Описание процесса аэрофотосъёмки с БПЛА, текущих проблемах при проведении работ и метода решения

   На первый взгляд процесс аэрофотосъёмки – достаточно нетривиальная задача.  В действительности же, для построения качественных трёхмерных полигональных моделей с высокой плотностью данных и минимальной погрешностью измерений требуется соблюдения ряда правил:

    1) Высота полёта – критерий, определяющий оптимальную высоту для съёмки с требуемым разрешением пикселя на местности. Для соблюдения данного критерия необходимо чтобы БПЛА летел на заданной высоте, относительно рельефа местности, всё время аэрофотосъёмки.

 

,где H_пол - высота полета БПЛА, м

                                           GSD - разрешение пикселя, м/пкс;

                                 l_х - размер матрицы камеры

 

На протяжении всего процесса аэрофотосъёмки БПЛА должен пролетать над рельефом местности на постоянной заданной высоте. Это необходимо для того, чтобы полученные аэрофотоснимки имели единый масштаб с минимальной погрешностью. Так как из данных, сделанных на разной высоте, программа для обработки аэрофотоснимков не сможет корректно построить трёхмерную модель.     

   2) Перекрытие - один из основных критериев аэрофотосъёмки. Он заключается в том, что снимки, сделанные с помощью БПЛА одного и того же участка с разных сторон, должны перекрывать друг друга с определённым процентным соотношением. Различают продольное и поперечное перекрытия аэрофотоснимков. Продольное перекрытие – это перекрытие смежных аэрофотоснимков одного маршрута в направлении полета летательного аппарата, которое обозначается Р_х (рис.1). Величины перекрытий выражают в процентах от размера соответствующей стороны аэрофотоснимка.

         

lx

O1

lx

O2

Px

bx O1  O2

                 Рисунок 1 – Продольное перекрытие аэрофотоснимков:

 

l _x и l _y – формат кадра;

О₁ и О₂ – центры предыдущего и последующего аэрофотоснимков маршрута;

- участок местности, изобразившийся на предыдущем и последующем аэрофотоснимках;

в _х – продольный базис фотографирования в масштабе аэрофотоснимка;

Р_х – продольное перекрытие.

    Величина продольного перекрытия задается с учетом уменьшения

«мертвых зон» и сложности снимаемого объекта.

    Расстояние между смежными маршрутами устанавливается с таким расчетом, чтобы аэрофотоснимки последующего маршрута перекрыли частично аэрофотоснимки предыдущего маршрута. Это перекрытие называется поперечным и обозначается Р_у (рис. 2).

 

Ру

2^й м-т

1^й м-т

 

Рисунок 2 – Поперечное перекрытие:

 

                   - поперечное перекрытие.

   Величина поперечного перекрытия задается в зависимости от масштаба аэрофотосъемки. Оси маршрутов должны быть параллельны между собой и параллельны или параллелям или меридианам. Аэрофотосъемку ведут маршрутами максимальной длины, так как в этом случае уменьшается количество зарамочных аэрофотоснимков, число заходов с маршрута на маршрут, а следовательно уменьшается съемочное время, объем фотограмметрических работ и времени, затрачиваемых на поворот БПЛА для следований маршруту.

Оси крайних маршрутов намечают по длинным границам съемочного участка. Расстояние между смежными маршрутами на местности должно обеспечивать заданное поперечное перекрытие.

БПЛА пролетает по осям маршрутов и через определенные интервалы времени, то есть через определенные расстояния производится фотографирование (рис. 3).

 

 

S₁ S₂ S₃

А

В

Ву

Вх

D

С

   Sn Sn-1

Рисунок 3 – Схема аэрофотосъемки: АВСD – участок аэрофотосъемки;

s₁, s₂, s₃….s_n-1, s_n – центры аэрофотоснимков на осях маршрутов;

В_х – расстояние между центрами смежных аэрофотоснимков по оси маршрута или продольный базис фотографирования;

В_у – расстояние между осями маршрутов или   поперечный   базис фотографирования.

Слишком большой процент перекрытий приведёт к значительному увеличению времени полёта, а также к получению большого количества снимков, отличающихся друг от друга незначительно и приводящих к значительному увеличению времени обработки таких данных. Слишком малый процент перекрытий приведёт к получению недостаточного количества снимков для построения трёхмерной модели. Опытным путём получено, что для съёмки зданий в городских условиях необходимо выставлять значение продольного и поперечного перекрытий в 75%.

 

Соблюдение заданного процентного соотношения перекрытий в ручном режиме управления невозможно из-за человеческого фактора, ветра, невысокой точности встроенного GPS приёмника. Несоблюдение заданного процентного соотношения продольного и поперечного перекрытий во время процесса аэрофотосъёмки приводит к заметному ухудшению качества полученных трёхмерных моделей наземных объектов. Это происходит потому, что плотность данных, полученных аэрофотоснимкам сделанных с разным перекрытием, будет отличаться друг от друга, что окажет негативное влияние на этап моделирования и приведёт к ошибкам в построении трёхмерной модели объекта способом фотограмметрии.

     Оси маршрутов прокладываются за границы съемочного участка не менее, чем на один базис при продольном перекрытии 60%, не менее, чем на два базиса при продольном перекрытии 80% и не менее, чем на 4 базиса при продольном перекрытии 90%.

При аэрофотосъемке поперек основных маршрутов также могут прокладываться аэрофотосъемочные маршруты, размещаемые в начале и в конце основных маршрутов. Такие маршруты называют каркасными. Их прокладывают через расчетные расстояния с целью обеспечения требуемой точности сетей фототриангуляции для более точного построения полигональной модели способом фотограмметрии.

Расчет аэрофотосъемочных работ начинается после определения границ съемочного участка, которые отмечаются на карте в мобильном разработанном приложении для автоматизации процесса аэрофотосъёмки. Рассчитывают основные параметры аэрофотосъемки, к которым относятся:

- длина участка съемки;

- ширина участка съемки;

- формат кадра камеры БПЛА;

- высота фотографирования;

- продольное перекрытие аэрофотоснимков;

- поперечное перекрытие аэрофотоснимков;

- количество аэрофотосъемочных маршрутов;

- количество аэрофотоснимков в одном маршруте;

- количество аэрофотоснимков на весь участок;

- длина всех маршрутов;

- расчетное съёмочное время;

- площадь фотографируемого участка.