Jankowicz - fotopunkty.pdf - Fotogrametria - aneciakurczaczek

Fotogrametryczne niskopułapowe naloty...

INFRASTRUKTURA I EKOLOGIA TERENÓW WIEJSKICH

INFRASTRUCTURE AND ECOLOGY OF RURAL AREAS

Nr 3/2010, POLSKA AKADEMIA NAUK, Oddział w Krakowie, s. 95–101

Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi

Bogdan Jankowicz

FOTOGRAMETRYCZNE NISKOPUŁAPOWE NALOTY

PLATFORM AUTONOMICZNYCH

____________

CAV PHOTOGRAMMETRIC LOW-ALTITUDE FLIGHTS

Streszczenie

Zwiększenie bezpieczeństwa lotów fotogrametrycznych oraz obniżenie

kosztów, również dotyczących póżniejszych opracowań i aktualizacji, będących

ich rezultatem – to zawsze aktualne problemy. Zwiększenie bezpieczeństwa lotów fo-

togrametrycznych oraz obniżenie ich kosztów, również dotyczących późniejszych

opracowań lub aktualizacji, będących ich rezultatem - to zawsze aktualne problemy.

Możliwość zastąpienia w uzasadnionych przypadkach tradycyjnych nalo-

tów, a nawet bezpośrednich, geodezyjnych pomiarów terenowych – pozyskiwa-

niem obrazów terenu z małych wysokości lotu (kilkadziesiąt do 200 metrów nad

terenem) z bezzałogowych, małych platform lotniczych (BŚL – Bezzałogowe

Środki Lotnicze lub z ang. UAV – Unmaned Air Vehicle), wyposażonych w nie-

wielkie kamery cyfrowe, zapewniające dobrej jakości obrazy oraz powtarzalność

orientacji wewnętrznej, o rozdzielczości gwarantującej wymaganą dokładność dla

określonych opracowań (zwłaszcza o charakterze uzupełniającym i aktualizacyj-

nym), również z dodatkową możliwością automatycznej nawigacji GPS, a opcjo-

nalnie zdalnej kontroli rejestrowanego obrazu, zapewniającą właściwą orientację

zdjęcia (obrazu) – wydaje się być godna uwagi, szczególnie jeśli wziąć pod uwagę

dostępność i możliwość szybkiej realizacji zadań wspomnianą, zoptymalizowaną

technologicznie, dokładnościowo i ekonomicznie metodą.

Słowa kluczowe: bezzałogowe środki lotnicze (BŚL), naloty niskopułapowe, plat-

formy autonomiczne, obszary trudnodostępne

Summary

Development of air-technology, data communications and remote sensing

involve the interest in applications of small Crewless Air Vehicles (CAV) in differ-

ent subjects of economy.

Bogdan Jankowicz

Hence the idea of the application of low-altitude images (taken from

heights below 200 m) from crewless air vehicles for quick data updating of geoin-

formation of local (small) and hard available areas by photogrammetric methods.

Key words: Crewless Air Vehicles (CAV), low-altitude flights, hard available

areas

WPROWADZENIE

Ideą proponowanego rozwiązania jest stworzenie niezależnego, prostego

systemu lokalnego pozyskiwania danych geoprzestrzennych na bazie małych

bezzałogowych platform lotniczych, realizujących obrazowania powierzchni

terenu z niskiego pułapu lotniczego (generalnie do 200 m), również dotyczącego

terenów trudnodostępnych pod względem założenia osnowy polowej,

z uwzględnieniem minimalizacji kosztów realizacji.

BADANIA I METODY

Jako przykład – zrealizowano seryjne zdjęcia niskopułapowe z nalotu

BŚL, z zastosowaniem aparatu fotograficznego Canon IXUS 900 Ti i wysokości

typowej ok. 100 m, z tym, że do ostatecznego opracowania wybrano z serii –

najbardziej optymalne pod względem fotogrametrycznym (rys. 1 i 2).

Osnowę dla przeprowadzanego nalotu stanowiła gęsta sieć fotopunktów /

punktów kontrolnych, rozmieszczonych równomiernie na obiekcie, celem

umożliwienia bardziej wnikliwych badań poszczególnych zdjęć w serii; w tym

przypadku charakterystyka terenu umożliwiała bezproblemowe założenie osno-

wy polowej.

Jak wykazały badania – wybrane do opracowania zdjęcia charakteryzo-

wały się wartościami EOZ typowymi (dopuszczalnymi), gdyż analiza dokładno-

ści określenia punktów (w tym punktów kontrolnych) wskazuje na dobrą jakość

geometryczną jak również fototechniczną zrealizowanych zdjęć niskopułapo-

wych.

Zastosowanie opisywanej metody ma uzasadnienie nie tylko techniczne

(dokładność, szybkość, ergonomia) ale również ekonomiczne.

Z raportu opracowania wybranej, przykładowej stereopary przedstawiają-

cej ruiny pałacu wynika jej wysoka dokładność – średni błąd kwadratowy okre-

ślenia poszczególnych współrzędnych punktów w stosunku do odpowiadających

im punktów terenowych wynosi:

M x = 0,04 m,

M y = 0,03 m,

M z = 0,03 m,

Fotogrametryczne niskopułapowe naloty...

Rysunek 1. Projektowany plan nalotu – obiekt: teren folwarku Mściwojów

(woj. dolnośląskie)

Rysunek 2. Przykładowe zdjęcia niskopułapowe (wieloseryjne) obiektu Mściwojów

Bogdan Jankowicz

pozostałe zalety przedstawionej przez autora technologii to m. in.:

–duża ilość spostrzeżeń (obrazów) nadliczbowych (możliwość eliminacji

gorszych jakościowo obrazów) – w przypadku zdjęć wykonywanych seryjnie;

–stałość orientacji wewnętrznej w danej serii;

– wysoka precyzja i jako jej pochodna – dokładność odwzorowania poło-

żenia obiektów na zdjęciu;

– niski koszt platformy bezzałogowej oraz sensora (kamery), i ich uniwer-

salność;

–zdjęcia można opracowywać zarówno jako wybiórcze stereogramy jak

i blokowo z zastosowaniem aerotriangulacji, podobnie jak w metodach standar-

dowych;

– ze względu na aktualizacyjno-uzupełniający charakter technologii, plan

nalotu fotogrametrycznego może być realizowany wybiórczo-precyzyjnie,

zgodnie z rzeczywistymi potrzebami pokrycia terenu obszarem opracowania,

a więc niekoniecznie według standardowych zasad przebiegu linii lotu jak to ma

miejsce przy planowaniu tradycyjnego nalotu na większych obszarach;

– istnieje prosta możliwość aplikacji zdjęć i opracowań niskopułapowych

do wirtualnych globów.

Rozważmy jednak przypadek, który może wystąpić chociażby przy okazji

analiz krajobrazu, kiedy mamy do czynienia z terenem niedostępnym lub trud-

nodostępnym (rys. 3).

Na takim obszarze nie ma możliwości realizacji fotopunktów.

Wiąże się to z koniecznością wyposażenia platformy lotniczej w systemy

GPS/INS, celem pozyskania niezbędnych danych, dotyczących położenia

i orientacji zdjęcia w przestrzeni (rys. 4).

Największą trudnością w wykonywaniu obrazów lotniczych jest trudność

dokładnej rejestracji trajektorii lotu i kątów nachylenia kamery. Jest ona szcze-

gólnie uwidoczniona podczas stosowania do nalotów samolotów bezzałogo-

wych, które są mniej stabilne niż samoloty pilotowane przez pilota. Samoloty te

są lżejsze i bardziej podatne na wszelkie czynniki zewnętrzne podczas lotu.

Rozwiązaniem tego problemu jest zintegrowanie dwóch systemów: GPS i INS.

System GPS pozwala rejestrować trajektorię lotu (X,Y,Z) z dokładnością nie

przekraczającą 10 centymetrów. Natomiast inercjalny system nawigacyjny (INS)

mierzy przyspieszenie wzdłuż trzech osi oraz zmian kątowych pochyleń kamery.

Ciągłe sumowanie tych pomiarów podczas lotu pozwala bardzo dokładnie wy-

znaczyć trajektorię lotu samolotu (dopuszczalny błąd rzędu 2 cm) i kątów po-

chylenia kamery. Jedną z głównych wad systemu INS jest tzw. dryft, powodują-

cy spadek dokładności pomiaru pozycji i kątów nachylenia z upływem czasu.

Błąd ten może być jednak korygowany z danych GPS, zachowując przy tym

wysoką i stabilną w czasie dokładność. Dane INS mogą natomiast służyć do

interpolacji pozycji podczas możliwych krótkich przerw w łączności z satelitami

GPS. Systemy te charakteryzują się różną, komplementarną propagacją błędów.

Fotogrametryczne niskopułapowe naloty...

Rysunek 3. Przykład obszaru (wysepka na stawie) uniemożliwiającego założenie

osnowy polowej (fotopunktów)

Rysunek 4. Architektura systemu wykorzystującego BŚL na bazie śmigłowca MD4-200

z możliwością zastosowania kamery realizującej zdjęcia seryjne (adaptacja autorska)

Jankowicz - fotopunkty.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: