Как сделать ортофотоплан с помощью квадрокоптера

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 01.09.2024

Ортофотоплан – это фотографическое изображение плана местности, сделанное с помощью аэрофотосъемки с помощью беспилотных летательных аппаратов. Полученные снимки преобразуются из центральной в ортогональную проекцию методом ортотрансформирования.

Эта технология позволяет избавиться от дефектов на полученных кадрах, появляющихся по причине отклонения оси камеры, неблагоприятных условий съемки, а также особенностей рельефа местности. Результатом этих преобразований является ортофотоплан земельного участка или другого объекта, составленный из снимков высокого качества и точности.

Он может быть востребован при следующих работах:

топографические;
геодезические;
маркшейдерские;
кадастровые;
лесоустроительные;
гидрологические;
геологические;

Также необходимо делать ортофотоплан при проведении строительно-архитектурного проектирования.

Этапы создания ортофотоплана

Построение ортофотопланов включает в себя несколько этапов:

Подготовка. Проводится сбор всей необходимой информации, касающейся объекта изучения. Составляется маршрут для БПЛА, определение контрольных точек, а также дальнейшее их закрепление на местности. Подбирается оптимальная скорость и высота полета беспилотника, в зависимости от размеров исследуемой территории
Процесс аэрофотосъемки. С помощью БПЛА снимается необходимое количество кадров, которые будут подвержены дальнейшей обработке
Опознавание опорных точек на исходном растре (снимке).
Трансформирование
Создание ортофотоплана. Этот процесс включает в себя сводку изображений на стыках, а также нарезку фрагментов трансформированного растра

В результате этих действий получается подробный план местности, который включает в себя точные данные и изображения высокой точности. В среднем, пространственное разрешение зависит от необходимого масштаба ортофотоплана, но получаемые результаты, в любом случае, превосходят качество кадров, полученных с помощью спутника.

Ортофотоплан предоставляется с точностью в плане до 10 см, одним файлом или в виде тайлов. Форматы:

Наши услуги

Результатом нашей работы является предоставление заказчику готового ортофотоплана, подробного технического отчета, карту высот, а также исходные фотографии. Если вас заинтересовало наше предложение, то вы можете заказать ортофотоплан, оставив заявку на сайте, либо воспользовавшись услугой обратного звонка.

Создание топокарт и планов по данным БПЛА на базе PhotoScan

Данные съёмки с БПЛА, показанные на этой странице, предоставлены ОАО "Газпром космические системы". Технология обработки материалов съемки в ПО Agisoft PhotoScan предоставлена ООО "Плаз".

Применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) позволяет существенно снизить затраты на производство аэрофотосъемочных работ. С точки зрения традиционной фотограмметрии качество подобной съемки вероятнее всего будет оценено, как неприемлемое, поскольку на БПЛА, как правило, устанавливаются камеры бытового сегмента, не используется гиростабилизирующая аппаратура, при съемке нередки отклонения оптических осей от вертикали в несколько градусов, что значительно усложняет процесс первичной обработки снимков. Однако для современного фотограмметрического программного обеспечения эти недостатки не представляют значительных проблем. Более того, развитие цифровых методов фотограмметрической обработки уже привело к появлению программ и программных комплексов, способных обрабатывать даже такие "некачественные" данные аэрофотосъемки в высокоавтоматизированном режиме, при минимальном участии оператора.

Рассмотрим технологическую цепочку получения топографической карты с использованием следующих компонентов:

БПЛА для выполнения аэрофотосъемки;
ПО Agisoft PhotoScan в качестве инструмента обработки материалов съемки;
инструментарий ГИС Панорама для векторизации ортофотопланов и получения топокарт.

Аэрофотосъемка с использованием БПЛА

В техническом плане процесс аэрофотосъемки с использованием БПЛА состоит из трех этапов: подготовительного, собственно съемки, и постобработки полученных данных.

Подготовительный этап
На данном этапе производится:

изучение имеющихся материалов; формирование или сбор требований к материалам, которые нужно получить по результатам съемки – тип и масштаб карты, границы объекта съемки; приведение их в технические требования к съемочным материалам: разрешение, координаты контура участка съемки, перекрытие снимков, точность определения координат центров фотографирования, требования к наземной опорной сети (при комбинированной съемке, например, когда привязка фотоплана производится по точкам наземной опорной сети, требования к точности определения КЦФ вообще не предъявляются);
формирование полетного задания для БПЛА. Выполняется программой – планировщиком полета, входящей в состав комплекса. Оператор должен выбрать используемый комплекс БПЛА (в случае, если программа позволяет работать с несколькими конфигурациями БПЛА и фотоаппаратуры), задать на карте контур участка съемки и примерное положение стартовой площадки, установить требуемое разрешение и перекрытие, после чего программа рассчитывает план полета и проверяет его выполнимость.

Выполнение аэрофотосъемки
По прибытии на стартовую площадку производится:

уточнение положения стартовой площадки, задание точки возвращения и ввод данных о скорости и направлении ветра на рабочей высоте, если таковые известны;
автоматическое уточнение плана полета и повторная проверка его выполнимости;
старт БПЛА с пускового устройства;
выполнение съемки в автоматическом режиме;
посадка.

Выполнение съемки местности с использованием БПЛА

При использовании комбинированного способа выполняется определение координат опорных точек, выбранных для привязки.

Постобработка данных
Заключается в:

снятии данных (фотоснимки и журнал полета) с бортовых носителей информации;
визуальной оценке качества фотографий и отбраковке "технических" кадров, если такие записаны. Под техническими кадрами понимаются снимки, сделанные вне пределов участка съемки - при подлете к участку, на дугах разворота и т.п.;
генерация файла привязки центров фотографирования. В ходе полета аппаратура управления ведет запись различных параметров, среди которых – координаты, скорость и параметры ориентирования летательного аппарата. После окончания съемки из файла журнала полета необходимо выбрать координаты, соответствующие моментам фотографирования, и приписать их конкретным снимкам. Такая обработка, как правило, выполняется в той же программе – планировщике полетного задания.

В соответствии с требованиями отраслевых инструкций [1], для получения топокарт масштаба 1:2000 необходима фотооснова, имеющая разрешение 15 см/пикс и имеющая погрешность определения координат в каждой точке не выше 60 см. Такое разрешение легко обеспечивается при съемке с БПЛА с использованием компактных фотоаппаратов. Например, съемка камерами типа Canon S-95 или Sony NEX-5 (с объективом SEL30M35) с высоты порядка 200-300 м дает снимки, имеющие разрешение 5 см/пикс.

Привязка требуемой точности достигается измерением координат центров фотографирования с использованием высокоточных GNSS-приемников в пределах референцной сети, или задействованием наземной опорной сети, точки которой привязаны с погрешностью не выше 30 см.

Обработка аэрофотоснимков в ПО Agisoft PhotoScan

Программа Agisoft PhotoScan - универсальный инструмент для генерации трехмерных моделей поверхностей объектов съемки по фотоизображениям этих объектов. PhotoScan с успехом применяется как для построения моделей предметов и объектов разных масштабов – от миниатюрных археологических артефактов до крупных зданий и сооружений, так и для построения моделей местности по данным аэрофотосъемки и генерации матриц высот и ортофотопланов, построенных на основе этих моделей. Обработка данных в PhotoScan предельно автоматизирована – на оператора возложены лишь функции контроля и управления режимами работы программы.

Построение и привязка модели местности в программе состоит из трех основных этапов:

построение грубой модели. На этом этапе производится автоматическое определение общих точек на перекрывающихся снимках, восстановление проектирующих лучей, определение координат центров фотографирования и элементов взаимного ориентирования снимков, расчет параметров, описывающих оптическую систему (дисторсия, коэффициент ассиметрии, положение центральной точки). Все эти расчеты выполняются в программе за одну операцию;
привязка полученной модели к внешней (геодезической, географической) системе координат и уравнивание всех параметров системы – координат центров фотографирования и наземных опорных точек, углов ориентирования снимков, параметров оптической системы с использованием параметрического метода уравнивания. В качестве весовых коэффициентов для уравнивания выступают погрешности определения координат точек съемки (центров фотографирования), определения координат точек наземной опорной сети, дешифрирования и маркирования опорных точек на снимках;
построение полигональной модели поверхности местности на основе определенных на предыдущем этапе параметров. В программе реализован экспресс-способ, заключающийся в триангуляции только общих точек, полученных на первом этапе, и более точные способы обработки, заключающиеся в определении пространственного положения для каждого пиксела изображения (в зависимости от заданной степени детализации обрабатывается каждый первый, каждый четвертый, каждый шестнадцатый, и т. д. – всего пять возможных уровней).

Затем полученная модель используется для генерации ортофотопланов и матриц высот.

С точки зрения оператора процесс работы с программой выглядит следующим образом:

Загрузка фотоснимков
Выбор системы координат и загрузка данных привязки центров фотографирования
Формирование точечной модели поверхности Земли
При наличии наземной опорной сети – установка отметок опорных точек на фотоснимках и загрузка координат точек опорной сети
Оптимизация модели (уравнивание параметров привязки)
Генерация полигональной модели поверхности Земли
Экспорт данных – ортофотоплан, матрица высот

Приведенные скриншоты окна программы наглядно иллюстрируют процесс обработки материалов аэрофотосъемки на примере съемки полигона "Заокский", материалы которой предоставлены ОАО "Газпром космические системы". Обработка данных материалов на ПК, оснащенном 4-хядерным процессором Intel Core i7 2600K и имеющем 16 Гб оперативной памяти, заняла порядка трех-четырех часов – от загрузки фотографий до экспорта ортофотоплана и цифровой модели местности в формате GeoTiff. Из этого времени около одного часа ушло на дешифирование и маркирование опорных точек – ручной труд оператора, а остальное время заняло выполнение расчетов.

Во время работы всегда можно сохранить промежуточные результаты расчетов в файле проекта.

Имеется возможность формирования пакетного задания на обработку. Загрузив исходные снимки, можно сразу указать параметры для каждого из этапов, и программа самостоятельно выполнит весь цикл обработки.

Непосредственно в графическом интерфейсе программы можно производить базовые измерения на полученной модели — измерять расстояния, площадь поверхности и объем модели.

Развитый API позволяет создавать скрипты на языке Python, управляющие обработкой и отображением данных, что позволяет еще более автоматизировать решение типовых задач.

1) Фотографии загружены. В свойствах проекта видно, что проект состоит из блоков (chunks) – обрабатываемых независимо частей проекта со своими фотографиями, моделью, СК, параметрами калибровки оптики и т.п. В данном проекте - один блок, состоящий из 415 фотографий. Метки NA (not aligned) рядом с фотографиями показывают, что положение этих снимков в пространстве модели еще не известно.

2) Выбор системы координат

3) Загрузка данных телеметрии – координат центров фотографирования (КЦФ). Программа распознает данные в форматах txt, csv, tel и позволяет указать из каких столбцов считывать данные

4) Метки в форме синих шариков отображают взаимное расположение точек съемки (КЦФ), после уравнивания они будут заменены метками другого вида, соответствующим положению плоскостей кадров

5) После выполнения первого этапа обработки – первичного уравнивания и построения точечной модели, формируется облако точек, описывающее модель, и набор параметров взаимного ориентирования фотоснимков. Положение выбранного снимка отображается в области просмотра модели. Снимки, которые не удалось уравнять, по-прежнему отображаются сферами/шариками, и в списке фотографий отмечены меткой NA (not aligned). В данном проекте таких нет

6) Установка маркеров (меток опорных точек). Если известно положение маркеров на снимках (в системе координат снимка), можно просто импортировать эти данные в PhotoScan. Если маркеры еще не дешифрированы, придется задавать их расположение прямо в программе. Для каждого маркера достаточно отметить их положение на одном-двух снимках, и PhotoScan автоматически определяет их положение на других снимках, выделяя снимки, на которых присутствует выбранный маркер, специальными метками. На каждом снимке можно подтвердить итли уточнить автоматически выбранное положение маркера

7) Маркеры расставлены. Можно выполнять построение модели местности

8) Модель готова. Ее можно экспортировать как матрицу высот (цифровую модель местности) и сформировать на основе этой модели ортофотоплан местности.

9) В завершение можно построить текстуру модели и рассматривать ее прямо в программе.

10) Внутреннее представление модели поверхности Землки в PhotoScan - сеть триангуляции Делоне, TIN модель

11) Ортофотоплан всего участка съемки.

12) Цифровая модель местности всего участка съемки

Получение карт на основе ортофотопланов в ГИС Панорама

Комплекс автоматизированного дешифрирования и векторизации по данным ДЗЗ, разработанный на базе ГИС "Панорама", предназначен для автоматической векторизации линейных и площадных объектов по цветным растровым изображениям земной поверхности.

Процесс автоматической векторизации состоит из следующих основных этапов:

предварительная обработка растра;
классификация;
обработка растра классификации;
преобразование растра в вектор;
векторная обработка.

Предварительная обработка является необязательным этапом, включает масштабирование и фильтрацию растра. Масштабирование позволяет значительно ускорить обработку при избыточном разрешении снимка. Фильтрация уменьшает шумы изображения, что положительно влияет на результаты распознавания.

Классификация – процесс определения принадлежности отдельных пикселей исходного растра тому или иному распознаваемому объекту. Классификация состоит из трех основных этапов. На первом этапе пользователь определяет обучающие выборки – указывает области на снимке, однозначно принадлежащие распознаваемым объектам. Затем происходит обучение классификатора – процесс выявления и запоминания статистических дешифровочных характеристик, присущих распознаваемым объектам. Эти данные используются собственно в классификации - определения принадлежности отдельных пикселей исходного растра распознаваемому объекту.

Вычисление статистических дешифровочных характеристик при обучении и классификации выполняется для скользящего окна. При обучении окно перемещается в пределах обучающих выборок, при классификации на всем остальном снимке. В качестве статистических дешифровочных характеристик используется спектральные (средний цвет) и текстурные характеристики (контраст, энергия, корреляция).

К загруженному ортофотоплану в формате GeoTiff применяется технология классификации и распознования

Результатом классификации является растр классификации – растр принадлежности пикселей исходного растра тому или иному распознаваемому объекту. Растр классификации содержит много шумов – неправильно классифицированных пикселей. Их можно отфильтровать исходя из предположения, что плотность расположения неправильно классифицированных пикселей меньше правильно классифицированных.

На следующем этапе производиться фильтрация лишней информации, ее сглаживание и перевод с в линейный и площадной вид

Для этого используются морфологические операции - изменение бинарного состояния пикселя на основе анализа состояния его соседей. К таким операциям относятся:

эрозия – замена на ноль единичных пикселей, если рядом есть хоть один нулевой пиксель;
наращивание – замена на единицу нулевого пикселя, если рядом есть хоть один единичный пиксель;
удаление небольших областей – замена восьмисвязных локальных групп единичных пикселей на нули, если количество пикселей меньше допуска;
заливка небольших дырок – замена восьмисвязных локальных групп нулевых пикселей на единицы, если количество пикселей меньше допуска;

После обработки растр классификации преобразуется в набор векторных объектов – линий или площадей. В процессе преобразования в линии создаются непересекающиеся линейные объекты. При преобразовании в площади создаются площадные объекты, имеющие общие части контура. На окончательном этапе распознанные объекты объединяются или удаляются на основе анализа их взаимного расположения. Объединенная сеть объектов совместно сглаживается и фильтруется перед сохранением в создаваемую карту.

Результат автоматизированного дешифрирования и векторизации ортофотопланов можно посмотреть и отредактировать в ГИС "Панорама"

При обновлении цифровых карт имеющиеся контура объектов используются для автоматического обучения программы дешифрирования и векторизации. При необходимости оператор может выбрать отдельные участки, которые попадают на наиболее характерные изображения дешифрируемых объектов.

Программа сопоставляет контура объектов и соответствующие им области снимков, запоминает свойства изображения и выполняет уточнение контуров объектов по реальным границам областей с подобными свойствами изображения. При этом создаются и новые объекты в тех местах снимка, где будут найдены близкие по изобразительным свойствам области.

Литература
1. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов ГКИНП (ГНТА)-02-036-02. Москва, ЦНИИГАиК, 2002

Компания "Сервис Гео" проводит работы по созданию топографических планов с применением БПЛА. На аппаратах установлена полнокадровая фототехника, GPS-приемники с режимом работы PPK/RTK. Опыт выполнения изысканий на территории большинства регионов России.

Ортофотоплан (ОФП) – это фотографический план местности, который создаётся на базе аэросъемки. Он дает возможность в деталях отобразить ситуацию на земной поверхности. Ортофотоплан служит вспомогательным материлом для создания геодезических графических чертежей (схем, топопланов, карт). ОФП широко применяют при создании топопланов, контроле использования территории, в экологии, мониторинге экзогенных процессов и сельском хозяйстве.

Исходные изображения в RAW-формате, загруженные после полета на ПК, обрабатываются в фотограмметрических программных комплексах. За счет поиска совпадающих элементов на соседних кадрах, вычислительные машины собирают ортомозаику. Обладая информацией о высоте полета и координатах центров снимков, после обработки собирается трехмерная модель и ортофотоплан. Маршрут летательного аппарата закладывается таким образом, чтобы перекрытие снимков составляло от 60% по вертикали и горизонтали. Соблюдая необходимые условия и изменяя их для различных типов местности, можно получать ОФП на городской тип застройки, по которому инженеры могут составить топоплан М 1:500.

Беспилотник для аэрофотосъемки

В геодезической аэрофотосъемке важную роль играет аппарат, длительность его полета, стабилизация камеры. Ключевой переменной, влияющей на получение материала является фотокамера на борту беспилотника. Объектив камеры не должен быть широкоугольным и не давать большой дисторсии. В то же время его фокусное расстояние не должно быть слишком большим – в этом случае не удастся соблюдать требования к нужному продольному и поперечному перекрытию. Профессиональное аэрофотосъёмочное оборудование имеет полнокадровую матрицу, однако возможно применение и таких моделей, как Sony серии NEX, RX и подобных. Разрешение матрицы 24MP позволяет устройствам выдавать хороший результат, а малый вес задействовать небольшие воздушные аппараты.

	Ортофотоплан (Форматы JPEG/TIFF/GeoTIFF)
М 1:500	25 000 руб/кв.км	1 пикс. = 2,5 см на местности
М 1:1000	20 000 руб/кв.км	1 пикс. = 6 см на местности
М 1:2000	20 000 руб/кв.км	1 пикс. = 10 см на местности
М 1:5000	17 000 руб/кв.км	1 пикс. = 15 см на местности
М 1:10000	15 000 руб/кв.км	1 пикс. = 25 см на местности

Стабилизация изображения на беспилотниках

Скорость пролета беспилотников при аэрофотосъемке варьируется от 30 до 80 км/ч. В воздухе помимо наклонов судна для изменения направления на аппарат воздействует ветер. Технические особенности дают возможность закрепить на летательных аппаратах стабилизационный подвес, который дистанционно управляет фотокамерой и держит ее в установленном положении, несмотря на порывы ветра и колебания судна.

Построение ортофотопланов

Получение топографических планов по материалам аэрофотосъемки используют не один год. В СССР для это было сформировано 5 эскадрилий с общим авиапарком более 40 самолетов. В прошлом материал получали при помощи аналоговых (пленочных) камер, установленных на борта АН-30, АН-2, Ил-4 или Cessna. Сегодня есть технические решения, дающие возможность использовать дроны и беспилотные самолеты, которые значительно дешевле, а сам процесс обработки выполняется на обычных компьютерах в автоматическом режиме. Это позволяет получать различные виды масштабов и детальности конечного продукта - топографической съемки при помощи одного и того же оборудования.

Методы оспаривания и пересмотра кадастровой стоимости участка

Геодезия земельного участка перед застройкой участка

Что такое геодезическое сопровождение строительных работ

Оставьте заявку и мы свяжемся с вами. Консультация бесплатная.

Виды аэрофотосъемок

Помимо ортофото, в видимом для глаза спектре, можно получать результаты в ИК диапазоне, тепловизионную и лазерную съемку. Аэросъемка для сельхоз производителей подразумевает расчет индекса NDVI, который показывает плотность и состояние растительности на территории наблюдения. Для некоторых целей положен черно-белый вид материалов (в оттенках серого). Если фотоплан цветной, то, как правило, его цветность бывает двух вариантов 8 бит и 16 бит на пиксель. Растровые файлы выводятся в любом общеизвестном расширении для ГИС программ (GeoTIFF, BMP, GIF, JPG, ECW).

Для обработки инженеры применяют высокопроизводительные ПК с установленными программами для фотограмметрической обработки данных: Bentley Context Capture, Metashape, Pix4D, 3DF Zephyr. В зависимости от типа снимаемой местности подбираются индивидуальные настройки. Сборка ортогонального плана для застроенного городского ландшафта с высотными домами и аналогичная задача для с/х поля потребует разных параметров выравнивания, фильтрации и текстур.

Разрешение ортофотоплана определяется высотой полета и размером матрицы фотоаппаратуры. Один пиксель ортофотоснимка, с высоты в 200 метров при 60% и 80% наложении по горизонтали и вертикали, снятый камерой в 3.9 мкм равен 2,5 -3 см/пиксель.

Стадии сборки ортофото:

Разработка маршрутного задания;

Закладка съемочного обоснования;

Полет и фотофиксация;

Обработка и выдача результата.

Ортофотоплан М 1:500, полученный с БПЛА, будет полностью отвечать требования плановых отметок для топографической съемки СП 47.13330.2016. На его основе можно вычерчивать плановые элементы ситуации для топосъемки М1-500 в составе отчета по инженерно-геодезическим изысканиям.

По ортофотоплану М 1:500 и 1:1000 можно получать каталоги координат для кадастровых нужд (межевые планы, технические паспорта). Преобразовав материал аэросъемки специалисты Сервис Гео создают геоподосновы для любого масштаба, затратив на полевые измерения минимальное количество времени. Это помогает снизить стоимость сметы и одновременно ускорить процедуру вычерчивания, соблюдая требования ТЗ в полном объеме.

Пример формирования ортофотоплана представлен на видео для маркшейдерских работ на карьерах

Цены на геодезические услуги

ВИДЫ РАБОТ	CТОИМОСТЬ
Аэрофотосъемка	15 000 руб/кв.км

Фотогалерея

Экомониторинг в масштабах страны

03 октября 2021

12 сентября 2021

Постановление о БИМ проектировании

02 сентября 2021

Оставить заявку

Оставьте свои контактные данные и мы вам перезвоним

Большой Саввинский переулок, дом 9, стр.2, этаж 8, кабинет 10

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Шин Евгений Рудовикович, Щекина Анастасия Юрьевна, Черкасов Роман Андреевич

THE TECHNOLOGY OF CREATING TOPOGRAPHIC PLANES AT A SCALE OF 1: 500 ACCORDING TO SHOOTING DATA FROM A PHANTOM 4 QUADCOPTER

Annotation: when obtaining high-quality data for compiling a topographical plan of the area, such difficulties as inaccessibility (namely, the object of research, linear dependence of the time to perform the necessary research on the scope of work, water obstacles, terrain features, etc.) can occur. Aerial photography is partly solve the problems of the topography described above. Today, aerial photography is being actively developed with the advent of light available aircraft (and especially important – unmanned). This technology allows you to bypass many difficulties and get a preliminary result in a very short time (one day). It is important to note that a rather large amount of time is required to obtain results using the “usual” geodetic method. Topoplans at a scale of 1: 500 according to a survey from a Phantom 4 quadcopter.

ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ТОПОПЛАНОВ МАСШТАБА 1:500 ПО ДАННЫМ СЪЕМКИ С КВАДРАКОПТЕРА PHANTOM 4

Черкасов Роман Андреевич - старший преподаватель, кафедра безопасности жизнедеятельности, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

данным съемки с квадракоптера Phantom 4.

Ключевые слова: летательный аппарат, коптер.__________________________________

аппараты (БПЛА) являются искусственными мобильными объектами, многоразового

использования, не имеющими экипажа и способными целенаправленно самостоятельно передвигаться в воздухе с целью выполнения различных функций как и в автономном режиме так и при помощи дистанционного управления.

Технические характеристики любительского беспилотника DJI Phantom 4 дают возможность его использовать его где угодно. Он способен работать при температуре от 0 до 40 град.

Основная часть. В данной работе объектом фотографирования с DJI Phantom 4 является территория муниципального бюджетного образовательного учреждения средней общеобразовательной школы № 50

аэросъемка, топографический пан, квадра-

г. Белгорода, располагающейся по адресу Белгор одская обл., г. Белгород, ул. Есенина,

С целью успешного выполнения аэросъемки, удовлетворяющей требованиям точности для создания цифрового плана масштаба 1:500, использовался БПЛА мультироторного типа DJI Phantom 4, имеющий встроенную камеру. Для выполнения расчета параметров полетного задания, применялся калькулятор и программное обеспечение Microsoft office Ехсе1.

Важнейшие полетные характеристики БПЛА это: скорость движения, высота

полета, полетное время. В качестве основных характеристик камеры необходимо отметить размер и тип матрицы, фокусное расстояние, размер пикселя матрицы.

Р азмер матрицы указывается в пикселях 3000^4000, однако при этом размер пикселя н е у к аз ывается в документации (табл. 1).

Содержимое этой работы может использоваться в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 4.0. Любое дальнейшее распространение этой работы должно содержать указание на автора (ов) и название работы, цитирование в журнале и DOI.

В камере применяется матрица Sony Exmor R V.3’’, согласно этому можно узнать физический размер матрицы.

После получение требуемых данных, нами был построен маршрут полета беспилотника DJI Phantom. На расстоянии за границами снимаемого участка устанавливалась первая точка. Высота выставлялась соответсвенно расчетным значениям,

которые были полученны в предыдущем расчете - 70 м. Курс БПЛА располагался вдоль маршрута, так чтобы кадры располагались строго перпендикулярно к маршруту полета . Вторая и последующие точки располагались так что бы они немного выходили за территорию снимаемого объекта.

Данные для полетного задания

Размер матрицы по оси x (px) 3000

Размер матрицы по оси у (px) 4000

Размер матрицы по оси х (мм) 4,68576

Размер матрицы по оси y (мм) 6,24768

Размер диагонали матрицы (мм) 7,8096

Диафрагменное число 2,8

Размер пикселя (мм) 0,00156192

Физическое фокусное расстояние (мм) 3,61

Угол поле зрения по оси х 65,96691849

Угол поле зрения по оси у 81,74121437

Угол поле зрения по диагонали 94,49303752

Требования к съемке

Размер пикселя на местности (мм) 50

Максимальная высота полета (м) 70,10815748

Масштаб фотографирования 19420,54224

Навигационные па аметры

Длина квадрата (м) 91

Ширина квадрата (м) 121

Требуемое продольное перекрытие (%) 80

Требуемое поперечное перекрытие (%) 60

Продольное перекрытие (м) 72,8

Поперечное перекрытие (м) 72,8

Базис фотографирования (м) 18,2

Расстояние между маршрутами (м) 48,53

Крейсерская скорость БПЛА (км/ч) 15

Крейсерская скорость БПЛА (м/с) 4,17

Выдержка (с) 0,002

Величина смаза (мм) 8,333

Интервал фотографирования (с) 4,368

Далее выстраивался параллельный маршрут, для чего устанавливалась точка, перпендикулярно первому маршруту, при этом контролировалось расстояние между точками.

Далее была установлена точка 4, которая находилась напротив точки 1. Расстояние между точками 1 и 4 контролировалось установлением 5-ой точки поверх первой, после чего поправив положение четвертой.

Далее 5 -я точка удалялась и устанавливалась снова, но уже в правильном месте.

Аналогично устанавливались следующие точки.

В процессе пострьоения маршрута в верхней части экрана отображается суммарное расстояние маршрута а так же время полета. Время полета напрямую зависит от скорости БПЛА крейсерской.

После построения всех маршрутов, нужно поставить последнюю точку. Она должна располагаться около точки взлета, так как при потери сигнала квадракоптер может остаться зависнуть в последней точке.

Суммарное время полета не должно превышать 20. 21 мин. Самое оптимальное время полета составляет 18. 19 мин. В большой степени этот параметр зависит от погоды.

Дальнейшие вычисления проводились при помощи программного обеспечения Agisoft Photoscan. При работе в этом программном продукте нужно иметь компьютер с процессором серии i5 и сильнее, с 4ГБ оперативной памяти, с видеокартой более 2ГБ. Желательно иметь i7 с 32 ГБ оперативной памяти и видеокартой 4 ГБ.

Для получения рабочего проекта нужно создать свои директории. В качестве начальной директории лучше всего использовать папку с названием проекта. Внутри самой директории проекта необходимо создать поддиректории: для рабочего проекта,

фотографий, и результатов (Projects, Photos, Results). После чего, полученные фотографии требуется скопировать в соответствующую созданную папку Photos.

С целью определения взаимного ориентирования снимков в программном обеспечении Agisoft нужно выполнить операцию Выравнивание камер.

ортофотоплан, созданный с БЛА необходимо выполнить это требование с запасом, соответственно размер пикселя должен быть не менее 0,5м.

Для составления топографического плана будем использовать программный продукт AutoCAD.

После создания проекта в него необходимо импортировать наш построенный ортофотоплан в формате TIF.

Теперь для того чтобы наш план был масштаба 1:500 необходимо про масштабировать ортофотоплан, то есть увеличить его на 748,44 раза.

После приведения ортофотоплана в нужный для нас масштаб приступаем к

вычерчиванию плана территории. Для того, чтобы планом в дальнейшем было удобно пользоваться, будем чертить разные объекты в разных слоях.

После того как весь ортофотоплан вычерчен можно удалить его и оформить план участка школы. Так как все было сделано в определенном масштабе, то полученные площади участков нужно будет так же перевести в масштаб. Размеры площадей длин линии и много другое можно узнать из свойств того или оного объекта.

В результате работы был получен план участка местности с высокой точностью и в кратчайшие сроки (рис. 1).

Рис. 1. План территории школы №50

Таким образом, по результатам данных, полученных с беспилотного летательного аппарата был построен план участка местности в масштабе 1:500. При этом подробно описаны все процессы создания плана участка. Данный план участка местности был создан по результатам обработки съемочных материалов. Полученные данные, такие как орфоттоплан и объемная модель объекта, можно использовать для получения специальных планов.

Это только малая часть применения данных программных продуктов в жизнедеятельности человека. Данные способы построения моделей, ортофотопланов и

много другое можно применять в других областях, таких как сельское хозяйство, градостроительство, архитектура, дизайн, любое строительство и даже в экспертизе зданий.

1. Гребеников А.Г., Мялица А.К.,

Парфенюк В.В. и др. Общие виды и характеристики беспилотных летательных аппаратов : справочное пособие. Харьков:

2. Сенюшкин Н.С., Ямалиев Р.Р., Усов Д.В., Мураева М.А. Рынок беспилотных систем растёт и меняется (перевод аналитического обзора компании Frost amp;

Sullivan) // Мир компьютерной автоматизации: мир ВКТ. 2009. № 1.

3. Лоскутников А.А., Сенюшкин Н.С., Парамонов В.В. Особенности классификации БПЛА самолетного типа // Молодой ученый. 2010. №11. Т.1. С. 65-68.

4. Условные знаки для топографических планов масштаба 1:5000 - 1:500. М.: Недра. 1989. 149 с.

5. Берлянт А.М. Картография. М.: Аспект пресс, 2002. 336 с.

6. Инструкция по топографическим съемкам в масштабах 1:5000 - 1:500. М.: Недра,1982. 13 с.

7. Орлов А. AutoCAD 2015. С.П.: 2015. 384 с.

10. Квинт И. Создаем ландшафтный дизайн на компьютере. СПб.: Питер, 2010.

11. ГОСТ 17677-82. Светильники. Общие технические условия.

12. СН 541-82. Инструкция по проектированию наружного освещения городов, поселков и сельских населенных пунктов.

13. Семенова Т.Ю. Комплексное развитие городов и городского хозяйства. СПб.: СПб ГИЭУ, 2006. 200 с.

1. Grebenikov A.G., Myalica A.K., Parfenyuk V.V. i dr. Obshchie vidy i harakteris-tiki bespilotnyh letatel'nyh apparatov: spravochnoe posobie. Xar'kov: 2000, Voss L.

2. Senyushkin N.S., YAmaliev R.R., Usov

D.V., Muraeva M.A. Rynok bespilotnyh sistem rastyot i menyaetsya (perevod analiticheskogo obzora kompanii Frost amp; Sullivan) // Mir komp'yuternoj avtomatizacii: mir VKT. 2009. № 1.

3. Loskutnikov A.A., Senyushkin N.S., Paramonov V.V. Osobennosti klassifikacii BPLA samoletnogo tipa // Molodoj uchenyj. 2010. №11. T.1. S. 65-68.

4. Uslovnye znaki dlya topograficheskih planov masshtaba 1:5000 - 1:500. M.: Nedra. 1989. 149 s.

5. Berlyant A.M. Kartografiya. M.: Aspekt press, 2002. 336 s.

6. Instrukciya po topograficheskim s"emkam v masshtabah 1:5000 - 1:500. M.: Nedra,1982. 13 s.

7. Orlov A. AutoCAD 2015. S.P.: 2015. 384 s.

10. Kvint I. Sozdaem landshaftnyj dizajn na komp'yutere. SPb.: Piter, 2010.

11. GOST 17677-82. Svetil'niki. Obshchie tekhnicheskie usloviya.

12. SN 541-82. Instrukciya po proektiro-vaniyu naruzhnogo osveshcheniya gorodov, poselkov i sel'skih naselennyh punktov.

13. Semenova T.YU. Kompleksnoe razvitie gorodov i gorodskogo hozyajstva. SPb.: SPb GIEHU, 2006. 200 s.

THE TECHNOLOGY OF CREATING TOPOGRAPHIC PLANES AT A SCALE OF 1: 500 ACCORDING TO SHOOTING DATA FROM A PHANTOM 4 QUADCOPTER

Shin E.R., Shchekina A.Yu, Cherkasov R.A.

Annotation: when obtaining high-quality data for compiling a topographical plan of the area, such difficulties as inaccessibility (namely, the object of research, linear dependence of the time to perform the necessary research on the scope of work, water obstacles, terrain features, etc.) can occur. Aerial photography is partly solve the problems of the topography described above. Today, aerial photography is being actively developed with the advent of light available aircraft (and especially important - unmanned). This technology allows you to bypass many difficulties and get a preliminary result in a very short time (one day). It is important to note that a rather large amount of time is required to obtain results using the “usual” geodetic method. Topoplans at a scale of 1: 500 according to a survey from a Phantom 4 quadcopter.

Key words: aircraft, aerial survey, topographic plan, quadrocopter.

Шин Е.Р., Щекина А.Ю., Черкасов Р.А. Технология создания топопланов масштаба 1:500 по данным съемки с квадракоптера Phantom 4 // Вектор ГеоНаук. 2019. Т.2. №1. С. 54-59.

Читайте также: