Fotogrametria a LiDAR w mapowaniu lotniczym
W świecie geodezji istnieje kilka technik zbierania danych. Wykorzystywana technologia zależy w dużej mierze od tego, do czego dane będą używane. W kontekście mapowania lotniczego dwie technologie wyróżniają się jako najczęściej stosowane i często najskuteczniejsze: fotogrametria i LiDAR.
Załóżmy więc, że masz nadchodzący projekt mapowania UAV i zastanawiasz się, która z tych technik jest najlepsza do zastosowania. Trafiłeś we właściwe miejsce, ponieważ przeanalizujemy, co każda metoda robi i do czego najlepiej się nadaje.
Czym jest fotogrametria?
Fotogrametria odnosi się do czynności wykonywania kilku zdjęć pod różnymi kątami i z różnymi nakładkami, a następnie wykorzystywania specjalistycznego oprogramowania do konstruowania map 2D, ortofotomap, modeli 3D i NMT (numerycznych modeli terenu), wśród innych wyników. Fotogrametria jest praktykowana od dawna z użyciem załogowych statków powietrznych, ale wynalezienie systemów UAS uczyniło ją jeszcze bardziej dostępną dla branż, które wcześniej nie mogły sobie na nią pozwolić.
Czym jest LiDAR?
LiDAR to skrót od Light Detection and Ranging (wykrywanie i określanie odległości światłem), technologia, która opiera się na wiązkach laserowych do pomiaru odległości. Ładunek LiDAR jest przymocowany do systemu statku powietrznego, a oscylujące lustra wysyłają wiązki laserowe do obiektu, który ma być zarejestrowany w określonych odstępach czasu.
System ten mierzy następnie odległość, jaką przebywa wiązka po odbiciu się od obiektu. LiDAR generuje chmury punktów, które tworzą dokładny kształt zarejestrowanego obiektu. Jednak LiDAR nie działa samodzielnie. Aby był skuteczny, muszą być dostępne systemy GPS lub GNSS, a także dokładny IMU (Inertial Measurement Unit – inercyjna jednostka pomiarowa).
Fotogrametria a LiDAR: Jakie są różnice?
Teraz, gdy wiemy, jak działają obie technologie, porównajmy je na podstawie czynników, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze metody mapowania lotniczego.
Dokładność
Ogólnie rzecz biorąc, dane LiDAR są dokładniejsze niż dane z fotogrametrii, a różnica wynika ze sposobu zbierania danych. W przypadku fotogrametrii polegamy na aparatach do wykonywania zdjęć. Jednakże możliwe jest zbieranie niedokładnych danych w warunkach zachmurzenia, słabego oświetlenia lub na obszarach z bardzo gęstą roślinnością.
Używany ładunek również wpływa na dokładność zebranych danych. Profesjonalne ładunki z mechanicznymi migawkami, takie jak te w DJI Mavic 3 Enterprise, byłyby doskonałym punktem wyjścia, jeśli chcesz uzyskać dokładne dane fotogrametryczne. Chociaż można by użyć systemów PPK i RTK w celu poprawy dokładności danych fotogrametrycznych, wspomniane wcześniej czynniki nadal mają zastosowanie.
Z drugiej strony, ponieważ LiDAR opiera się na wysyłaniu impulsów, uzyskane z niego dane są zazwyczaj dokładniejsze. Dzieje się tak, ponieważ te impulsy przechodzą przez chmury, a nawet gęstą roślinność. Jednakże te impulsy nie przechodzą przez obiekty stałe, więc jeśli światło nie może przejść, systemy LiDAR nie będą skuteczne.
Zasięg
Ile terenu może pokryć każdy z tych systemów, zależy od używanej platformy. W niektórych przypadkach fotogrametria może pokryć większy obszar, zwłaszcza gdy używasz dronów stałopłatowych, VTOL lub eVTOL, które mogą latać na wyższych wysokościach i dłużej. Można by pokryć jeszcze większy obszar za pomocą LiDAR, latając na wyższych wysokościach, ponieważ LiDAR czasami ma większe pole widzenia, ale mogłoby to wpłynąć na jakość zebranych danych.
Dla najwyższej dokładności danych LiDAR zaleca się latanie powoli i na niższych wysokościach, pokrywając mniejszy obszar naraz. Ponadto należy również wziąć pod uwagę obszar, nad którym się lata. W Europie, na przykład, najwyższa wysokość, na jaką można latać w kategorii otwartej, wynosi 120 metrów; latanie wyżej będzie wymagało specjalnej licencji lub zgody.
Aby pokryć większy obszar obiema technikami, można by użyć kilku dronów z odpowiednim planowaniem floty, aby uniknąć kolizji. W przyszłości roje dronów mogą stać się normą, gdzie można kontrolować kilka dronów do mapowania lub innej aktywności z jednego centrum.
Łatwość użycia
Fotogrametria oferuje bardziej usprawnione doświadczenie użytkownika. Dopóki masz odpowiedni czujnik i postępujesz zgodnie z właściwymi krokami w przygotowaniu i zbieraniu danych, oprogramowanie takie jak Agisoft, Pix4D czy DroneDeploy przetworzy dane za Ciebie i dostarczy użyteczne wyniki. Z drugiej strony, LiDAR jest bardziej złożony i wymaga większej wiedzy specjalistycznej do obsługi.
Wyniki
Uzyskane wyniki mogą również pomóc w określeniu, którą technikę zastosować. Dzięki fotogrametrii można uzyskać wyraźne ortofotomapy i modele 3D, co czyni ją idealną do prezentowania cech zewnętrznych, takich jak budynki lub obszary dotknięte katastrofą. LiDAR generuje gęste chmury punktów, które pokazują rejestrowane obiekty. Chociaż można je pokolorować, aby lepiej je zrozumieć, wynik może mieć niższą rozdzielczość niż ten z fotogrametrii. Jednak te chmury punktów są dość dobre w przedstawianiu terenu lub pokazywaniu rzeczywistej powierzchni obiektu.
Szybkość przetwarzania
Przetwarzanie danych fotogrametrycznych czasami zajmuje dużo czasu, zwłaszcza przy przetwarzaniu na komputerze stacjonarnym. Przetwarzanie 100 akrów (40,5 ha) na komputerze z 8 GB RAM i 1 TB ROM zajmuje tydzień. To samo przetwarzanie na komputerze z 64 GB RAM zajęło zaledwie kilka godzin. Potrzebna jest duża moc obliczeniowa, aby uzyskać wyniki w ciągu kilku godzin. Z drugiej strony, LiDAR jest szybszy, ponieważ chmurę punktów 3D można uzyskać zaraz po wylądowaniu drona w przypadku małych projektów, choć duże projekty mogą zająć trochę czasu na przetworzenie.
Koszt
Chociaż możliwe było stworzenie mniejszych ładunków do użytku na dronach, systemy te są nadal dość drogie. Jeśli szukasz tańszego sposobu zbierania danych, fotogrametria jest stosunkowo tańsza niż LiDAR. Dopóki posiadany dron ma kamerę, możliwe jest użycie go do fotogrametrii. Jednak praca profesjonalna wymaga wysokiej jakości czujników, które nie są tanie, ale nadal bardziej przystępne cenowo niż LiDAR.
Zastosowania
Na podstawie ich działania oraz mocnych i słabych stron, poniżej przedstawiono najlepsze zastosowania dla każdej z nich;
– Fotogrametria – Fotogrametria najlepiej sprawdza się w tworzeniu ortofotomap 2D, NMT i modeli 3D obszarów z niewielką lub żadną roślinnością lub czymkolwiek, co mogłoby blokować kamerę. Technika ta będzie idealna, jeśli chcesz zwizualizować projekt architektoniczny lub monitorować zmiany roślinności.
– LiDAR – Ze względu na zdolność penetracji roślinności, LiDAR najlepiej sprawdza się w zarządzaniu lasami, mapowaniu roślinności, mapowaniu terenu, mapowaniu infrastruktury oraz inspekcji obiektów takich jak drogi, wieże telefonii komórkowej i korytarze użyteczności publicznej.
Postęp technologiczny
Odkąd człowiek był w stanie wznieść się w powietrze samolotami, różne branże zastanawiały się, jak systemy lotnicze mogłyby im pomóc. Jedną z tych branż jest geodezja.
Przechodząc do wprowadzenia dronów, inżynierom udało się zmniejszyć ładunki fotogrametryczne i LiDAR na tyle, aby pasowały do dronów. Technologia, która kiedyś była używana tylko w wojsku, jest teraz dostępna dla użytkowników korporacyjnych i konsumenckich. Dalszy postęp technologiczny, taki jak AI i 5G, umożliwia automatyzację procesu mapowania i przetwarzania, minimalizując czas, jednocześnie zwiększając dokładność.
Dzięki uczeniu maszynowemu możliwe jest wytrenowanie modelu do wykrywania określonych obiektów na mapie lub w strumieniu na żywo, takich jak budynki, ludzie czy zwierzęta. Sprawdza się to dobrze w nadzorze, rolnictwie precyzyjnym, monitorowaniu, wykrywaniu zmian w formach terenu lub tworzeniu bardziej zrozumiałej cyfrowej prezentacji danych generowanych w procesie mapowania lotniczego.
Usługi takie jak One3D.ai umożliwiają zbieranie i przesyłanie obrazów do chmury w celu przetwarzania w czasie rzeczywistym, co jest jeszcze bardziej wydajne dzięki 5G. Oprócz zbierania danych, LiDAR jest również używany w systemach UAS do wykrywania i unikania przeszkód, i działa lepiej niż systemy oparte na podczerwieni.
Końcowe przemyślenia
I to wszystko. Zarówno fotogrametria, jak i LiDAR mają swoje zalety i wady. Twój wybór powinien zależeć od projektu, obszaru, który będziesz mapować, pożądanych wyników i budżetu. Jeśli to możliwe, możesz je połączyć, ponieważ obie dostarczają unikalnych informacji.
