Δημιουργία τρισδιάστατων χαρτών υψηλής ανάλυσης για τον προγραμματισμό και τον σχεδιασμό του τοπίου με χρήση τεχνολογιών UAV
Από RemoteSensing Wiki
Δημιουργία τρισδιάστατων χαρτών υψηλής ανάλυσης για τον προγραμματισμό και τον σχεδιασμό του τοπίου με χρήση τεχνολογιών UAV (μη επανδρωμένα αεροσκάφη)
Πρωτότυπος Τίτλος: Generation of High-Resolution 3D Maps for Landscape Planning and Design Using UAV Technologies
Συγγραφείς: Ahmet Cilek – Suha Berberoglu – Cenk Donmez – Muge Unal Cilek
Εισαγωγή
Αυτή η μελέτη, στοχεύει στο πώς μπορούν να αναλυθούν τρισδιάστατα δεδομένα σε διαφορετικές κλίμακες, με χαμηλό κόστος και υψηλή ακρίβεια από διαφορετικούς τύπους UAV σε μελέτες οργάνωσης και σχεδιασμού τοπίου. Υπό αυτό το πρίσμα, η συγκεκριμένη έρευνα αποτελείται από τρία στάδια: λήψη εικόνας, επεξεργασία εικόνας και ανάλυση GIS.
Επιλέχθηκαν 2 περιοχές μελέτης όπου η κάθε μία αντιπροσωπεύει και μια διαφορετική κλίμακα.
- Ένα οικόπεδο στην Adana της Τουρκίας, όπου πρόκειται να δημιουργηθεί το κάμπους της Αρχιτεκτονικής Σχολής του Πανεπιστημίου Cukurova. Η υψομετρική διαφορά του οικοπέδου αυξάνεται σταδιακά προς τα βορειοδυτικά και κυμαίνεται στα 79-91m. Έχει έκταση 0,22km2.
- Ένα οικόπεδο σε ορεινή περιοχή στα βόρεια της Adana, όπου υπάρχουν οι εκσκαφές ενός εργοστασίου υδροηλεκτρικής ενέργειας. Έχει έκταση 48km2 και βρίσκεται σε υψόμετρο 830-1100m.
Μεθοδολογία
Η μεθοδολογία της μελέτης αποτελείται από τρία βήματα:
- απόκτηση εικόνας μέσω των UAV σε περιοχές διαφορετικού χαρακτήρα και κλίμακας,
- επεξεργασία εικόνας και παραγωγή τρισδιάστατων δεδομένων
- ανάλυση GIS για μελέτες σχεδιασμού τοπίου και σχεδιασμού.
Τηλεπισκοπική συλλογή δεδομένων
Στη μελέτη αυτή χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικά UAV: ένα με σταθερά πτερύγια και ένα τετρακόπτερο. Οι λόγοι αυτής της επιλογής είναι τα διαφορετικά μεγέθη των περιοχών μελέτης, οι διαφορετικές απαιτήσεις δεδομένων χωρικής ανάλυσης, οι διαφορετικές ώρες πτήσης και τα διαφορετικά χαρακτηριστικά κάμερας των UAV. Λόγω της μεγάλης μεταβλητότητας της τοπογραφίας και των καιρικών συνθηκών, το UAV με τα σταθερά πτερύγια χρησιμοποιήθηκε για την πρώτη περιοχή μελέτης. Το τετρακόπτερο επιλέχθηκε, επειδή παρέχει ασφαλέστερη πτήση σε χαμηλό υψόμετρο και λαμβάνει εικόνα υψηλότερης εδαφικής ανάλυσης.
Προπαρασκευαστικά λήφθηκαν υπόψιν για τους σκοπούς της μελέτης:
- Ο σχεδιασμός της πτήσης
- η άδεια πτήσης
- η λεπτομερής ανάλυση της περιοχής
- η ανάλυση των pixel
- ο τεχνικός εξοπλισμός για ύψος πτήσης,
- το GNSS ,
- το σύστημα INS
- τα σημεία ελέγχου στο έδαφος
Μεγάλες επικαλύψεις μεταξύ εικόνων (όπως σε ποσοστό 70%) χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση της ποιότητας των τελικών προϊόντων, ιδίως για την εντατική αντιστοίχιση εικόνων.
Επεξεργασία εικόνας
Σε φωτογραμμετρικές εφαρμογές, η κάμερα καταγράφει επικαλυπτόμενες εικόνες κατά την πτήση και δημιουργεί δεδομένα όπως εύρεση σημείων, ορθοφωτογραφίες ή τρισδιάστατα μοντέλα της περιοχής. Τα UAV που χρησιμοποιούνται για τις δύο περιοχές μελέτης φέρουν GNSS ποιότητας καταναλωτή, έτσι ώστε τα υψηλής ποιότητας GCP να συλλέγονται για την παραγωγή γεωαναφερόμενων αποτελεσμάτων ακριβείας.
Ο κύριος σκοπός της φωτογραμμετρίας είναι η λήψη τρισδιάστατων πληροφοριών από δισδιάστατες εικόνες. Για το σκοπό αυτό, ο εσωτερικός / εξωτερικός προσανατολισμός, η θέση της κάμερας, το εστιακό μήκος, η παραμόρφωση του φακού και η περιστροφή του οπτικού άξονα πρέπει να υπολογίζονται στις εικόνες. Κατόπιν, δημιουργούνται πυκνά νέφη σημείων.
Ανάλυση GIS
Οι χάρτες που παράχθηκαν από τα τρισδιάστατα δεδομένα και τις ορθοφωτογραφίες χρησιμοποιήθηκαν ως δεδομένα για ανάλυση GIS στα εξής διαφορετικά ζητήματα:
- Την ανάλυση της γεωμορφολογίας στην πρώτη περιοχή μελέτης μέσω TPI .
- Το έργο ανάπλασης των εκσκαφών του εργοστασίου υδροηλεκτρικής ενέργειας για την αποφυγή της διάβρωσης του εδάφους.
- Η τοπιακή σχεδιαστική πρόταση ως παράδειγμα για το νεοαναγειρόμενο κάμπους.
Αποτελέσματα
Τα αποτελέσματα της έρευνας στις τρεις διαφορετικές κλίμακες είναι τα εξής: Ανάλυση γεωμορφολογίας: Σε αυτήν την ενότητα, τα δεδομένα 3D που λαμβάνονται από το UAV εφαρμόζονται ως παράδειγμα παραγωγής δεδομένων γεωμορφολογίας.
Έργο αποκατάστασης (Σχεδιασμός φύτευσης): Τα 3D τοπογραφικά δεδομένα που παράγονται με εικόνες από UAV με σταθερά πτερύγια χρησιμοποιούνται για την αποκατάσταση του φυσικού εδάφους, το οποίο έχει αλλοιωθεί λόγω ανασκαφής.
Πρόταση τοπιακού σχεδιασμού: Σχεδιάστηκαν διαφορετικά έργα τοπίου για το κάμπους της Αρχιτεκτονικής Σχολής του Πανεπιστημίου Cukurova. Η τρισδιάστατη μοντελοποίηση αυτών των έργων ενσωμάτωσε τα 3D δεδομένα που συλλέχθηκαν από το UAV. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε φωτορεαλιστική τρισδιάστατη απεικόνιση ενσωματώνοντας το μοντέλο στην τοπογραφία.
Συμπεράσματα
Υπάρχουν πολλές ευκαιρίες για τη δημιουργία ορθοφωτογραφιών υψηλής ανάλυσης και μεγάλης ακρίβειας με χαμηλού κόστους UAV και φωτογραμμετρικές τεχνικές, διευκολύνοντας τη δημιουργία και την ενημέρωση χαρτών. Τα παραγόμενα δεδομένα μπορούν να βελτιώσουν τη διαδικασία οργάνωσης και σχεδιασμού και να βελτιώσουν την αλληλεπίδραση και τη συνεργασία στη διαδικασία σχεδιασμού χρησιμοποιώντας GIS λογισμικό. Ως συμπέρασμα, τα UAV προσφέρουν μια ποικιλία εφαρμογών για αρχιτέκτονες τοπίου, από την ανάλυση πεδίου στο στάδιο σχεδιασμού και υλοποίησης του πρότζεκτ έως την παρακολούθηση και αξιολόγηση ενός ολοκληρωμένου έργου.
