Fotogrametria i skanowanie laserowe dają porównywalne wyniki na terenie odkrytym, a rozjeżdżają się drastycznie tam, gdzie jest roślinność. Na gołym gruncie różnica jest w granicach błędu: modele pokrycia terenu z fotogrametrii UAV osiągają RMSE ±0,03–0,06 m wobec ±0,04 m dla LiDAR (Rogers i in., Remote Sensing 12(17):2806, 2020). Pod okapem drzew LiDAR rejestruje czterokrotnie więcej punktów gruntu niż fotogrametria — 2 pkt/m² wobec 0,5 pkt/m² (Wallace i in., Forests 7(3):62, 2016).
To jedno zdanie wystarcza do większości decyzji. Poniżej rozwinięcie: skąd bierze się ta różnica, jakie inne parametry o niej decydują, jakie są realne dane sprzętu i gdzie fotogrametria wygrywa mimo wszystko.
Dla kogo jest ten artykuł?
Dla geodetów i firm pomiarowych wybierających technologię do konkretnego typu zleceń, dla specjalistów GIS oceniających przydatność danych oraz dla operatorów bezzałogowych statków powietrznych planujących rozbudowę wyposażenia.
Czym różnią się obie techniki?
Skanowanie laserowe to technika aktywna. Skaner wysyła impuls laserowy i mierzy czas powrotu echa, co daje bezpośredni pomiar odległości. Ponieważ wiązka ma niezerową średnicę, jeden impuls może trafić częściowo w liść, a częściowo przejść dalej i odbić się od gruntu — dlatego skaner rejestruje wiele ech z jednego strzału. DJI Zenmuse L3 rejestruje do 4, 8 lub 16 ech, zależnie od ustawionej częstotliwości impulsów; YellowScan Explorer do 5 ech na strzał.
Fotogrametria to technika pasywna. Kamera rejestruje obraz, a geometrię odtwarza się z zestawu zdjęć wykonanych z różnych pozycji (Structure from Motion). Algorytm dopasowuje piksele, więc widzi wyłącznie to, co widać na zdjęciu. Jeżeli grunt jest zasłonięty liśćmi, nie zostanie odtworzony — nie ma „drugiego echa”, które mogłoby go zarejestrować.
To jest cała różnica. Reszta — dokładność, gęstość, koszt — wynika z tej jednej właściwości albo z parametrów konkretnego urządzenia. Fotogrametria nie „gorzej mierzy”; ona po prostu nie widzi tego, co zasłonięte.
Penetracja roślinności — liczby z badań
Dwie recenzowane prace dają twarde dane porównawcze.
Wallace i in. (Forests 7(3):62, 2016) porównali lotnicze skanowanie laserowe (ALS) z fotogrametrią SfM na tym samym obszarze leśnym:
- gęstość punktów gruntu pod okapem: ALS 2 pkt/m², SfM 0,5 pkt/m² — czterokrotna różnica,
- zwarcie koron: ALS 63%, SfM 50%, pomiar terenowy około 59% — fotogrametria zaniża o około 9 punktów procentowych,
- RMSE wysokości pojedynczych drzew: ALS 0,92 m, SfM 1,30 m,
- średnia różnica modeli terenu: 0,09 m ogółem, ale 0,12 m pod okapem.
Anschau i Hamilton (Remote Sensing 15(6):1694, 2023) badali las eukaliptusowy i uzyskali podobny kierunek przy jeszcze większych różnicach:
- gęstość chmury modelu koron: LiDAR 609 pkt/m², fotogrametria NIR 96 pkt/m² — 6,3 razy więcej,
- udział punktów w podszycie poniżej 5 m: LiDAR 2,4%, SfM 0,89%,
- pokrycie powierzchni badawczej: LiDAR 90,6%, SfM 72,9%.
Wniosek jest jednoznaczny: jeżeli produktem ma być numeryczny model terenu na obszarze zalesionym, fotogrametria nie jest alternatywą dla LiDAR. Jest inną, gorszą odpowiedzią na to pytanie.
Teren otwarty — gdzie fotogrametria dorównuje
Rogers i in. (Remote Sensing 12(17):2806, 2020) porównali modele pokrycia terenu z czterech platform bezzałogowych na terenie niezalesionym: goła gleba, koszona trawa, droga gruntowa. Wynik: LiDAR RMSE ±0,04 m, fotogrametria UAS ±0,03 do ±0,06 m. Autorzy wprost odnotowują, że największe rozbieżności występowały nad terenem pokrytym roślinnością, a najmniejsze nad terenem bez roślinności.
Na terenie odkrytym fotogrametria ma za to przewagi, których LiDAR nie ma: dostarcza ortofotomapę o wysokiej rozdzielczości jako produkt uboczny, pozwala odczytać barwę i teksturę powierzchni (istotne przy ocenie stanu nawierzchni, wilgotności, roślinności) i wymaga tańszego wyposażenia.
Kiedy którą technikę wybrać
| Zadanie | Rekomendowana technika | Uzasadnienie |
|---|---|---|
| NMT na terenie zalesionym, inwentaryzacja drzewostanu | LiDAR | 4× więcej punktów gruntu pod okapem; wiele ech na strzał |
| Obmiar hałd, wykopów, składowisk kruszywa | fotogrametria | teren odkryty, dokładność porównywalna, niższy koszt wejścia |
| Ortofotomapa i dokumentacja wizualna postępu robót | fotogrametria | obraz jest produktem docelowym, nie efektem ubocznym |
| Linie energetyczne, przewody, cienkie elementy | LiDAR | dopasowanie pikseli zawodzi na obiektach liniowych na tle nieba |
| Pomiar korytarzy infrastruktury z dużego pułapu | LiDAR | zasięg lasera i wiele ech; DJI Zenmuse L3 mierzy do 950 m przy 10% reflektywności i 100 kHz |
| Inwentaryzacja elewacji i wnętrz | skanowanie naziemne (TLS/SLAM) | dokładność milimetrowa; Leica RTC360 podaje 1,9 mm 3D punktu na 10 m |
| Praca nocą lub przy słabym oświetleniu | LiDAR | technika aktywna, nie potrzebuje światła zewnętrznego |
Sprzęt UAV — parametry, które faktycznie decydują
| Urządzenie | Typ | Kluczowe parametry | Dokładność / precyzja |
|---|---|---|---|
| DJI Zenmuse L3 | LiDAR + RGB | zasięg 700 m przy 10% reflektywności i 350 kHz; 950 m przy 10% i 100 kHz; 2 000 m przy 80% i 100 kHz. Do 16 ech. Kamera 100 MP, matryca 4/3, ekwiwalent 28 mm. Masa 1,60 kg, IP54, laser 1535 nm klasy 1 | chmura punktów: 4 cm poziomo i 3 cm pionowo (RMSE) przy pułapie 120 m w warunkach testowych producenta; powtarzalność pomiaru odległości poniżej 5 mm (1σ) |
| YellowScan Explorer | LiDAR | pułap do 300 m AGL, zasięg lasera 500 m, do 500 000 strzałów/s, do 5 ech, 50 pkt/m² przy 100 m AGL i 10 m/s, masa 1,8 kg, FOV 360° | precyzja 2 cm, dokładność 2 cm (dane aktualnej wersji z GNSS-INS SBG Quanta Micro) |
| YellowScan Mapper+ | LiDAR | pułap do 100 m AGL, zasięg 230 m, do 240 000 strzałów/s, do 3 ech, 170 pkt/m² przy 100 m AGL, masa 1,1 kg | precyzja 3,5 cm, dokładność 4 cm |
| DJI Matrice 4E | platforma fotogrametryczna | kamera szerokokątna 4/3 CMOS 20 MP, ekwiwalent 24 mm, migawka mechaniczna 2–1/2000 s, czas lotu do 49 min | RTK: 1 cm + 1 ppm poziomo, 1,5 cm + 1 ppm pionowo |
Dokładność to nie precyzja. Precyzja opisuje rozrzut wewnętrzny chmury punktów (powtarzalność), dokładność — zgodność z prawdą terenową po georeferencji. YellowScan Mapper+ ma precyzję 3,5 cm i dokładność 4 cm; to dwie różne liczby opisujące dwie różne właściwości. Warto sprawdzać, którą z nich podaje dostawca — bywają zamieniane.
Zwracaj też uwagę na warunki, w jakich producent podaje zasięg. Dla Zenmuse L3 wartość 2 000 m obowiązuje wyłącznie przy celu o reflektywności 80% i częstotliwości 100 kHz; przy 10% reflektywności i 350 kHz zasięg spada do 700 m. Liczba bez podanych warunków jest bezużyteczna.
Metodyka: co psuje wynik w każdej z technik
W fotogrametrii: zbyt małe pokrycie podłużne i poprzeczne (w lesie zalecane jest pokrycie podłużne rzędu 95% i kamera w nadirze), migawka typu rolling shutter powodująca deformacje przy ruchu, jednolite powierzchnie bez tekstury (świeży beton, woda, śnieg), zmienne oświetlenie w trakcie nalotu, brak fotopunktów lub RTK.
W LiDAR: błędna kalibracja układu INS, zbyt duża prędkość lotu względem częstotliwości impulsów (rzadka chmura), praca poza zalecanym pułapem dla danej częstotliwości — DJI podaje dla Zenmuse L3 pułap poniżej 500 m przy 100 kHz, poniżej 300 m przy 350 kHz i poniżej 50 m przy 2 000 kHz — oraz brak punktów kontrolnych do weryfikacji dokładności bezwzględnej.
Regulacje lotów bezzałogowych w Polsce
Obie techniki lotnicze podlegają tym samym przepisom o wykonywaniu operacji bezzałogowymi statkami powietrznymi. Istotna zmiana: kompetencje wynikające z krajowych scenariuszy standardowych NSTS były ważne w nieprzekraczalnym terminie do 31 grudnia 2025 r. — od 1 stycznia 2026 r. operacje w kategorii szczególnej realizuje się na podstawie europejskich scenariuszy standardowych STS albo zezwolenia na operację (Urząd Lotnictwa Cywilnego, komunikat „Ważność scenariuszy krajowych NSTS”).
ULC podkreśla, że scenariusze krajowe nie zostały automatycznie przekonwertowane na STS: pilot musi ukończyć szkolenie uzupełniające w systemie KSID, zdać egzamin teoretyczny i odbyć szkolenie praktyczne u operatora szkolącego. Przed zaplanowaniem nalotu warto zweryfikować aktualny stan na ulc.gov.pl oraz warunki przestrzeni w systemie PAŻP.
FAQ
Czym różni się fotogrametria od skanowania laserowego?
Skanowanie laserowe jest techniką aktywną — mierzy czas powrotu impulsu i potrafi zarejestrować kilka ech z jednego strzału, w tym echo od gruntu pod liśćmi. Fotogrametria jest techniką pasywną i odtwarza geometrię z dopasowania pikseli na zdjęciach, więc rejestruje wyłącznie powierzchnie widoczne na obrazie.
Która technika jest dokładniejsza?
Na terenie odkrytym obie są porównywalne: modele pokrycia terenu z fotogrametrii UAV osiągają RMSE ±0,03–0,06 m wobec ±0,04 m dla LiDAR (Rogers i in., 2020). Na terenie zalesionym LiDAR jest wyraźnie lepszy — rejestruje czterokrotnie więcej punktów gruntu pod okapem.
Czy fotogrametria nadaje się do inwentaryzacji drzewostanu?
Z ograniczeniami. RMSE wysokości pojedynczych drzew wyniósł w badaniu Wallace i in. (2016) 1,30 m dla fotogrametrii wobec 0,92 m dla skanowania laserowego, a zwarcie koron fotogrametria zaniżała o około 9 punktów procentowych. Do zadań wymagających modelu terenu pod okapem LiDAR jest właściwym wyborem.
Co oznacza „liczba ech” w skanerze LiDAR?
To liczba odbić, jakie skaner potrafi zarejestrować z jednego wysłanego impulsu. Wiązka o niezerowej średnicy może odbić się częściowo od liścia, gałęzi i gruntu, dając kilka ech z różnych wysokości. DJI Zenmuse L3 rejestruje do 16 ech, YellowScan Explorer do 5, a YellowScan Mapper+ do 3.
Jaki zasięg ma skaner LiDAR na dronie?
Zależy od reflektywności celu i częstotliwości impulsów, dlatego zawsze podaje się je razem. DJI Zenmuse L3 osiąga 700 m przy reflektywności 10% i 350 kHz, 950 m przy 10% i 100 kHz oraz 2 000 m przy 80% i 100 kHz. YellowScan Explorer ma zasięg lasera 500 m przy pułapie roboczym do 300 m AGL.
Czy po 1 stycznia 2026 r. można latać na scenariuszach NSTS?
Nie. Kompetencje wynikające z krajowych scenariuszy NSTS były ważne w nieprzekraczalnym terminie do 31 grudnia 2025 r. Operacje w kategorii szczególnej realizuje się obecnie na podstawie europejskich scenariuszy standardowych STS albo zezwolenia na operację; scenariusze krajowe nie zostały automatycznie przekonwertowane.
Podsumowanie
Wybór między fotogrametrią a skanowaniem laserowym rozstrzyga jedno pytanie: czy między sensorem a mierzoną powierzchnią jest coś, co ją zasłania. Jeśli tak — roślinność, konstrukcja ażurowa, przewody — potrzebny jest LiDAR. Jeśli nie, fotogrametria daje porównywalną dokładność, tańszy sprzęt i ortofotomapę w pakiecie.
Drugie pytanie dotyczy produktu: jeżeli potrzebny jest obraz, fotogrametria jest naturalnym wyborem; jeżeli potrzebna jest geometria pod pokrywą roślinną lub pomiar nocą — laser.
Dobierz technikę do swoich zleceń. Geoline jest dystrybutorem sprzętu pomiarowego — doradzamy konfigurację i przygotowujemy wycenę, nie wykonujemy pomiarów ani nalotów. Napisz, jakie obiekty mierzysz i jakiej dokładności potrzebujesz, a wskażemy właściwą technikę i zestaw.
Powiązane materiały
- LiDAR na dronie (UAV LiDAR) — praktyczny przewodnik
- YellowScan Navigator — unikalny system LiDAR na rynku
- DJI Zenmuse L3 — skaner LiDAR na drona
- YellowScan Explorer — system UAV LiDAR
Źródła
- Wallace L., Lucieer A., Malenovský Z., Turner D., Vopěnka P., „Assessment of Forest Structure Using Two UAV Techniques”, Forests 7(3):62, 2016, doi:10.3390/f7030062.
- Anschau M., Hamilton G., „A Comparison of UAV-Derived Dense Point Clouds Using LiDAR and NIR Photogrammetry in an Australian Eucalypt Forest”, Remote Sensing 15(6):1694, 2023, doi:10.3390/rs15061694.
- Rogers S.R., Manning I., Livingstone W., „Comparing the Spatial Accuracy of Digital Surface Models from Four Unoccupied Aerial Systems”, Remote Sensing 12(17):2806, 2020, doi:10.3390/rs12172806.
- De Cristóforis P. i in., „Simplifying UAV-Based Photogrammetry in Forestry”, Forests 13(2):173, 2022, doi:10.3390/f13020173.
- DJI Enterprise, specyfikacja Zenmuse L3 oraz Matrice 4 Series, enterprise.dji.com.
- YellowScan, karty produktowe Explorer i Mapper+, yellowscan.com.
- Leica Geosystems, karta katalogowa Leica RTC360.
- Urząd Lotnictwa Cywilnego, komunikat „Ważność scenariuszy krajowych NSTS”, ulc.gov.pl.
- IEC 60825-1:2014 — klasyfikacja bezpieczeństwa urządzeń laserowych.