Jak powstają ortofotomapy i modele 3D z fotogrametrii? Pokrycie, GSD i fotopunkty

Jedno zdjęcie nie jest pomiarem; wiele zdjęć widzących ten sam punkt może się nim stać.

Od zdjęcia do współrzędnych: jak to działa

Oprogramowanie fotogrametryczne najpierw odnajduje ten sam szczegół (kamień, narożnik linii) na kilku zdjęciach i je dopasowuje. Gdy co najmniej dwa, a najlepiej więcej zdjęć widzi ten sam punkt, można obliczyć położenia i kierunki osi kamery razem z trójwymiarowym położeniem punktu. Ten krok nazywa się wyrównaniem metodą wiązek; ogniskowa i dystorsja obiektywu są zwykle szacowane w tym samym obliczeniu. Następnie dopasowanie gęste daje chmurę milionów punktów, a z niej model powierzchni, ortofotomapę i teksturowany model 3D. Każde ogniwo łańcucha opiera się na poprzednim: jeśli dopasowanie jest słabe, żaden z kolejnych produktów nie będzie dobry.

Terenowa wielkość piksela: ile centymetrów ma piksel?

Terenowa wielkość piksela (GSD, ground sample distance; po turecku YÖA) to rozmiar jednego piksela w terenie. Dla zdjęcia pionowego oblicza się ją w przybliżeniu tak: GSD = szerokość matrycy × wysokość lotu ÷ (ogniskowa × szerokość obrazu). Na przykład przy matrycy o szerokości 13,2 mm, ogniskowej 8,8 mm i obrazie o szerokości 5472 pikseli zdjęcie wykonane z 100 m ma GSD około 2,7 cm; na 50 m spada o połowę. W Türkiye Rozporządzenie o wytwarzaniu map wielkoskalowych i informacji kartograficznych ustala górną granicę GSD zdjęć lotniczych: 10 cm dla map i ortofotomap w skali 1:1000 i 5 cm w skali 1:500. Mniejsze GSD pokazuje więcej szczegółów, ale samo w sobie nie jest dokładnością.

Pokrycie: ile zdjęć powinno widzieć każdy punkt?

Pokrycie podłużne to wspólny obszar dwóch kolejnych zdjęć w tym samym szeregu; pokrycie poprzeczne to wspólny obszar dwóch sąsiednich szeregów. To samo rozporządzenie wymaga planowania zdjęć lotniczych kamerami pomiarowymi z pokryciem podłużnym co najmniej 70% i poprzecznym co najmniej 30%, a dla prawdziwej ortofotomapy nakazuje 80% pokrycia podłużnego i 60% poprzecznego. W nalotach dronem kamery są mniejsze, a loty niższe, dlatego większość projektów planuje się z wyższymi wartościami; zwiększenie pokrycia nad lasem oraz płaskimi, jednolitymi powierzchniami ratuje dopasowanie. Wylot nieco poza obszar na końcu każdego szeregu sprawia, że także krawędzie widzi wystarczająco wiele zdjęć.

Fotopunkty i punkty kontrolne

Fotopunkty (GCP) to sygnalizowane znaki, których współrzędne mierzy się w terenie odbiornikiem GNSS lub tachimetrem i które można wskazać na zdjęciach; wiążą model z właściwym układem współrzędnych. Rozmieszcza się je w narożnikach i na krawędziach bloku oraz w jego wnętrzu; punkty ułożone wzdłuż jednej linii pozwalają modelowi obracać się wokół tej osi. Punkty kontrolne nie biorą udziału w wyrównaniu i służą wyłącznie do sprawdzenia wyniku. Rozporządzenie wymaga, aby błąd średni kwadratowy na punktach kontrolnych po wyrównaniu bloku nie przekraczał 0,75 × GSD w poziomie i 1 × GSD w pionie. Przy GSD 5 cm oznacza to w poziomie najwyżej około 3,75 cm, ale tylko wtedy, gdy kryterium jest rzeczywiście spełnione. Nawet z RTK lub PPK na pokładzie niezależne punkty kontrolne są nadal potrzebne.

Ortofotomapa, prawdziwa ortofotomapa i model 3D

Ortofotomapa usuwa przesunięcia wywołane rzeźbą terenu, dystorsję obiektywu i nachylenie kamery, dzięki czemu zdjęcie można mierzyć jak mapę. Ponieważ robi to z użyciem modelu terenu (gołego gruntu), wysokie budynki i mosty wydają się przechylone, a krawędzie dachów są przesunięte względem rzeczywistego położenia na ziemi. Prawdziwa ortofotomapa korzysta natomiast z modelu pokrycia terenu i pokazuje obiekty w ich rzeczywistym położeniu sytuacyjnym; dlatego wymaga większego pokrycia. Teksturowany model 3D to model powierzchni z nałożonymi zdjęciami: idealny do wizualnej oceny elewacji, skarp i hałd, ale w pomiarach nadal opiera się na fotopunktach.

Przed lotem: światło, powierzchnie i dokumentacja

Dopasowanie najczęściej psują same zdjęcia. Rozporządzenie wymaga, by przy zdjęciach lotniczych słońce znajdowało się wyżej niż 30 stopni nad horyzontem; długie cienie i odblaski sprawiają kłopoty. Na powierzchniach bez tekstury, takich jak woda, śnieg, świeżo zaorane płaskie pola i jednolite dachy, oprogramowanie nie znajduje nic do dopasowania. Pilnuj czasu naświetlania, aby uniknąć rozmycia ruchu. W Türkiye loty dronami podlegają zasadom rejestracji i zezwoleń Generalnej Dyrekcji Lotnictwa Cywilnego (SHGM). Przechowuj razem zdjęcia, listę fotopunktów oraz układ współrzędnych i rodzaj wysokości (elipsoidalna lub ortometryczna), w których punkty zmierzono; jeśli rodzaje wysokości się pomieszają, model może przesunąć się o dziesiątki metrów w górę lub w dół.

Częste pytania

Powiązane: Pomiar dronem · Pliki LAS i LAZ · Wykop i nasyp · MapLab Survey