Fotogrammetrie s dronem

Fotogrammetrie - vysvětlení problematiky

Slovo fotogrammetrie vzniklo složením tří řecký slov: photos (světlo), gramma (záznam), metron (měřit). Termín fotogrammetrie vznikl ve snaze pojmenovat činnost, která se zabývá využitím světelných záznamů či obrazů pro měření velikosti objektů a vzdáleností mezi nimi. Můžeme tak hovořit o nepřímém bezdotykovém měření vzdáleností a rozměrů. Alternativním a nebo doplňkovým měřením k fotogrammetrii je použití technologie laserového skenování, pro jejíž realizaci používáme zařízení - skener s názvem LIDAR, kdy k měření vzdálenosti dochází pomocí měření doby odrazu laserového paprsku, který je za tímto účelem emitován. Tento skener se často používá jak při pozemním skenování, tak při leteckém skenování z dronů.

Informace o rozměrech objektů a vzdáleností mezi nimi se v případě fotogrammetrie nezískávají přímým měřením, ale měřením jejich fotografických obrazů. Při tomto postupu se samozřejmě vychází z úvahy, že daný použitý snímek je přesným středovým průmětem fotografovaných objektů.

Základním krokem fotogrammetrie je převedení tohoto středového průmětu na průmět pravoúhlý. Fotogrammetrie pak vychází ze skutečnosti, že existují geometrické vztahy mezi objektem (objekty) a jeho fotografií či obrazem.

Pro tyto účely ale musí být snímek pořízen zvláštním aparátem se speciálním vybavením, které se nazývá fotografická měřická komora. Proto se také fotoaparátu pro pořizování fotogrammetrických snímků někdy říká právě fotografická měřická komora. Snímky pořízené tímto přístrojem pak nazýváme jako "fotogrammetrické snímky". Fotogrammetrické snímky jsou pořizovány s dostatečným překryvem tak, aby byla každá část (fotogrammetricky) snímané scény (tzv. zájmová oblast) zachycena na snímcích opakovaně.

Fotogrammetrie s pomocí dronu

I když v minulosti byl pojem letecké fotogrammetrie spojen s použitím dopravních letadel, je dnes tento pojem spojován především s aplikací dronů spolu se specifickým fotogrammetrickým vybavením - speciálně upravenou a kalibrovanou kamerou. Další možností je pak satelitní fotogrammetrie.

Drony jsou pro  účely fotogrammetrie vybaveny speciální fotogrammetrickou kamerou a často pak také tzv. RTK přijímačem, která do značné míry eliminuje chybu určování polohy pomocí GPS a řádově tak zvyšuje přesnost stanovení polohy dronu při pořizování fotogrammetrických snímků a to až na nižší jednotky centimetrů - dle prostředí.

Z naší nabídky je typickým dronem pro pořízení fotogrammetrických dat dron DJI P4 RTK, kde dochází k přesnému georeferencování s pomocí již zmiňovaného RTK přijímače, obdobně jako v případě dronu DJI M300 RTK. Fotogrammetrická data z obou dronů jsou pak zpracována v rámci software DJI Terra.

Připravili jsme pro vás krátky návod k práci s dronem DJI P4 RTK a jeho využití v oblasti fotogrammetrie.

Vedle úzce zaměřeného dronu DJI P4 RTK je v nabídce dron DJI M300 RTK který vedle přesné kamery pro pořizování fotogrammetrických dat DJI Zenmuse P1 může být vybaven i např. LIDARem DJI Zenmuse L1 a díky rozhraní DJI SkyPort pak libovolným senzorem třetích stran (oblíbeným příkladem je multispektrální kamera MicaSense). Na dronu DJI M300 RTK tedy lze snadno a rychle snímače měnit, nebo použít až 2 snímače v jednu chvíli. 

Univerzální profi dron DJI M300 RTK s fotogrammetrickou kamerou DJI Zenmuse P1.

Rozlišení kamery pro fotogrammetrii DJI Zenmuse P1 je 45 MPx, a disponuje snímačem o velikosti full frame. Možnost výměnných objektivů z této kamery pak dělá perfektní nástroj pro ultra přesné mapovací i modelovací mise. Pro kameru jsou k dispozici objektivy s ohniskovými vzdálenostmi 24 mm, 35 mm a 50 mm. Kamera si pojmenuje složky dle názvů misí i s datumem jejich pořízení a ukládá do nich strukturovaně data - samostatně a chronologicky pak ukládá GPS data a časová razítka k jednotlivým fotkám. EXIF či metadata fotky obsahují: kompletní GPS lokalitu a to včetně absolutní a relativní výšky, dále parametry pro gimbal a jeho natočení ve 3 osách, rychlost dronu, aktuální zrychlení dronu a další data. Díky těmto údajům se rychleji a přesněji složí mapa nebo model. Přehled možných výstupů z dronů je následující:

• 2D mapy - s vysokou přesností i bez použití vlicovacích bodů (GCP)  - 3 cm horizontálně a 5 cm vertikálně, s použitím vlícovacích bodů se pohybujeme okolo 1 cm horizontálně a 1,5 cm vertikálně
• 3D modely - také s vysokou přesností - nyní je možné pořídit s využitím funkce smart oblique capture - kdy z jedné letové trasy dronu se gimbal (stabilizační zařízení kamery) s kamerou natočí a naklopí tak, aby postupně nafotil co nejširší úhel záběru
• Detailní inspekční mise s výstupem mapy či modelu - díky speciální mapovací funkci je nyní možné zadokumentovat terén, který není kolmo pod dronem, ale zároveň má vysoký úhel stoupání - např. skála, svah, stěna, vysoké technické konstrukce
• Mapování v reálném čase - pomocí pokročilého SW lze provést mapování pod dronem a zobrazení výsledků živě. Probíhá to tak, že dron pořízené fotografie uloží a pošle v plné kvalitě do ovladače, kde se po přesunutí do PC skládá velmi rychle přehledová mapa - využití je zejména v případech vyhledání a záchrany osob - resp. tzv. "search and rescue" mise

K dispozici je také nový dron pro fotogrammetrii DJI M3R, resp. DJI M3 RTK který nahrazuje starší DJI P4 RTK a oproti němu vylepšuje zejména letovou dobu, kameru a letovou stabilitu. 

Typické aplikace letecké fotogrammetrie 

• technická diagnostika - mapování technologií, produktovodů apod.
• stavebnictví - dokumentace staveb a jejich výstavby, dokumentace zemních prací, kontrola technického stavu staveb (přehrady, dopravní stavby, objekty před rekonstrukcí)
• fotovoltaika - mapování stavu 
• lesnictví - plánování výsadby a těžby dřeva, rozlišení věku a druhu dřeviny, odhad dřevní hmoty, odhad škod, segmentace druhů dřeva
• zemědělství - projektování zemědělských staveb (meliorace), zjišťování škod (škůdci, vichřice apod.)
• architektura - dokumentace historických staveb a jejich digitalizace
• územní plánování
• geologie - mapování, odhalování povrchových i podpovrchových nalezišť
• a mnohé další