پهپاد فتوگرامتری چیست ؟

فتوگرامتری پهپاد

عبارت پهپاد فتوگرامتری بیانگر سامانه ای است که از متخصصان نقشه برداری و فتوگرامتری به همراه نرم افزار و سخت افزارهایی تشکیل شده است که عمل تصویربرداری هوایی و تبدیل تصویر به نقشه را انجام می دهند.
ویژگی های پهپاد سبب شده است که با نصب دوربین های عکس برداری و سنجنده های مختلف جهت مقاصد نقشه برداری از آن استفاده شود که منجر به ایجاد شاخه UAV Photogrammetry (فتوگرامتری پهپاد) شده است. این روش به دلیل ویژگی هایی نظیر سرعت و دقت بالا و تنوع محصولات خروجی در سال‌های اخیر به‌عنوان جایگزین روش نقشه‌برداری زمینی مطرح‌شده است.

مزیت‌های استفاده از روش فتوگرامتری پهپاد

وجود اطلاعات سه بعدی دقیق از سطح زمین، یکی از اساسی ترین نیازهای کاربردهای مکانی است. به طور معمول روش هایی که برای تهیه نقشه های توپوگرافی استفاده می‌شوند، شامل: فتوگرامتری هوایی با استفاده از دوربین‌های متریک، استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، نقشه‌برداری زمینی و یا استفاده از تکنولوژی لیدار است. اما در بعضی از موارد به دلیل مشکلاتی از قبیل: هزینه، دسترسی به منطقه، صعب‌العبور بودن منطقه، مجوزهای موردنیاز، زمان انجام پروژه و … استفاده از این تکنیک ها دور از انتظار می‌باشد. در این موارد نیازمند به یک روش میسر و مقرون‌به‌صرفه می‌باشیم که نه‌تنها متناسب با ابعاد منطقه (عارضه) و سرعت تغییرات باشد بلکه قدرت تفکیک مکانی موردنظر را نیز برآورده نماید. به‌منظور رفع مشکلات فوق الذکر، روشی که به‌ تازگی برای تهیه نقشه‌های بزرگ‌ مقیاس استفاده گردیده است، اخذ تصویر توسط وسایل پرواز بدون سرنشین یا همان فتوگرامتری هوایی برد کوتاه است. استفاده از پهپاد نسبت به سایر روش‌های نقشه‌برداری حائز برتری‌هایی است که در زیر به بخشی از آن‌ها اشاره می‌شود.

• دقت بالا

دقت نسبی و مطلق محصولات تهیه‌شده در این روش وابسته به پارامترهایی نظیر کیفیت و دقت دوربین تصویربرداری، ارتفاع پرواز، دقت تعیین موقعیت ماهواره‌ای و … می‌باشد. با در نظر گرفتن شرایط فوق امکان تهیه نقشه با مقیاس ۱:۲۰۰۰ (دقت مسطحاتی cm4 و ارتفاعی cm8) توسط این روش در این شرکت میسر می‌باشد.

• سرعت‌ بالا

سرعت تهیه نقشه با استفاده از این روش بسیار بالاتر از روش نقشه‌برداری زمینی و فتوگرامتری کلاسیک می‌باشد.با استفاده از این روش بر اساس مقیاس و دقت نقشه موردنیاز ۴۰ الی ۴۰۰ هکتار در روز تهیه نقشه می‌شود. علاوه بر آن زمان تجهیز کارگاه ،زمان دسترسی به نقاط صعب‌العبور، زمان لازم جهت هماهنگی ورود به املاک شخصی و… به‌شدت کاهش می‌یابد.

• کامل بودن نقشه

برداشت جزئیات در این روش به‌صورت یکپارچه، متراکم و یکنواخت می‌باشد. این ویژگی از به وجود آمدن گپ در نقشه و هم‌چنین تغییر میزان تراکم نقاط برداشتی(اشکال متداول در نقشه‌برداری زمینی) جلوگیری می‌نماید که بنا بر نیاز کارفرما می‌توان ابر نقاط بافاصله cm1 از منطقه تهیه کرد.

• محصولات متنوع

محصولات تهیه‌شده از این روش دقت و تنوع بالایی خواهد داشت. ازجمله محصولات خروجی می‌توان به اورتوفتو (عکس قائم) باقدرت تفکیک مکانی بالا، ابر نقاط رنگی متراکم و با جزئیات بالا، مدل سه‌بعدی، تصاویر موزاییک شده از منطقه و زمین موردنظر، نقشه­های مسطحاتی و ارتفاعی در فرمت DWG و … بسته به نیاز کارفرما از این روش ایجاد می‌شود.

• امکان تحلیل و آنالیزهای دفتری

در این روش تصاویر High Resolution رنگی از منطقه اخذ می‌شود. این ویژگی می‌تواند امکان تشخیص عوارض با دقت بالا را ایجاد نماید. هم‌چنین کنترل و بررسی نقشه، امکان اضافه نمودن عوارض نقشه و هم‌چنین تحلیل و آنالیز آن به‌صورت ستادی و با حداقل هزینه میسر می‌شود.

• تهیه نقشه مناطق صعب‌العبور

ازجمله مشکلات پیش­روی روش نقشه‌برداری زمینی عدم دسترسی به برخی مناطق و هم‌چنین عدم امکان استقرار دوربین‌های نقشه‌برداری و عوامل آن می‌باشد که بعضاً منجر به کاهش دقت و کیفیت نقشه در آن مناطق می‌گردد. محدودیت‌های این روش جهت دسترسی به مناطق مذکور بسیار کمتر از روش‌های متداول دیگر می‌باشد.

کاربردهای فتوگرامتری پهپاد

روش فتوگرامتری پهپاد تقریباً در تمام پروژه‌های تهیه نقشه قابل‌استفاده می‌باشد. ازجمله کاربردهای این روش بدین شرح است:

• نقشه‌های توپوگرافی

ا توجه به اینکه دیتاهای برداشتی توسط این روش به‌صورت یکپارچه و یکنواخت است، لذا منحنی های تراز استخراج‌شده از این نقاط نزدیکی بیشتری با توپوگرافی زمین خواهد داشت. هم‌چنین دقت برداشت جزئیات در نقاط شکست، ترانشه ها و سایر عوارض خاص توپوگرافی بسیار بالا خواهد بود.

• نقشه‌های شهری

ورود به املاک، تعیین خط تفکیک آپارتمان‌ها و برداشت عوارض آن‌ها همیشه از مشکلات اصلی تهیه نقشه‌های شهری به روش زمینی بوده است که این محدودیت درروش فتوگرامتری پهپاد به حداقل ممکن کاهش می‌یابد. هم‌چنین امکان تشخیص عوارضی هم چون مبلمان شهری در این روش به‌سادگی و با دقت بالا صورت می‌گیرد.

• نقشه‌برداری معدن

از تصاویر و نقشه های این روش می‌توان در مطالعات مکان‌یابی و جانمایی طرح های معدنی استفاده نمود. هم‌چنین داده های برداشت شده از این روش، به دلایل ذکرشده می‌تواند معیار دقیق‌تری برای محاسبه حجم عملیات خاک‌برداری، باطله برداری، تهیه مقاطع عرضی، تسطیح زمین و یا برداشت و پیاده‌سازی ابنیه و تأسیسات معدنی می‌باشد. در این روش حتی می‌توان نقاط ارتفاعی واقع در پله های استخراج با شیب حدود۹۰ درجه را به‌صورت ابر نقاط برداشت نمود.

• برداشت کریدوری

ازجمله قابلیت‌ های این روش برداشت عوارض کریدوری نظیر انواع راه‌ها، خطوط ریلی، آبریزها، کانال‌ها و هم‌چنین تهیه نقشه جهت طراحی این خطوط می باشد.

• مدیریت بحران و اهداف تحقیقاتی

یکی از سریع‌ترین روش های جمع آوری اطلاعات از مناطق بحرانی در مواقع سیل، زلزله، آتش‌سوزی جهت مدیریت بحران­، محاسبه حجم خسارات و اولویت بندی و برنامه‌ریزی امدادرسانی، جستجو و نجات بازماندگان و… استفاده از پهپاد می‌باشد. هم‌چنین بهره‌گیری از این تکنولوژی روش مناسبی جهت اهداف تحقیقاتی و مطالعاتی است.

حال به برخی ابهامات همکاران در زمینه پهپاد فتوگرامتری می‌پردازیم:

تفاوت این سامانه با تصویربرداری هوایی که سازمان های دولتی با استفاده از هواپیماهای سرنشین دار انجام می دهند در چیست؟

در علم نقشه برداری، فتوگرامتری را به سه شاخه فتوگرامتری فضایی، هوایی و زمینی (برد کوتاه) تقسیم می کنند. یکی از عوامل موثر در این تقسیم بندی، فاصله دوربین تا جسم است. در فتوگرامتری فضایی سنجنده بر روی یک فضاپیما نصب شده و از فاصله بسیار دوری از زمین تصویربرداری را انجام می هد. اگر دوربین تصویربرداری را بر روی یک هواپیما نصب نماییم که از فاصله چند هزار متری تصویربرداری انجام دهد، عملیات تبدیل تصویر به نقشه در زمره فتوگرامتری هوایی قرار می گیرد. در این حالت، سکوی تصویربرداری (هواپیما) تا حد زیادی پایدار است. این امر باعث می شود که تیلت به حداقل رسیده و همچنین فاصله بین مراکز تصویر با دقت بالایی مشخص است. همین عوامل سبب می گردند که مرحله تبدیل تصویر به نقشه کمی ساده تر گردد. در دسته بندی سوم اگر فاصله دوربین تا جسم به صورت تقریبی کمتر از ۳۰۰ متر باشد، مراحل تهیه نقشه از تصویر در زمره فتوگرامتری زمینی یا همان فتوگرامتری برد کوتاه قرار می گیرد. نکته حائز اهمیت این است که در تصویربرداری برد کوتاه به دلیل آنکه دوربین در دست یک کاربر و یا بر روی یک پرنده سبک نصب است، میزان تیلت دوربین به مراتب بیشتر از حالت تصویربرداری هوایی است و علاوه بر این فاصله بین تصاویر در این حالت به هیچ عنوان یکسان نیست. همین عوامل سبب می شود که نتوان از فرمول ها و معادلات فتوگرامتری هوایی جهت تبدیل تصویر به نقشه در فتوگرامتری برد کوتاه بهره جست.

از چه دوربین هایی می توان جهت پهپاد فتوگرامتری استفاده نمود؟

با توجه به پیشرفت های اخیر در زمینه علوم فتوگرامتری و پردازش تصاویر راهکارهای جدیدی برای تولید نقشه از تصاویر اخذ شده بوسیله دوربین های غیرمتریک ارائه گردید. همین امر سبب شده است تا بتوان با استفاده از دوربین های دیجیتال غیرمتریک حرفه ای و یا نیمه حرفه ای به نتایج شگرفی در زمینه فتوگرامتری برد کوتاه رسید. پس در استفاده از نرم افزارهای اتوماتیک فتوگرامتری می توان از تصاویر دوربین های مختلف، اعم از متریک و غیرمتریک بهره جست.
نکته ای که لازم می دانم در اینجا بیان کنم این است که یکی از پارامترهای تاثیرگذار در کیفیت نتایج خروجی از این سامانه، انتخاب دوربین مناسب است. وسیله “پهپاد” صرفا یک حمل کننده دوربین و متعلقات است. ضمن آنکه پرنده هم می بایست شرایط خاصی را داشته باشد، اما دوربینی که تصاویر را اخذ می کند نقش بسیار پر رنگی در کیفیت اطلاعات تولید شده دارد. عوامل مختلفی که در انتخاب یک سیستم تصویربرداری باید درنظر گرفته شوند به قرار زیرند:

از چه نوع GPS ای می توان در این سامانه بهره جست؟

استفاده از GPS بصورت کلی می تواند در افزایش سرعت توجیه نسبی تصاویر کمک کند. به همین دلیل استفاده از یک GPS معمولی کافی است. اما اگر از GPSهای دوفرکانسه استفاده شود، این امر باعث بالا رفتن دقت توجیه نسبی شده و بطور قابل ملاحظه ای نیاز به نقاط کنترل زمینی را کاهش می دهد.

برد پرنده های مورد استفاده تا چه میزان است؟

توجه شود که برد پرنده های بدون سرنشین به میزان برد آنتن های ارسال و دریافت امواج نصب شده بر روی آنها بستگی دارد. یک پرنده با یک مشخصه ثابت می تواند تا هر مسافتی در صورت داشتن باطری پرواز نماید. کنترل این پرنده توسط آنتهای مخابراتی است که بر روی پرنده نصب شده است. هرچه برد این آنتن ها بیشتر باشد برد پرنده هم بیشتر است.

دقت روش پهپاد فتوگرامتری تا چه حد است؟

یکی از مهمترین سوالاتی که اکثر دوستان از بنده می پرسند این است که با استفاده از این سامانه به چه دقتی می توان رسید؟! مقیاس نقشه های تهیه شده چقدر است؟ دقت مسطحاتی و ارتفاعی چقدر است؟ و از این قبیل سوالات. توجه شود که مهمترین پارامتر در دقت روش پهپاد فتوگرامتری به ویژگی های دوربین و فاصله آن تا زمین بر می گردد. برخی از همکاران دقت هایی را بیان می کنند که باعث فریب افراد تازه کار می شود. برای مثال اشاره به دقت ۱ سانتیمتر مسطحاتی دارند، که این فرمایشی بسیار اشتباه است. با توجه به مطالبی که در ادامه عرض خواهم کرد دلیل این صحبت بنده را درک خواهید کرد اما اگر این صحبت درست باشد باید پرسید در چه ارتفاع پروازی به دقت ۱ سانتیمتر رسیده اید؟! پاسخ شاید ارتفاع پرواز ۵۰ متر باشد. توجه کنید که با ارتفاع پرواز ۵۰ متر مدت زمان پرواز شما بصورت قابل توجهی افزایش یافته و این امر باعث عدم به صرفه بودن پروژه می گردد. بصورت تجربی و بطور میانگین همه فعالان در این حوزه با دقت های ۵ سانتیمتر مسطحاتی و ۱۰ الی ۱۵ سانتیمتر ارتفاعی در ارتفاع پرواز ۱۰۰ تا ۱۵۰ متر متفق القول هستند.
علاوه بر موارد بالا، عوامل دیگری در رسیدن به دقت مناسب دخیل هستند که در زیر به اجمال به آنها اشاره خواهد شد:

• طراحی پرواز شامل پوشش تصاویر و میدان دید دوربین و ارتفاع پرواز

• کیفیت هندسی و رادیومتریک دوربین

• دقت، تعداد و پراکندگی نقاط کنترل زمینی و مشاهدات کمکی

• دقت مثلث بندی

• دقت و کیفیت ابر نقطه

• کیفیت ساخت ارتوفتو

• تجربه عامل تبدیل و ترسیم

پهپادها چگونه فتوگرامتری می‌کنند؟

سیستم پهپادها دارای فتوگرامتری برد کوتاه شامل یک دوربین غیرمتریک است که بر روی وسیله پرواز بدون سرنشین به گونه ای قرار می گیرد که تا حد امکان نیروهای وارد بر دوربین صفر شود و دوربین در حالت اینرسی قرار گیرد. سپس سیستم توسط هدایت کننده های اتوماتیک شروع به برداشت داده از منطقه موردنظر در ارتفاع کم می نماید و داده مورد نیاز برای تهیه اطلاعات هندسی نقشه های توپوگرافی بزرگ مقیاس دریافت می شود. سامانه فتوگرامتری عمود پرواز از بخش مکانیک پرواز و بدنه، بخش مخابراتی در ارسال و دریافت داده، بخش ناوبری و تعیین موقعیت، بخش پیشران و موتور و بخش تصویربرداری تشکیل شده است. پهپاد ها یکی از این سامانه های فتوگرامتری هستند که امروزه بیشتر مورد توجه قرار گرفته اند.
سامانه پرنده های بدون سرنشین عمود پرواز، به صورت عمود از زمین بلند می شوند و مکانیزم عملکردشان به صورت نقطه یابی و ایستادن بالای نقاط است و مسیر مشخصی را طی می کنند. مراحل اجرایی عکس برداری را می توان در بخش های زیر خلاصه نمود.

بازرگانی ویسا عرضه کننده پهپاد های فتوگرامتری ( تولید ملی ) سپهر در ایران