Chmury punktów stanowią cenny zbiór danych, na którym specjaliści ds. przestrzennych polegają w swojej codziennej pracy. W większości przypadków są one generowane przy użyciu metod skanowania laserowego lub fotogrametrii. Chociaż metody te tworzą bardzo podobnie wyglądające zbiory danych, w rzeczywistości są one bardzo różne. Poniżej spróbujemy przedstawić różnice, wybór oraz zastosowanie najlepszej metody do zadań, które mamy rozwiązać.
Chmury punktów LiDAR
Termin LiDAR to skrót od Light Detection And Ranging i odnosi się do czujników używanych do pozyskiwania chmur punktów zarówno z sensorów statycznych, jak i mobilnych.
Mówiąc najprościej, czujnik LiDAR działa poprzez wysyłanie impulsów świetlnych (laserowych) i mierzenie kierunku, w jakim są wysyłane, wraz z czasem powrotu impulsu po odbiciu od obiektu.
Jeśli położenie czujnika (położenie i orientacja) jest znane, można je połączyć z impulsami i danymi zwrotnymi, aby utworzyć georeferencyjną chmurę punktów 3D terenu, roślinności i struktur (budynków, linii energetycznych) na skanowanym obszarze.
Te chmury punktów są bardzo szczegółowe i mają gęstość punktów zwykle w zakresie od 1 do 30 ppsqm (punktów na metr kwadratowy). Obejmują one dodatkowe szczegóły dotyczące każdego powrotu impulsu, takie jak intensywność, i czy z impulsu odebrano więcej niż jeden powrót.
Analiza tych informacji pozwala sklasyfikować chmurę punktów jako punkty terenu, roślinności, budynków. Ponieważ impulsy są w stanie przedostać się przez szczeliny w koronach drzew, możemy zidentyfikować te punkty i sklasyfikować je jako punkty naziemne. Jest to prawdopodobnie jedna z najważniejszych cech chmury punktów LiDAR.
Te cechy są wynikiem bardzo złożonych i dokładnych czujników, które są bardzo drogie i wymagają wysokiego poziomu wiedzy obsługi.
Fotogrametryczne chmury punktów
Co to jest fotogrametria?
Fotogrametria to nauka przedstawiająca obiekty świata rzeczywistego i cechy terenu na podstawie fotografii. Obrazy mogą być pozyskiwane z kamer znajdujących się w powietrzu (lotnicza) lub na ziemi (naziemna).
Jak to działa?
- Zdjęcia obiektu wykonywane są z różnych miejsc / pod różnymi kątami.
- Powstałe „wektory” (reprezentujące linię widzenia z kamery do punktu na obiekcie) są rekonstruowane matematycznie w celu uzyskania współrzędnych 3D punktu.
- Współrzędne 3D tworzą cyfrowy model rzeczywistego obiektu, umożliwiając precyzyjne pomiary cech.
Mocne strony fotogrametrii lotniczej
- Szybkie i ekonomiczne zbieranie danych
- Bardzo dokładne, wiarygodne i wymierne wyniki
- Poprawiona wydajność – jeden szeroko odwzorowany obszar może być używany do wielu analiz
- Zapewnia rzeczywisty i trwały zapis fotograficzny
- Łatwe ponowne przetwarzanie danych w celu uzyskania nowych informacji bez konieczności wykonywania kosztownych prac terenowych w celu ponownego zbadania obszaru
- Możliwość przechwytywania danych w odległych, niebezpiecznych lub trudno dostępnych miejscach, zmniejszając ryzyko związane z bezpieczeństwem
- Gromadzenie danych można przeprowadzić bez zakłócania operacji w terenie, a analizę można przeprowadzić z biura, a nie w terenie
- Pełnokolorowe modele i chmury punktów można łatwo wizualizować i analizować
Ograniczenia fotogrametrii lotniczej
- Ograniczenia widoczności, takie jak deszcz, mgła lub gęsta roślinność, mogą blokować linię widzenia aparatu lub ograniczać światło wymagane do wyraźnego fotografowania.
- Złe warunki pogodowe, takie jak opady lub wiatr, mogą wpływać na przetwarzanie i jakość obrazu.
- Wysokość lotu wymagana do uzyskania wysokiej rozdzielczości i dokładności obrazu może być ograniczona przez ukształtowanie terenu lub środowisko zabudowane
- Trudność w dopasowaniu punktów między obrazami o powierzchniach o niskim kontraście lub jednolitej teksturze, np. piasek, gęsta roślinność, krótka trawa, obfite plony, zbiorniki wodne.
Metoda fotogrametrii lotniczej najczęściej używana jest do generowania fotogrametrycznych chmur punktów i opiera się na koncepcji „powierzchni z ruchu”, w której zdjęcia zrobione z bardzo dużym wzajemnym pokrywaniem się są przetwarzane, identyfikując i dopasowując każdy piksel w nakładających się zdjęciach w celu wygenerowania pozycji 3D tego punktu. Gęstość tych chmur punktów jest niezwykle wysoka i wynosi setki punktów na metr kwadratowy. Wspaniałą rzeczą jest to, że do wygenerowania chmury punktów 3D można użyć prawie każdego aparatu cyfrowego. Główną cechą fotogrametrii jest to, że jest ona całkowicie zależna od możliwości uzyskania wyraźnego obrazu obiektu docelowego. Tam, gdzie obiekt docelowy jest zasłonięty, na przykład tam, gdzie teren wymagający odwzorowania rozciąga się pod okapem roślinności, prawdopodobnie nie uzyskamy punktów terenu w tym konkretnym obszarze.
Gęstość tych chmur punktów jest niezwykle wysoka i wynosi setki punktów na metr kwadratowy. Wspaniałą rzeczą jest to, że do wygenerowania chmury punktów 3D można użyć prawie każdego aparatu cyfrowego.
Główną cechą fotogrametrii jest to, że jest ona całkowicie zależna od możliwości uzyskania wyraźnego obrazu obiektu docelowego. Tam, gdzie obiekt docelowy jest zasłonięty, na przykład tam, gdzie teren wymagający odwzorowania rozciąga się pod okapem roślinności, prawdopodobnie nie uzyskamy punktów terenu w tym konkretnym obszarze.
Korzystanie z dronów jest opłacalną metodą pozyskiwania danych lotniczych do fotogrametrii w porównaniu z tradycyjnymi metodami obejmującymi pełnowymiarowe załogowe statki powietrzne. Fotogrametria ma wiele zalet, jeśli jest wykonywana i stosowana prawidłowo, ale zrozumienie jej mocnych stron i ograniczeń jest niezbędne do rozpoznania, kiedy jest dobrze dostosowana do wymagań projektu lub czy bardziej odpowiednia jest metoda alternatywna.
Wybór metody do użycia
Specjaliści zajmujący się pozyskiwaniem danych terenowych, którzy chcą uchwycić zestaw danych LiDAR za pomocą drona, muszą rozważyć oferowane korzyści i koszt, który wiąże się z kosztowną technologią LiDAR, nad metodami fotograficznymi.
Jeśli przechwytywanie danych terenowych pod gęstymi koronami drzew, obliczanie wskaźników roślinności lub przechwytywanie sieci wysokiego napięcia ma kluczowe znaczenie dla pomyślnego wyniku twojego projektu, wtedy LiDAR może być najbardziej odpowiedni i będziesz musiał uwzględnić to w budżecie projektu.
Jeśli mapujesz rozległy otwarty obszar dla modelu terenu, fotogrametria będzie więcej niż wystarczająca dla twoich wymagań.
