התפקיד הרחב של Photogrammetry ב Stormwater ו-Infiltration Infrastructure

ניהול מים עירוני עומד בפני לחץ גובר ממערכות מי סערות ההזדקנות, משטחים קשים יותר, ואירועים אינטנסיביים יותר של גשם המונעים על ידי שינוי האקלים.תשתית חדירה & #8212; כולל סולמות חד-משמעיות, תאי ביו-תשומת לב, בארות יבשות, אגן שימורים, ונבנה רטובות ו- #8212; הפך אבן הפינה של אסטרטגיות ניהול מים מודרניות.

מאמר זה מספק בדיקה מקיפה של photogrammetry ’ יישומים תכנונים תשתית תכנון.We נבחן את העקרונות הבסיסיים של הטכנולוגיה, הפריסה המעשית שלה באמצעות מל"טים ומצלמות מבוססות קרקע, ואת זרמי העבודה הספציפיים המייצרים נתונים ניתנים פעולה עבור אנשי מקצוע סערות.מעבר לבסיסים, אנו נשוחח כיצד תצלומים משלבים עם מערכות גיאוגרפיות (GIS) ומודל מידע מודל (IM) ויתרונות נוספים, כדי להפוך את המגמות שדה מסורתיות יותר.

הבנת Photogrammetry: מתמונות לשלושה ממדים

Photogrammetry היא לא טכניקה אחת, אלא משפחה של שיטות המשחזרות את הגיאומטריה ואת המראה של אובייקטים פיזיים או סביבות מתמונות צילום.עקרון הליבה הוא triangulation: על ידי מדידה באותו נקודה לפחות שתי תמונות שנלקחות מזווית אחרת, התוכנה יכולה לחשב את התיאום 3D שלה (Dexa) מודרני צילום דיגיטלי מבוסס על מבנה ממולקולות (SfM) אשר לזהות באופן אוטומטי תכונות נפוצות (נקודות) ולאחר מכן ליצור תמונות דיגיטליות מפוספסות, ולאחר מכן, ולאחר מכן, ולאחר מכן, או מודלים מקודמותק תמונות דיגיטליות, או מודלים מקודמות (D) כדי ליצור תמונות ממולקולות) ממולקולות (D) כדי ליצור תמונות מקודמותק כדי ליצור תמונות מקודמותק על פני השטח, ולאחר מכן, ולאחר מכן, ולאחר מכן, ולאחר מכן, או מודלים ממולקולות דיגיטליות ממולקולות דיגיטליות מקודמותק כדי ליצור תמונות ממולקולות (D נקודה על פני השטח כדי ליצור תמונות ממולקולות) כדי ליצור תמונות ממולקולות (D) ממולקולות (D) מקודמותק באופן ישיר, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, או מודלים

איכות התפוקה הסופית תלויה במספר גורמים: פתרון תמונה וחפיפה, מיפוי מצלמה, תנאי תאורה, נקודות שליטה קרקע (GCP) עבור גיאוגרפיה, והתוכנה המשמשת לעיבוד.עבור מיפוי תשתיות חדירה, מרחקים טיפוסיים של דגימת הקרקע (GSD) נע בין 0.5 ו- #160 ס"מ; בהתאם לגודל של תכונות מרוצות-קרקעיות כגון מחסנים קטנים (GSD) מחסנים) מחסנים קטנים (GLC) מ-D) בטווח של תאים קצרים (G160 ספוגים) מ-#160 מחסנים; ל-5 ס"מ"מ"מ-#160 סנטימטרים; ל-#160 ס"מ"מ"מ"מ"מ"מ-160 סנטימטרים; בהתאם לגודל של מחסנים; בהתאם לגודל של מחסנים; בהתאם לגודל של מחסנים; בהתאם לגודל של מחסנים; בהתאם לגודל של מחסנים) מחסנים; בהתאם לגודל של מחסנים קטנים; בהתאם לגודל של תאים קטנים; בהתאם לגודל של מחסנים בגודל של מחסנים; בהתאם לגודל של מיפוי, בהתאם לגודל של מחסנים של מחסנים של מחסנים של מחסנים של תאים קטנים), כלומר, בהתאם לגודל

מוצרי נתונים מרכזיים עבור Infiltration Mapping

מסקר פוטוגרםמטרי, מהנדסים ומתכננים יכולים לחלץ מספר שכבות נתונים קריטיות להערכת תשתיות סינון:

  • (FLT:0) אורטסומוסאקיס: FLT:1 פסיפסי תמונות ללא עיוות המשמשים מפות בסיס לפתרון גבוה לזיהוי ודיגיטליזציה של תשתיות קיימות.
  • (FLT:0) מודלים משטח פני השטח של השטח (DSM): אנדרל 1 מייצג את פני השטח העליון של השטח, כולל צמחייה, מבנים ותשתיות. המשמש לניתוח מכשולים ומחקרי הנראות.
  • (FLT:0) מודלים של טרן (DTM): ⁇ FLT:1 מייצג את האדמה החשופה לאחר סינון צמחייה ומבנים.הכרחי עבור נתיבי זרימה מחשוב, לכידת גבולות ונפח אחסון.
  • (FLT:0)Contour Maps:FLT:1 דרבירד מ- DTMs, סיוע זה בעיצוב מדורג והערכה של תאימות של מערכות סינון המוצעות עם טופוגרפיה קיימת.
  • (FLT:0)3D Point Clouds: FLT:1 אוספים של XYZ לתאם (לעתים קרובות עם ערכי RGB) שניתן לייבא ל- CAD או GIS לניתוח נפחי מפורט וגילוי התנגשות.

מוצרים אלה מספקים את הבסיס המרחבי לכל דבר מהערכות האתר הראשוניות ועד אימות בנייה סופי.

יישומים של Photogrammetry in Infiltration Infrastructure

הערכה מוקדמת של אתר השיקום ו- Feasibility Analysis

לפני תכנון כל מערכת חדירה, מתכננים חייבים להבין את האתר & #8217; הטופוגרפיה הקיימת, סוגי הקרקע, דפוסים ניקוז, וכלי רכב קבורים. סקרי שדה מסורתיים עם תחנות הכוללות או GPS יכול להיות איטי ויקר, במיוחד עבור אתרים גדולים או מרוחקים. Photogrammetry, במיוחד כאשר משולב עם טיסות מזל"טים, יכול לכסות 50 & #160;hects ביום אחד, ייצור סנטימטר זה מאפשר מודל זה מאפשר תוכנית שטח.

  • לזהות דיכאון טבעי ונתיבי זרימה שניתן למנף עבור זעזוע מים סוער.
  • להעריך את יכולת האחסון של מיקומים פוטנציאליים אגן על ידי מחשוב לחתוך / נפח.
  • שינויים חדים במדרון שעלולים להצביע על אזורים לא מתאימים (נמוכים מדי לחדירה, או היכן שחפירה עלולה לערער על מדרונות).
  • מפות קרקע (למשל, נתוני SSURGO) על מודל 3D כדי לקשור שטח עם שיעורי חדירה.

לדוגמה, העירייה מתכננת סדרה של תאים ביו-תשומת לב לאורך שדרות יכול להשתמש אורטומומיסי ו- DTM כדי לאתר בדיוק אגן קליט קיימות, לרסן פנימה, ולשרת את המנורות, למזער סכסוכים במהלך עיצוב.

מסמך As-Built ו ניהול נכסים

ערים רבות יש רשומות לא שלמות או מיושנות של תשתיות המים הסוערות שלהן. Photogrammetry מציעה דרך מהירה, לא פולשנית לתפוס את המצב הנוכחי של נכסים חדירה. Drones יכול למפות בריכות שימור, משטחים מרוצפים, וניתן לחלחל לריצוף בתוך דקות.האוטומומיסים והעננים של הנקודה הופכים לבסיס עבור נכס גיאוגרפי.

  • בדוק את הציות של קבלן עם תוכניות עיצוב (למשל, לבדוק עומק אגן, מדרונות צד, גובה Weir).
  • מסדי נתונים של GIS עם מיקומים מרחביים, ממדים, והערכות מצב.
  • מעקב אחר סידמנטציה וצמחייה על ידי השוואת סקרים חוזרים.
  • ליצור דוחות בדיקה עם ראיות חזותיות המשולבות ברשומות GIS.

היכולת לזהות שינויים ברמת מילימטר בין סקרים הופכת photogrammetry יקר במיוחד למעקב אחר השלמות המבנית של תאי הסתננות קונקרטיים או התיישבות של סלולים שניתן להעלות על הדעת.

3.התאמת מעקב ותכנון תחזוקה

ביצועי תשתיות חדירה מתפוגגות לאורך זמן בשל clogging, קומפקטיות, ו-Sidment מצטבר. Photogrammetry תומך ניטור מתמשך במספר דרכים.חזרה על רכישות DSM יכול לכמת את נפח של משקעים מופקד באגן מעצר. במחקר על ידי וולף ועמיתיו (2022), photogramry מבוסס מזל"טים שימש כדי למדוד הצטברות במיל עם דיוק של היווצרות מחץ; באופן דומה של חומרים מחוספסת או מחוספס.

מתכננים יכולים גם להשתמש בנתונים פוטוגרםמטריים כדי מודל הביצועים הידראוליים של מערכות סינון.על ידי שילוב של DTM ברזולוציה גבוהה עם סימולציות גשמים (למשל, באמצעות SWMM או HEC-HMS), הם יכולים לחזות כאשר אגן צפוי לעלות על גדות ואשר אזורים במורד הזרם יהיו מושפעים ביותר.

פיקוח על איכות ובקרת איכות

במהלך בניית מערכות סינון, photogrammetry מספק שיטה מהירה, אובייקטיבית לאמת כי דירוג, חפירה עומק, מיקום המבנה לעמוד מפרטים.טיסה לפני ואחרי Earthmoving מייצרת מודל שטח דיגיטלי שניתן להשוות את משטח העיצוב. כל סטייה גלויה מיד כמו מפת חום.

יתרונות טכניים ומגבלות

יתרונות על שיטות סקר מסורתיות

  • (FLT:0) High Spatial Resolution:FLT:1iggrammetry יכול להשיג GSD של 1 & #160; או קנס גבוה יותר, מתן פרטים עשירים יותר מאשר מודלי ה-LDAR מבוסס Digital Elevation (DEMs) כי הם לעתים קרובות 1 מטר או coar רזר.
  • (FLT:0Speed וכיסוי: 1FLT) 1 טיסה אחת של מזל"טים יכולה ללכוד נתונים על עשרות דונם תוך שעה, בעוד צוות סקר קרקע ייקח שבועות כדי לכסות את אותו האזור עם צפיפות נקודה דומה.
  • (FLT:0) Cost-Efficiency:FIRLT:1 עבור ניטור מתמשך, photogrammetry להפחית את הצורך ביקורים חוזרים שדה ואת עלויות העבודה הקשורות. Open-source עיבוד כלים (למשל, OpenDroneMap, Meshroom) עוד יותר נמוך את המחסום לכניסת.
  • (FLT:0) מסמך וירטואלי: FLT:1, האורטומומיסי מספק בסיס תמונה אינטואיטיבי שבעלי עניין יכולים להבין בקלות, להקל על תקשורת בין מהנדסים, רגולטורים, והציבור.
  • (FLT:0) ללא פולשני: לא צריך להיכנס לאזורי בנייה פעילים, רטובות או אזורים רגישים אחרים & #8212; רופסים יכולים ללכוד נתונים מלמעלה.

גבולות ואתגרים

למרות היתרונות הרבים שלה, photogrammetry יש מגבלות כי מתרגלים חייבים להבין.המגבלה המשמעותית ביותר היא התלות שלה בתנאים יציבים, מוארים היטב. כיסוי ענן כבד, ערפל, או צללים חזקים יכולים להפיג את איכות התמונה ולהקטין דיוק. צמחייה Dense, במיוחד עשבים גבוהים או קאנוכיות עץ, יכולים לטשטש את פני השטח, מה שהופך את זה קשה לייצר DTM מדויק, במקרים כאלה, נקודות שליטה פיזית חייב להיות ממוקם כמו פערים חלופיים או שיטות חלופיות, או שיטות.

הדיוק Photogrammetric נופל גם עם עלייה בגובה ובמרקמים חוזרים מאוד (למשל, phalt אחיד או משטחים קונקרטיים) שבו האלגוריתם SfM נאבק כדי למצוא מספיק תכונות התאמה. נקודות שליטה הקרקע צריך להיות נמדד עם שיטות סקר מסורתיות (RTK GPS, תחנה כוללת) כדי גיאוריד את המודל ולהשיג את הדיוק הגבוה ביותר. עבור רוב יישומי הנדסה אזרחית, דיוק מוחלט של 2- 5.

לבסוף, עיבוד של נתונים גדולים יכול להיות אינטנסיבי חישובי סקר רגיל של אתר 10hectare עשוי לייצר 200-400 תמונות בודדות, הדורשות מספר שעות של עיבוד על סמך עבודה רב עוצמה.עם זאת, שירותים מבוססי ענן ואלגוריתמים מהירים יותר מקטינים את צוואר הבקבוק הזה כל הזמן.

שילוב עם GIS ו- BIM: מהנתונים ועד החלטות

מוצרים פוטוגרםמטריים של Raw הם בעלי ערך רב כאשר משולבים בתכנון הקיים ומודלים של זרימת עבודה.רוב מהנדסים אזרחיים ומתכננים עירוניים משתמשים בתוכנות GIS (ArcGIS, QGIS) או BIM (Autodesk Civil 3D, בנטלי סטרוס) לתכנון תשתיות.

  • GeoTIFF Orthomosaics משמשים כתמונה בסיסית.
  • ענני אספר או LAS מייצגים את השטח.
  • DXF/DWG קבצים שמקורם בנקודת ענן מספקים קווי שבר או רשתות לא סדירות (TINs).

בתוך GIS, מתכננים יכולים לעכב את DTM עם גבולות חד-משמעיים, zoning מפות, ושכבות שירות סערות כדי לזהות אילו תכונות עשוי להפיק תועלת מפרויקט סינון רטרוfit. הם יכולים גם להפעיל ניתוחים מרחביים כדי לחשב את אזור ניקוז הניוז, באמצעות DTM כדי לחדד את הפחתות תת-קבוצה.

בסביבה BIM, פני השטח photogrammetry-derived ניתן להשתמש כמשטח מתחיל עבור עיצוב דירוג. מהנדסים יכול אז מודל מבנה חדירה (למשל, תת-קרקעית חדירה trench) ישירות על פני השטח 3D, לבדוק סכסוכים עם כלי נשק קיימים גלויים in the orthomosaic. הרעיון הדיגיטלי הוא צובר: מערכת מחזור חיים בנוי מ-Dupdate, משלבת את התמונה של מחזור הדם, החל מ- 3D.com.

מחקרים בנושא פעולה

מקרה 1: אגן המעצר האזורי רטרוfitting – אזור מלבורן גדול, אוסטרליה

במאמץ להפחית את הצפה במלכודת מפותחת, מהנדסים השתמשו photogrammetry מבוסס מזל"ט כדי למפות אגן מעצר בן 30 אשר רק הוכח כפוליגון על קבצים ישנים של CAD.הטיס יצרה 5 & #160; GSD DTM חושף כי היציאה של GSD לשפוך ללא תוספת של עד 30 & #160; צמצום אגן האגן & #1782 מאפשר אחסון המקורי של דגם ה-xoutralefa נשמר על ידי קירור של 4.

מקרה 2: תנאי פדיון ו#8211; פורטלנד, אורגון, ארה"ב

הלשכה של פורטלנד של שירותי סביבה מנהלת מאות מתקני סללאה שניתן להעלותם זכויות העיר ב-Cyber-of-way. כדי לאשר תחזוקה, הם פיתחו פרוטוקול באמצעות טיסות מל"טים שנתיות על פני שטח טייס.כל טיסה יצרה אוטומומיסיום תת-ממדי ו-DTM. על ידי השוואת לוחות שציינו יותר מ- 2 & #160 ס"מ; תוך ציון אפשרי של מערכת אחסון או קומפקטית של חמישה חודשים, לפי המצופה באופן אוטומטי, או מקבצי הניהול המשולבים.

Best Practices for Implementing Photogrammetry in Stormwater Planning

עבור סוכנויות וחברות בהתחשב photogrammetry עבור פרויקטים תשתית חדירה, ההנחיות הבאות יכולות לעזור להבטיח הצלחה:

  • (FLT:0)Plan את הטיסה בזהירות: FLT:1 השתמש בתוכנה תכנון המשימה כדי להגדיר גובה טיסה, חפיפה (לפחות 75% קדימה, 60% צד), וכיוון רשת. Align the Flight Path to ללכוד את גבולות האתר וכל תכונות מפתח (למשל, מבנים מחוץ ליציאה).
  • (FLT:0)Deploy Sufficient Ground Control Points:03FLT) 1 לפחות 5 GCPs המופץ ברחבי האתר עבור סקר טיפוסי.יותר GCPs נדרשים עבור אתרים גדולים יותר או היכן נדרש דיוק מוחלט גבוה יותר.
  • (FLT:0)Check Vegetation Density:cioFLT:1) עבור דור DTM, טיסות לוח זמנים במהלך עונות על-off אם אפשרי, או להשתמש במונח ענן כדי לסנן צמחייה נמוכה.
  • (FLT:0) Use Calibrated מצלמות ו-Stable Platforms:FLT:1 מצלמות באיכות גבוהה (למשל, עם סוגרים גלובליים) להפחית את מטושטש התנועה ולשפר את יציבות העיבוד.פוסט-מעבד kinematic (PPK) או לוחות זמנים אמיתיים kinematic (RTK) יכול להפחית את מספר ה- GCPs הדרושים אך עדיין ליהנות מבדיקות תקופתיות.
  • (FLT:0) תוצאות נתונים עם איכות צ'ק: ההרחבה 1 (FLT:1) עיין בדחיסות הענן הנקודה, לבדוק חורים או חפצים, ולהשוות את המודל למחסומים עצמאיים.
  • (FLT:0) ,Maintain a Metadata Log:FreaLT:1 , הפרמטרים של טיסה, הגדרות מצלמה וצעדי עיבוד כדי להבטיח התאמה מחדש של ניטור עתידי.

כיוונים עתידיים: ניטור בזמן אמת, AI ואינטגרציה עם מודלים הידרולוגיים

הגבול הבא עבור photogrammetry בתשתיות סינון הוא אוטומציה ואינטגרציה בזמן אמת.התקדמות מחשוב קצה לאפשר מזל"טים לעבד תמונות על הסיפון וליצור DTMs ראשוני בתוך דקות של נחיתה. אלגוריתמים בינה מלאכותית (AI) יכולים לזהות באופן אוטומטי ולסווג תכונות לחות (למשל, אגן לתפוס, אגן אינסטלציה) מ אוטמיסויסטיק, האכלה ישירה לתוך תכונות זרימה של תמונות סגסוגת או סגסוגת.

מודלים הידרולוגיים דורשים יותר ויותר נתונים קרקעיים ברזולוציה גבוהה כדי לשפר סימולציות של תהליכי סינון וריצה. A DTM הנגזרים מ photogrammetry יכול להיות מוכנס ישירות לתוך מודלים המבוססים פיזית (כגון MIKE SHE או ParFlow) אשר מדמה את המשך פני השטח-subface. אינטגרציה זו מבטיחה לחדד את האופן שבו התייעלות מתנהגות במהלך סערות קיצוניות ומסייעת יותר עיצוב רשתות.

לבסוף, תנופה רגולטורית דוחפת יותר רשויות מקומיות לאימוץ של תאומים דיגיטליים עבור מערכות מי הסערה. Photogrammetry מספק את עמוד השדרה הגיאוגרפי של תאומים אלה, אשר בתורם לתמוך בנתונים חיישן בזמן אמת (רמת מים, זעזועים, זרימה) כדי ליצור תמונה תפעולית של ערכת התשתית & #8217; בריאות. כמו עלות של חומרה ותוכנה ממשיכה לרדת, ממתמעמת תהפוך לכל כלי סטנדרטי; 8217.

מסקנה

Photogrammetry הוא לא חידוש עתידני; הוא שיטה מוכחת, נגישה ויעילה מאוד עבור מיפוי ותכנון תשתיות סינון.היכולת שלה לספק נתונים מרחביים מדויקים, גבוהה ברזולוציה גבוהה במהירות ועלות באופן יעיל עושה את זה הכרחי עבור הערכת האתר, עיצוב, ניטור בנייה, וארוך ביצועים מעקב. על ידי שילוב photogramry לתוך זרימת העבודה שלהם, אנשי מקצוע מים יכולים להפחית את אי הוודאות, אופטימיזציה, וגם לבנות את תפקיד פעיל יותר של מערכות הפעלה, כמו גם כן, כמו גם שינוי פונקציונליות, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו גם שינויים פונקציונליים.

(ב) ויקרא ואמפ; מקורות: ⁇

  • סקר גיאולוגי של ארצות הברית - FLT:0 (צילום: יח"צ)
  • סוכנות להגנת הסביבה (FLT:0) עיצוב תשתיות ירוקות ו-AlementationFLT
  • תוכנית המחקר הלאומית של כביש קו פעיל (NCHRP) - 0 (Report on Remote Sensing for StormwaterveFLT:1)
  • OpenDroneMap - 0 ; קוד פתוח תצלום: 1