Photogrammetry היא טכנולוגיה חדשנית המשתמשת בתצלומים כדי ליצור מודלים תלת-ממדיים מדויקים של פני הקרקע.It has changed how Geographers, מהנדסים ומדענים סביבתיים ללמוד ומפות שטחים. על ידי תפר תמונות חופפות יחד, photogramry מייצרת עננים נקודתיים, מודלים של גבהים דיגיטליים (DEMs), ו פסיפסי צילום כי ללכוד את הגיאומטריה של נופים עם דיוקים זה.

מה זה Photogrammetry?

Photogrammetry שואב מידע גיאומטרי כמותי מתצלומים דו-ממדיים.כאשר תמונות מרובות של אותה סצנה נלקחות ממיקומים שונים, התוכנה triangulates נקודות נפוצות לתאם שלוש ממדים.התהליך מסתמך על העיקרון של ריבוע:0stereo VisionFLT:1: באותה דרך העין האנושית קולטת עומק, אלגוריתמים פוטוגרמהמטריים חופפים לצורה של תמונות.

photogrammetry מודרני בדרך כלל עוקב אחר מבנה מ Motion (SfM) צינורות.התוכנה מזהה באופן אוטומטי נקודות מפתח (למשל, פינות, קצוות סלע) בכל תמונה, מתאים אותם על פני הנתונים, הערכות עמדות מצלמה ונטיות, ולאחר מכן מייצרת ענן נקודה מלוחה (למשל, התאמה צפופה מייצרת ענן תמונה מלאה, אשר יכול להיות מאומת לתוך מודל דיגיטלי (D) או דגם דיגיטלי (D) לאחר רמות בקרה סטנדרטיות) ורמות סטנדרטיות של תאים סטנדרטיות (D) נעשה לעתים קרובות עם רמות בקרה גבוהות של תאים גיאוגרפיות סטנדרטיות סטנדרטיות (D) ורמות סטנדרטיות (D) עם רמת דיוק גבוהה של דגם CDC סטנדרטיות) ו- GPS סטנדרטיות (D) עם רמות בקרה סטנדרטיות (D) ואפקטיביות גבוהה של דגם CMA) עם רמות בקרה סטנדרטיות (D סטנדרטיות (D) עם רמת דיוק גבוהה של תאים סטנדרטיות (D סטנדרטיות) ורמות סטנדרטיות) עם רמות בקרה גבוהה של דגם כולל של דגם כולל של תאים סטנדרטיות (D סטנדרטיות (D סטנדרטיות מלאה של דגם כולל של דגם CDC סטנדרטיות (DSD) ו-G סטנדרטיות) ורמות בקרה גבוהה של תאים סטנדרטיות) ואפקטים של דגם כולל דיוק גבוהה של דגם C

כיצד פועל Photogrammetry עבור Land Topography

צילום: Acquisition

איכות הטופוגרפיה הסופית תלויה במידה רבה בתמונות הקלט.עבור יישומים קרקעיים, תמונות נלכדות מ:

  • (FLT:0) כלי רכב אוויריים (UAVs): DRLT 1:1 Drones מצויד ברזולוציה גבוהה RGB או מצלמות רב-ספקטרום יכול לטוס בגובה נמוך (50–400 מ') כדי לייצר אורתאופוטונים עם מרחקים דגימה קרקע (GSD) קטן כמו 1-3 ס"מ.
  • (FLT:0)מנדט מטוסים: איור 1 (איור 1) סקרים אוויריים מסורתיים (למשל, ממטוסים או מסוקים) מכסים אזורים גדולים יותר (מאות קילומטרים רבועים) עם GSD של 5-50 ס"מ סוכנויות פדרליות כמו USGS מסתמכות על photogrammetry על מאגרי נתונים לאומיים.
  • (ב) ויקרא: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0Ground-basedמצלמות:FLT:1 Terrestrial photogrammetry ללכוד תמונות לטווח קצר (למשל, מטיול או רכב) לתכונות קטנות כגון צוקים, פלסומי הנהר, או תעלות ארכיאולוגיות.

עיבוד Workflow

  1. (FLT:0) בדיקת יבוא ואיכות: FLT:1show בוחנת metadata (EXIF) עבור ריצוף מצלמה, תגי GPS, ואחוזי חפיפה אופייניים הם 60–80% קדימה ו -30-60% בצד.
  2. (FLT:0) ,Feature תואם ושיקום ספארי: ibph:1 ; Algorithms לזהות אלפי נקודות עניבה בתמונה. , התאמות Bundle פותר עבור עמדות מצלמה ו 3D נקודות בו זמנית.
  3. (FLT:0)Dense תואם: 1FLT לכל פיקסל, התוכנה מחפשת לאורך קווים אפי קוטביים למצוא פיקסלים מתאימים בתמונות השכנות.זה מביא ענן נקודה צפופה עם מיליוני עד מיליארדי נקודות.
  4. (FLT:0)Georeferencing: FLT:1 GCPs או RTK GPS נתונים להפוך את המודל למערכת תיאום בעולם האמיתי (למשל, UTM, Lat / Long) שלב זה קריטי לשילוב עם שכבות GIS.
  5. (FLT:0) נקודת סיווג בענן וסינון: נקודות קרקע 1FLT:1 מופרדות צמחייה, מבנים ואובייקטים אחרים. A Triangulated Irregular Network (TIN) של נקודות חשוף יוצר DTM; נקודות על כל משטחים טופס DSM.
  6. (ב) דור אורת'אופוט: 1 בינואר, התמונות המקוריות ניתנות לראייה – מתוקנת לעקירת קרקע – ופורצות לתוך פסיפס חלק וגיאו-מסוג.

התהליך כולו יכול להיות אוטומטי בתוכנות פוטוגרמה מודרניות (למשל, Pix4D, Agisoft Metashape, RealityCapture, ERDAS Imagine) אבל עדיין דורש תכנון זהיר ובקרת איכות כדי להשיג דיוק תת-דה-מטר.

סוגי Photogrammetry for Land Topography

צילום אוויר

זה הסוג הנפוץ ביותר עבור מיפוי טופוגרפית.מצלמות רכובות על מטוסים או מזל"טים ללכוד תמונות אנכיות או blique. Aerial photogrammetry מייצרת הן DSMs והן אות'וטופוטס. סוכנויות ממשלתיות כגון FLT:0USGSIRFLT:1 השתמש בו במשך עשרות שנים כדי ליצור 1:24,000 מפות טופוגרפיים היום, עדיין לשלוט על משטחים עבור יערות, אבל יותר מהיר יותר פתוח.

Range Photogrammetry

בשימוש עבור אובייקטים קטנים (מכמה מטרים למטה עד ס"מ) ותכונות אנכיות כגון פרצופים סלע, בניינים או בורות חפירות.בטופוגרפיה הקרקע, photogrammetry לטווח קרוב משמש לעתים קרובות לניתוח יציבות מדרדרדר, מדידה פנים quarry, או הקלטה ארכאולוגית. כי המרחק מצלמה-to-object הוא קצר, צפיפות נקודה יכולה לעלות על 10,000 נקודות למ"ר.

צילום: Satellite Photogrammetry

תמונות לוויין ברזולוציה גבוהה (למשל, 0.3-1 מ' GSD) מאפשרות מיפוי טופוגרפי של אזורים גדולים ובלתי נגישים. photometry לוויין הוא בעל ערך במיוחד עבור ניטור סביבתי על פני גבולות, שינויי נפח קרחונים, או לאחר גילוי נזק לאחר-דיסקסטר.The FLT:0(NOAAFLT:1) משתמש בתמונה סטראוריית עבור מיפוי החוף ועיוות הצפה.

יישומים ב Land Topography

תכנון עירוני ותשתיות

Photogrammetry יוצר מודלים עירוניים ברזולוציה גבוהה בשימוש לניתוח קרינה סולארית, מחקרי הדבקה רעש, ותוכנית קו-of-sight תכנון מחלקות מסתמכות על תמונות אורתאופס ו DSMs עבור zoning, מיפוי ריצוף ועיצוב מסדרון שימושי.לדוגמה, העיר לוס אנג'לס משתמשת photometry אווירי כדי לעדכן את הבסיס 3D שלה כל שנתיים.

פיקוח סביבתי ושימור

סקרים פוטוגרםמטריים חוזרים מודדים את שערי שחיקה לאורך חופי הים, הגירה בנהר, והיקף המחיקה. חוקרים מה-FLT:0ASPRSIRFLT:1 משתמשים ב- UAV פוטוגרםממטררי כדי לפקח על שדות רטובים ולעקוב אחר תנועת דל חול. באיסלנד, photogrammetry יש לכמת קרחונים באמצעות השוואת DSMs מ-2010 ו- 2020.

החקלאות

החקלאים טסים מל"טים על פני שדות כדי לייצר מפותNDVI (מ- Multispectral orthoPhotos) ומודלים בגובה.בשילוב, שכבות נתונים אלה להנחות irrigation-rate, חנקן יישום, תכנון ניקוז. Photogrammetric DSMs יכול לחשוף מיקרוטופוגרפיה (למשל, כתמים נמוכים שבהם בריכות מים) המשפיעות על היבול.

ניהול אסון

לאחר רעידות אדמה, שיטפונות, או מפולות אדמה, photogrammetry מפות במהירות אזורים.דוקטורון צוותים ללכוד תמונות של ערימות פסולת, מבנים התמוטטו, ושינו קורסי הנהר.התוצאות של אורתול ו DSMs תומכים במבצעי חיפוש ו-DSMescue והערכה נזק. in the Montecito בבולs 2018 מונטיסטו, photogramrymet סייעה delines לזרום נתיבי לשיקום.

מינוס ו Quarrying

Photogrammetry הוא סטנדרטי עבור חישוב נפח מלאי, ניטור פיצוץ, ובור פנים יציבות.אופרות לעוף מל"טים שבועיים כדי לחתוך ולמלא כרכים, לעקוב אחר החילוץ, ואת הגירמטריה ספסל התוכנית. כי זה כל כך יעיל, מכרות רבות עברו סקרי תחנה סך מוחלט כדי לחלוטין זרימת עבודה פוטוגרמה.

יערות ומשאבים טבעיים

בעוד לידר נשאר גבוה יותר עבור חדירה קנאוליתית, photogrammetry יכול לספק DSMs של יער canopy וגבהים עץ מדויק כאשר טס מתחת ל canopy. Photogrammetric אוthoPhotos לשמש גם סיווג מינים (באמצעות צבע ומרקם) וכדי למיפוי כבישים.

ארכיאולוגיה

Photogrammetry מתעדת תעלות חפירות, ממתק קבורה ומבנים אבן ב 3D ללא מגע.ארצ'יאולוגים משתמשים בפוטמוגרפיה מבוססת קרקע ו- UAV כדי ליצור מודלים של עלייה דיגיטלית החושפים תכונות נוף מוסתרות (למשל, מערכות שדה עתיקות, רשתות כביש).הטבע הלא-הרסיבי הופך אותו אידיאלי לשימור מורשת.

יתרונות על שיטות סקר מסורתיות

  • (FLT:0) Cost-Effectiveness:FreaLT:1) מפעיל יחיד עם מל"ט יכול לכסות 50-100 דונם ליום טיסה.
  • (FLT:0Speed:03:03:03:1) רכישת תמונות היא מהירה - אתר 200 דונם ניתן לטוס בתוך שעה. עיבוד ל-DTM הסופי ו- OthoPhoto בדרך כלל לוקח כמה שעות עד יום, בעוד שיטות קונבנציונליות צריכות ביקורים שדה מרובים ולאחר עיבוד.
  • (FLT:0)Comprehensive Coverage: תצלום: Photogrammetry תופס כל משטח גלוי בו-זמנית.אין צורך לחצות כל מדרדר או מכשול; המצלמה מתעדת את כל הסצנה.זה חשוב במיוחד עבור שטח תלול, מסוכן או בלתי נגיש (ג'יפים, הרי געש פעילים, פרצופים שלי).
  • (FLT:0) High Point Density and Resolution:FearLT:1 , מצלמות מודרניות לייצר עננים נקודתיים עם צפיפות של מעל 500 נקודות למטר רבוע בגובה של מזל"טים טיפוסיים.זהו סדר גודל צפופה יותר מאשר טיפוסי לטראטים (Lar) 5-20 pts/m2).הפרטים מאפשרים זיהוי של סלעים, עגמים עץ, וערוצי ניקוז.
  • (FLT:0) וטקסט וירטואלי: FLT:1 The OrthoPhoto הוא תמונה אמיתית, מדויקת גיאומטרית שמשמשת כמפה בסיס.זה אינטואיטיבי עבור לא-מיוחדים (למשל, מתכננים, בעלי קרקעות) לקריאה ופרש.אין שיטה אחרת של סקר מייצרת מודל חזותי בו-זמנית.
  • (FLT:0)Safety: Figgrammetry שומר סקרים מחוץ לאזורים מסוכנים (למשל, ליד מכונות כבדות, על מדרונות לא יציבים, או בתנועה).
  • (FLT:0) Repeatability: סקרים 1FLT ניתן לחזור על עצמם לעתים קרובות ככל שנדרש בעלות שולית נמוכה.זה מאפשר ניתוח של זמן (למשל, מדידה של שינויים בנפח בבור חמור או משקעים על חוף).

גבולות ואתגרים

למרות החוזקות שלו, photogrammetry יש מגבלות בולטות.FLT:0 ו-Vgetation CoverveFLT:1 הוא המכשול הגדול ביותר. in Forests, דשא, או יבולים גבוהים, photogrammetry ללכוד את פני השטח הקנופי, לא הקרקע. Lidar עם החזרות מרובות שלה יכול לחדור פערים קטנים; photometry לא יכול.

(FLT:0 Weather andlighture ConditionsFLT:1) משפיע על איכות התמונה.Overcast, אור אחיד הוא אידיאלי; צלים קשים או כיסוי שלג יכולים לפענוח. רוחות חזקות להגביל יציבות של מזל"טים, צמצום עקביות חפיפה.

(FLT:0) קבלת זמן וכוח חישובי של כוח LT:1) עלייה עם נתונים גדולים יותר.פרויקט עם 5,000 תמונות 20 מ"גפל עשוי לדרוש 64 GB של RAM וכמה שעות של חישוב GPU.

דרישות דיוק:0 (Accuracy דרישות FLT:1 לנהוג את הצורך בשליטה הקרקע.ללא GCPs או מזל"ט RTK באיכות גבוהה, מודלים photogrammetric סחף בקנה מידה וכיוון (אפקט "הבול") עבור סקרים ברמה של מטרופולין (למשל, מעקב אחר עיוות בקנה מידה), נקודות בקרה קרקעיות הם חובה.

(ב) ,0) פני השטח חסרי פני השטח (למשל, שדות שלג, מים רגועים, מים נשפים אחידים, אספלט אחיד) חסרים נקודות התאמה.זה מוביל לחורים בעננים הנקודה.

מגמות עתידיות ב Photogrammetry for Topography

עיבוד AI-Enhanced

אלגוריתמי למידת מכונות עכשיו סיווג ענן נקודתי: הפרדה קרקע, צמחייה, מבנים ומים באופן אוטומטי.רשתות למידה עמוק משפרות גם התאמה צפופה באזורים נמוכים של טקסט וחדד את ריצוף המצלמה מתמונות מטושטשות.ההתקדמות הזו מפחיתה את זמן העריכה ידנית ומאפשרת עיבוד בזמן אמת.

זמן אמיתי ו- Edge Computing

ד"רונים המצוידים במחשבי לוח יכולים לעבד תמונות בטיסה, לייצר DTM מחוספס בתוך דקות.זה מאפשר לצוותי שדה לאמת כיסוי ולזהות בעיות (למשל, אזורים מפספסים, חפיפות גרועה) לפני שעזבו את האתר.

שילוב עם BIM ו- Digital Twins

Photogrammetry ניזינה ישירות בבניית מודלing מידע (BIM) תוכנה לניטור אתר בנייה ולפלטפורמות דיגיטליות של תאים לניהול תשתיות.לדוגמה, photogrammetric DTM של מסדרון כביש מהיר המוצע הופך להיות שכבת הבסיס לתכנון מפורט.

UAV Autonomy ו- Beyond-Visual-Line-of-Sight (BVLOS)

אישורים רגולטוריים לטיסות BVLOS גדלות.זה יאפשר photogrammetry לכסות מאות קילומטרים רבועים במשימה אוטומטית אחת, הזרמת מיפוי טופוגרפי גדול-שטחי. Drones יכול לעוף רשתות מתוכננות מראש בגובה עקבי, הבטחת GSD אחיד וחפיפה.

Multispectral ו- Hyperspectral Photogrammetry

שילוב של photogrammetry עם נתונים ספקטרליים (למשל, רדיפת אדומה, ליד-infrared, תרמי) מניב הן 3D גיאומטריה ונכסים חומריים. עבור טופוגרפיה הקרקעית, זה אומר בו זמנית יצירת DTM ומפת בריאות יבול, או DTM ומדד לחות אדמה. היתוך זה כבר הופך סטנדרטי מדויק ניטור סביבתי.

מסקנה

Photogrammetry התפתח ממדע פוטוגרםמטרי מיוחד לתוך כלי נגיש נרחב לייצור טופוגרף מפורט, מדויק הקרקעי.היכולת שלו לייצר עננים נקודתיים גבוהה, אורתאופוטים, ומודלים לגבהים דיגיטליים בשבריר של עלות סקרים מסורתיים הפך אותו הכרחי לתכנון עירוני, שימור סביבתי, תגובה אסון, חקלאות, ותחומים רבים אחרים.