Фотограмметрия с БПЛА. Картография по беспилотникам.

• Что же такое фотограмметрия с БПЛА
  • 3D-карты и модели
  • Детали фотограмметрического и лидарного картографирования с ПБЛА
  • Применение фотограмметрического и лидарного картографирования
  • 3D-моделирование растительного покрова
  • Камеры для фотограмметрии и 3D-картографирование с дронов
  • Передовая практика фотограмметрии объектов
• БПЛА для фотограмметрии и 3D-картографирования объектов
• Фотограмметрические БПЛА Компании «DJI»
• Mavic Pro
• Matrice 100
• DJI Phantom 4 Pro
• Наземная станция DJI для фотограмметрии
• Другие БПЛА для фотограмметрии
• SenseFly eBee Pro
• 3DR X8-M для аэрофотосъемки
• 3DR SOLO
• Trimble UX5
• Квадрокоптер Aeryon Scout Map Edition
• Программное обеспечение для фотограмметрии Drone Mapping
• Pix4Dmapper Mesh – специальный выпуск DJI
• Бесплатное программное обеспечение для фотограмметрии Altizure - анимация изображения, маршрут по точкам
• Приложение DroneDeploy

Создание карт с применением лидаров и фотограмметрических систем, установленных на БПЛА, становится все более распространенным. Это неудивительно: беспилотники с поддержкой GPS для аэросъемки обходятся намного дешевле, чем аэрофотосъемка для фотограмметрии.

Поскольку беспилотные летательные аппараты относительно недороги, многие организации имеют возможность держать собственный флот, что позволит им при необходимости быстро проводить съёмку местности и объектов на большой территории. С помощью дронов, оборудованных GPS, цифровыми камерами и мощными компьютерами, вполне возможна съемка с точностью до 1 - 2 см.

Если вы хотите заниматься фотограмметрическим и лидарным картографированием с использованием БПЛА или аналогичным бизнесом, вам нужно купить самый лучший квадрокоптер и датчики. С таким фотограмметрическим и лидарным оборудованием для картографирования с БПЛА у вас будет гораздо больше возможностей.

Что же такое фотограмметрия с БПЛА

Фотограмметрия – это наука определения размеров по фотоизображениям. Фотограмметрия служит, как правило, для получения карт, чертежей или трехмерного изображения какого-либо реального объекта или участка местности.

3D-карты и модели

Для создания 3D-карт с использованием аэрофотограмметрии, камера устанавливается на беспилотный аппарат и обычно направляется вертикально к земле. При использовании фотограмметрии для создания 3D-моделей памятников или статуй, устанавливается горизонтально.

Когда БПЛА летит по автономно запрограммированной траектории, в определенных точках маршрута происходит съемка с многократным наложением снимков (частичное совпадение на 80-90%). Сделать точные снимки объекта или земли с перекрытием на 80-90% при пилотируемом полете было бы невозможно. Это может сделать только БПЛА, оснащенный навигационной технологией для задания точек маршрута.

Детали фотограмметрического и лидарного картографирования с ПБЛА

На лидаре для БПЛА устанавливается лазерный дальномер для измерения высоты точек местности под БПЛА. В чем, собственно, и состоит суть лидара (активный дальномер оптического диапазона). Лидарные дальномеры могут покрывать сотни квадратных километров в день. При измерении 10-80 точек на квадратный метр, можно создать очень подробную цифровую модель местности.

Датчики лидаров могут проникать сквозь лесной покров и растительность, что позволяет снимать скрытый рельеф местности, который не виден со спутников, а также достаточно подробно снимать напочвенный покров, обеспечивая категоризацию и контроль изменения растительности.

Применение фотограмметрического и лидарного картографирования

Применение фотограмметрического и лидарного картографирования с БПЛА позволило создать множество продуктов с использованием аэрофотоснимков. К таким продуктам относятся:

• Технологии DEM / DTM / DSM (для моделирования поверхности и объектов)
• Ортофотосъемка (аэроснимки с геопространственной коррекцией)
• 3D-модели зданий и объектов
• Контурные карты
• Съемка планиметрических особенностей (края дороги, возвышенности, объекты, застроенные участки и т. д.)
• Пространственные исследования

Ниже перечислены основные области применения фотограмметрического и лидарного картографирования. Для осуществления проектов в данных областях с успехом используются 3D-изображения объектов. Экономия также достигается в результате повышения эффективности измерений и снижения затрат по сравнению с использованием самолетов.

• Управление и планирование в области лесного хозяйства
• Создание моделей наводнений
• Создание моделей загрязнений
• Топографическая съёмка и картография
• Градостроительное проектирование
• Съёмка побережья
• Транспортное планирование
• Нефте- и газоразведка
• Разработка карьеров и добыча полезных ископаемых (расчёт параметров и разведка)
• Археология
• Проектирование сотовых сетей

С появлением лидаров, которые начинают использоваться все более широко, фотограмметрия постепенно отходит на второй план.

3D-моделирование растительного покрова

При моделировании растительного покрова предпочтение отдается мультиспектральным лидарным датчикам, а не фотограмметрическим датчикам.

Камеры для фотограмметрии и 3D-картографирование с дронов

Некоторые дроны изготавливаются специально для 3D-картографирования. На самом деле подходит любой дрон, оснащенный камерой с интервалометром. Интервалометр запускает затвор камеры. Минимальная съемка – 1 фото каждые 2 секунды. Ниже приводятся камеры, которые подходят как для работы в фотограмметрии, так и для работы в картографии.

• Canon– S110, SX260
• Sony– QX1,DSC-RX100 A7R, A7, A7S, NEX-6, NEX-5R, NEX-5T, A5100
• Panasonic– GH3

Объективы GoPro не очень хорошо подходят для картографирования с воздуха. Для получения более или менее удовлетворительных результатов, вам придется лететь на высоте более 400 футов (около 120 метров).

Кроме того, встроенные камеры на «DJI», такие как Phantom 3, Phantom 4 и Inspire 1, позволяют делать фотограмметрические снимки. Дополнительная информация о компании «DJI» приводится ниже.

Передовая практика фотограмметрии

С плохими фотографиями сложно получить хорошее качество 3D-моделей даже при наличии отличного программного обеспечения. Фотографии должны иметь максимальную резкость. При увеличении аэрофотоснимка, мелкие детали получаются размытыми. Это необходимо учитывать, если требуется улучшить качество 3D-изображения.

Для достижения максимальной резкости, необходимо устранить все мешающие факторы. При этом больше значение имеет количество мегапикселей. Существенно помогает съемка в формате RAW.

При съемке очень важно освещение. Яркое, даже очень яркое освещение позволяет установить небольшую диафрагму иуменьшить глубину резкости изображения. Небольшая глубина резкостина самом деле плохо влияет на фотограмметрию, так как размытые детали сбивают работу программного обеспечения. Следует не забывать, что целью является достижение детального, четкого и ровного изображения.

Для этого необходимо закрыть диафрагму, то есть, увеличить освещенность. При хорошем освещении можно снизить ISO и тем самым уменьшить зернистость. При этом можно установить высокую скорость затвора и уменьшить размытость изображения.

Программное обеспечение должно получать информацию только с высоким разрешением. Если при картографировании скульптуры или здания задний план не нужен, то его необходимо замаскировать.

Если какое-то изображение не совпадает или не является правильно выровненным в ряду других изображений, то его всегда можно удалить. Все-таки вы умнее программного обеспечения, которое будет сшивать все изображения. Убрав некачественные или не выровненные фотографии до начала работы программного обеспечения, вы облегчите его работу, и фотограмметрическое 3D-изображение получится максимально ровным. Если плохих фотографий не будет при съемке, то их не будет на сетке и в 3D-изображении. Удостоверьтесь в полном охвате того, что вам необходимо, со всеми деталями, так как повторная съемка в одинаковых условиях – сложная задача.

БПЛА для фотограмметрии и 3D-картографирования

Основные БПЛА перечисляются ниже, а их характеристики представлены в обозрении на данном веб-сайте. Ознакомьтесь также с 7 весьма доступными дронами с автопилотом и GPS, в которых используются основные технологии фотограмметрии и лидарного картографирования.

Фотограмметрические БПЛА Компании «DJI»

Такие компании, как DroneDeploy, теперь имеют программное обеспечение совместимое со всеми дронами DJI, включая новейший складывающийся дрон Mavic Pro. Последнее изделие для сельского хозяйства DroneDeploy выпустила под называнием Fieldscanner.

Квадрокоптер Mavic Pro

Дрон Mavic Pro отлично подходит для фотограмметрии и лидарного картографирования. В этом квадрокоптере используется новейший инерциальный измерительный блок (IMU), технология стабилизации управления полетом при съемке, встроенная стабилизированная шарнирная подвеска и камера с разрешением 4К.

С его помощью можно создавать довольно точные координатные облака и отличные 3D-карты, составляемые с использованием программного обеспечения таких компаний, как DroneDeploy или Pix4D.

Навигация по маршрутным точкам очень важна для создания точных изображений трехмерной фотограмметрии. Для автономного запрограммированного полета Mavic Pro использует приложение «Draw Waypoints».

С дальностью передачи 4,3 мили (7 км) и временем полета до 27 минут можно охватить большую территорию.

Квадрокоптер Matrice 100

На платформе Matrice 100 имеется встроенная система управления полетом DJI, включающая в себя контроллер полета, двигательную систему, GPS, систему передачи видеосигнала DJI Lightbridge, отдельный пульт дистанционного управления и аккумулятор. Она имеет дополнительные отсеки расширения, позволяющие добавлять такие компоненты, как камеры, инфракрасные датчики и лидарные сканеры, используемые для создания сложных 3D-карт.

Matrice 100 оснащена усовершенствованным GPS-приемником, позволяющим осуществлять высокоточную фотограмметрию. Кроме того, улучшенный тип GPS позволяет отслеживать положение Matrice 100 в режиме реального времени, обеспечивая более быстрое нахождение спутников, более точное позиционирование и составление плана полёта.

Квадрокоптер DJI Phantom 4 Pro

Для DJI Phantom 4 Pro можно использовать версию Pix4Dmapper Mesh DJI. Phantom 4 также работает с программным обеспечением Drone Deploy и Site Scan, о которых говорится далее. Дрон Phantom 4 отличается плавностью полета, имеет две навигационные системы, датчики обнаружения препятствий и предотвращения столкновений. Он оснащен камерой с разрешением 4К. Также важно то, что в нем применяется навигация по маршрутным точкам.

Это один из самых популярных квадрокоптеров, который использоваться для получения 3D-изображений.

DJI Inspire 1 и Phantom 3 с обновленным софтом являются в модели с навигацией по точкам маршрута и позволяет теперь их использовать для фотограмметрии.

Лучшим программным обеспечением для использования с дронами DJIявляется Pix4Dmapper Mesh DJI. Дрон DJI Phantom 3 и Inspire 1 также могут использовать для фотограмметрии приложение Altizure. Дополнительная информация о применении Pix4DMapper и Altizure для 3D-картографирования представлена ниже.

Квадрокоптер Spreading Wings S1000 можно адаптировать для использования различных типов камер и датчиков, включая упомянутые выше, которые отлично подходят для фотограмметрии и картографирования. Выбирая камеру, необходимо также подобрать соответствующую шарнирную подвеску для монтажа камеры. Компания «DJI» является мировым лидером в области производства дронов, универсальных шарнирных подвесок и систем стабилизации камеры.

Наземная станция DJI для фотограмметрии

Для профессионального и точного картографированияНаземная станция DJI укомплектовывается фотограмметрическим программным обеспечением. У дронов Phantom 2 Vision и Vision + наземная станция встроена в приложение Vision. Для дронов Phantom 2 необходимо приобрести наземную станцию с инструментами фотограмметрии. Но теперь все изменилось.

Особое примечание. 12 декабря 2015 года компания Google перестала поддерживать Google Earth, а программное обеспечение наземной станции DJI основано на API Google Earth. Это означает, что DJI прекращает поддержку своей наземной компьютерной станции.

Два продукта DJI – система управления полётом Ace One WP и 900M Datalink, на которых базировалось программное обеспечение наземной компьютерной станции, также перестали работать. Это также оказало влияние на функционирование наземной компьютерной станции Bluetooth Datalink с частотой 2,4 ГГц. Однако функции наземной станции iPad не были затронуты.

Другие БПЛА для фотограмметрии

SenseFly eBee Pro

Для картографирования UB eBee представляет собой крылатый, полностью автономный дрон, который может делать аэрофотоснимки с высоким разрешением и которые можно преобразовывать для построения точной двухмерной ортомозаики и трехмерных моделей. EBee охватывает до 12 квадратных километров (4,6 квадратных миль) за один рейс, а на меньших участках, при полете на более низких высотах, он может получать снимки с разрешениемдо 1,5 см / пиксель.

EBee поставляется с двумя пакетами программного обеспечения: eMotion (планирование и управление полетами) и Postflight Terra 3D (профессиональная фотограмметрия).

3DR X8-M для аэрофотосъемки

3DR X8-M поставляется в комплекте, который включает в себя квадрокоптер, цифровую камеру Canon с разрешением 12 мегапикселей, а также программное обеспечение Pix4DMapper 3-е издание, которое необходимодля преобразования фотографий в 3D-карты. 3DR X8-M имеет GPS, автономную навигацию по маршрутным точкам и возможность повторения траектории полета, что идеально подходит для высокоточного воздушного картографирования и аэросъёмки. X8-M - один из самых простых БПЛА для планирования и программирования автономных полетов и создания фотограмметрических 3D-карт.

К сожалению, модели 3DR X8 больше не выпускаются. Их заменили адаптированные для фотограмметрии дроны SOLO, которые рассматриваются ниже.

3DRAero-M с жестким крылом

Aero-M - это решение «все-в-одном» для создания аэрофотоснимков высокого разрешения в видимой части спектра. Это отличная платформа для получения подробных данных при производстве масштабных работ, например, в сельском хозяйстве, строительстве, охране окружающей среды, а также при поисковых и спасательных операциях. Aero-M имеет легкую и прочную пенопластовую раму.

В комплект Aero-M входит Canon S100 с разрешением 12 Мп, мощное программное обеспечение Pix4Dmapper LT 3DR Edition, которое используется для создания высокоточныхортотрансформированных мозаик с привязкой к местности.

Просмотрите последнее видео ниже, и вы увидите, насколько легко планировать автономный полет с использованием Aero-M, а также создавать 3D-карты на основе сканирования элементов больших площадей.

3DR SOLO

Дрон 3DR SOLO выпущен в 2015 году и был разработан специально для камеры GoPro Hero 4. Можно использовать для создания 3D-карт с использованием программного обеспечения Pix4Dmappermesh. Дополнительная информация о программном обеспечении Pix4Dmapper mesh представлена ниже.

В 2016 году появился продукт 3DR Site Scan. Это позволяет дронам собирать высококачественные двухмерные и трехмерные данные воздушной геопривязки. Теперь этот продукт доступен с камерой GoPro HERO4 Black, а позже в этом году с Sony UMC-R10C.

Цена 3DR Solo с универсальным шарнирным соединением составляет всего 378 долларов США на данный момент. Тем не менее, 3DR прекратила производство дронов SOLO и будет сосредотачиваться на Site Scan и других продуктах.

БПЛА Trimble UX5

Trimble UX5 обеспечивает оптимальное качество изображения и максимальную точность фотограмметрии. UX5 имеет большой датчик изображения, который фиксирует очень резкие, насыщенные цветом изображения даже в условиях темноты и облачности. 24-мегапиксельная камера и ее пользовательская оптика позволяют UX5 делать снимки с разрешением до 2,0 см (0,79 дюйма) и обеспечивает прекрасный обзор.

Конструкция и материалы Trimble UX5 позволяет летать практически в любых погодных условиях и свете.

Aeryon Scout Map Edition

Малый AeryonScout применяется в тех случаях, когда требуется создать ортомозаику с высокой точностью топографической съёмки, ЦММ и координатное облако при помощи воздушной или перспективной аэрофотосъёмки при полной интеграции с GIS, CADи традиционным программным обеспечением фотограмметрии.

Aeryon Map Edition включает в себя малый БПЛА Aeryon SkyRanger, встроенную полезную нагрузку для захвата изображений и программу Pix4Dmapper для обеспечения обработки изображений на месте или в офисе, включая встроенные инструменты визуализации и редактирования 3D-изображений.

Программное обеспечение для фотограмметрии Drone Mapping

Pix4Dmapper Mesh – специальный выпуск DJI

Программное обеспечение Pix4Dmapper Mesh создано специальнодля дронов DJI. Программное обеспечение Mesh автоматически преобразует изображения в форму 3D-модели. Уже через час после посадки можно предварительно просмотреть 3D-модель или карту на телефоне. Затем можно отредактировать и оптимизировать полученные 3D-модели при помощи компьютерного программного обеспечения.

Программное обеспечение Mesh имеет гораздо больше функций, включая измерение линий и поверхности, координат, прокрутку видео и экспорт модели в полном 3D-структурированном контурном и видеоформате. Программное обеспечение Pix4Dmapper Mesh можно арендовать на год вместе с бесплатными обновлениями.

Ниже представлен список камер дронов, совместимых с Pix4Dmapper Mesh:

• DJI – Phantom 2 Vision и Vision+
• DJI Phantom 3 (улучшенный и профессиональный)
• DJI Phantom 4 (все модели)
• DJI Inspire 1 (камеры X3, X5)
• 3DR SOLO
• Parrot Bebop 2

Бесплатное программное обеспечение для фотограмметрии Altizure

Приложение Altizure позволяет полностью автоматизировать процесс трехмерного картографирования участка местности. Вы отмечаете область на карте, а приложение рассчитает направление, угол и лучший маршрут для съемки. Полученные изображения с техники можно загрузить на Altizure.com, где они будут проанализированы с помощью программного обеспечения для создания 3D-визуализации вашего местоположения (изображение также можно анимировать). Совместимые дроны – DJI Phantom 3, 4 и Inspire 1. У Altizure есть бесплатная и платная версии.

Приложение DroneDeploy

Для создания своего поразительного приложения для съемки компания «DroneDeploy» провела большую научную и исследовательскую работу. Приложение «go to» предназначено для создания ортомозаики, проведения объемных 3D съемок NDVI для применения в сельскохозяйственных нуждах и геодезии. Это приложение радикально изменит методы и способы автоматического картографирования, как для начинающих, так и для профессионалов. Вот его особенности:

• Простота составления планов полета на любом устройстве.
• Автоматизация взлета, полета, захвата изображения и посадки.
• Потоковая передача вида от первого лица (FPV).
• Включение и выключение полета в автоматическом режиме осуществляется одним нажатием на кнопку.
• Беспрерывное проведение полетов для отображения больших площадей.