi szintje lehetővé teszi a külső tájékozódási elemek (EOE) közvetlen mérését a felmérési folyamat során. Az ilyen mérések tipikus pontossága eléri a több centimétert az X, Y és Z térbeli koordinátákban, valamint a 0,005 fokot a dőlés-, dőlés- és dőlésszögben a „nagy repülőgépekre” telepített ApplanixPOSAV legpontosabb rendszerekhez. Ez gyakran elegendő a referenciapontok felhasználása nélküli feldolgozásához. Mindenesetre az ilyen adatok elérhetősége nagymértékben leegyszerűsíti a feldolgozást, és lehetővé teszi bizonyos feldolgozási lépések teljesen automatikus végrehajtását. A mikroelektronika modern fejlődése lehetővé teszi egy mechanikus (pontosabban MEMS-elektronikus-mechanikus) giroszkóp összeszerelését több mm-es házban, 250 dollártól. Az ilyen giroszkópok nem biztosítják a professzionálisak pontosságát, működés közben jelentős karbantartást igényelnek (nagyságrendileg egy fok), de jelentősen leegyszerűsítik a későbbi adatfeldolgozást. A Dozor 50 szabványos szállításával a következő kis méretű inerciális rendszerek telepíthetők a fedélzetre - IMU (a Dozor-50 a Transaz Telematics LLC által kifejlesztett IMU-val van felszerelve) és nagy pontosságú kétsávos GPS (TOPCONeuro160 a Ptero-E4-en) , beépített GLONASS/GPS vevő a Dozor-50-en). Ezeknek a GPS-készülékeknek a névleges pontossága 10 mm + 1,5 mm × B (B– a bázisállomás távolsága km-ben) felülnézetben és 20 mm + 1,5 mm × B magasságban. Sajnos az UAV-k fedélzetére általában olcsóbb GPS-vevőket szerelnek fel, IMU-érzékelőket pedig nem. A telemetriai információkban szereplő képek vetítési középpontjaira vonatkozó adatok az NMEA protokollon keresztül kerülnek felvételre, és ebben az esetben akár 20-30 m pontossággal, a dőlés-, dőlés- és dőlésszög pedig a GPS-mérések sebességvektorán keresztül kerül kiszámításra. Az ilyen telemetriai információkban az elfordulási szög pontossága alacsony, és meghaladhatja a 10 fokot, és maguk az értékek szisztematikus hibákat tartalmaznak, ami megnehezíti a későbbi adatfeldolgozást.

Ha kétsávos GPS-vevőt használtunk differenciál üzemmódban (vagy a GPS-adatok PPP-feldolgozása), akkor a legpontosabb feldolgozási eredmények eléréséhez minimális számú vezérlőpont szükséges, általában 100 képenként 1-2 pont elegendő bizonyos esetekben a feldolgozás ellenőrzési pontok nélkül is elvégezhető. Abban az esetben, ha nincsenek pontos vetületi középpontok, a tervmagasság indokolásának követelményei szabványosak: 6-10 felmérési alaphoz egy tervmagasságpont.

UAV-kból származó légi fényképezési adatok fotogrammetriai feldolgozásának sajátosságai

Az UAV-król készített légifelvételek digitális fotogrammetriai rendszerekben (DPS) történő feldolgozása általában hasonló a „nagy repülőgépekről” készített légifelvételek feldolgozásához. Az UAV-ból származó adatok sajátosságai azonban gyakran nem teszik lehetővé a szabványos csomagok automatikus eljárásainak használatát - egyes műveleteket (például a kötési pontok elhelyezését) kézzel kell végrehajtani. Az alábbiakban megvizsgáljuk az UAV-ról készült légifelvételek feldolgozásának jellemzőit a PHOTOMOD5.2 digitális fájlrendszerben. A PHOTOMOD ezen verziójában speciális funkciókat vezettek be az ilyen adatok feldolgozására, jelentősen leegyszerűsítve és automatizálva a végtermékek előállítását.

Más adatok feldolgozásához hasonlóan először egy projekt jön létre a CFS-ben, amelybe bekerülnek a képek és a telemetriai információk. A vetítési középpontokra és szögekre vonatkozó adatok alapján egy blokk-elrendezést készítünk, amelyet útvonalakra osztunk. Az UAV kanyarokban rögzített képek manuálisan törlődnek. A pontatlan külső tájolású sarokelemek meglehetősen durva blokkbeépítéshez vezetnek (1. ábra):

Rizs. 1. Blokk elrendezés a telemetriai információk szerint

A kötési pontok automatikus keresése ilyen esetekben nehézkes vagy jelentős számítógépes időt igényel. A blokk elrendezés pontosítására ilyen esetekben a PHOTOMOD CFS az ún. „automatikus blokk elrendezés”, amely a képek egymáshoz viszonyított helyzetét határozza meg (2. ábra).

Rizs. 2. Blokk elrendezés automatikus finomítás után

Amint azt korábban megjegyeztük, az UAV-ról történő filmezés fokozott átfedéssel történik. A repülőgép repülési instabilitása néha nagyon nagy átfedéseket eredményezhet a szomszédos képek között, ami nehézségeket okoz a szabványos fotogrammetriai csomagokban.

Rizs. 3. A képek „összetévesztése” kis felvételi alapon

A szomszédos képkockák különböző szögei és magasságai a kötési pontok keresési területének növekedéséhez és a durva hibák számának növekedéséhez vezetnek a szokásos légi repülésekhez képest. A finomított blokk-elrendezés létrehozása után a kötési pontok automatikus mérésének eljárása megtörténik. Az első lépéseknél ismét megadjuk a blokk elrendezését:

Rizs. 4. Blokk elrendezés a kötési pontok automatikus mérésének első lépései után

A következő áthaladások során további méréseket végeznek a kötési pontokon. Több lépésre van szükség, ha a telemetriai információ nem tartalmazza az összes tájolási szöget, vagy a szögek 10-30 fokos pontossággal ismertek. Ha a telemetriai információ több fokos egység pontosságú szögorientációs elemeket tartalmaz, akkor egy lépés elegendő - az automatikus mérések megbízhatósága ebben az esetben nő. Az automatikus mérések során előforduló esetleges durva hibák leküzdésére a PHOTOMOD5.2 bevezette az ún. „kötési pontok bizalmi csoportja”, amikor a program a legkisebb keresztirányú parallaxisú sztereó párokhoz keresi a legnagyobb számú kötési pontot, akkor a csoportban nem szereplő többi kötési pont hibásnak minősül.

A kötési és ellenőrzési pontok mérése után megtörténik a beállítási eljárás. A DFS PHOTOMOD-ban használhatja a kezdeti közelítést a korrekciós algoritmushoz mind a finomított blokkdiagram szerint, mind más módszerekkel megszerkesztve. Az 5.2-es verziótól kezdődően a légi fényképezés UAV-ról történő beállításához egy új mód – 3D beállítás – használatát javasoljuk. Ha a PHOTOMOD-ban és elegendő számú vezérlőpontban állítja be, használhatja az önkalibrálást. Ez lehetővé teszi kalibrálatlan kamerák használatát. A kimeneti eredmények várható pontossága szigorú fotogrammetriai feldolgozás mellett vízszintesen körülbelül 1-2 GSD, függőlegesen pedig 2-4 GSD. A fotogrammetriai beállítás után, amelynek eredménye meghatározza a kimeneti termékek pontosságát, automatikusan létrejön egy dombormű (DEM). Szükség esetén a beállítás után sztereó vektorizálás is elvégezhető - épületek, építmények, hidak, gátak és egyéb tárgyak kézi rajza. A megépített domborművet képek ortorektifikálására használják. Az utolsó szakaszban egy varrat nélküli mozaikot hoznak létre ortorektált képekből - a vágási vonalakat kiszámítják, a fényerőt kiegyenlítik, és a kontúrobjektumokat összekapcsolják. Az önkalibrálás referenciapontok hiányában is engedélyezhető, azonban ebben az esetben csak együtthatók számíthatók k1, k2 radiális torzítás. Ha részáras kamerákat használ, opcionálisan engedélyezheti az affin torzítás számítását. Ha a tájolási szögek stabilak a felmérés során, az ilyen önkalibrálás növelheti a beállítás pontosságát.

Ha kalibrálatlan kamerát használunk, és nincsenek referenciapontok, akkor több tíz méteres pontosságról beszélhetünk, amelyet a pontosság határoz meg

GPS vetítési központok és objektív torzítás (akár több tíz pixel). Ilyen esetekben egyszerűsített automatizált feldolgozási szekvencia használható. A megadott pontosságú zökkenőmentes blokktelepítés az eredeti képek PHOTOMODGeoMosaic modulban történő transzformációjával érhető el. Ebben az esetben a legegyszerűbb transzformációs módszereket alkalmazzák, amelyek nem veszik figyelembe a terepet, és a kontúrok összekapcsolása automatikusan kiszámított kötéssel történik. pontokat automatikusan felépített vágási vonalak mentén.

Példák UAV-kból származó légi fényképezési adatok fotogrammetriai feldolgozására

Nézzünk néhány példát. Minden példában a PHOTOMOD digitális fájlrendszert használtuk a feldolgozáshoz. Meg kell jegyezni, hogy különböző szervezetek több mint 20 légi fényképező egységet adtak át UAV-król a Rakurs cégnek tesztelésre. Sajnos sok blokknál nem voltak referenciapontok és/vagy a felmérés kalibrálatlan kamerákkal történt. Ilyen esetekben nem lehetett felmérni a végső feldolgozási eredmények pontosságát.

Az első blokkot, amelyet figyelembe veszünk, eltávolítottuk a ZALA421-04f UAV-ból. A kutatási adatokat a Gazprom Space Systems OJSC biztosította. A blokk 26 útvonalból állt. A blokkban összesen 595 kép volt. Előre kalibrált Canon EOS500D digitális fényképezőgépet használtunk. A terep feletti repülés magassága kb. 500 m, a terepen a pixelméret kb. 8 cm A terepen 25 referenciapontot mértek és jelöltek ki, a referenciapontok koordinátáinak pontossága nem haladta meg a 10 cm-t. A teljes domborzati magasságkülönbség körülbelül 3 kilométeres hosszon meglehetősen nagy ~ 70 méter.

Először is ugyanazt a légi fényképezési blokkot egy egyszerűsített séma szerint dolgozták fel automatikusan, beállítás és vezérlőpontok használata nélkül. A kötés a vetítés középpontjaiban történt, a képek transzformációja a GeoMosaic modulban azonnal megtörtént a dombormű figyelembe vétele nélkül. Az így létrejövő „pszeudo” ortomzaikok utólagos, referenciapontok segítségével történő monitorozása 17 m-t meghaladó eltéréseket mutatott ki a referenciapontoknál.

A blokkot ezután szigorú fotogrammetriai feldolgozásnak vetettük alá. A beállítás során a mért kontrollpontok közül három kontrollpontnak minősült. A kiigazítás négyzetes középhibája 15 cm, 16 cm, 12 cm a kontrollpontokban, 23 cm, 29 cm és 57 cm a kötési pontoknál A blokk általános nézete a következő ábrán látható.

Rizs. 5. Az „1. ​​blokk” általános nézete

A kiigazítás során kiderült, hogy a telemetriai információból a vetületi középpontok koordinátái szisztematikus hibát tartalmaznak, melynek fő összetevője 10,5 méter Z magasságban. A szisztematikus hiba 84 cm, 239 cm és 75 cm. Az Y szignifikánsan nagy hibája (a repülés mentén) nagy valószínűséggel a lövési pillanatok telemetriás pontatlan meghatározására vezethető vissza. A Z kötési pontoknál előforduló nagy hibák valószínűleg a kamera pontatlan kalibrálásából és a részáras kamerával történő fényképezés során felhalmozódott hibákból adódhatnak. A legnagyobb hibák a kötési pontoknál a képek szélein és sarkainál figyelhetők meg.

Rizs. 6. Hibaértékek a kötési pontokon

A blokk további feldolgozása a szabványos séma szerint történt. A dombormű automata üzemmódban épült és az ortotranszformáció a megépített dombormű figyelembevételével történt. Az elkészített ortofotó egy töredéke a következő ábrán látható. Ennek a töredéknek az elkészítésekor a fényerő-kiegyenlítő funkciót nem különítették el a szomszédos képek kontúrjainak egybeesésének demonstrálására.

Rizs. 7. Ortomózus töredék fényerő-kiegyenlítés nélkül

2011 áprilisában a Moszkvai Állami Geodéziai és Kartográfiai Egyetem Fotogrammetriai Tanszéke (MIIGAiK) kutatást végzett a Ptero UAV segítségével nyert légifelvételi anyagokon, hogy felmérje a légifotózás és a fotogrammetriai feldolgozás minőségét. A felvételt a Ptero UAV-ról lefényképezett terület átlagos síkja feletti körülbelül 900 m-es magasságból CanonEOS5D digitális fényképezőgéppel készítették. A kamera előzetesen kalibrálva van. Az anyagok minőségének felmérésére egy blokktöredéket használtak, amely 2, egyenként 6 képből álló útvonalból állt. Referenciapontként 14 pontot használtunk, melynek XY tervkoordinátáit 1:1000 méretarányú tervekből vettük, a Z magasságot pedig a kb. A fotogrammetriai kiigazítást követően a koordináták négyzetes középhibája a referenciapontokban 20 cm, Y 21 cm, illetve 50 cm 6 cm, 6 cm, 15 cm A pixel mérete a földön körülbelül 12 cm A blokk általános diagramja a következő ábrán látható.

Rizs. 8. A „2. blokk” vázlata referencia- és csatlakozási pontokkal

A metrológiai támogatás kérdései

Általánosságban elmondható, hogy az UAV-k légi fényképezésre és térképészeti pontosságú anyagok beszerzésére történő alkalmazása költséghatékonyságot mutat, és működőképes. Az ilyen légi fényképezés széles körű megvalósítása megköveteli az UAV-gyártók és az azokat üzemeltető felhasználók, valamint a digitális fotogrammetriai rendszerek fejlesztőinek erőfeszítéseinek összehangolását.

A fent felsorolt ​​problémák megoldását célzó UAV-k bevezetésének egyik korlátozó tényezője, hogy a legtöbb szervezet nem rendelkezik gyakorlati tapasztalattal a használatukkal kapcsolatban, valamint az UAV-k felmérési berendezéseinek kiválasztására és az UAV paramétereire vonatkozó elméleti alapú ajánlások hiánya. segítségével végzett légifotózás.

Említsük meg itt a MIIGAiK egy érdekes projektjét - a terület pilóta nélküli légifotózáson alapuló megfigyelésére és feltérképezésére szolgáló technológiák fejlesztése és tanulmányozása érdekében megkezdődött a munka egy speciális kutatóhely létrehozásán. Ez a hulladéklerakó körülbelül 50 négyzetméteres területtel. km, a Tula régió Zaoksky kerületében jön létre, a Moszkvától 110 km-re található MIIGAiK képzési geológiai lelőhely alapján.

A poligon területe a térképészeti objektumok egyedülálló változatát képviseli. Ezen a területen sokféle település található: városi jellegű települések, falvak, vidéki és nyaralótelepülések; úthálózat vasutak, autópályák, országutak és szántóföldi utak formájában; különböző feszültségű vezetékek; csővezetékek. A lerakó területén erdők, különféle vízrajzi objektumok, változatos domborzati viszonyok, mezőgazdasági területek és termelő létesítmények találhatók.

Az UAV-k használatán alapuló technológiák fejlesztésének és kutatásának biztosítása érdekében a kísérleti helyszín területén megkezdődött a nagy pontosságú terv-magassági jelölések hálózatának kialakítása (természetes terepkontúrok és jelölések formájában). ; A domborzat jellegzetes területeinek topográfiai földmérése 1:500 és 1:2000 léptékben zajlik. Ugyanerre a területre készültek ortofotótérképek és digitális domborzatmodellek légifelvételek és nagyfelbontású műholdfelvételek alapján. Amint új forgatási anyagok állnak rendelkezésre, ezek a munkálatok várhatóan készenléti állapotban lesznek.

Az UAV-val nyert képek vizuális tulajdonságainak értékeléséhez radiális világokat helyeznek el a teszthelyen.

Az első teszteket 2011. július közepén tervezik elvégezni. A tervek szerint a kísérleti helyszín területének különböző léptékű légi próbafelvételeket készítenek a hazai "PTERO" UAV segítségével, hogy teszteljék és tanulmányozzák a fotogrammetriai technológiát a térképek készítéséhez. különböző léptékek a kapott légi fényképezési anyagokból. Az így kapott képek fotogrammetriai feldolgozását várhatóan a PHOTOMOD digitális fotogrammetriai rendszeren kell elvégezni. Szeptemberben a tervek szerint tesztelik a MIIGAiK-nál fejlesztett MIIGAiK X8 UAV-t.

A MIIGAiK egy teszthely létrehozásával, valamint az UAV-k és a használatukon alapuló technológiák tesztelésével kívánja segíteni a potenciális felhasználókat az új technológiák elsajátításában és bevezetésében, a repülőgépek és filmezési rendszerek fejlesztőit pedig a jelenlegi gyártási problémák megoldására való adaptálásában.

következtetéseket

Az UAV-k légi felmérési platformként való felhasználása nagy kilátásokat kínál kis területű objektumok és lineáris objektumok fényképezésekor. Az UAV-k adatai lehetővé teszik a kiváló minőségű térképészeti anyagok (térbeli adatok) beszerzését a következő feltételek mellett:

a forgatási eszközökkel és a forgatási folyamattal kapcsolatos bizonyos (meglehetősen megvalósítható) követelmények teljesítése (a födémek megfelelőségének biztosítása);

szigorú fotogrammetriai feldolgozás. Ebben az esetben a pontosság több tízszeresére növekszik, és GSD körül lehet, mint a hagyományos légi fényképezésnél és műholdfelvételeknél.

A felmérési eredmények maximális pontosságának elérésére vonatkozó ajánlásaink mind az UAV-t üzemeltető felhasználóknak, mind a drónokra berendezéseket telepítő tervezőknek szólnak, és a következők.

Használjon kalibrált kamerákat UAV-kon.

Fényképezzen 1/250 másodpercnél nem hosszabb záridővel.

Használjon fix gyújtótávolságú objektíveket. Ha ez nem lehetséges, javítsa a növekedést (Zoom). A fényképezést végtelenbe fókuszálva és letiltott autofókusz móddal kell készíteni.

Tervezze meg a felmérést nagyobb átfedéssel (80% végig, 40% az útvonalon).

Célszerű központi redőnnyel ellátott kamerákat használni.

Célszerű kétsávos GPS-vevőket használni a fedélzeten és a differenciálmérési módban.

Célszerű IMU-t használni a fedélzeten, még akkor is, ha az nem nagy pontosságú.

Köszönetnyilvánítás

Köszönjük az alábbi cégeknek: ZALA AERO Unmanned Systems, Gazprom Space Systems OJSC, AFM-Servers, Geometer-Center LLC, NPI és CC Zeminform, Transas CJSC, Limb CJSC az anyagok elkészítésében, az adatszolgáltatásban és a hasznos beszélgetésekben nyújtott segítségért.

Irodalom

Chibunichev A.G., Mihailov A.P., Govorov A.V. Digitális fényképezőgépek kalibrálása: A ROFDZ második tudományos és gyakorlati konferenciája. Jelentések absztraktjai. M., 2001, 38-39.

Skubiev S.I., "Zeminform" Állami Földgazdálkodási Egyetem Földinformációs Technológiai Kutató- és Termelőintézete (Oroszország), Pilóta nélküli légi járművek használata térképészeti célokra. A 10. évfordulós nemzetközi tudományos és műszaki konferencia „A képtől a térképig: digitális fotogrammetriai technológiák” absztraktjai. Gaeta, Olaszország, 2010.

A Ptero UAV terepkutatásának eredményei

Drón kiválasztása

A nagy terület és a teljesen elavult földkiosztási adatok nem adnak objektív értékelést a föld állapotáról, így nemcsak a földtulajdonosok számára válik érdekessé, hanem hasznos annak megértése is, hogy valójában milyen erőforrásokkal rendelkeznek (vagy nem rendelkeznek).

Az ilyen nagy területek felméréséhez speciális ipari repülési berendezéseket használnak - repülőgép típusú UAV-kat (szárny-típusú kialakítás). Ezek az eszközök lehetővé teszik akár 1500 km 2 terület lefedését egy repülés során, és a további utófeldolgozáshoz szükséges minőségű képeket készíthet. Az UAV-k választéka a piacon meglehetősen nagy. Importált és hazai UAV-k minden zsebbe. Ez igaz, kedveseim, és véleményem szerint teljesen indokolatlan. De láthatóan a piac diktálja ezt. Egy tisztességes készülék ára 1 milliótól. Azt javaslom, tartson egy rövid szünetet, és nézzen meg egy rövid videót (2 perc 30 másodperc), amelyet kifejezetten a Habr olvasóinak készítettem ehhez a cikkhez, hogy azonnal megértsék, milyen ipari UAV ez, és hogyan néz ki.

Földmérés UAV segítségével

Repülési küldetés

Mi az a lövésmérleg?

A méretarány szerint a légifelvételeket hagyományosan ultranagy (1:2000-nél nagyobb, 20 cm-es felbontás), nagyméretű (1:2000-től 1:10000-ig), közepes léptékűre (1:10000-től) osztják fel. 1:30000-ig), kis léptékű (1:30000-től 1:100000-ig) és ultra-kicsi (1:100000-nél kisebb). Itt és tovább beszélünk az objektumok méreteinek valóságbeli megfeleléséről, a digitális képen 1 pixelre korrelált képükkel. Azaz például egy szupernagy méretű 1:2000 képen egy 1 pixeles kép egy 20 cm-es tárgynak felel meg.

Lövés terep átfedéssel

Az átfedéseknek megvannak a sajátosságai. Az első számú gereblye

Az ugyanazon útvonalon lévő szomszédos képek közötti átfedéseknek, amelyeket longitudinálisnak (Px) neveznek, megvannak a sajátosságai. A túl kicsi és túl nagy képátfedések nem alkalmasak a terület 3D-s modelljének elkészítésére. Sztereoszkópikus (volumetriás) kép készítéséhez elméletileg elegendő 50%-os hosszirányú átfedés. A képek éleffektusai és aberrációi (képtorzulások) miatt azonban a hosszirányú átfedés kissé megnő. A nagy átfedések szintén elfogadhatatlanok, mivel ez jelentősen csökkenti a kép hangerejét, és ennek eredményeként rontja a 3D modellek felépítésének minőségét. Majdnem 100%-os átfedéssel két egyforma képet kapunk, amelyeknek nincs sztereoszkópikus hatása, és ez elfogadhatatlan. A szomszédos képek közötti átfedésnek sík felvételi körülmények között 55-70%-on belül kell lennie hegyvidéki körülmények között, és jelentős terepkülönbségek esetén az átfedés jelentősen, akár 80-90%-ra növelhető anélkül, hogy elveszítené a konstrukció minőségét; 3D terepmodell.

A kívánt képfelbontás eléréséhez az UAV-ról történő felvételt szigorúan meghatározott repülési magasságban, H emeleten kell végrehajtani.

A szomszédos képek közötti távolság (B) számuk későbbi kiszámításához a hosszanti útvonal mentén a következőképpen kerül meghatározásra

Az útvonal szélessége a talajon (L M) az UAV digitális kamerával együtt használt mátrix méretétől (ordináta irányban) (l y) függ, és a következő összefüggés határozza meg:

A szomszédos L y felmérési útvonalak közötti távolság meghatározása keresztirányú átfedés feltételével P y a képlet segítségével számítható ki

Az N m útvonalak számának kiszámítása a D y szakasz szélességének figyelembevételével történik, amelyet keresztirányban mérünk középen az első útvonalkép felső oldalától az utolsó útvonalkép alsó oldaláig margóval. 1 útvonalból.

Mint fentebb említettük, az összes szükséges fent említett felvételi paraméter automatikusan beállításra kerül, figyelembe véve a speciális vezérlőkkel és modern szoftverekkel felszerelt modern UAV berendezések használatát. A munka belső ellenőrzésének biztosításakor azonban ellenőrizni kell a kiindulási adatok bevitelének pontosságát, és a keletkező képeket szelektíven (vagy teljes mértékben) ellenőrizni kell a minőség szempontjából. Ehhez szükséges (papír vagy digitális formában) megőrizni az elvégzett felmérések hibatérképét (a képek értékelése 5 fokú skálán történik). A hibaelhárítást a helyszínen végzik, hogy szükség esetén a sikertelen szakaszokat újra lehessen lőni, hogy ne ismétlődjön meg az üzleti út.

És egy kicsit az időjárásról. Újabb gereblye

A földfelszín és az UAV-ra telepített képalkotó rendszer közötti légköri réteg ilyen vagy olyan mértékben mindig tartalmaz apró (0,01-1 mm) gáz-, vízgőz-, por- és füstrészecskéket. A fény szétszóródását okozzák a légkörben, és magában a levegőben további fényességet okoznak, ezáltal csökkentve a földfelszín részleteinek kontrasztját. A levegőben szuszpendált részecskékből származó fényszóródás következtében a légkör izzását vagy felhősödését ködnek nevezzük. Amikor a gázmolekulák és a vízgőz dominálnak a légkörben, a rövid hullámhosszú sugarak erősebben szóródnak, és a légköri köd túlnyomórészt kék vagy kék színű. Ha a por, füst és egyéb idegen testek lebegő részecskéi vannak túlsúlyban, a köd egyformán szórja szét a spektrum minden színű sugarát, és maga is szürke vagy fehéres színt vesz fel. Ez a pára nagyobb valószínűséggel fordul elő azokon a területeken, ahol erdőtüzekből és ipari üzemekből származó füst keletkezik, vagy ahol por- és homokszemcsék oszlanak el.

A felmérést végző UAV felett magas, folyamatos felhőkben is lehetséges a légi fényképezés. A nagy folyamatos felhősödés lehetővé teszi, hogy árnyékmentes légifelvételeket készítsünk lágyított árnyéktónusokkal, aminek eredményeként az erdő lombkorona mélyebben látható, árnyékolt részei pedig jobban láthatóak.

Az erdei növényzet megfejtése szempontjából fontos a Nap felméréskori magasságának befolyása: minél magasabb, annál kontrasztosabb az arány a lombkoronában a megvilágított és az árnyékolt oldalak között. Az árnyékok is tisztábban vetődnek.

A forgatás általában legkorábban 2 órával napkelte után kezdődik és 3 órával napnyugta előtt fejeződik be. A legtöbb esetben a légi fényképezést három-négy órára korlátozzák, hiszen 9-10 óra után, főleg az erdős területeken jelennek meg a gomolyfelhők, amelyek 13-15 órára érik el a legnagyobb fejlődést , saját tapasztalatból származó megfigyelés.

A felmérés közvetlen korlátja a heves esőzés, havazás, zivatar, vagy 10-15 m/s-nál nagyobb vízszintes sebességű hirtelen széllökések és 3 m/s-nál nagyobb függőleges széllökések jelenléte. Annak ellenére azonban, hogy a modern ipari UAV-k jelentős szélterhelés mellett is üzemeltethetők, célszerű a repülési viszonyok meteorológiai megfigyelésére szolgáló rendszerekkel rendelkezni, amihez a vízszintes és függőleges szélsebesség, valamint a levegő páratartalmának szabályozása is társuljon, mivel a páratartalom jelentősen befolyásolja a levegő sűrűségét, és ennek eredményeként az UAV aerodinamikai tulajdonságait. Annak ellenére, hogy az UAV-gyártók azt írják a reklámban, hogy eszközeik szinte bármilyen időjárási körülmények között repülnek, jobb, ha a repülési tevékenységeket normál időjárási körülmények között hajtják végre. Az UAV elvesztése sokkal drágább, mint a megfelelő időjárási körülményekre várni. Végül is a legtöbb ilyen eszköz két okból hal meg - a kezelők figyelmetlensége és a nem megfelelő időjárás miatt. Mindkettő szerencsés az UAV-gyártók számára, mert a drága UAV javítások is nagyon jövedelmező üzlet. Ezért nem spórolhat a kezelői képzéssel, és nem sietheti el a dolgokat azzal a szándékkal, hogy mindent gyorsan végezzen. Pontosan ez az eset, amikor a sietség és a nevetés a legközvetlenebb kapcsolatban áll egymással.

Vigyázat, kemény törvények!

Így a repülési tevékenység biztosítására vonatkozó (általános esetben) jogszabályokban foglalt követelmények teljesítése érdekében számos kötelező intézkedés végrehajtása szükséges. A pilóta nélküli légi jármű repülési tervéről Üzenetet kell készíteni (a továbbiakban: az indítási terv üzenet). Az üzenet a tervezett légtérhasználati tevékenységről szóló tájékoztató, amelyet a légtérhasználó vagy képviselője a légiközlekedési szolgálati hatóságnak (repülésirányítás) küld meg a légiközlekedési földi hálózaton adatátvitel és távirati üzenetek céljára, az interneten, ill. papíron, faxüzenettel együtt .

Az indítási tervről szóló üzenetet a légiközlekedési földi hálózaton keresztül adatátvitelre és távirati üzenetekre, valamint papíron, beleértve a faxot is, formalizált távirat formájában küldik el, amely három részből áll: cím, információ és előfizetés.

A távirat címzési és aláírási részeit a távirati üzenetek címzésére és továbbítására megállapított szabályok szerint kell kitölteni.

A távirat információs részét az Orosz Föderációban a légi járművek mozgásáról szóló üzenetek táblázatában és a jogszabályok előírásaiban meghatározott sorrendben és szabályok szerint kell kitölteni.

Az indítási tervről az interneten keresztül üzenetet küldünk a repülőgép repülési tervének információs részének kitöltésével az ATS egység honlapján a jelen Üzenőlap által meghatározott sorrendben és szabályok szerint.

Az indítási tervről szóló üzenet szövege nyomtatott betűkkel van kitöltve, a latin vagy orosz ábécé megfelelő eseteiben. Tekintettel a dinamikusan fejlődő légtérhasználati jogszabályokra, ezek a szabályok módosulnak. E szabályok be nem tartása vagy részleges betartása magánszemélyt vagy jogi személyt közigazgatási, súlyos következmények esetén pedig törvényben előírt módon büntetőjogi felelősségre vonhat.

Követelmények az UAV üzemeltetőivel és a repülési igazgatóval szemben

Ha a repülési területen veszélyes jelenségek jelentkeznek, azt azonnal meg kell állítani, és a repülésvezetőnek minden tőle elvárhatót meg kell tennie az üzemeltetők biztonsága érdekében, és sürgősen el kell hagynia a veszélyes helyet, például erdőtűz közeledtével.

Nos, nagyjából így zajlanak az ipari repülési berendezésekkel végzett UAV felmérések előkészítése. A következő sorozatokban (cikkekben) megvizsgáljuk a kapott UAV-képek feldolgozásának és értelmezésének technológiáit, hogy kiváló minőségű térképészeti információkat és 3D terepmodelleket kapjunk. Szó lesz az UAV képeken lévő különféle érdekes objektumok megfejtéséről is. Érdekesebb lesz! Szép napot!

A civil célú légi fényképezéshez használt UAV-k a következő feladatokat oldják meg:

• Esküvők, céges rendezvények fotózása.
• Személyes tárgyak, házak, családi épületek biztonsága a helyszínen.
• Különféle értéktárgyak kiszállítása, szállítása.
• Eszközök használata vadászatra és megfigyelésre.
• Segítségnyújtás nehéz utak felderítésében ismeretlen területeken.
• Házak, nyaralók, épületek homlokzatának külső és belső fotózása.
• Panoráma fotózás városokról, városrészekről.
• Sportesemények légi fotózása (kerékpárversenyek, úszás, ironman stb.

Légifotózáshoz UAV-t vásárolhat a szükséges célterheléssel.

A légi fényképezéshez használt drón ára 80 000 rubeltől kezdődik.

• Maga a pilóta nélküli jármű.
• Földi irányító állomás.
• Alkatrészek.
• Szoftver (már telepítve).
• Utasítások, repülési űrlapok.