Fotogrametria dronem – na czym polega i jaki dron będzie do tego najlepszy?
Precyzyjne sterowanie trasą lotu i wysoka jakość kamer sprawiają, że nowoczesne drony dają możliwość uzyskania bardzo dokładnych danych przestrzennych. Co więcej, jest to rozwiązanie często o wiele tańsze niż tradycyjne metody pomiarowe. Działania tego typu określa się jako fotogrametrię dronem. Czym dokładnie jest fotogrametria, dlaczego jest tak istotna i jaki dron do fotogrametrii sprawdzi się najlepiej?
Czym jest fotogrametria?
Fotogrametria to dziedzina nauki i techniki, która skupia się na pozyskiwaniu informacji o obiektach fizycznych i ich położeniu na podstawie zdjęć. Zazwyczaj do fotogrametrii wykorzystuje się zdjęcia lotnicze lub satelitarne. Pierwsze rozwiązania tego typu pojawiły się już w połowie XIX wieku, gdy do fotogrametrii używano balonów. Wraz z dalszym rozwojem technologii zaczęto wykorzystywać samoloty i satelity, a później także drony.
Rola dronów w tym obszarze wzrosła szczególnie w ostatnich latach. Fotogrametria dronem to wiele korzyści – urządzenia tego typu pozwalają w szybki i opłacalny sposób pozyskiwać precyzyjne dane z powietrza. Zamiast wynajmowania samolotów lub korzystania z danych satelitarnych, wystarczy zaprogramować misję drona i rozpocząć zbieranie materiału. W praktyce fotogrametria zapewnia dostęp do wielu wartościowych danych. Z użyciem odpowiednio wykonanych fotografii można np. stworzyć dokładne modele terenu i obiektów 3D, ortofotomapy czy chmury punktów reprezentujące trójwymiarowe obiekty. Takie możliwości sprawiają, że fotogrametria z użyciem drona jest stosowana w coraz większej liczbie dziedzin – od geodezji po archeologię.
Fotogrametria a lidar
W kontekście zbierania danych przestrzennych warto zwrócić uwagę także na inną technologię, która może być stosowana równolegle z fotogrametrią. Mowa o lidarze (czasami stosuje się też zapis „LIDAR” lub „LiDAR”, jako skrót od „Light Detection and Ranging” – „wykrywanie światła i pomiar odległości”). Obie metody mają swoje mocne strony i obydwie z nich służą do podobnych celów. Opierają się jednak na zupełnie różnych zasadach działania.
Fotogrametria dronem bazuje na zdjęciach. Zestawy obrazów muszą być wykonane z dużą dokładnością i pokrywać się w odpowiednich proporcjach. Następnie specjalistyczne oprogramowanie analizuje zapisane obrazy, wykorzystując punkty wspólne na sąsiednich zdjęciach do rekonstrukcji 3D terenu lub obiektu. Im wyższa jakość i precyzja zdjęć, tym dokładniejsze będą także końcowe modele czy mapy.
Lidar działa natomiast na zasadzie emisji impulsów laserowych. Urządzenie do pomiarów następnie mierzy czas ich powrotu po odbiciu od powierzchni. Oznacza to, że można uzyskać bardzo szczegółowe modele nawet tam, gdzie zdjęcia nie dają pełnej informacji – np. w gęsto zalesionych obszarach.
Nie oznacza to jednak, że lidar zawsze jest lepszym rozwiązaniem. Fotogrametria dronem pokrywa wiele zastosowań lidaru, a jednocześnie jest znacznie tańsza i bardziej dostępna. W wielu przypadkach – zwłaszcza w otwartych terenach – dane zebrane przez drona są też wystarczająco dokładne, by móc z powodzeniem zastąpić kosztowne skany laserowe.
Gdzie wykorzystuje się fotogrametrię?
Zastosowanie fotogrametrii obejmuje wiele sektorów. Do tego warto zaznaczyć, że stale znajdowane są nowe zastosowania dla tej dziedziny. Aktualnie fotogrametrię wykorzystuje się przede wszystkim w następujących obszarach:
- geodezja – do tworzenia modeli 3D terenu, ortofotomap i innych rodzajów map, a także do przygotowywania dokumentacji terenowej;
- budownictwo – fotogrametria przydaje się m.in. w zakresie modelowania przestrzennego, a także przy analizie postępów prac, zwłaszcza przy dużych inwestycjach;
- rolnictwo – drony mogą służyć np. do analizy stanu upraw, jak również do planowania działań rolniczych;
- ochrona środowiska – monitoring zmian krajobrazu, analiza powodzi, zbieranie danych o stanie środowiska naturalnego na danym obszarze;
- archeologia – drony wspierają rekonstrukcję obiektów i dokumentację stanowisk czy postępów prac.
W każdej z tych dziedzin fotogrametria dronem pozwala przyspieszyć zbieranie danych w terenie i zredukować koszty. Choć dron do fotogrametrii kosztuje więcej niż standardowe modele, w dłuższej perspektywie to znacznie bardziej opłacalne rozwiązanie niż tradycyjna fotogrametria. Nie można też pominąć użyteczności dronów w różnych scenariuszach. Niewielkie rozmiary urządzeń i możliwość praktycznie dowolnego dostosowania trasy lotu sprawiają, że drony do fotogrametrii są szczególnie cenione tam, gdzie ważny jest czas reakcji – np. przy analizie osuwisk, katastrof budowlanych czy klęsk żywiołowych.
Na czym polega fotogrametria dronem?
Fotogrametria dronem opiera się na wykonywaniu zdjęć terenu z powietrza z użyciem specjalistycznego drona. Kluczowym elementem wyposażenia dronów do fotogrametrii jest aparat z mechaniczną migawką, która – w przeciwieństwie do migawki elektronicznej – skutecznie eliminuje rozmycia. To właśnie dzięki niej możliwe jest uzyskanie ostrych i stabilnych zdjęć, które są fundamentem każdej dokładnej fotogrametrii. Co ważne, zdjęcia te muszą się częściowo nakładać – zwykle pokrycie podłużne wynosi ok. 70%, a poprzeczne 60%–70%. Dzięki temu oprogramowanie może później połączyć je w jedną strukturę, rozpoznając wspólne punkty na kolejnych fotografiach.
Specjalista Alan radzi: “Drony DJI mają fabrycznie ustawione pokrycie terenu na poziomie 70/80%, jednak ja zazwyczaj zwiększam je do 80/90%, a czasem nawet 85/95%. Proces trwa wtedy nieco dłużej, ale mam pewność, że powstały model będzie spełniał wymogi dokładności projektu. Kluczowe jest również, by zdjęcia były stabilne i ostre – to podstawa dobrej fotogrametrii.”
Po zebraniu materiału zdjęcia z drona są wczytywane do oprogramowania fotogrametrycznego. Najpopularniejsze rozwiązania na tym polu to m.in. DJI Terra, Pix4D i Agisoft Metashape. Ich funkcjonalność skupia się na analizie zdjęć z powietrza, by następnie stworzyć z nich ortofotomapę, model terenu, chmurę punktów lub siatkę 3D – zależnie od wymagań. Dodatkowo, do tego typu zadań często korzysta się z takich rozwiązań takie jak system RTK (Real-Time Kinematics), który zapewnia precyzyjne określenie pozycji drona.
Jakie są korzyści fotogrametrii dronem?
Fotogrametria dronem oferuje wiele korzyści. Przede wszystkim mowa o szybkości – z dronem wystarczy kilka minut, by wykonać przelot nad terenem o powierzchni nawet kilku hektarów. W przypadku dużych projektów można zatem zaoszczędzić dziesiątki godzin. Kolejną ważną kwestią jest precyzja, zwłaszcza w przypadku dronów z systemem RTK. Najnowsze rozwiązania z tego zakresu zapewniają dokładność do 1 cm. Nie bez znaczenia jest też bezpieczeństwo – korzystając z drona, nie trzeba narażać operatorów na wchodzenie w niebezpieczne czy trudno dostępne obszary. Warto też wspomnieć o kosztach: choć dron do fotogrametrii jest zauważalnie droższy od standardowych modeli, długoterminowo jest to o wiele bardziej opłacalna opcja niż tradycyjna fotogrametria.
Jaki dron będzie najlepszy do fotogrametrii?
Dron do fotogrametrii powinien być dobrany przede wszystkim pod kątem skali projektów i budżetu. Najwięcej rozwiązań tego typu można znaleźć w serii Enterprise od DJI. Oto kilka propozycji, które doskonale sprawdzą się w profesjonalnych zastosowaniach:
- DJI Matrice 350 RTK – flagowy model DJI w segmencie profesjonalnym. Znajdziemy tutaj system RTK, wydajne akumulatory i wzmocnioną konstrukcję, która zapewnia duży udźwig. Urządzenie jest też kompatybilne z kamerą mapującą i lidarem DJI Zenmuse L2. Do fotogrametrii szczególnie polecamy połączenie z kamerą DJI Zenmuse P1, która zapewnia ogromne możliwości nawet w największych projektach geodezyjnych czy przemysłowych.
- DJI Matrice 4E – najnowszy model z linii DJI Enterprise o aktualniej najlepszym stosunku ceny do jakości. Dron wyróżnia się jeszcze bardziej kompaktową konstrukcją niż w przypadku Matrice 30, jednak zdecydowanie dorównuje mu pod względem dokładności i jakości pomiarów. Urządzenie wyposażono w system RTK i zestaw zaawansowanych kamer przystosowanych do fotogrametrii i inspekcji.
- DJI Mavic 3 Enterprise – najbardziej budżetowa opcja - specjalistyczna wersja popularnego drona DJI Mavic 3. Znajdziemy tu kamerę z mechaniczną migawką i wsparcie RTK, a całość waży zaledwie 1 kg. Dron DJI Mavic 3 Enterprise doskonale sprawdzi się wszędzie tam, gdzie liczy się mobilność i szybkość działania.
Warto też zaznaczyć, że wszystkie z powyższych modeli łączy kompatybilność z popularnym oprogramowaniem fotogrametrycznym, w szczególności z platformą DJI Terra. Na uwagę zasługuje też wysoka dokładność pomiarów. To drony o najwyższej jakości , które mogą bez przeszkód zastąpić standardowe metody pomiarów geodezyjnych. Przy wyborze drona do fotogrametrii warto również unikać dronów z kamerą termowizyjną. Wynika to z faktu, że obiektywy tego typu są często zauważalnie słabsze w zakresie fotografii RGB. Najważniejsze funkcje to system RTK i mechaniczna migawka – z takim połączeniem można liczyć na dokładne pomiary i możliwość przygotowania precyzyjnych modeli terenu.
Na co zwrócić uwagę przy fotogrametrii dronowej?
Fotogrametria dronem wymaga odpowiedniego przygotowania. Podstawą jest zrozumienie najistotniejszych aspektów zarówno technicznych, jak i operacyjnych. Przede wszystkim należy zadbać o właściwe zaplanowanie lotu – znaczenie ma m.in. wybór odpowiedniej wysokości, która ma bezpośredni wpływ na rozdzielczość zdjęć i pokrycie terenu. Zbyt mała wysokość zwiększy liczbę zdjęć i czas przetwarzania, za to zbyt duża może obniżyć jakość danych. Kolejną ważną kwestią jest odpowiednie pokrycie zdjęć. Brak zachowania poprawnych proporcji może powodować luki w modelu 3D lub błędy w ortofotomapie.
Dron musi natomiast być wyposażony w system RTK i kamerę z mechaniczną migawką. Warto wybierać urządzenia odporne na różne warunki atmosferyczne – podczas pomiarów często trzeba mierzyć się z wiatrem, opadami i niską widocznością. Jeśli z kolei chodzi o sam lot, trzeba pamiętać także o legalności operacji: jeśli dana przestrzeń tego wymaga, należy zgłosić lot, jak również dysponować odpowiednimi uprawnieniami operatora. W przypadku dłuższych operacji przydatne będą zapasowe akumulatory.
Fotogrametria dronem to nieocenione wsparcie w wielu obszarach. Drony mogą służyć jako zaawansowane narzędzia pomiarowe, które zapewnią wysoką dokładność, efektywność i bezpieczeństwo prac pomiarowych. Aby osiągnąć najlepsze efekty, należy wybrać odpowiednie urządzenie i pamiętać o kluczowych zasadach lotu. Dzięki temu można będzie uzyskać skuteczne, profesjonalne pomiary, dostarczające wielu wartościowych informacji w zakresie geodezji, budownictwa i nie tylko. Wśród polecanych rozwiązań warto zwrócić uwagę w szczególności na drony DJI Enterprise – można znaleźć je w sklepie MegaDron.pl.
