Предлагаем вашему вниманию статью итальянских коллег из компании Strumenti Topografici о выполнении эксперимента по оценке точности аэрофотосъёмки при помощи квадрокоптера с PPK без использования опознавательных знаков.
Перевод публикуется с сокращениями.
Оставляя в стороне всю теорию фотограмметрии, для большинства ясно, что «классический метод» для фотограмметрической съемки включает следующие шаги:
- рекогносцировка местности и построение полётного задания для дрона;
- размещение опознаков на объекте, а также их координирование при помощи приёмников GNSS или тахеометра;
- полет беспилотника согласно полётному заданию;
- сбор опознаков;
- камеральная обработка данных;
Вышеуказанная процедура, если все сделано правильно, обеспечивает сантиметровую точность. Конечно, расположение опознаков, их координирование, а затем и их обратный сбор влекут за собой дополнительные временные затраты. Очевидно, что чем больше и сложнее объект съёмки, тем дольше будет выполняться эта операция (часто для размещения, съёмки и обратного сбора опознаков требуется больше времени, чем для фактического полета). И это не считая тех ситуаций, когда практически невозможно разместить опознаки из-за недоступности территории.
В этой статье мы расскажем вам о нашем эксперименте с использованием технологии PPK, которая позволяет нам выполнять фотограмметрию без опознаков.
Как PPK работает с беспилотником?
PPK означает режим кинематики с постобработкой. По сути, это метод коррекции положения GNSS-приёмника, основанный на данных, записанных базовой станцией. Если вы хотите использовать эту методологию съемки и выполнять фотограмметрию, не размещая опорные точки на земле, вам, конечно, понадобится GNSS-приёмник, который будет записывать данные в качестве базовой станции, и беспилотник DJI Phantom 4 Pro, с установленной на нём GNSS-антенной, подключенной к камере.
Связи между дроном и наземной базовой станцией не требуется. Каждый записывает данные самостоятельно.
Эта технология позволит выполнять фотограмметрию без опознаков (даже если используются некоторые контрольные точки, то исключительно для оценки точности). Поэтому, как вы уже поняли, большая часть работы выполняется в офисе.
Преимуществ, предлагаемых решением PPK, действительно много. Прежде всего, это экономия времени и возможность выполнения съёмки с координатной привязкой в ранее недоступных местах.
После завершения полета для обработки корректировок PPK вам потребуется:
- файл Rinex, который можно загрузить из GNSS на борту DJI Phantom 4 Pro;
- файл Rinex, который можно загрузить с базовой станции;
- фотоснимки, загружаемые с карты памяти дрона;
- координаты контрольных точек.
Очевидно, что для обработки этих данных мы используем некоторое программное обеспечение, в нашем случае – RTKLIB и Metashape.
Эта статья, конечно, не предполагает углубления в детали соответствующей методики PPK, а скорее для того, чтобы довести до сведения специалиста рабочий процесс, основанный на реальном эксперименте, который позволил нам выполнять фотограмметрию без наземных опорных точек.
Первый шаг, который мы предприняли, как обычно, заключается в определении площади съёмки.
Вторым этапом является проведение рекогносцировки (для определения наличия или отсутствия высоковольтных проводов, расстояний до транспортных магистралей и т. п.).
На этом этапе можно камерально подготовить полётное задание. Это мы сделали при помощи Google Планета Земля и приложения, используемого для полета с Map Pilot.
После должного анализа было решено использовать следующие параметры:
- высота полета: 60 метров;
- продольное / поперечное перекрытие: 90/75;
- максимальная скорость: 3 м/с;
- разрешение съёмки: 2.7 см/пикс.;
- площадь съёмки и продолжительность полета: 3.5 га и 10 мин.
Как мы и планировали, перед выполнением полёта в автоматическом режиме были определены контрольные точки, которые будут использоваться после процесса обработки PPK и для создания облака точек на фотографиях с правильными геотегами.
Поскольку мы работали на объекте, где в дальнейшем планировались испытания с другими типами дронов, в качестве контрольных точек было решено создать точки долговременного закрепления. Мы вручную сделали шаблон из простого гофрированного картона и использовали несмываемый красный спрей для нанесения изображения на земную поверхность.
Ниже показаны примеры контрольных точек и их местоположение на карте.
Для определения координат этих контрольных точек мы использовали пару GNSS-приемников Emlid Reach RS+ в конфигурации база-ровер. Помимо того, что это решение особенно экономично, с ним можно использовать топографическое программное обеспечение для планшетов. Оно чрезвычайно просто в использовании и имеет специальные функции для специалиста, работающего в сельской местности, чего никогда ранее не встречалось на портативных устройствах других брендов, производящих GPS-оборудование.
Гибкость приемников Reach RS+ позволяет нам после завершения координирования контрольных точек использовать одну и ту же базовую станцию для сбора данных в формате RINEX во время полета дронов.
Как уже упоминалось, на этапе полета дрон выполняет обычную аэрофотосъёмку без каких-либо изменений в рабочем процессе, даже если это съёмка, проводимая для фотограмметрии без опорных точек. GNSS-антенны, установленные на дроне и наземной станции, тем временем записывает полученные данные, и именно эта процедура позволяет проводить фотограмметрию без опознаков.
После завершения полета файлы Rinex можно загрузить с нашего DJI P4P через удобное приложение, доступное как для планшетов, так и для смартфонов на iOS и Android ReachView.
Обработка выполнялась с использованием библиотеки с открытым исходным кодом RTKLIB (мы всегда рекомендуем использовать последнюю версию). Файл rtkpost.exe запущен в папке RTKLIB.
Кнопка «Выполнить» инициировала обработку данных PPK (обычно эта операция может занять несколько минут в зависимости от продолжительности наблюдений). В конце этого процесса кнопка Plot отображает траекторию выполненного полета:
В зеленых точках записывалось фиксированное решение, в желтых точках – плавающее. В нашем случае данные были почти идеальными.
Результатом этой обработки является файл с расширением *events.pos, который содержит координаты антенны беспилотника. Осталось только связать эту информацию с положением камеры в тот момент, когда была сделана фотография.
Благодаря нашему партнеру Topodrone и использованию их программного обеспечения Toposetter выполнение этих вычислений действительно просто.
Последний шаг – обработка фотографий, сделанных камерой дрона. В нашем случае они были обработаны с помощью Agisoft Metashape. После введения координат контрольных точек, определённых при помощи GNSS-приёмника, мы обнаружили удовлетворительную точность (для координатной привязки облака точек контрольные точки не использовались, а были только инструментом оценки).
В заключение можно сказать, что PPK, безусловно, является удобным методом работы в тех случаях, когда доступ на объект для размещению опознаков исключён. И это метод, который позволяет, если не исключает, минимизировать количество точек, которое специалист вынужден кооординировать.
Итог – значительная экономия времени и денег при вполне удовлетворительной точности. В нашем тематическом исследовании, безусловно, было возможно уменьшить погрешность по высоте, выполняя съёмку не только в надир, но и наклонной камерой (в перспективу).
Оригинал статьи можно прочитать по ссылке: https://www.strumentitopografici.it/2019/06/26/fotogrammetria-senza-target/
