ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΧΩΡΟΤΑΞΙΑΣ & ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΧΩΡΟΤΑΞΙΑΣ & ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Διπλωματική Εργασία: «Η χρήση μη επανδρωμένου αεροχήματος για τη φωτογραμμετρική αποτύπωση της περιοχής Κράνος (Ασβεστοχωρίου)- Η σύγκριση 2 φωτογραμμετρικών λογισμικών» Νίκη Καρτσακλή Α.Ε.Μ 723 Επιβλέπων Καθηγητής: Στυλιανίδης Ευστράτιος, Αναπληρωτής Καθηγητής Α.Π.Θ Θεσσαλονίκη, Σεπτέμβριος 2018

2 Πνευματικά δικαιώματα Η διπλωματική εργασία με τίτλο «Η χρήση μη επανδρωμένου αεροχήματος για τη φωτογραμμετρική αποτύπωση της περιοχής Κράνος (Ασβεστοχωρίου)-Η σύγκριση 2 φωτογραμμετρικών λογισμικών» εκπονήθηκε από την υπογράφουσα φοιτήτρια του Τμήματος Μηχανικών Χωροταξίας και Ανάπτυξης του ΑΠΘ, Νίκη Καρτσακλή. Η εκπόνηση της εργασίας γίνεται στο πλαίσιο της ολοκλήρωσης των προπτυχιακών σπουδών, ενώ την ευθύνη για το περιεχόμενο, τις πηγές και τις αναφορές που χρησιμοποιούνται, φέρει αποκλειστικά ο υπογράφων την εργασία. 2

3 Στον πατέρα μου, 3

4 Ευχαριστίες Με την ολοκλήρωση της παρούσας προπτυχιακής ερευνητικής εργασίας θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον καθηγητή μου, κύριο Στυλιανίδη Ευστράτιο, για την ευκαιρία που μου έδωσε να ασχοληθώ με το συγκεκριμένο θέμα καθώς και για την εμπιστοσύνη, τη βοήθεια και τη γνώση που μου παρείχε κατά τη διάρκεια της συνεργασίας μας. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου, τους στενούς φίλους για τη στήριξη τους, καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της έρευνας. 4

5 Περιεχόμενα Ευρετήριο εικόνων... 6 Ευρετήριο πινάκων... 7 Συντομογραφίες... 8 Περίληψη Abstract Εισαγωγή Μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα Κατηγοριοποίηση των μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων(uav) Σύνθεση του συστήματος των μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων (UAV) Προγράμματα παραγωγής φωτογραμμετριών μοντέλων που η λήψη των εικόνων γίνεται μέσω UAVs (Drone) Desktop εφαρμογές-λογισμικά ή Διαδικτυακές εφαρμογές επί πληρωμή Desktop εφαρμογές-λογισμικά επί πληρωμή Διαδικτυακές εφαρμογές ανοικτού κώδικα Εναέρια αποτύπωση της περιοχής μελέτης-κράνος και τα όργανα επεξεργασίας Περιοχή Μελέτης- Κράνος (Ασβεστοχώρι Θεσσαλονίκης) Το μη επανδρωμένο όχημα DJI PHANTOM GPS Topcon HiPer SR συστήματος GNSS Εναέρια αποτύπωση της περιοχής Επεξεργασία δεδομένων με 2 λογισμικά και η σύγκριση των αποτελεσμάτων τους Βασικές φωτογραμμετρικές έννοιες Δημιουργία φωτογραμμετρικού μοντέλου με χρήση του λογισμικού Agisoft PhotoScan και τα ποιοτικά αποτελέσματά του Δημιουργία του μοντέλου με χρήση του λογισμικού Agisoft PhotoScan Ποιοτικά αποτελέσματα του λογισμικού Agisoft PhotoScan Δημιουργία φωτογραμμετρικού μοντέλου με την χρήση του λογισμικού Pix4Dmapper και τα ποιοτικά αποτελέσματα του Δημιουργία του μοντέλου με χρήση του λογισμικού Pix4Dmapper Ποιοτικά αποτελέσματα του λογισμικού Pix4Dmapper Σύγκριση λογισμικών Συμπεράσματα Βιβλιογραφία

6 Ευρετήριο εικόνων Εικόνα 1: Ταξινόμηση με βάση το ευρός και το βάρος και την διάρκεια πτήσης των UAVs(πηγή: Watts, Ambrosia and Hinkley, 2012) Εικόνα 2: Aυτόματος πιλότος wookong - dji phantom 4 (πηγή: Σιφναίου, 2016) Εικόνα 3: Περιοχή μελέτης σε σχέση με την κεντρική Μακεδονία(πηγή: Ιδία επεξεργασία) 29 Εικόνα 4:Περιοχή μελέτης -Κράνος (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 5:Περιοχή Μελέτης-Κράνος με στοιχεία πτήσης (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 6: Παράδειγμα εικονοσημάτων- φωτοσταθερών (πηγή: Ίδια επεξεργασία) Εικόνα 7:Οι βασικοί παράμετροι περιγραφής του εσωτερικού προσανατολισμού μίας φωτογραφικής μηχανής(πηγή: Balletti et al., 2014) Εικόνα 8:Dense point cloud της περιοχής Sewu Shrine.(πηγή: Modeling et al., 2011) Εικόνα 9: 3D Άγαλμα από το λογισμικό Agisoft PhotoScan (πηγή: Μακατουνάκης Χαράλαμπος, 2016) Εικόνα 10: 3D πλέγμα mesh που δημιουργείται από τις επικαλυπτόμενες εικόνες (πηγή: Hawkins,2016) Εικόνα 11:Ορθομωσαϊκό (πηγή: URL33) Εικόνα 12:Εικόνα DEM (πηγή: URL35) Εικόνα 13: Εικόνα DTM (πηγή: URL35) Εικόνα 14: Εικόνα DSM (πηγή: URL35) Εικόνα 15: Αρχική Εικόνα του λογισμικού Agisoft Photoscan (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 16:Προβολικό σύστημα (πηγή: Ίδια επεξεργασία) Εικόνα 17: Αεροτριγωνισμός-ευθυγράμμισή εικόνων υπό το Agisoft Photoscan(πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 18:Συνολική εικόνα αεροτριγωνισμού των εικόνων (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 19 : Δημιουργία Dense point cloud (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 20: Συνολική εικόνα Dense point cloud της περιοχής μελέτης (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 21: Δημιουργία 3D mesh (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 22: Δημιουργία 3D μοντέλου (πηγή: Ιδία Επεξεργασία) Εικόνα 23: Δημιουργία Tiled model (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 24: Δημιουργία DEM (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 25: Συνολική εικόνα DEM για την περιοχή μελέτης (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 26:Δημιουργία Ορθομωσαϊκού(πηγή: Ιδία Επεξεργασία) Εικόνα 27:Εικόνα Ορθομωσαϊκού περιοχής μελέτης (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 28:Εισαγωγή φωτογραφιών στο λογισμικό Pix4Dmapper (πηγή: Ιδία επεξεργασία) 61 Εικόνα 29 :Ορισμός κλίμακας φωτογραφιών στο Pix4Dmapper (πηγή: Ιδία επεξεργασία)

7 Εικόνα 30: Δημιουργία ζευγών κοινών σημείων των φωτογραφιών (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 31:Βαθμονόμηση φωτογραφιών και κάμερας (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 32: Συνολική εικόνα με ευθυγραμμισμένες τις φωτογραφίες και των κοινών σημείων τους (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 33: Εικόνα με τα 7 control points (πηγή: Ιδία επεξεργασίας) Εικόνα 34: Δημιουργία point cloud (πηγή: Ιδία επεξεργασίας) Εικόνα 35:Δημιουργία 3D μοντέλου του Κράνους (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 36: Δημιουργία Point cloud densification (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 37: Συνολική εικόνα Dense point cloud και 3D μοντέλου (πηγή: Ιδία επεξεργασία). 69 Εικόνα 38: Δημιουργία DSM και ορθομωσαϊκού (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 39: DSM μοντέλο της περιοχής μελέτης Κράνος (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 40: Ορθομωσαϊκό της περιοχής μελέτης Κράνους (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 41: Ανάλυση και δημιουργία του DTM και γραμμών περιγράμματος (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 42:DTM μοντέλο της περιοχής μελέτης- Κράνος (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Ευρετήριο πινάκων Πίνακας 1: :Πίνακας διαχωρισμού των UAVs σε υποκατηγορίες ανάλογα με τη μάζα και το μέγιστο εύρος δράσης τους (πηγή: Korchenko and Illyash, 2013) Πίνακας 2:Πίνακας ταξινόμησης των UAVs με βάση την τροφοδοσία τους και τη σχέση τους με τον αέρα(πηγή: HENRI EISENBEIß, 2009) Πίνακας 3: Πίνακας χαρακτηριστικών βαθμονόμησης της κάμερας (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Πίνακας 4: Πίνακας συντεταγμένων των σημείων ελέγχου (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Πίνακας 5: Σφάλματα ανά σημείο ελέγχου σε μέτρα και σε pixel ( πηγή: Iδία επεξεργασία) Πίνακας 6: Eρωτηματολόγιο ποιοτικών χαρακτηριστικών του λογισμικού Agisoft PhotoScan (πηγή: Ιδία επεξεργασίας) Πίνακας 7: Πίνακας σφαλμάτων ανά σημείο ελέγχου για x,y,z και pixel (πηγή:iδία επεξεργασία) Πίνακας 8: Eρωτηματολόγιο ποιοτικών χαρακτηριστικών για το λογισμικό Pix4Dmapper (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Πίνακας 9: Πίνακας συγκρίσεων ποσοτικό χαρακτηριστικών των Agisoft PhotoScan και Pix4Dmapper (πηγή: Ιδία επεξεργασία)

8 Συντομογραφίες Ξενόγλωσσες 3D: Three-dimensional (Tρισδιάστατα) CA: Civil Aviation (Πολιτική Αεροπορία) CR: Close Range (Κλειστή εμβέλειας) DEC: Decoy DEM: Digital Elevation Model (Ψηφιακό μοντέλο ανύψωσης) DSM: Digital Surface Model (Ψηφιακό μοντέλο εδάφους) DTM: Digital Terrain Model (Ψηφιακό μοντέλο επιφάνειας) EXO: Exostratospheric FSED: Full scale engineering development (Σύστημα ανάπτυξης πλήρους κλίμακας) GCP: Ground Control Points (Φωτοσταθερά- σημεία ελέγχου) GNSS: Global navigation satellite system (Παγκόσμιο δορυφορικό σύστημα πλοήγησης) GPS: Global Positioning System (Συστήματα εντοπισμού θέσης HALE: High Altitude Long Endurance (Μεγάλου υψομέτρου μεγάλης αντοχής) INS: Inertial Navigation System (Αδρανειακό σύστημα πλοήγησης) MA: Military Aviation (Στρατιωτική αεροπορία) MALE: Medium Altitude Long Endurance (Μεσαίο υψόμετρο μεγάλη αντοχή) MR: Medium Range (Μεσαίας εμβέλειας) MRE: Medium Range Endurance (Μεσαίας εμβέλειας αντοχής) LADP: Low Altitude Deep Penetration (Βαθιά διείσδυση σε χαμηλό υψόμετρο) LALE: Low Altitude Long Endurance (Χαμηλό υψόμετρο μεγάλης αντοχής) LETH: Lethal (Θανατηφόρα μη επανδρωμένα αεροσκάφη μάχης) PPS: Precise positioning service (Ακριβής υπηρεσία εντοπισμού θέσης) ROA: Remotely Operated Aircraft (Εξ αποστάσεως μηχανοκίνητο αεροσκάφος) RPA: Remotely Piloted Aircraft (Τηλεκατευθυνόμενο εναέριο όχημα) RPV: Remotely Piloted Vehicle (Τηλεχειριζόμενο αεροσκάφος) SAR: Synthetic Aperture Radar (Ραντάρ συνθετικού διαφράγματος) SR: Short Range (Μικρής εμβέλειας) SPS: Τυπικό σύστημα εντοπισμού θέσης (Standard positioning system) UAS: Unmanned Aircraft Systems (Μη επανδρωμένα εναέρια συστήματα 8

9 UAV: Unmanned Aerial Vehicles (Μη επανδρωμένο όχημα) UCAV: Unmanned Combat Aerial Vehicle (Μη επανδρωμένα αεροσκάφη μάχης) UVS: Unmanned Vehicle Systems (Μη επανδρωμένα συστήματα οχημάτων) 9

10 Περίληψη Η παρούσα Διπλωματική εργασία με τίτλο «Η χρήση μη επανδρωμένου αεροχήματος για τη φωτογραμμετρική αποτύπωση της περιοχής Κράνος (Ασβεστοχωρίου)- Η σύγκριση 2 φωτογραμμετρικών λογισμικών» έχει ως σκοπό την κατανόηση της χρήσης, της λειτουργίας των μη επανδρωμένων αεροχημάτων καθώς και τη σύγκριση 2 λογισμικών φωτογραμμετρικής παραγωγής. Αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο πραγματοποιείται η εισαγωγή στη διπλωματική εργασία όπου παρουσιάζεται ο σκοπός εκπόνησής της. Έπειτα στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο ορισμός των μη επανδρωμένων αεροχημάτων (UAV), μια βασική κατηγοριοποίηση των UAVs με βάση τα χαρακτηριστικά τους, τα συστατικά μέρη τους και βάση των τριών βασικών μερών αυτών: το σταθμό ελέγχου, την πλατφόρμα εξάρτησης και το ωφέλιμο φορτίο. Τέλος παρουσιάζονται τα προγράμματα-εφαρμογές φωτογραμμετρικής παραγωγής τους. Στο τρίτο κεφάλαιο, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στο κύριο μέρος της διπλωματικής εργασίας που απαρτίζεται από την περιγραφή των βασικών χαρακτηριστικών της περιοχής μελέτης που είναι το Κράνος στο Ασβεστοχώρι της Θεσσαλονίκης, τα χαρακτηριστικά του μη επανδρωμένου οχήματος καθώς και του GPS που χρησιμοποιήθηκαν για την αποπεράτωση της μελέτης αυτής καθώς και τη διαδικασία της εναέριας αποτύπωσης της περιοχής. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται κάποιοι βασικοί ορισμοί για τη διαδικασία παραγωγής φωτογραμμετρικών 3D μοντέλων. Έπειτα παρουσιάζονται οι διαδικασίες για την παραγωγή του μοντέλου της περιοχής μελέτης και από τα 2 λογισμικά Pix4Dmapper και PhotoScan, των ποιοτικών χαρακτηριστικών τους καθώς και η σύγκριση τους, στα ποσοτικά αλλά και ποιοτικά αποτελέσματα τους. Η εργασία ολοκληρώνεται στο πέμπτο κεφάλαιο με την καταγραφή των συμπερασμάτων, όπου γίνεται μια γενική επισκόπηση αρχικά για τα ίδια τα UAVs, αλλά και τη σύγκριση των 2 λογισμικών. 10

11 Abstract This diploma thesis, titled "The use of unmanned aircraft for photogrammetric surveying of the location Kranos (Asvestochori)-The comparison of 2 photogrammetric software", has the purpose of understanding the use and the operation of unmanned aerial vehicles as well as comparing the 2 software application that produce the results. Initially, in the first chapter contains the introduction to the diploma thesis as well as its purpose. In the second chapter the definition of unmanned systems, is presented and the basic categorization based on the characteristics of unmanned vehicles, the basic parts of UAVs, based on their three main components: the control station, the platform and the payload and photogrammetric production programs and applications. In the third chapter the focus is on the description of the key features of the study area which is Kranos in Asvestochori, Thessaloniki, the characteristics of the unmanned vehicles, as well as the GPS used to complete this study and last the aerial mapping process of the study area. In the fourth chapter, some basic definitions for the process of producing photogrammetric 3D models are presented. Afterwards, the procedures executed in two software applications, Pix4Dmapper and Photoscan, which result in the production of the photogrammetric models of the study area are presented. Moreover, the quality features of the two software applications and their comparison based on their quantitative and qualitative characteristics is conducted. The thesis is completed in the fifth chapter with the conclusions, that include a general overview about the UAVs and sums up with the comparison and eventually an evaluation of the two software applications. 11

12 1. Εισαγωγή Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η εμβάθυνση σχετικά με τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα λήψης εικόνων. Αντικείμενο της έρευνας είναι η σύγκριση των 2 προγραμμάτωνλογισμικών. Πέρα από αυτό γίνεται μια μικρή ανάλυση για τα UAVs, τη δημιουργία των μη επανδρωμένων συστημάτων και τη σύνθεση αυτών. Στο παρόν κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, γίνεται μια γενική εισαγωγή στο θέμα της εργασίας, το σκοπό και τη βασική δομή της. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται οι γενικές πληροφορίες για τη φύση και το περιεχόμενο των UAVs. Αρχικά, αναφέρονται μερικοί από τους βασικούς ορισμούς για τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα. Στη συνέχεια γίνεται η κατηγοριοποίηση τους ανάλογα με τα βασικά χαρακτηριστικά τους. Επίσης γίνεται μια ανάλυση με την παράθεση των στοιχείων και το διαχωρισμό των πληροφοριών, με σκοπό την περιγραφή των βασικών μερών της σύνθεσης ενός UAV. Τέλος, παρουσιάζονται κάποια από τα βασικά προγράμματα παραγωγής φωτογραμμετρικού μοντέλου από εικόνες των οποίων η λήψη γίνεται από τα UAVs καθώς και η παραγωγή των τρισδιάστατων μοντέλων. Συγκεκριμένα διαχωρίζονται στις διαδικτυακές εφαρμογές ανοικτού κώδικα ή επί πληρωμή καθώς και των λογισμικών για τις οποίες απαιτείται άδεια επί πληρωμή. Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται η παρουσίαση της περιοχής όπου έγινε πτήση τoυ μη επανδρωμένου εναέριο οχήματος η οποία είναι το Κράνος στο Ασβεστοχώρι της Θεσσαλονίκης που κατά κύριο λόγο είναι μια περιοχή με αστική και αγροτική χρήση. Επίσης σε αυτό το κεφάλαιο γίνεται μια μικρή ανάλυση των οργάνων που χρησιμοποιήθηκαν για την αποπεράτωση εργασίας που είναι το UAV DJI PΗΑΝΤΟΜ 4 και το GPS Topcon HiPer SR συστήματος GNSS και παρουσιάζεται η διαδικασία της αποτύπωσης της περιοχής μελέτης. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται μέσω βιβλιογραφικής έρευνας, η παράθεση των βασικών φωτογραμμετρικών διαδικασιών για την 3D απεικόνιση του μοντέλου αυτού καθώς και των ψηφιακών μοντέλων ανύψωσης, εδάφους και επιφάνειας. Έπειτα γίνεται πλήρης ανάλυση των διαδικασιών που ακολουθήθηκαν για την παραγωγή του μοντέλου και για τα 2 προγράμματα Pix4Dmapper και Agisoft PhotoScan και των ποιοτικών αποτελεσμάτων τους με τη συμπλήρωση ενός ερωτηματολογίου από το χρήστη. Τέλος γίνεται σύγκριση και των ποιοτικών και των ποσοτικών χαρακτηριστικών-αποτελεσμάτων των λογισμικών αυτών, σύμφωνα με την προσωπική άποψη του συγγραφέα της παρούσας διπλωματικής έρευνας. Η εργασία ολοκληρώνεται με μια γενική αξιολόγηση και τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από την παρούσα έρευνα. 12

13 2. Μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα Τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (UAV), σύμφωνα με τον Van Blyenburgh,1999 όπως παρατίθεται από το (HENRI EISENBEIß,2009) νοούνται τα «ακατοίκητα και επαναχρησιμοποιήσιμα μηχανοκίνητα εναέρια οχήματα». Τα UAVs είναι οχήματα αυτόνομα, ημιαυτόνομα και τηλεχειριζόμενα ταυτόχρονα. Αυτό σημαίνει ότι τα UAVs μπορεί να είναι τηλεκατευθυνόμενα αεροσκάφη (δηλαδή η πτήση να γίνεται από πιλότο σε σταθμό ελέγχου εδάφους) ή μπορούν να πετάξουν αυτόνομα με βάση προγράμματα πτήσης. Επίσης αυτοί οι τύποι αεροχημάτων είναι ευέλικτοι μπορούν να φέρουν κάμερες, αισθητήρες και άλλες συσκευές ανίχνευσης για να την αναζήτηση και τον εντοπισμό των δεδομένων όλων σχεδόν των τύπων (URL1). Σύμφωνα με το (HENRI EISENBEIß, 2009) ο όρος UAV, χρησιμοποιείται ευρέως στην επιστήμη της φωτογραμμετρίας, της τηλεπισκόπησης, της ρομποτικής, στην τεχνητή νοημοσύνη καθώς και σε άλλες επιστήμες. Επιπρόσθετα, συνώνυμοι όροι των UAVs είναι οι εξής (HENRI EISENBEIß, 2009): 1. Remotely Operated Aircraft (ROA)-εξ αποστάσεως μηχανοκίνητο αεροσκάφος, 2. Remotely Piloted Aircraft (RPA)-τηλεκατευθυνόμενο εναέριο αερόχημα, 3. Remotely Piloted Vehicle (RPV)-τηλεχειριζόμενο αεροσκάφος, 4. Unmanned Vehicle Systems (UVS)-μη επανδρωμένα συστήματα οχημάτων Η πρώτη εμφάνιση των UAVs αλλά και η συνεχής εξέλιξη τους έγινε αρχικά για στρατιωτικές εφαρμογές αλλά η χρήση τους επεκτάθηκε ταχέως σε επιστημονικές, γεωργικές και άλλες εφαρμογές (π.χ: η αστυνόμευση, οι παραδόσεις προϊόντων, η αεροφωτογραφία κτλ.)(url2). 13

14 2.1 Κατηγοριοποίηση των μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων(uav) Τα UAVs συνήθως κατηγοριοποιούνται με βάση τα εξής χαρακτηριστικά: το πεδίο εφαρμογής τους, την κατεύθυνση απογείωσης-προσγείωσης, ανάλογα με το βάρος τους και το μέγιστο εύρος πτήσης και, τέλος, το είδος τους(korchenko and Illyash,2013). Όμως αυτή η κατηγοριοποίηση αντιμετωπίζει δυσκολίες, καθώς τα «όρια» που τίθενται μεταξύ των διαφόρων χαρακτηριστικών δεν είναι πάντα καθορισμένα. Βάση του πεδίου εφαρμογής τους, διαχωρίζονται στις χρήσεις της Στρατιωτικής Αεροπορίας (MA) και της Πολιτικής Αεροπορίας (CA). Με βάση την κατεύθυνση της απογείωσης και της προσγείωσης τους, χωρίζονται ως εξής: H κατεύθυνση της απογείωσης τους μπορεί να είναι: οριζόντια (H), κάθετη (V) και σε πολλαπλή ανύψωση. Η κατεύθυνση της απογείωσης έχει άμεση εξάρτηση από τον τύπο της πτέρυγας, από τις δυνατότητες απογείωσης και προσγείωσης τους και από τη δορυφορική τεχνολογία. H κατεύθυνση της προσγείωσης τους χωρίζεται στις εξής κατηγορίες: την οριζόντια (H), την κάθετη (V), το αλεξίπτωτο (P), τον ιστό (M), τη μη στάση (N) και το πολλαπλό πηδάλιο (δηλαδή με συνδυασμούς διάφορων τύπων προσγείωσης). Επίσης ανάλογα με το βάρος και το μέγιστο εύρος UAV πτήσης, τα UAVs διαιρούνται σε: τακτικά, λειτουργικά-τακτικά, στρατηγικά-λειτουργικά, στρατηγικά και ειδικά, που αναλύονται παρακάτω. Τακτικά: Τα Nano, Micro, Μίνι, κλειστής εμβέλειας-close Range (CR). Είναι κυρίως μικρού ή μεσαίου μεγέθους, το υψόμετρο της πτήσης φτάνει μέχρι τα 500km, η διάρκεια πτήσης είναι από 30 λεπτά μέχρι 2 ώρες και το βάρος του φτάνει έως 1.000kg. Λειτουργικά-τακτικά: Είναι μικρής εμβέλειας-short Range (SR), μεσαίας εμβέλειας- Medium Range (MR), μεσαίας εμβέλειας αντοχής-medium Range Endurance (MRE) και αυτά με βαθιά διείσδυση σε χαμηλό υψόμετρο-low Altitude Deep Penetration (LADP). Στρατηγικά-λειτουργικά: Είναι τα μεσαίου υψομέτρου μεγάλης αντοχής-medium Altitude Long Endurance (MALE) και τα χαμηλού υψομέτρου μεγάλης αντοχής-low Altitude Long Endurance (LALE). Μπορούν να πετάξουν σε υψόμετρο 5.500m έως 9.000m και κάποια μοντέλα μπορεί να φτάσουν τα m. Η χρονική διάρκεια λειτουργίας είναι 45 λεπτά μέχρι 2 ώρες, το μέσο βάρος τους είναι περίπου 200kg και έχουν εξωτερικά φορτία που φέρουν βάρος έως 900kg. Επίσης έχουν ενσωματωμένες απλοποιημένες κάμερες συνεχούς ροής σε βίντεο-προβολέα (χρώματος ή B/W) ή σε υπέρυθρο (B/W). Έπειτα επιτρέπονται ευέλικτες λειτουργίες κατάστασης πεδίου σε περιοχές χωρίς στερεούς επιφανειακούς διαδρόμους. Τέλος τα UAVs αυτού του είδους παίζουν σημαντικό ρόλο στα στρατιωτικά ζητήματα κυρίως για αμυντικά αλλά και για πολιτικά θέματα όπως η χαρτογράφηση και η επιτήρηση πυρκαγιών. 14

15 Στρατηγικά: Είναι τα μεγάλης αντοχής μεγάλου υψομέτρου-high Altitude Long Endurance (HALE). Τα UAVs αυτά, μπορούν να πετάξουν σε υψόμετρο έως m. Η χρονική διάρκεια λειτουργίας τους είναι από 24 έως 48 ώρες και το μέσο βάρος τους από 2.500kg έως 5.000kg. Ο ρόλος αυτών είναι κυρίως επιστημονικός με σκοπό τη συλλογή πληροφοριών σε παγκόσμιες κλίμακες (π.χ για να αξιολογηθεί η κλιματική αλλαγή σε μεγάλες περιοχές του πλανήτη, αλλά και η στρατηγική παρατήρηση φαινομένων που θα υποστηρίζονται από δορυφορικές παρατηρήσεις). Ειδικά: Είναι τα μη επανδρωμένα αεροσκάφη μάχης (UCAV), τα Θανατηφόρα-Lethal (LETH), τα Decoy (DEC), τα Stratospheric (STRATO), τα Exostratospheric (EXO) και τα SPACE. Το υψόμετρο τους μπορεί να φτάσει μέχρι τα m, με εσωτερικό βάρος 750kg και η διάρκεια πτήσης τους είναι από 30 ώρες έως 4 ημέρες. Τέλος αυτά τα UAVs είναι ιδιαίτερα δαπανηρά και χρησιμοποιούνται μόνο από τη NASA. Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά των υποκατηγοριών ανάλογα με τη μάζα και το μέγιστο εύρος δράσης τους. Κατηγορία Υποκατηγορία Μάζα (kg) Μέγιστο εύρος δράσης (km) Τακτικά (πτήσεις κοντινής εμβέλειας) Nano 0,025 έως 1 με επιστροφή χωρίς επιστροφή Micro κάτω των 5 κάτω των 10 κάτω από 20 Mini κάτω από 30 κάτω από 60 Κλείσιμο εύρους (CR) Λειτουργικά-Τακτικά Μικρής εμβέλειας (SR) Στρατηγικά- Λειτουργικά Μέση εμβέλεια (MR) Μεσαία Αντοχή (MRE) Βαθιά διείσδυση σε χαμηλό υψόμετρο (LADP) Χαμηλός υψόμετρο μακράς αντοχής (LALE) Μεσαίο υψόμετρο μεγάλη αντοχή (MALE) Στρατηγικά Μεγάλο υψόμετρο μεγάλη αντοχή (HALE) Ειδικά Μη επανδρωμένο αεροσκάφος μάχης (UCAV) Lethal (LETH) Decoy (DEC) Stratospheric (STRATO) Exostratospheric (EXO) SPACE Κάτω από το 2000 Κάτω από το 2000 Πάνω 1000 Πίνακας 1: :Πίνακας διαχωρισμού των UAVs σε υποκατηγορίες ανάλογα με τη μάζα και το μέγιστο εύρος δράσης τους (πηγή: Korchenko and Illyash, 2013). από Μέχρι 1500 Μέχρι

16 Εικόνα 1: Ταξινόμηση με βάση το ευρός και το βάρος και την διάρκεια πτήσης των UAVs(πηγή: Watts, Ambrosia and Hinkley, 2012) Τέλος, ανάλογα με το είδος τους, οι τύποι των UAVs διαιρούνται σε: αεροπλάνο, ελικόπτερο, μεταφορικό αεροπλάνο, αερόπλοιο και υβριδικό. Το αεροπλάνο, το ελικόπτερο και το αερόπλοιο έχουν τα ίδια χαρακτηριστικά με το μεταφορικό και το υβριδικό έχει τα ίδια χαρακτηριστικά με του ελικοπτέρου (Korchenko and Illyash, 2013). Ειδικότερα, σύμφωνα με το (HENRI EISENBEIß, 2009), τα παραπάνω είδη UAVs μπορούν να φέρουν σταθερά ή περιστρεφόμενα πτερύγια, να είναι ελαφρύτερα ή βαρύτερα από τον αέρα, και ακόμα να τροφοδοτούνται με μπαταρίες ή όχι. Στη συνέχεια παρουσιάζεται ένα πίνακας με την ταξινόμηση των υπαρχόντων UAVs: 16

17 Μη τροφοδοτούμενα- Unpowered Τροφοδοτούμενα- Powered Ελαφρότερα από τον αέρα Βαρύτερα από τον αέρα Ευέλικτα πτερύγια Μπαλόνι- Balloon Αιωρόπτερο - Hang glider Airship Αεροπλάνα Παραπέντε- Paraglider Χαρταετοί-Kites Παραπέντε- Paraglider Σταθερά πτερύγια Ανεμόπτερα - Gliders Προπέλα- Propeller Μηχανοκίνητα - Jet engines Περιστροφικά πτερύγια Χαρταετός με ρότορα Με ένα ρότορα-single rotors Με δύο ρήτορές(ομοαξονικά)-dual rotors(coaxial) Με τέσσερις ρότορες-quad rotors Με πολλούς ρότορες-multirotors Πίνακας 2:Πίνακας ταξινόμησης των UAVs με βάση την τροφοδοσία τους και τη σχέση τους με τον αέρα(πηγή: HENRI EISENBEIß, 2009) Αρχικά, τα UAVs τα οποία είναι ελαφρύτερα από τον άνεμο είναι λιγότερα αριθμητικά, σε σχέση με τα βαρύτερα, και είναι τα εξής δύο: τα μπαλόνια και τα αεροπλάνα. Τα μπαλόνια θεωρούνται μη τροφοδοτούμενα και κατά τη διάρκεια της πτήσης τους γίνεται έλεγχος από τα σχοινιά με αποτέλεσμα το ύψος να περιορίζεται μέχρι εκεί που μπορούν να φθάσουν τα σχοινιά και από την απόσταση τους από το χειριστή (HENRI EISENBEIß, 2009). Τα αεροπλάνα είναι τροφοδοτούμενα, έχουν την ικανότητα τους για παραμονή στον αέρα για μεγάλα χρονικά διαστήματα και είναι κατάλληλα για εφαρμογές που μελετώνται σε βάθος χρόνου (HENRI EISENBEIß, 2009). Μερικά UAVs που είναι βαρύτερα από τον αέρα διαιρούνται σε τρείς κατηγορίες με βάση το είδος των πτερυγίων τους που είναι τα εξής: τα ευέλικτα, τα σταθερά και των περιστροφικών πτερύγων. Tα UAVs των ευέλικτων πτερυγίων κατανέμονται στα αιωρόπτερα, στους χαρταετούς και είναι μη τροφοδοτούμενα. Ομοίως και τα παραπέντε, τα οποία υπάρχουν τόσο ως τροφοδοτούμενα αλλά και ως μη τροφοδοτούμενα (HENRI EISENBEIß, 2009). Τα UAVs των σταθερών πτερυγίων, είναι τα ανεμόπτερα (μη τροφοδοτούμενα), που χρησιμοποιούν τον άνεμο για να ανυψωθούν και να κινηθούν, οι προπέλες και τα μηχανοκίνητα, τα οποία κινούνται με έλικες ή στροβιλοκινητήρες, ωστόσο δεν είναι ευέλικτα στους ελιγμούς αλλά μπορούν να μένουν στον αέρα για μεγάλο χρονικό διάστημα και σε περιοχές μεγάλης έκτασης (HENRI EISENBEIß, 2009). Τέλος, τα UAVs των περιστρεφόμενων πτερυγίων είναι οι χαρταετοί με ρότορα που είναι μη τροφοδοτούμενο σύστημα και τα UAVs που απαρτίζονται από μονά, διπλά, τετραπλά και πολύ-ροτορικά συστήματα (HENRI EISENBEIß, 2009). 17

18 Tα συστήματα μονού ρότορα, έχουν ένα βασικό στροφείο που βοηθά στην ανύψωση και δίνει ώθηση καθώς και ένα δεύτερο στροφείο στην ουρά του συστήματος για να αντισταθμίζει την περιστροφική κίνηση και τη ροή του συστήματος. Τα συστήματα διπλού ρότορα ή τα ομοαξονικά συστήματα, έχουν αυξημένο ωφέλιμο φορτίο και λειτουργούν σε μεγάλα υψόμετρα με ίδια ισχύ του κινητήρα, αλλά με χαμηλό επίπεδο θορύβου. Υπάρχει ένα μειονέκτημα των διπλών ροτορικών συστημάτων, ότι έχουν δύο κύριους ρότορες που είναι συναρμολογημένοι στον ίδιο άξονα του δρομέα, οι οποίοι πρέπει να περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις, με συνέπεια την αυξημένη μηχανική πολυπλοκότητα του ρότορα. Τέλος τα πολύ-ροτορικά συστήματα χαρακτηρίζονται από το μικρό ωφέλιμο φορτίο καθώς είναι εξοπλισμένα με ελαφρούς και χαμηλού κόστους αισθητήρες. Επίσης σε σχέση με τα μονό-ροτορικά και διπλό-ροτορικά συστήματα, το μικρό τους μέγεθος τα καθιστά ευέλικτα και ικανά να πετούν και σε εσωτερικούς αλλά και σε εξωτερικούς χώρους (Eisenbeiß, 2009). Συμπερασματικά, τα συστήματα μονού και διπλού ρότορα έχουν περισσότερη ισχύ από τα συστήματα τεσσάρων και πολλαπλών ροτότων επειδή είναι σε θέση να μεταφέρουν περισσότερα ωφέλιμα φορτία που είναι τοποθετημένα στο UAV. 18

19 2.2 Σύνθεση του συστήματος των μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων (UAV) Ένα σύστημα UAV αποτελείται από ένα μεγάλο αριθμό υποσυστημάτων, εκ των οποίων το αερόχημα δεν είναι παρά μόνο ένα από αυτά. Τα βασικά υποσυστήματα ενός UAV συστήματος είναι τα εξής (Austin, 2010): 1. Σταθμός Ελέγχου-Control Station (CS) 2. Το ωφέλιμο φορτίο-the Payload 3. Το αεροσκάφος-the Air vehicle 4. Σύστημα πλοήγησης-navigation system 5. Εξοπλισμός δρομολόγησης, αποκατάστασης και ανάκτησης-launch, recovery and retrieval equipment 6. Επικοινωνίες-Communications 7. Διασυνδέσεις-Interfaces 8. Εγχειρίδιο υποστήριξης-support Equipment 9. Μεταφορά-Transportation Όλα αυτά μαζί συμβάλλουν στην ολοκλήρωση ενός τέτοιου είδους συστήματος, προκειμένου να εξασφαλιστεί η ορθή λειτουργία του. Με απλά λόγια, είναι πολύ σημαντικό για την λειτουργία ενός UAV, το κάθε υποσυστήμα του UAV να αντιμετωπίζεται ως κομμάτι του συνόλου. Βέβαια, καθένα από τα υποσυστήματα δεν είναι πιο σημαντικό από τα άλλα και μπορεί να έχει και άλλες χρήσεις. Ανάλογα με τον τύπο του συστήματος των UAVs, αυτά θα πρέπει να είναι σε θέση να λειτουργούν ταυτόχρονα και οι διασυνδέσεις τους είναι μεγάλης σημασίας. Πέρα από τα βασικά υποσυστήματα ενός UAV, σημαντικό είναι η αλληλεπίδραση του με το περιβάλλον για την πραγματοποίηση της έρευνας και έχει εξάρτηση από τις καιρικές και τις περιβαλλοντικές συνθήκες της εκάστοτε περιοχής που μελετάται (Austin, 2010). Τα υποσυστήματα αυτά, ταξινομούνται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες, οι οποίες είναι οι εξής: 1. Ο σταθμός εδάφους-ελέγχου: είναι το κέντρο ελέγχου της πτήσης του αεροχήματος και σε αυτόν οι εντολές και τα τηλεμετρικά δεδομένα που καταγράφονται από το αερόχημα επεξεργάζονται και προβάλλονται. Είναι μια σταθερή ή μεταφερόμενη συσκευή για την παρακολούθηση και το χειρισμό του UAV και η λειτουργία της διευκολύνει την παρακολούθηση, το χειρισμό και την αξιοποίηση των πληροφοριών του UAV. (Colomina and Molina, 2014). Οποιαδήποτε αλλαγή στη διαδρομή και τα αποτελέσματα των αισθητήρων του ωφέλιμου φορτίου αποστέλλονται και ελέγχονται στο σταθμό ελέγχου. Το μέσο μετάδοσης από το σταθμό ελέγχου στο αεροσκάφος μπορεί να είναι είτε οι ραδιοσυχνότητες είτε ακτίνα λέιζερ είτε οπτικές ίνες (Austin, 2010). 19

20 Επίσης πραγματοποιούνται 2 ειδών επικοινωνίες μέσω του σταθμού ελέγχου που είναι οι εξής: Προς τα πάνω σύνδεση (από το σταθμό εδάφους στο αερόχημα) και Προς τα κάτω σύνδεση (από το αερόχημα στο σταθμό εδάφους). Επιπρόσθετα, το κέντρο ελέγχου της λειτουργίας, της διασύνδεσης του χειριστή και της μηχανής προσχεδιάστηκε για την αποστολή της πτήσης του UAV και για τη δρομολόγηση και την ανάκτηση του UAV και περιέχει συστήματα επικοινωνίας με άλλα εξωτερικά συστήματα. Όλα τα παραπάνω επιμέρους στοιχεία του κέντρου ελέγχου μπορούν να περιλαμβάνουν την απόκτηση στοιχείων καιρού, τη μεταφορά των πληροφοριών και άλλα συστήματα του δικτύου (Austin, 2010). Τέλος τα UAVs που έχουν εμπορική χρήση δεν χρησιμοποιούν διαχωριζόμενο σύνολο UAVs και σταθμού ελέγχου, αλλά καινοτομίες όπως ένα φορητό επίγειο σταθμό ελέγχου (Colomina and Molina, 2014). 2. Η πλατφόρμα εξάρτησης: Οι πλατφόρμες εξάρτησης θεωρούνται τα μπαλόνια, οι χαρταετοί και τα αεροσκάφη. Ουσιαστικά o τύπος και η απόδοση των συστημάτων και των αεροχημάτων καθορίζεται από τις ανάγκες της εκάστοτε αποστολής. Οι πιο σημαντικοί παράγοντες για το σχεδιασμό και τη διαμόρφωση του αεροσκάφους είναι το εύρος λειτουργίας, η ταχύτητα του αέρα και η αντοχή (Austin, 2010). Πιο αναλυτικά, η αντοχή και το εύρος καθορίζουν το φορτίο καυσίμου που απαιτείται για την αποστολή. Έπειτα η ταχύτητα του, καθορίζεται από το αν το UAV είναι ελαφρύτερο ή βαρύτερο από τον αέρα και αν είναι σταθερών ή περιστρεφόμενων πτερυγίων. Επιπρόσθετα τα UAVs αποτελούνται από μια πλατφόρμα εξάρτησης εναέριας μορφής με σταθερές βάσεις και για μεταφορά τους μπορούν να αποσυναρμολογηθούν και να μεταφερθούν με ειδικό εξοπλισμό. Επίσης μεταφέρουν μια κάμερα ορατού φάσματος και πετούν αυτόματα. Το αεροσκάφος πετάει με σταθερή ταχύτητα και έχει την ικανότητα να αιωρείται (Colomina and Molina, 2014). Πιο συγκεκριμένα ο ειδικός εξοπλισμός χωρίζεται ως εξής (Austin, 2010) : Ο εξοπλισμός στήριξης περιέχει οδηγίες λειτουργίας και συντήρησης του συστήματος, μέσω των εργαλείων και πληροφοριών για τον ειδικό εξοπλισμό των δοκιμών αλλά και τις προμήθειες που κρίνονται απαραίτητες. Ο εξοπλισμός εκτόξευσης είναι για τα UAVs που δεν έχουν κατακόρυφη ικανότητα πτήσης ούτε έχουν πρόσβαση σε διάδρομο. Αυτός ο εξοπλισμός, παίρνει τη μορφή ενός διαδρόμου κατά το μήκος του αεροσκάφους, που επιταχύνεται σε μια μπάρα κύλισης, έως ότου το αεροσκάφος φτάσει σε ταχύτητα που έχει την δυνατότητα να πετάξει. Ο εξοπλισμός αποκατάστασης είναι για τα UAVs που δεν έχουν κάθετη ικανότητα πτήσης και το αλεξίπτωτο είναι εγκατεστημένο μέσα στο UAV. Επιπλέον, αποτελεί μέσο για την απορρόφηση της κρούσης και περιλαμβάνει αερόσακο ή ένα μεγάλο δίχτυ. 20

21 Ο εξοπλισμός ανάκτησης απαιτείται για τη μεταφορά του αεροχήματος πίσω στο εκτοξευτή του και είναι αρκετά ελαφρύς για να μεταφερθεί από τον χειριστή. 3. Το ωφέλιμο φορτίο: Παλαιότερα, ο όρος αποδιδόταν σε βάρος που μεταφερόταν από ένα αερόχημα. Πλέον, το ωφέλιμο φορτίο είναι μέρος του αεροχήματος, που μεταφέρεται για την επίτευξη της εκάστοτε αποστολής. Ουσιαστικά, το ωφέλιμο φορτίο στα UAVs είναι οι κάμερες, τα λέιζερ ή αισθητήρες ραντάρ κτλ. Ένα τέτοιο σύστημα, ανάλογα με τις αποστολές, μπορεί να διαθέτει διαφορετικά ωφέλιμα φορτία. Επίσης ο τύπος και η απόδοση των ωφέλιμων φορτίων καθορίζεται από τις ανάγκες της εκάστοτε αποστολής. Αυτά μπορεί να είναι από μια βιντεοκάμερα με σταθερό φακό και με μάζα περίπου 200g έως ραντάρ υψηλής ισχύος με τροφοδοτικά και με μάζα να φθάνει τα 1.000kg (Austin, 2010). Τα πιο σύγχρονα και εξελιγμένα UAVs έχουν διαφορετικό τύπο αισθητήρων εντός του ωφέλιμου φορτίου. Τα δεδομένα αυτών, μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία με σκοπό να παραχθούν πληροφορίες (δεδομένα) που δεν παρέχονται με τη χρήση ενός τύπου αισθητήρα (Colomina and Molina, 2014). Για εφαρμογές απεικόνισης, το ωφέλιμο φορτίο της πλοήγησης και του προσανατολισμού αναφέρεται στους αισθητήρες του, και είναι η εξής 2 κατηγορίες: oι εικονοληπτικοί και οι αισθητήρες πλοήγησης. Εικονοληπτικοί αισθητήρες: Ουσιαστικά γίνεται διάκριση μεταξύ αισθητήρων ορατού φάσματος, πολυφασματικές κάμερες, υπερφασματικές κάμερες θερμικού,κάμερες θερμικής απεικόνισης, σαρωτές λέιζερ και ραντάρ. Αισθητήρες ορατού φάσματος: Οι οπτικές ή αλλιώς φωτογραφικές μηχανές «ορατού φωτός», λειτουργούν σε κλίμακα μήκους κύματος 0,4-0,7μm. Το φως εστιάζεται μέσα από φακούς και σε ειδικούς υποδοχείς όπου η εικόνα μετατρέπεται και εμφανίζεται σε μια οθόνη ή κωδικοποιείται σε ραδιοφωνική συχνότητα για τη μετάδοση της στο σταθμό λήψης (Austin, 2010). Πολυφασματικές κάμερες: Οι αισθητήρες αυτοί, λειτουργούν σε συγκεκριμένες περιοχές των 350nm έως 1000nm του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και μπορούν να συλλέγουν στοιχεία από τις στενές ζώνες φωτός, προκειμένου ο χρήστης να μπορεί να εντοπίσει την ανωμαλία του εδάφους. Μια πολυφασματική κάμερα με πολλά κανάλια και με ειδικά φίλτρα από το χρήστη κάνει δυνατό ένα τέτοιο εντοπισμό. Το αποτέλεσμα είναι ότι μπορεί να έχουν ένα συνδυασμό πολλαπλών συστοιχιών των ορατών, NIR και IR δυνατοτήτων ανίχνευσης (Σιφναίου, 2016). Υπερφασματικές κάμερες : Οι υπερφασματικοί αισθητήρες συλλέγουν πληροφορίες από ένα σύνολο εικόνες. Η κάθε εικόνα αντιπροσωπεύεται από ένα εύρος μήκους κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, που ορίζεται ως φασματική ζώνη. Οι «εικόνες» συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα τρισδιάστατο (x,y,λ) υπερφασματικό κύβο δεδομένων με σκοπό την επεξεργασία όπου x και y είναι 2 χωρικές διαστάσεις της σκηνής, και λ η φασματική. Έτσι οδηγείται να συλλαμβάνει περισσότερες ζώνες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος 21

22 και ένα ευρύτερο φάσμα μηκών κύματος. Σε μερικές περιπτώσεις, οι εικόνες στην περιοχή είναι των 350nm έως 2500nm σε πολύ υψηλές αναλύσεις (Σιφναίου, 2016). Κάμερα θερμικής απεικόνισης: Η θερμική ακτινοβολία καλύπτει από τα μεγαλύτερα μήκη κύματος των 0,7μm-1000μm. Οι κάμερες θερμικής απεικόνισης μπορεί να καλύπτουν τα δύο τμήματα των 3-5μm και 7-15μm αντίστοιχα. Αυτά τα τμήματα είναι μικρού και μεγάλου μήκους κύματα IR αντίστοιχα. Η θερμική ακτινοβολία, εστιάζει σε ειδικούς υποδοχείς της κάμερας που μετατρέπουν την οθόνη σε μονόχρωμη και μπορεί να την αναγνωρίζει το ανθρώπινο μάτι. Επίσης οι διαφορετικές συνθήκες μπορεί να προσδιορίσουν την καθαρότητα της εικόνας. Τέλος όλες οι εμπορικές φωτογραφικές μηχανές λειτουργούν στο φάσμα 8 έως 14μm μακριά από την θερμική περιοχή του φάσματος (Austin, 2010). Laser σαρωτές: Σύμφωνα με τον (Weber & Lohr, 1999) που παραθέτεται από τη (Σιφναίου, 2016) η εκπομπή laser ακτινοβολίας γίνεται σε μήκος κύματος που είναι μονοχρωματική και ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο ενεργό υλικό παράγονται οι ακτίνες laser που καλύπτουν ένα μεγάλο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Έτσι, τα laser ακτινοβολίας δημιουργούνται με μήκη κύματος που ανήκουν από το υπεριώδες έως και το μακρό υπέρυθρο τμήμα του φάσματος. Ουσιαστικά οι σαρωτές laser χρησιμοποιούν τις ιδιότητες της ακτίνας laser για να μετρήσουν την απόσταση από ένα στόχο. Τέλος η βασική ιδιότητα την οποία εκμεταλλεύονται είναι η υψηλή συνεκτικότητα και οι laser σαρωτές είναι κύριο χαρακτηριστικό στα συστήματα LiDAR. Radar: Το σύστημα radar χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση του εδάφους από το UAV γνωστό ως ραντάρ συνθετικού διαφράγματος (SAR). Ουσιαστικά η ίδια κεραία χρησιμοποιείται για να εκπέμπει το εξερχόμενο σήμα και την παραλαβή του επιστρεφόμενου σήματος. Επίσης τοποθετείται πλαγίως και σε κάθετη προς την κατεύθυνση της πτήσης και σαρώνεται προς τα κάτω. Το εύρος του μήκους κύματος των ραντάρ συνήθως 5-15cm (Colomina and Molina, 2014). Οι παλμοί ραντάρ είναι σε διάφορους βαθμούς και όταν φτάσουν σε ένα αντικείμενο η ποσότητα του σήματος επιστρέφει και προσδιορίζει τη σχετική φωτεινότητα της εικόνας (Austin, 2010). Αισθητήρες Πλοήγησης: Σε κάθε πτήση ενός UAV ανά πάσα στιγμή, κατά τη διάρκεια της πτήσης του UAV είναι απαραίτητο να είναι γνωστή η θέση που έχει (Austin, 2010). 22

23 Σε ένα UAV, ο αυτόματος πιλότος είναι ο βασικός αισθητήρας πλοήγησης και είναι ο εγκέφαλος του συστήματος που ελέγχει τη θέση του αεροσκάφους, την ταχύτητα και χρησιμοποιεί παραμέτρους για να τροφοδοτήσει το σύστημα ελέγχου πτήσης για την καθοδήγηση του. Σε ένα τέτοιο σύστημα κάποια από τα συστατικά μέρη για την πλοήγησης αποτελούν το GNSS, τα γυροσκόπια, το βαρόμετρο, η πυξίδα και ο αισθητήρας προσδιορισμού ύψους κτλ. Επίσης ο αυτόματος πιλότος ελέγχεται μέσω του συστήματος ραδιοελέγχου από το χειριστή στο έδαφος, που είναι σχεδιασμένο να ακολουθεί το σχέδιο πτήσης και μπορεί να καθορίζει τη διαδικασία απογείωσης και προσγείωσης του αεροσκάφους, και την αιώρηση του πάνω από κάποιο προκαθορισμένο σημείο. Ο αυτόματος πιλότος του UAV χρησιμοποιεί δεδομένα από το GPS για να παρέχει συντεταγμένες της θέσης του UAV σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή (Colomina and Molina, 2014). Εικόνα 2: Aυτόματος πιλότος wookong - dji phantom 4 (πηγή: Σιφναίου, 2016) Τα γυροσκόπια είναι συσκευές για τη μέτρηση της διατήρησης του προσανατολισμού και της περιστροφής ενός UAV και επιτρέπει την ακριβή αναγνώριση της κίνησης μέσα σε τρισδιάστατο χώρο. Οι αισθητήρες προσδιορισμού του υψομέτρου υπολογίζουν το ύψος του UAV σε σχέση με το έδαφος, χρησιμοποιώντας παλμούς χρονισμού του ραδιοφώνου, λέιζερ ή ακουστικής ενέργειας μέσω του χρόνου που επιστρέφει σε αυτό. Οι αισθητήρες αυτοί διαφέρουν ως προς την ακρίβεια τους, ανάλογα με τη συχνότητα και τη δύναμή τους (Austin, 2010) Τα βαρόμετρα υπολογίζουν την ατμοσφαιρική πίεση και προσαρμόζονται με τις εκάστοτε ατμοσφαιρικές αλλαγές, την ώρα και την περιοχή που γίνεται η οποιαδήποτε πτήση. Τα επιταχυνσιόμετρα μετρούν τις δυνάμεις της επιτάχυνσης, τόσο στις στατικές και τις δυναμικές δυνάμεις. Επίσης με τη βοήθεια της στατικής επιτάχυνσης της βαρύτητας εντοπίζεται η γωνία κλίσης του UAV σε σχέση με το έδαφος, ενώ ανιχνεύεται το ποσό της δυναμική επιτάχυνσης. Στο παρελθόν, τα UAVs για τον εντοπισμό ενός αντικειμένου έπρεπε να μεταφέρουν ένα περίπλοκο, δαπανηρό και βαρύ αδρανειακό σύστημα πλοήγησης (INS) ή ένα λιγότερο 23

24 εξελιγμένο INS με χαμηλό κόστος, που απαιτούσε συχνή ενημέρωση της θέσης του από το κέντρο ελέγχου μέσω συνδέσμου επικοινωνίας. Σήμερα, η διαθεσιμότητα ενός συστήματος εντοπισμού θέσης-gps έχει πρόσβαση σε πληροφορίες θέσης από ένα σύστημα γης και δορυφόρων. Ουσιαστικά είναι ένας δέκτης, που υπολογίζει τη θέση χρησιμοποιώντας τα σήματα από 4 δορυφόρους. Τέλος το GPS κατηγοριοποιείται ανάλογα με τη χρήση του σε: ακριβής υπηρεσία εντοπισμού θέσης-precise Positioning Service (PPS) για στρατιωτική χρήση και τυπικό σύστημα εντοπισμού θέσης-standard Positioning System (SPS) για άλλες χρήσεις (Austin, 2010). 24

25 2.3 Προγράμματα παραγωγής φωτογραμμετριών μοντέλων που η λήψη των εικόνων γίνεται μέσω UAVs (Drone) Η εξέλιξη της τεχνολογίας σε ό,τι αφορά τα UAVs επιτρέπει την απόκτηση υψηλής ανάλυσης γεωγραφικών δεδομένων, δίνει τη δυνατότητα στους επιστήμονες-ερευνητές να προσεγγίσουν περιοχές απομακρυσμένες και δύσβατες καθώς και την επίλυση διάφορων προβλημάτων που θα ήταν αδύνατο να ολοκληρωθούν μέσω επίγειων μεθόδων αποτύπωσης. Τα UAVs μπορούν να προσφέρουν λύσεις σε πληθώρα εφαρμογών και ποικίλων επιστημονικών πεδίων. Επίσης εξαιτίας της ανάγκης για να μελετηθούν οι περιοχές που έχουν περιβαλλοντικό, αρχιτεκτονικό κτλ. ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί πολλά και διάφορα προγράμματα φωτογραμμετρικών μοντέλων, που η λήψη των φωτογραφιών γίνεται μέσω των UAVs. Πιο συγκεκριμένα τα προγράμματα αυτά διαχωρίζονται στις διαδικτυακές εφαρμογές ανοικτού κώδικα ή με πληρωμή καθώς και λογισμικών (desktop) για το οποίο απαιτείται επί πληρωμή άδεια. Επίσης παρουσιάζονται και μερικές από τις διαδικασίες που παράγουν μερικά από τα παραπάνω προγράμματα Desktop εφαρμογές-λογισμικά ή Διαδικτυακές εφαρμογές επί πληρωμή Σε πρώτη φάση, γίνεται ένας διαχωρισμός εάν είναι desktop ή Διαδικτυακή εφαρμογή επί πληρωμή. Τα πρώτα αυτά είναι ολοκληρωμένα προγράμματα με πακέτα εφαρμογών και γλώσσες προγραμματισμού για την επεξεργασία εικόνων που έχουν ληφθεί από το UAV. Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν Διαδικτυακές εφαρμογές που είναι διαθέσιμες στους χρήστες μέσω του Διαδικτύου ή εντός ενός ενδοδικτύου (intranet). Οι εφαρμογές αυτές, εκτελούνται από υπολογιστικές μηχανές οι οποίες έχουν το ρόλο του σταθμού εξυπηρέτησης και παρέχουν τις υπηρεσίες τους σε περισσότερους από ένα χρήστη (URL3) Desktop εφαρμογές-λογισμικά επί πληρωμή Αρχικά γίνεται μια ταξινόμηση των βασικών λογισμικών επί πληρωμής καθώς και η ανάλυση των χαρακτηριστικών που παράγουν τα λογισμικά αυτά. Agisoft Photoscan: Το Agisoft PhotoScan είναι ένα αυτόνομο προϊόν λογισμικού που εκτελεί φωτογραμμετρική επεξεργασία αεροφωτογραφιών, δορυφορικών εικόνων και εικόνων που έχουν ληφθεί από UAV με σκοπό την παραγωγή 3D μοντέλων. Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα του λογισμικού αυτού περιλαμβάνουν τις διαδικασίες: του αεροτριγωνισμούευθυγράμμισης εικόνων, της ένωσης των φωτογραφιών, dense point cloud (πυκνό νέφος σημείων), της εξαγωγής ψηφιακού μοντέλου ανύψωσης-dem, ψηφιακού μοντέλου εδάφους- DSM, ψηφιακού μοντέλου επιφάνειας-dtm, γίνεται εξαγωγή ορθοφωτοχάρτη και ορθομωσαϊκού καθώς και η δημιουργία μοντέλου 4D διαστάσεων για δυναμικές σκηνές. Τέλος γίνεται η επεξεργασία των παραπάνω διαδικασιών και η εισαγωγή και το μαρκάρισμα των φωτοσταθερών σημείων και σημείων ελέγχου που είναι κωδικοποιημένα ή όχι καθώς και η επεξεργασία εικόνων NDVI (URL4). Correlator3D: Το λογισμικό Correlator3D είναι της εταιρείας SimActive και είναι κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη δημιουργία υψηλής ποιότητας γεωχωρικών δεδομένων από δορυφορικές φωτογραφίες και φωτογραφίες που έχουν ληφθεί από UAV. 25

26 Επίσης εκτελεί αεροτριγωνισμό, παράγει πυκνό νέφος σημείων (dense point cloud), γίνεται εξαγωγή DSM, DTM και η παραγωγή διανυσματικών 3D μοντέλων (URL5). ΕRDAS IMAGINE UAV: Είναι μια ολοκληρωμένη πλατφόρμα λογισμικού όπου μπορεί να γίνει παραγωγή φωτογραμμετριών μοντέλων. Αρχικά μπορεί να γίνει επεξεργασία των εικόνων, η παραγωγή αεροτριγωνισμού, η επεξεργασία πυκνού νέφος σημείων (dense cloud point) και η παραγωγή 3D μοντέλων. Επίσης οι φωτογραφίες που επεξεργάζονται είναι δορυφορικές και αεροφωτογραφίες και φωτογραφίες που έχουν ληφθεί από UAV. Τέλος παρέχει μεγάλη ακρίβεια και επεξεργασία παράλληλα σε πολλούς σταθμούς εργασία (URL6). PIX4D Mapper: Το λογισμικό Pix4D αρχικά επεξεργάζεται αυτόματα τις επίγειες φωτογραφίες αλλά και αεροφωτογραφίες που αποκτήθηκαν με UAV χρησιμοποιώντας την πρωτοποριακή τεχνολογία που βασίζεται αποκλειστικά στο περιεχόμενο της εικόνας. Επίσης παρέχει αυτόματη επεξεργασία και παραγωγή των αποτελεσμάτων με τη χρήση προτύπων, γίνεται επίσης αυτόματη βαθμονόμηση κάμερας, αυτόματος εσωτερικός ή εξωτερικός προσανατολισμός της κάμερας: (x,y,z,omega,phi,k), αυτόματη δημιουργία πυκνού νέφους σημείων (dense point cloud) και την παραγωγή πυκνό και λεπτομερές 3D μοντέλου. Έπειτα γίνεται παραγωγή και αυτόματη εξαγωγή DTM και DSM, αυτόματη διόρθωση της φωτεινότητα και του χρώματος, αλλά και συγχώνευση ή και διάσπαση του μοντέλου. Τέλος μετατρέπει τις εικόνες σε ακριβή και προσαρμόσιμα αποτελέσματα για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών GIS και CAD (URL7). PIXPROCESSING SOFTWARE: Το Pixprocessing είναι φωτογραμμετρικό λογισμικό με στόχο να προσφέρει καινοτόμες μεθόδους και παρέχει τις πιο αποδοτικές, βιώσιμες και οικονομικά αποδοτικές έξυπνες λύσεις στο τομέα του σχεδιασμού του φωτογραμμετρικού μοντέλου. Αρχικά προσφέρει δυνατότητες προσαρμοστικότητας της φωτογραμμετρίας σε ευρείες και προσαρμοσμένες σε διαφορετικούς τομείς όπως η εξόρυξη, η τοπογραφία, η χαρτογράφηση, η αρχιτεκτονική, η δασοκομία κτλ. Γίνεται απλή, ακριβής και λεπτομερής ανακατασκευή και επεξεργασία αντικειμένων για την παραγωγή 3D μοντέλων, παραγωγή και εξαγωγή DEM και DTM, καθώς και την παραγωγή μεγάλης ακριβείας ορθοφωτοχάρτη. Τέλος παρέχει μετρήσεις και εργαλεία ανάλυσης για την καλύτερη οπτικοποίηση των μοντέλων (URL8). Drone2map: To λογισμικό Drone2map παράγει προϊόντα με σκοπό την απεικόνιση του, στο ArcGIS. Αρχικά, επεξεργάζεται αυτόματα τις επίγειες και αεροφωτογραφίες που αποκτήθηκαν με UAV και παράγει εκπληκτικά 2D, 3D μοντέλα εδάφους και ορθομωσαϊκό με μεγάλη ανάλυση και ακριβής απεικόνιση. Τέλος όλα τα μοντέλα που παράγονται σε οποιαδήποτε κλίμακα καθώς γίνονται και ογκομετρικές μετρήσεις (URL9). PhotoModeler UAS: PhotoModeler UAS: Το PhotoModeler UAS είναι μια έκδοση του PhotoModeler που διαθέτει χαρακτηριστικά για την παραγωγή φωτογραμμετρικών μοντέλων από φωτογραφίες εναέριας λήψης από UAV. Τα βασικά χαρακτηριστικά του PhotoModeler UAS είναι η ακριβής μέτρηση των τόμων του αντικείμενου που θα παραχθεί, η υποστήριξη πολλαπλών φασματικών εικόνων, η παραγωγή ορθομωσαϊκού και ορθοφωτοχάρτη, 3D μοντέλα και ο χειρισμός δεδομένων EXIF για συστήματα συντεταγμένων ως δεδομένα ελέγχου. Τέλος γίνεται ακριβής αυτόματη βαθμονόμηση της 26

27 κάμερας, γίνεται εύκολη επεξεργασία του μοντέλου και εύκολη μέτρηση σημείου, αποστάσεων, μήκους (URL10). 3DF Zephyr: Το 3DF Zephyr είναι ένα φωτογραμμετρικό λογισμικό που παράγονται 3D μοντέλα. Ουσιαστικά πρόκειται για ένα πλήρες πακέτο που περιλαμβάνει πολλά εργαλεία επεξεργασίας και μετρήσεων (αποστάσεις, περιοχές, όγκοι, γωνίες) για τη δημιουργία φωτογραμμετρικού περιεχομένου. Επίσης επιτρέπει την κατασκευή 3D μοντέλου από φωτογραφίες αλλά και βίντεο. Έπειτα υπάρχει δυνατότητα σάρωσης με λέιζερ, δημιουργία και εξαγωγή πυκνού νέφους σημείων (dense point cloud), η εξαγωγή DEM, παραγωγή ορθομωσαϊκού καθώς και σχεδίων CAD, που μπορούν να γεωαναφερθούν. Τέλος μπορεί να υπάρχει εισαγωγή και εξαγωγή σε όλες τις πιο συνηθισμένες μορφές αρχείων (URL11) Διαδικτυακές εφαρμογές επί πληρωμή Στη συνέχεια γίνεται ταξινόμηση των βασικών Διαδικτυακών εφαρμογών επί πληρωμή καθώς και τα χαρακτηριστικά που παράγουν οι εφαρμογές αυτές. Precision-Mapper: Το Precision-Mapper είναι μια εφαρμογή που επεξεργάζεται αυτόματα τα εναέρια δεδομένα, διαθέτει μια μεγάλη βιβλιοθήκη εργαλείων ανάλυσης και μετρήσεων όγκου, παράγει προϊόντα 2D ή 3D μοντέλα και γίνεται εξαγωγή DTM και DSM (URL12). Drone-Mapper: Η εφαρμογή αυτή, προσφέρει ακριβείς λύσεις χαρτογράφησης που παράγει dense point cloud, 2D και 3D μοντέλα, γίνεται εξαγωγή DEM και DSM και ορθομωσαϊκού. Τέλος το Drone-Mapper επιτρέπει την επεξεργασία αυτοματοποιημένων εικόνων (URL13). Map Made Easy: Η εφαρμογή Map Made Easy παρέχει ένα λογισμικό χαρτογράφησης που γίνεται πλήρως και ακριβής επεξεργασία των δεδομένων. Επίσης γίνεται μέτρηση όγκου και παραγωγή 3D χαρτών. Έπειτα γίνεται διαχείριση επεξεργασίας δεδομένων για την διαδικασία της γεωαναφοράς, το οποίο ευθυγραμμίζει τις εικόνες με γνωστά σημεία στο έδαφος και μπορεί να παραχθεί ορθοφωτοχάρτη. Τέλος γίνεται επεξεργασία του δείκτης βλάστησης (NDVI) (URL14). Drone-deploy: Μέσω της εφαρμογής αυτής, γίνεται αυτοματοποιημένη χαρτογράφηση για αρχάριους και για επαγγελματίες. Επίσης μπορεί να πραγματοποιήσει σχέδια πτήσεων από οποιαδήποτε συσκευή και να δημιουργήσει 3D μοντέλα εδάφους, DEM και NDVI. Τέλος έχει μέγιστη ανάλυση 2D από 5cm/pixel-1cm/pixel (URL15) Διαδικτυακές εφαρμογές ανοικτού κώδικα Οι εφαρμογές ανοικτού κώδικα είναι εφαρμογές που παρέχουν αρκετές διαφορετικές άδειες χρήσης και είναι σχεδιασμένες με κώδικα ανοικτού τύπου. Επίσης μερικές εφαρμογές αυτου του τύπου επιτρέπουν στους χρήστες να τροποποιούν τον κώδικα. Τέλος σε αυτό το υποκεφάλαιο γίνεται παρουσίαση των βασικών διαδικτυακών εφαρμογών ανοιχτού κώδικα και των χαρακτηριστικών που έχουν οι εφαρμογές (URL16). Open Drone Map: Το Open Drone Map είναι μια Διαδικτυακή εφαρμογή ανοιχτού κώδικα και για την επεξεργασία εικόνων από λήψη εικόνων μέσω UAV. Επίσης μετατρέπει τις εικόνες σε 3D γεωγραφικά μοντέλα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με άλλα γεωγραφικά σύνολα δεδομένων καθώς και DSM και point cloud. Τέλος παρέχει DEM και παράγει και ορθομωσαϊκό (URL17). 27

28 APS: : Το APS είναι μια δοκιμασμένη εφαρμογής φωτογραμμετρίας για μαζική και ακριβή επεξεργασία δεδομένων από τη λήψη εικόνων μέσω UAV. Επίσης επεξεργάζεται αεροφωτογραφίες μικρού και μεσαίου μεγέθους σε 2D χάρτες και σε 3D μοντέλα εδάφους με ακρίβεια εκατοστού. Έπειτα μπορεί να παράγει ορθομωσαϊκό, DTM και DSM και την αυξημένη ταχύτητα και ποιότητα στρατηγικής πακέτων GPU. Τέλος παρέχει εξισορρόπηση χρωμάτων και παραγωγή ορθομωσαϊκού (URL18). Visual SFM: Το VisualSFM είναι μια εφαρμογή GUI για απεικόνιση 3D μοντέλων εδάφους. Το VisualSFM εκτελείται γρήγορα, εκμεταλλευόμενο πολλαπλές παραμέτρους για ανίχνευση και αντιστοίχιση χαρακτηριστικών και προσαρμογή δέσμης. Τέλος το σύστημα ανασυγκρότησης ενσωματώνει πολλά άλλα έργα: το SIFT στη GPU (SiftGPU), την προσαρμογή δέσμης πολλαπλών γραμμών (Multicore Bundle Adjustment) (URL19). 28

29 3 Εναέρια αποτύπωση της περιοχής μελέτης-κράνος και τα όργανα επεξεργασίας 3.1.Περιοχή Μελέτης- Κράνος (Ασβεστοχώρι Θεσσαλονίκης) Για την εκπόνηση της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας και σε σχέση με το γνωστικό αντικείμενο της φωτογραμμετρίας, κρίθηκε σκόπιμη η επιλογή μιας περιοχής στον εξωαστικό χώρο. Για αυτό το λόγο, επιλέχθηκε η αποτύπωση του οικισμού Κράνος. Ο οικισμός Κράνος είναι εντός του δημοτικού διαμερίσματος του Ασβεστοχωρίου, εντάσσεται στο δήμο Πυλαίας-Χορτιάτη και βρίσκεται στη λοφοσειρά Ασβεστοχωρίου, σε υψόμετρο 600m. Επίσης βρίσκεται στο κεντρικό τμήμα του δήμου Πυλαίας-Χορτιάτη, στην περιαστική Ζώνη της Ευρύτερης Περιοχής Θεσσαλονίκης και σύμφωνα με το Ν 1561/85 περί Ρυθμιστικού Σχεδίου υπάγεται διοικητικά στην Περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας. Τέλος ο Δήμος συνορεύει με το Δήμο Λαγκαδά στα βόρεια και βορειοανατολικά, με το Δήμο Θέρμης στα νότια και νοτιοανατολικά και στα δυτικά με τους Δήμους Θεσσαλονίκης, Νεάπολης- Συκεών και Παύλου Μελά (URL20). Εικόνα 3: Περιοχή μελέτης σε σχέση με την κεντρική Μακεδονία(πηγή: Ιδία επεξεργασία) Οι κυρίαρχες χρήσεις γης στην περιοχή μελέτης είναι η γεωργική γη, οι εκτάσεις με δασική χρήση και η δόμηση εκτός σχεδίου. Ο περιβάλλων χώρος του οικισμού παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω των δασικών εκτάσεων του οικισμού αυτού και χαρακτηρίζεται ως ένα ιδιαίτερα αξιόλογο φυσικό υπόβαθρο. Οι γεωργικές εκτάσεις που βρίσκονται σε διάφορα σημεία εντός του οικισμού ενδείκνυνται για ήπια γεωργική εκμετάλλευση. Συνολικά η δημοτική ενότητα του Ασβεστοχωρίου έχει ιδιαίτερα πολεοδομικά και αρχιτεκτονικά χαρακτηριστικά και ορίζεται ως ορεινός παραδοσιακός οικισμός. Σύμφωνα με 29

30 το υπό έγκριση Γενικό Πολεοδομικό Σχέδιο του Δήμου Χορτιάτη, το Ασβεστοχώρι είναι οικισμός 4ου επιπέδου και αποτελείται από 2 πολεοδομικές ενότητες (Φάκα Μαρία, 2012). 3.2 Το μη επανδρωμένο όχημα DJI PHANTOM 4 Το μη επανδρωμένο αερόχημα που χρησιμοποιήθηκε για την αποτύπωση της περιοχής μελέτης είναι το DJI Phantom 4. Κατατάσσεται στην κατηγορία των Micro UAV με πτήση μικρής εμβέλειας. Το βάρος του ανέρχεται στο 1 κιλό 380 γραμμάρια (μαζί με τη μπαταρία και τις προπέλες) και διαγώνιο μέγεθος 35 εκατοστά. Το υψόμετρο απογείωσης είναι στα 6.000m με μέγιστη ταχύτητα ανόδου και καθόδου 6m/s, 4m/s αντίστοιχα, μεγίστη ταχύτητα πτήσης 20m/s καθώς και η μέγιστη γωνία κλίσης 42. Επίσης έχει δορυφορικά συστήματα εντοπισμού θέσης GPS με εύρος ακριβείας αιώρησης: κατακόρυφα από 0,1m (με εντοπισμό από θέση όρασης) μέχρι ±0,5m (με τοποθέτηση GPS) και οριζόντιο από 0,3m (με εντοπισμό από θέσης όρασης) έως 1,5m (με τοποθέτηση GPS). Όσον αφορά τη φωτογραφική μηχανή του UAV, έχει αισθητήρα κίνησης, ενσωματωμένη κάμερα ανάλυσης 12,4MP, δυνατότητα καταγραφής βίντεο 4K και φακό εστίασης 20mm. Τέλος το μέγιστο μέγεθος της εικόνας είναι pixel, ο χρόνος πτήσης είναι περίπου 28 λεπτά και η θερμοκρασία λειτουργίας μέχρι 40 C (URL21). 3.3 GPS Topcon HiPer SR συστήματος GNSS. Επιπλέον για την εκπόνηση τη εργασίας αυτής, χρησιμοποιήθηκε το GPS Topcon HiPer SR συστήματος GNSS. Αρχικά γίνεται μια μικρή αναφορά στους ορισμούς του συστήματος GNSS και του GPS και έπειτα περιγράφονται τα επιμέρους χαρακτηριστικά του GPS Topcon HiPer SR συστήματος GNSS. Το σύστημα GNSS είναι παγκόσμιο δορυφορικό σύστημα προσδιορισμού θέσης, χρόνου και ταχύτητας ανεξάρτητα από το χώρο και τις καιρικές συνθήκες. Μεταξύ άλλων, γνωστό σύστημα GNSS είναι το GPS των ΗΠΑ, το ρωσικό GLONASS και το σύστημα GALLILEO της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Η επίτευξη της ακρίβειας στον προσδιορισμό της θέσης μέσω των συστημάτων GNSS γίνεται με την τεχνική του διαφορικού εντοπισμού θέσης. Ο διαφορικός εντοπισμός της θέσης επιτυγχάνεται με τη χρήση δύο GNSS δεκτών, ενός τοποθετημένου σε σημείο γνωστών συντεταγμένων και του άλλου να τοποθετείται κάθε φορά στο εκάστοτε σημείο παρατήρησης (Χαρατσάρη, 2018). Το σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS), είναι ένα σύστημα με χρήση δικτύου 24 δορυφόρων που είναι σε τροχιά, υπό την επίβλεψη του Υπουργείου Άμυνας των Η.Π.Α, που λειτουργούν όλο το 24άωρο, σε όλες τις καιρικές συνθήκες και δεν έχει χρηματική συνδρομή. Οι δορυφόροι του συστήματος αυτού είναι σε ορισμένη τροχιά γύρω από τη Γη και εκπέμπουν σήματα προς τον επίγειο σταθμό. Οι δέκτες GPS λαμβάνουν σήματα χρησιμοποιώντας τριγωνισμούς για να υπολογίσουν τη θέση του δέκτη όπου συγκρίνουν το χρόνο του εκπεμπόμενου από τα σήματα των δορυφόρων με το χρόνο λήψη τους. Η διαφορά από τη σύγκριση αυτή, μετατρέπεται σε απόσταση μεταξύ δορυφόρου και δέκτη που χρησιμοποιούνται από το δέκτη για προσδιορισμό θέσης του δορυφόρου (Στυλιανίδης, 2011). Ένας φορητός δέκτης GPS αποτελείται: 30

31 Από την εσωτερική δορυφορική κεραία που λαμβάνει το σήμα από τους δορυφόρους με τους οποίους έχει οπτική επαφή και δέκτες που διαθέτουν υποδοχή για εξωτερική κεραία η οποία έχει προενισχυτή για να δίνει καλύτερη λήψη. Από τον κύριο δέκτη GPS που αποτελείται από το αναλογικό και το ψηφιακό τμήμα εισόδου, το σύνθετο ψηφιακό υλικό (hardware) και το μικροελεγκτή (microcontroller) χαμηλής κατανάλωσης ισχύος. Αυτό το hardware χρησιμοποιεί λογισμικό με αλγορίθμους επεξεργασίας. Από το βασικό μικροελεγκτής, την οθόνη απεικόνισης και το υπόλοιπο hardware που επικοινωνεί με το χρήστη της συσκευής. Ο μικροελεγκτής μέσω του hardware επεξεργάζεται το στίγμα από το δέκτη GPS, μέσω της θύρας του και το αποτέλεσμα της επεξεργασίας εμφανίζεται στην οθόνη πάνω σε ψηφιακό χάρτη (URL22). Το συγκεκριμένο μοντέλο GPS Topcon HiPer SR είναι κατασκευασμένο για τις πιο έντονες περιβαλλοντικές συνθήκες. Έχει συμπαγή σχεδιασμό ενσωματωμένου δέκτη με Vanguard GNSS με 226 κανάλια με Universal Tracking. Επίσης περιλαμβάνει 2 επιλογές επικοινωνίας, της τεχνολογίας επικοινωνίας LongLink χωρίς παρεμβολή έως 300m και της ενσωματωμένης RTK κυψελοειδούς επικοινωνίας MAGNET έως 35km με τεχνολογία Fence Antenna. Επίσης έχει σήματα παρακολούθησης GNSS GPS, GLONASS, SBAS, QZSS με καλωδιακό σχεδιασμό που φτάνει μέχρι 2m πάνω στο σκυρόδεμα. Το GPS Topcon HiPer SR έχει πλάτος 150mm, ύψος 64mm βάθος 150mm, και βάρος 925g. Ο χρόνος λειτουργίας τους φτάνει έως 20 ώρες και η θερμοκρασία λειτουργίας από -40 C έως 65 C. Επίσης έχει κάρτα δικτύου διπλής εισόδου SIM με σύνδεση στο Internet, Bluetooth και εσωτερική μνήμη 2GB. Το RTK ακριβείας καναλιών έχει ύψος 10mm+1ppm και βάθος 15mm+1ppm και τα συστήματα δεικτών του φτάνουν σε υψόμετρο έως 0,4m (HiPer SR Site Receiver). 3.4 Εναέρια αποτύπωση της περιοχής Η εναέρια αποτύπωση εξαιτίας των τεχνολογικών εξελίξεων των τελευταίων ετών, αποτελεί ένα από τα αντικείμενα της φωτογραμμετρίας και της τηλεπισκόπησης, που έχει γνωρίσει μεγάλη ανάπτυξη. Η μέθοδος αυτή προσφέρει μαζικά πληροφορία γεωχωρικής φύσης από φωτογραφίες που είναι τραβηγμένες σε μικρό χρονικό διάστημα από τα μη επανδρωμένα εναέρια συστήματα-uavs. Η συλλογή εικόνων από UAVs, η επεξεργασία τους με την βοήθεια κατάλληλων λογισμικών και η ακρίβεια που προσφέρουν, κάνουν την εναέρια αποτύπωση σημαντική για την εκ βάθους μελέτη του χώρου. Η αποτύπωση της προαναφερθείσας περιοχής μελέτης με το συγκεκριμένο UAV, δηλαδή το DJI PHANTOM 4, χαρακτηρίζεται ως εύκολη διαδικασία για το χρήστη και δίνεται η δυνατότητα για εκτέλεση αυτοματοποιημένης πτήσης χωρίς να απαιτούνται ιδιαίτερες ικανότητες χειρισμού του UAV. Συγκεκριμένα για την παρούσα διπλωματική εργασία, η πτήση εκτελέστηκε στις 23 Νοέμβριου 2017 στις 11:30 π.μ. στον οικισμό Κράνος. Ο καιρός ήταν αίθριος με αρκετή ηλιοφάνεια, ο άνεμος ήταν αμελητέος και η θερμοκρασία σχετικά υψηλή. Για την πραγματοποίηση της πτήσης του UAV στον οικισμό Κράνος, επιλέχθηκε μια σχετικά ομαλή επιφάνεια για την απογείωση και την προσγείωση του. Ειδικότερα, το σύστημα το οποίο χρησιμοποιήθηκε αποτελείται από το βασικό μέρος του UAV με ενσωματωμένη την κάμερα και επαναφορτιζόμενη μπαταρία σε ειδική θέση. 31

32 Το σύστημα ολοκληρώνει ο σταθμός εδάφους δηλαδή το τηλεχειριστήριο με το οποίο πραγματοποιείται χειροκίνητος έλεγχος της πτήσης από τον χειριστή του UAV σε περίπτωση ανάγκης και στον οποίο υπάρχει η κεραία σύνδεσης με το UAV και η θήκη για το Tablet ή για το κινητό τηλέφωνο. Επίσης μέσω του τηλεχειριστηρίου δίνεται η δυνατότητα παρακολούθησης της διαδρομής που ακολουθεί το UAV αλλά και της παρακολούθησης των λήψεων των εικόνων. Επόμενο βήμα της αποτύπωσης ήταν ο σχεδιασμός της πτήσης του UAV. Υπάρχουν λογισμικά που πραγματοποιούν αυτόματο σχεδιασμό της πτήσης. Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε είναι το Pix4Dcapture σε συνδυασμό με το Ctrl+DJI για τη δημιουργία του σωστού σχεδίου πτήσης με σκοπό τη συλλογή των εικόνων. Εικόνα 4:Περιοχή μελέτης -Κράνος (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Με την εκκίνηση των λογισμικών σχεδιασμού πτήσης Pix4Dcapture και του Ctrl+DJI, φαίνεται το βασικό μενού τους και η περιοχή προς αποτύπωση. Για τη σχεδίαση της πτήσης του UAV, ακολουθήθηκε η εξής διαδικασία: Από το βασικό μενού επιλέχθηκε η καρτέλα Grid Μission και με τη βοήθεια του GPS επιλέχθηκε η συγκεκριμένη περιοχή στον οικισμό Κράνος. Σε επόμενη φάση επιλέχθηκε η ταχύτητα με την όποια θα πετάξει UAV, η κλίση που θα έχει η κάμερα και το ποσοστό της αλληλοεπικάλυψης, βάση του οποίου συμπληρώνονται οι βασικές ιδιότητες του συγκεκριμένου UAV και της πτήσης του, παράλληλα με την περιοχή που θα αποτυπωθεί. Η περιοχή που καλύφθηκε είναι περίπου m ενώ η πτήση πραγματοποιήθηκε στα 100m ύψος πάνω από το σημείο απογείωσης. Οι επικαλύψεις μεταξύ των strips είναι 70% ανά φωτογραφία και 40% ανά strip. Η εστιακή απόσταση της μηχανής είναι 3,6mm και το πλάτος του αισθητήρα 4,6mm. 32

33 Εικόνα 5:Περιοχή Μελέτης-Κράνος με στοιχεία πτήσης (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Πριν την απογείωση του συστήματος, πραγματοποιήθηκε ένας σύντομος έλεγχος για την ορθή λειτουργία του UAV. Μετά την απογείωση, ανυψώθηκε στα 100m από το αρχικό σημείο της πτήσης στο προαναφερόμενο υψόμετρο και ξεκίνησε η λήψη των φωτογραφιών. Η πτήση διήρκησε 10 με 11 λεπτά, ήταν χωρισμένη σε 6 strips με προκαθορισμένες επικαλύψεις. Η περιοχή συνολικά καλύφθηκε από 127 φωτογραφίες και αποθηκεύτηκε στην εξωτερική κάρτα μνήμης SD. 33

34 4 Επεξεργασία δεδομένων με 2 λογισμικά και η σύγκριση των αποτελεσμάτων τους 4.1 Βασικές φωτογραμμετρικές έννοιες Στο κεφάλαιο αυτό αναλύονται ορισμένες από τις βασικές έννοιες και γίνεται μια σύντομη αναφορά στους ορισμούς και για την παραγωγή των φωτογραμμετρικών μοντέλων πρέπει να ακολουθούνται οι παρακάτω διαδικασίες. Αρχικά δίνεται ο ορισμός του προβολικού συστήματος, του γεωδαιτικού συστήματος αναφοράς, της γεωαναφοράς, της διαδικασίας εισαγωγής των φωτοσταθερών σημείων, της βαθμονόμησης της κάμερας, του αεροτριγωνισμού, του dense point cloud, της παραγωγής τρισδιάστατων μοντέλων, της παραγωγής ορθοφωτογραφων-ορθομωσαϊκού και τέλος της παραγωγής του μοντέλου ψηφιακής ανύψωσης-dem, του ψηφιακού μοντέλου εδάφους-dtm και του μοντέλου ψηφιακής επιφάνειας-dsm. Προβολικό σύστημα Προβολικό σύστημα ορίζεται ως ένα σύστημα όπου επιτρέπεται η χαρτογραφική απεικόνιση των σημείων του ελλειψοειδούς ή της σφαίρας στο επίπεδο, με σκοπό την ύπαρξη αμφιμονοσήμαντη αντιστοιχία. Εάν η σφαίρα και το ελλειψοειδές δεν είναι επιφάνειες με καμπύλες, τότε αποκλείεται η απεικόνιση των στοιχείων τους στο επίπεδο και χωρίς παραμορφώσεις. Επίσης το πρόβλημα της απεικόνισης δέχεται πολλές λύσεις και η επιλογή του κατάλληλου προβολικού συστήματος, έχει σχέση με το σκοπό που θα εξυπηρετήσει και την περιοχή που θα καλύψει. Υπάρχει διάκριση των προβολικών συστημάτων ανάλογα (Στυλιανίδης, 2011): με το αν η απεικόνιση γίνεται απευθείας σε επίπεδο ή με τη βοήθεια άλλης επιφάνειας, που μπορεί να είναι ή κώνος ή κύλινδρος ή επίπεδες προβολές. με το αν ο άξονας είναι παράλληλος ή κάθετος ή λοξός ως προς το άξονα του ελλειψοειδούς, δηλαδή αν η προβολή είναι ορθή ή εγκάρσια ή πλάγια ανάλογα με τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά που παραμένουν αναλλοίωτα μετά την απεικόνιση, σε σύμμορφες (γωνίες αναλλοίωτες), σε ισοδύναμες (αναλλοίωτα εμβαδά), σε ισαπέχουσες (αναλλοίωτες οι αποστάσεις) και σε αφυλακτικές προβολές (δεν διατηρείται αναλλοίωτο κάποιο χαρακτηριστικό). Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς-Datum είναι ένα μαθηματικό μοντέλο που προσεγγίζει τη γήινη επιφάνεια μέσω ενός δικτύου σημείων, δηλαδή από τριγωνομετρικό δίκτυο που οι συντεταγμένες τους βρίσκονται στην επιφάνεια της Γης και έχουν υπολογιστεί με μεγάλη ακρίβεια. Είναι είτε οριζοντιογραφικά είτε υψομετρικά. Στην Ελλάδα το γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς είναι το Ελληνικό γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς 1987 γνωστό ως ΕΓΣΑ'87. Το ΕΓΣΑ'87 χρησιμοποιείται στην Ελλάδα από το 1990 και ορίζεται από ένα τοπικό, μη γεωκεντρικό datum που είναι συνδεδεμένο με τις γεωγραφικές συντεταγμένες του γεωδαιτικού σταθμού του Διονύσου (στην Αθήνα) και χρησιμοποιείται σε τοπογραφικές, γεωδαιτικές, φωτογραμμετρικές και άλλες εργασίες. Το ΕΓΣΑ'87 χρησιμοποιεί το ελλειψοειδές GRS80 με το γεωδαιτικό σύστημα WGS84 όπου η αρχή των αξόνων έχει μετατοπισθεί σε σχέση με το κέντρο της Γης με σκοπό η επιφάνεια του ελλειψοειδούς να 34

35 προσαρμόζεται καλύτερα στο γεωειδές στην περιοχή της Ελλάδος. Τέλος προδιαγράφει εγκάρσια μερκατορική χαρτογραφική προβολή με m= και που καλύπτει έξι μοίρες γεωγραφικού μήκους εκατέρωθεν του 24ου μεσημβρινού (Στυλιανίδης, 2011). Γεωαναφορά Γεωαναφορά ορίζεται ως η διαδικασία συσχέτισης της επιφάνειας των αεροφωτογραφιών με το γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς. Η διαδικασία αυτή περιλαμβάνει την αλλαγή κλίμακας, της σχετική θέση των αεροφωτογραφιών για να προσαρμόζεται σε ένα συγκεκριμένο γεωδαιτικό σύστημά αναφοράς και συγκεκριμένα στο ΕΓΣΑ87. Με την ρύθμιση του συστήματος αναφοράς η αεροφωτογραφία χρησιμοποιείται ως μια μετρητική επιφάνεια. Για την υλοποίηση της γεωαναφοράς είναι απαραίτητη η ύπαρξη 4 τουλάχιστον φωτοσταθερών. Αφού έγινε η σκόπευση των φωτοσταθερών σε όλες τις αεροφωτογραφίες που ήταν ορατές, μετά εισάχθηκαν στο λογισμικό οι γεωδαιτικές τους συντεταγμένες (Χ,Υ,Ζ). Φωτοσταθερά-Ground Control Points Τα φωτοσταθερά (GCPs) είναι σημεία εδάφους που είναι διακριτά σε φωτογραφίες από αεροσκάφη ή UAV, από επίγειες λήψεις ή από τους δορυφόρους. Τα φωτοσταθερά αποτυπώνονται σε δίκτυο συντεταγμένων ως προς τη θέση τους και προς το υψόμετρο τους. Πιο συγκεκριμένα ορίζονται ως τα σημεία ελέγχου εδάφους που είναι μεγάλοι στόχοι στο έδαφος σε όλη την εκάστοτε περιοχή μελέτης και ορίζονται ως χαρακτηριστικά φυσικά σημεία ή σημεία που εντοπίζονται σε τεχνικές κατασκευές που επιλέγονται μετά τη λήψη φωτογραφιών, ανάλογα με τη θέση που βρίσκονται και ανάλογα αν είναι ευκρινή με δύο ή περισσότερες λήψεις. Αν ληφθούν σημεία ελέγχου εδάφους από τον εναέριο χώρο, αρχικά πρέπει να προσδιορίζονται οι συντεταγμένες GPS στο κέντρο του κάθε σημείο ελέγχου. Επίσης υπάρχουν άγνωστα σημεία, σημεία πύκνωσης ή σημεία σύνδεσης. Είναι ουσιαστικά τα σημεία για την εφαρμογή του αεροτριγωνισμού. Όταν τα σημεία ελέγχου εδάφους χρησιμοποιούνται σωστά, βελτιώνουν την ακρίβεια του μοντέλου και διασφαλίζεται το γεωγραφικό πλάτος και μήκος κάθε σημείου με τις ακριβείς συντεταγμένες GPS. Για τη δημιουργία ενός σημείο ελέγχου εδάφους πρέπει να γίνει χρήση χρωμάτων υψηλής αντίθεσης και να είναι ορατό από οποιοδήποτε ύψος πτήσης. Ένα από τα βασικά σημάδια που χρησιμοποιείται για φωτοσταθερά (τουλάχιστον 4 με 5 μεγάλα GCP ) είναι χαρτιά με σχήμα σκακιέρας ή κύκλου που διανέμονται ομοιόμορφα στο έδαφος και είναι αρκετά απομακρυσμένα μεταξύ τους ώστε να αποφευχθεί οποιαδήποτε σύγχυση. Για την επιτυχία της μέτρησης της θέσης των GCP είναι σημαντικό να μετρούνται οι συντεταγμένες από το GPS στο κέντρο κάθε GCP και με γνωστό το σύστημα αναφοράς (URL24). Για μεγαλύτερη ακρίβεια και ευκολότερη ταύτιση με το μοντέλο των φωτοσταθερών, πρέπει να υλοποιηθούν υπό προδιαγραφές και με μεγέθη ανάλογα με την κλίμακα των αεροφωτογραφιών που έχουν ληφθεί. Σε γενικές γραμμές οι γεωγραφικές επικαλύψεις και ο σχεδιασμός 3D μοντέλων, τα ψηφιακά μοντέλα ανύψωσης-dem, τα μοντέλα ψηφιακής 35

36 επιφάνειας-dsm, τα ψηφιακά μοντέλα εδάφους-dtm και των ορθομωσαϊκών ωφελούνται από τη χρήση σημείων ελέγχου εδάφους (URL25). που Βαθμονόμηση Κάμερας Εικόνα 6: Παράδειγμα εικονοσημάτων- φωτοσταθερών (πηγή: Ίδια επεξεργασία) Βαθμονόμηση της κάμερας ορίζεται ως η διαδικασία που συνδέει το θεωρητικό μοντέλο ανάλυσης της κάμερας με την κάμερα και υπολογίζει τη θέση και τον προσανατολισμό της σε σχέση με ένα συγκεκριμένο σύστημα αναφοράς. Στοχεύει στην αναγνώριση και τη διόρθωση των σφαλμάτων, για να αυξηθεί η ακρίβεια λειτουργίας της κάμερας. Αναλυτικότερα, είναι η διαδικασία εύρεσης των εσωτερικών και εξωτερικών παραμέτρων της κάμερας και κάποιων παραμέτρων παραμορφώσεων (Κανελλάκης Χριστόφορος, 2014) Αρχικά για τη βαθμονόμηση της φωτογραφικής μηχανής απαιτείται ο ακριβής προσδιορισμός των παραμέτρων του εσωτερικού προσανατολισμού. Πιο συγκεκριμένα ο «εσωτερικός προσανατολισμός» των καμερών, αναφέρεται στην εσωτερική γεωμετρία της μηχανής και: στην εστιακή απόσταση (focal distance)f του φακού που καθορίζεται από τη γωνία κλίσης με την εστίαση σταθερή στο άπειρο και με γωνίες κλίσης ±90º (Pérez, Agüera and Carvajal, 2011) στις συντεταγμένες(xp, yp,) που υποδηλώνουν τη θέση εικονοσημάτων. Το μέγεθος των εικονοσημάτων ορίζεται από τη διαίρεση του μεγέθους της κάμερας προς τον αριθμό των εικονοσημάτων, στις συντεταγμένες του πρωτεύοντος σημείου σε σχέση με τα εικονοσήματα, στην ακτινική παραμόρφωση φακού(k) που είναι ένα μεταβαλλόμενο προβολικό κέντρο με μεταβολή της γωνίας πρόσπτωσης της φωτεινής ακτίνας, και στους συντελεστές αποκρυπτογράφησης της παραμόρφωσης του φακού(p) που προκαλείται από έλλειψη κεντραρίσματος του φακού. 36

37 Επίσης, είναι απαραίτητη η εύρεση ενός συνόλου σημείων με γνωστές συντεταγμένες και το προβολικό τους σύστημα. Για την εύρεση των συντεταγμένων των σημείων, οι μέθοδοι βαθμονόμησης βασίζονται σε μια ή περισσότερες εικόνες από ένα μοτίβο βαθμονόμησης και ένα αριθμό σημείων ελέγχου εδάφους (στόχοι), τα φωτοσταθερά (Balletti et al., 2014). Εικόνα 7:Οι βασικοί παράμετροι περιγραφής του εσωτερικού προσανατολισμού μίας φωτογραφικής μηχανής(πηγή: Balletti et al., 2014). Με τον όρο «εξωτερικός προσανατολισμός» ορίζεται ο προσανατολισμός ως προς τη θέση και τη γεωμετρία της μηχανής κατά τη στιγμή της λήψης σε σχέση με ένα επίγειο προβολικό σύστημα αναφοράς. Ο εξωτερικός προσανατολισμός περιγράφεται: από τη θέση της μηχανής τη στιγμή της λήψης σε συντεταγμένες[χ,υ,ζ] του επιγείου συστήματος αναφοράς και από τον προσανατολισμό του οπτικού της άξονα. Ο προσανατολισμός του οπτικού άξονα περιγράφεται από τις γωνίες ω, φ, κ(omega,phi,kappa) που ορίζονται ως διαδοχικές δεξιόστροφες περιστροφές γύρω από τους άξονες x,y,z αντιστοίχως. Αρχικά γίνεται περιστροφή γύρω από τον άξονα x κατά τη γωνία ω, έπειτα γύρω από τον άξονα y κατά την γωνία φ και τέλος γύρω από τον άξονα z κατά την γωνία κ. Τέλος για κάθε περιστροφή δημιουργείται ένας πίνακας στροφής (rotation matrix) και από τους 3 πίνακες στροφής δημιουργείται ένας συνολικός. (Αργυρόπουλος Νίκος, 2017) Τέλος ο εξωτερικός προσανατολισμός μπορεί να γίνει είτε με χρήση σημείων τρισδιάστατων συντεταγμένων είτε μέσω μετρήσεων από συστήματα GPS αλλά και η γνώση του εξωτερικού προσανατολισμού βοηθά και στην άμεση γεωαναφορά των εικόνων. Αεροτριγωνισμός Αεροτριγωνισμός ή αλλιώς συνάρθρωση κατά δέσμες είναι η διαδικασία στην οποία προσδιορίζεται η σχέση μεταξύ των επικαλυπτόμενων αεροφωτογραφιών που έχουν ληφθεί και σε αυτόν καθοριστικό ρόλο παίζουν τα φωτοσταθερά. Κατά τη διάρκεια του αεροτριγωνισμού δημιουργείται ένα ενιαίο σύνολο αεροφωτογραφιών και επιτυγχάνεται η σύνδεση των αεροφωτογραφιών με δεδομένο το γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς. Επίσης κατά τον αεροτριγωνισμό υπολογίζονται τα στοιχεία εξωτερικού προσανατολισμού όλων των εικόνων με χρήση της συνθήκης συγραμμικότητας. Ο αεροτριγωνισμός είναι μια από τις πιο ακριβείς μεθόδους, διότι οι εξισώσεις παρατήρησης που χρησιμοποιούνται δεν είναι 37

38 γραμμικές και συσχετίζονται με τις γεωδαιτικές συντεταγμένες. Μετά την πραγματοποίηση του αεροτριγωνισμού, τα διάφορα λογισμικά δίνουν τα αποτελέσματα και το τυπικό σφάλμα κατά X,Y και Z των φωτοσταθερών. Το σφάλμα αντιπροσωπεύει τη διαφορά μεταξύ των σημείων που εισαχθήκαν, δηλαδή μεταξύ των τιμών που λαμβάνουν και αυτών που υπολογίζονται με την αποκατάσταση του προσανατολισμού. Για τον αεροτριγωνισμό απαιτούνται 4 φωτοσταθερά περιμετρικά του αντικειμένου, στις άκρες του περιοχής και στο εσωτερικό της περιοχής για να υπάρξει μεγαλύτερος έλεγχος και αύξηση της ακρίβειας (ΜΑΡΙΑ ΑΠΟΣΤΟΛΟΥ, 2013). Dense Point cloud Στη σύγχρονη ψηφιακή εποχή, υπάρχει δυνατότητα αναπαράστασης χρησιμοποιώντας δύο είδη ψηφιακών δεδομένων που είναι τα διανυσματικά (vector) και τα ψηφιδωτά (raster) δεδομένα. Αρχικά τα διανυσματικά δεδομένα δημιουργούνται από σημεία, γραμμές και πολύγωνα και τα raster δεδομένα από ψηφιακές απεικονίσεις. Υπάρχει και ένα τρίτο είδος που έχει αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια, αυτό των σαρωτών laser που είναι ουσιαστικά ένα πυκνό νέφος σημείων, γνωστό και ως dense point cloud και περιγράφεται με μεγάλη ακρίβεια αλλά και με την χρήση 3D συντεταγμένων. Το dense point cloud είναι συλλογή από σημεία που δημιουργούν ένα σχήμα ή ένα χαρακτηριστικό 3D. Κάθε σημείο έχει το δικό του σύνολο συντεταγμένων Χ,Υ,Ζ και μια συλλογή πολλαπλών σημείων. Τα σύννεφα σημείων ευθυγραμμίζονται με 3D μοντέλα ή με άλλα dense point cloud. Επίσης το dense point cloud μπορεί να μεταδοθεί απευθείας και συχνά μετατρέπεται σε μοντέλα πλέγματος πολυγώνου ή τριγωνικού πλέγματος, μέσω μιας διαδικασίας γνωστή ως ανακατασκευή επιφάνειας. Επίσης υπάρχουν πολλές τεχνικές για τη μετατροπή ενός νέφους σημείου σε μια 3D επιφάνεια (URL26). Στα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών το dense point cloud είναι μία διαδικασία που χρησιμοποιείται για την κατασκευή 3D μοντέλων. (Modeling et al., 2011). Εικόνα 8:Dense point cloud της περιοχής Sewu Shrine.(πηγή: Modeling et al., 2011) 38

39 Για τη δημιουργία ενός point cloud γίνεται έλεγχος της οριοθέτησης της εκάστοτε περιοχής μελέτης και λαμβάνονται υπόψιν παράμετροι του dense point cloud δηλαδή η ποιότητα και οι λειτουργίες φιλτραρίσματος βάθους του dense point cloud. Ποιότητα: Καθορίζει την επιθυμητή ποιότητα ανακατασκευής. Οι ρυθμίσεις της υψηλότερης ποιότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απόκτηση πιο λεπτομερούς και ακριβούς γεωμετρίας αλλά ο χρόνος επεξεργασίας είναι σχετικά μεγάλος. Η μόνη διαφορά είναι ότι η ρύθμιση υψηλής ποιότητας σημαίνει επεξεργασία πρωτότυπων φωτογραφιών. Λειτουργίες φιλτραρίσματος βάθους: Στο στάδιο της ανασυγκρότησης του dense point cloud υπολογίζεται το βάθος για κάθε εικόνα. Λόγω ορισμένων παραγόντων, οι μη ορθά εστιασμένες εικόνες δημιουργούν κάποιες αποκλίσεις μεταξύ των σημείων. Επίσης υπάρχουν σημαντικές μικρές λεπτομέρειες οι οποίες διαχωρίζονται χωρικά και το dense point cloud μπορεί να ανακατασκευαστεί χωρίς να ταξινομείται ως υπερμέγεθες. Παραγωγή τρισδιάστατου μοντέλου Ένα τρισδιάστατο πλέγμα γνωστό και με τον όρο mesh είναι ουσιαστικά η κατασκευή ενός 3D μοντέλου που αποτελείται από πολύγωνα. Στα 3D μοντέλα δημιουργείται ένα ενιαίο σώμα και σε αυτά χρησιμοποιείται μια συλλογή από σημεία σε τρισδιάστατο χώρο για την σύνδεση διαφόρων γεωμετρικών οντοτήτων όπως τρίγωνα, γραμμές, καμπύλες επιφάνειες κλπ. Ουσιαστικά, τα 3D μοντέλα βασίζονται σε μαθηματική εκπροσώπηση της 3D επιφάνειας μέσω εξειδικευμένου λογισμικού και χρησιμοποιούν σημεία αναφοράς στους άξονες X,Y,Z για να ορίσουν σχήματα με ύψος, πλάτος και βάθος αντίστοιχα. Η τρισδιάστατη μοντελοποίηση περιλαμβάνει τη διάταξη πολυγώνου ξεχωριστά από τη δημιουργία του γενικού σχήματος, φέρει μεγάλο αριθμό πολυγώνων καθώς επίσης και απλά σχήματα που επιτρέπουν την ταχύτερη επεξεργασία. Τα πολύγωνα που χρησιμοποιούνται είναι τετράγωνα ή τρίγωνα και αναλύονται σε κορυφές, στις συντεταγμένες X,Y,Z και στις γραμμές (Χαρατσάρη, 2018). Έπειτα η αναπαράσταση των 3D μοντέλων χωρίζεται σε 2 κατηγορίες: Στερεά (Solid): Χρησιμοποιούνται για τις μη γραφικές προσομοιώσεις όπως σε αρχεία CAD και εξειδικευμένες οπτικές εφαρμογές. Επίσης τα μοντέλα αυτά καθορίζουν τον όγκο του αντικειμένου που αντιπροσωπεύουν (URL28). Όρια (Shell): Αυτά τα 3D μοντέλα αναπαριστούν το όριο τους περιμετρικά του εκάστοτε αντικειμένου, και όχι τον όγκο τους. Γενικά είναι πιο εύκολα στη χρήση από τα στερεά μοντέλα (URL29). 39

40 Εικόνα 9: 3D Άγαλμα από το λογισμικό Agisoft PhotoScan (πηγή: Μακατουνάκης Χαράλαμπος, 2016) Υπάρχουν τρία είδη σχεδιασμού ενός 3D μοντέλου: Πολυγωνικός σχεδιασμός: Αυτό του είδους ο σχεδιασμός περιέχει σημεία και κορυφές σε 3D χώρο που συνδέονται με γραμμικά τμήματα και σχηματίζουν πολύγωνα. Τα 3D μοντέλα είναι σχεδιασμένα πάνω σε πολυγωνικά μοντέλα που είναι επίπεδες επιφάνειες. Οι σύνθετες κυρτές επιφάνειες μοντελοποιούνται μόνο κατά προσέγγιση με τη χρήση πολλών πολυγώνων. Καμπυλωτός (curve) σχεδιασμός: Oι επιφάνειες ορίζονται από καμπύλες που επηρεάζονται από τα σταθμισμένα σημεία ελέγχου. Η καμπύλη δεν παρεμφαίνεται στα σημεία και ο τύπος των καμπυλών περιλαμβάνει μη ομοιόμορφη λογική B-spline (NURBS), σφήνες, μπαλώματα και γεωμετρικά πρωτόγονα. Ψηφιακή γλυπτική: Πρόκειται για μια νέα μέθοδο μοντελισμού η οποία έγινε δημοφιλής λίγα χρόνια μετά την επινόησή της. Υπάρχουν συνολικά 3 τύποι ψηφιακού σχεδιασμού: η εκτόπιση, η ογκομετρική και η δυναμική διακόσμηση σε ψηφιδωτό στυλ. Εικόνα 10: 3D πλέγμα mesh που δημιουργείται από τις επικαλυπτόμενες εικόνες (πηγή: Hawkins,2016) 40

41 Ορθοφωτογραφία Ορθομωσαϊκό Μια ορθοφωτογραφία είναι μια ανηγμένη φωτογραφία που έχει υποστεί γεωμετρική διόρθωση εξαιτίας των σφαλμάτων του ανάγλυφου και του εδάφους με σκοπό να έχει ομοιόμορφη δομή. Ουσιαστικά σε μια ορθοφωτογραφία υπάρχει ορθή προβολή του εδάφους και αντιστοιχεί με ένα τοπογραφικό χάρτη που δεν υπάρχουν σφάλματα κλίσης και ανάγλυφου. Επίσης όλη η πληροφορία μιας φωτογραφίας δεν χρησιμοποιεί συμβολισμούς όπως σε ένα χάρτη αλλά μπορεί εύκολα να διαβαστεί από αρχάριους χρήστες. Έχει μειωμένη διακριτική ικανότητα σε σχέση με τις απλές αεροφωτογραφίες εξαιτίας της έλλειψης υψομετρικής πληροφορίας. Σε αυτήν την περίπτωση πρέπει να χρησιμοποιηθούν ορθοφωτογραφίες που έχουν χαραχθεί ισοϋιψείς και απαιτούνται ειδικές πτήσεις με γνωστή τη γωνία πρόσπτωσης των φωτεινών ακτινών και τις συντεταγμένες του κέντρου λήψης για να ελαχιστοποιηθούν οι «σκιές» (Πατιάς, 1991) Σε αντίθεση με μια μη διορθωμένη αεροφωτογραφία, το ορθομωσαϊκό χρησιμοποιείται για τη μέτρηση πραγματικών αποστάσεων διότι είναι ακριβής αναπαράσταση της επιφάνειας της Γης, που προσαρμόζεται για την τοπογραφική παραμόρφωση του φακού και της κλίσης της κάμερας. Τέλος οι ορθοφωτογραφίες χρησιμοποιούνται στα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (GIS) για την παραγωγή ψηφιακού ορθοφωτοχάρτη. Ο ψηφιακός ορθοφωτοχάρτης είναι η συνένωση ορθοφωτογραφιών που έχουν υποστεί ορθοαναγωγή και οι αποκλίσεις από την ορθή προβολή οφείλονται στο ανάγλυφο του αντικειμένου και στις στροφές των φωτογραφιών. Ο τελικός ορθοφωτοχάρτης συνδυάζει την ποιότητα και την ακρίβεια ενός τοπογραφικού ψηφιακού διαγράμματος σε πραγματική κλίμακα και χρησιμοποιείται για τη μέτρηση αληθινών αποστάσεων και εμβαδών. Επίσης είναι μια εικόνα raster που γίνεται με τη συγχώνευση όλων των ορθοφωτογραφιών, αεροφωτογραφιών ή δορυφορικών φωτογραφιών και έχουν μετασχηματιστεί και ληφθεί κάθετα πάνω σε μια άπειρη απόσταση (URL30). Τέλος είναι ένας χάρτης υψηλής ανάλυσης, με πληροφορίες που επιτρέπουν την παραγωγή πληροφορίων για τη δημιουργία dense point cloud,ndvi,3d μοντέλα (Hawkins, 2016). Εικόνα 11:Ορθομωσαϊκό (πηγή: URL33) 41

42 Μοντέλο Ψηφιακής Ανύψωσης (DEM) Το ψηφιακό μοντέλο υψομέτρου ή ανύψωσης(dem) ορίζεται ως μια ψηφιακή 3D αναπαράσταση της επιφάνειας του εδάφους. Όπως υποδηλώνει το όνομα του η ανύψωση, δηλαδή το ύψος, είναι η κύρια παράμετρος του DEM που προσδιορίζεται από μια συγκεκριμένη θέση και την οριζόντια θέση του (x,y). Επίσης το DEM μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα raster μιας επιφάνειας εδάφους που έχει πλέγματα (πολυγωνικά ή τριγωνικά)(url34). Εικόνα 12:Εικόνα DEM (πηγή: URL35) Για να προσδιοριστεί η ανύψωση των συντεταγμένων, απαιτείται παρεμβολή. Δηλαδή όσο πιο κοντά βρίσκονται τα σημεία (x,y,z) τόσο πιο λεπτομερείς θα είναι. Επίσης οι λεπτομέρειες του εδάφους θα αναπαρασταθούν με μεγαλύτερη ακρίβεια σε μικρή απόσταση από το πλέγμα από ότι όταν τα διαστήματα του πλέγματος είναι σε μεγαλύτερη απόσταση. Έπειτα όσον αφορά την ποιότητα ενός DEM είναι 1m της ακρίβειας της ανύψωσης για κάθε pixel του DEM, δηλαδή υπάρχει απόλυτη ακρίβεια και σχετική ακρίβεια μορφολογίας. Επίσης υπάρχουν αρκετοί παράγοντες για την ποιότητα των DEM που είναι οι εξής: η τραχύτητα του εδάφους, η μέθοδος συλλογής δεδομένων για την ανύψωσης του εδάφους, η ανάλυση του πλέγματος, το μέγεθος των εικονοστοιχείων, ο αλγόριθμος παρεμβολής και η ανάλυση εδάφους. Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν διάφοροι τύποι DEM όπως η εξαγωγή των παραμέτρων εδάφους, η δημιουργία χαρτών σε 3D ανάγλυφο και η διόρθωση αεροφωτογραφιών. Το DEM παρέχεται από τη στερεοφωνική ψηφιακή αεροφωτογραφία σε διάφορες αναλύσεις και σε σχέση με την ποιότητα της κλίμακα των εικόνων (URL35). 42

43 Ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DTM) Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους-dtm περιγράφεται ως 3D αναπαράσταση μιας επιφάνειας ή ως μοντελοποίηση ψηφιακής ανύψωσης του εδάφους που αποτελείται από συντεταγμένες X,Y,Z σε ψηφιακή μορφή. Ουσιαστικά είναι η ψηφιακή αναπαράσταση τμήματος της φυσικής γήινης επιφάνειας που αποτελείται από ένα σύνολο υψομετρικών σημείων σε κανονική ή μη κανονική διάταξη. Εξαρτάται από το εδαφικό ανάγλυφο και είναι χρήσιμο για να υπάρχουν λίγα σημεία όπου το έδαφος θα είναι επίπεδο και τα περισσότερα σημεία θα έχουν έντονο ανάγλυφο. Επίσης αποτελείται από γραμμές ασυνέχειας και διαφορετικών κλίσεων που θα παρουσιάζουν τα ιδιαιτέρα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά αλλά και τις ανωμαλίες του εδάφους. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός σημείων τόσο πιο πολύ προσεγγίζει την πραγματική επιφάνεια. Το DTM παράγεται βάση των εικόνων στις οποίες έχει γίνει ο εξωτερικός προσανατολισμός και ενσωματώνονται στα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών. Ένα DTM περιλαμβάνει την επιφάνεια της Γης, εξαιρουμένης της βλάστησης, των κτιρίων ή τεχνητών χαρακτηριστικών και αντιπροσωπεύει την επιφάνεια της Γης μαζί με άλλες τοπογραφικές πληροφορίες, όπως την κάλυψη της γης (ΛΙΟΥΤΖΑ ΣΕΒΑΣΤΙΑΝΗ, 2017). Εικόνα 13: Εικόνα DTM (πηγή: URL35) Επίσης δημιουργούνται τοπογραφικοί χάρτες εδάφους που λαμβάνονται υπόψιν διάφορες μέθοδοι ανίχνευσης όπως δορυφόροι, ραντάρ και GPS. Έπειτα τα ακατέργαστα δεδομένα μετατρέπονται σε ένα ενιαίο μοντέλο που θα παρουσιάσει το τοπίο σε 3D απεικόνιση και σε ένα ψηφιακό χάρτη. Τέλος ένα DTM είναι ουσιαστικά ένα DEM που έχει διαγραμμίσεις και παρατηρήσεις από τα αρχικά δεδομένα για να διορθωθούν τα αντικείμενα που παράγονται, χρησιμοποιώντας μόνο τα αρχικά δεδομένα, τα σημεία των υψομέτρων και των κορυφών (URL37). 43

44 Μοντέλo Ψηφιακής Επιφάνειας (DSM) Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DSM) περιγράφεται ως 3D αναπαράσταση μιας επιφάνειας που περιέχει τις τιμές ύψους της πρώτης επιφάνειας στου εδάφους. Περιλαμβάνει ουσιαστικά χαρακτηριστικά του φυσικού εδάφους όπως δέντρα, βλάστηση αλλά και τεχνικά χαρακτηριστικά του εδάφους όπως κτίρια και οδούς. Τα DSM μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία 3D και δεν διαφέρουν σε γενικά πλαίσια από τα χαρακτηριστικά των DEM και DTM (URL36). Εικόνα 14: Εικόνα DSM (πηγή: URL35) 44

45 4.2 Δημιουργία φωτογραμμετρικού μοντέλου με χρήση του λογισμικού Agisoft PhotoScan και τα ποιοτικά αποτελέσματά του Στο παρόν υποκεφάλαιο γίνεται πλήρης ανάλυση της επεξεργασίας των δεδομένων και της παραγωγής του 3D μοντέλου του Κράνους, εξαγωγή των αποτελεσμάτων, των ποσοτικών και ποιοτικών αποτελεσμάτων των δύο λογισμικών Agisoft PhotoScan και του Pix4Dmapper. Τέλος γίνεται σύγκριση των 2 λογισμικών και συγκεκριμένα των ποσοτικών και ποιοτικών χαρακτηριστικών τους Δημιουργία του μοντέλου με χρήση του λογισμικού Agisoft PhotoScan Για την επεξεργασία των δεδομένων στο λογισμικό αυτό χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Agisoft PhotoScan έκδοσης Σε αυτή την ενότητα αναλύονται οι διαδικασίες που ακολουθούνται, για την παραγωγή των αποτελεσμάτων από το λογισμικό αυτό. Το Agisoft PhotoScan είναι ένα επαγγελματικό φωτογραμμετρικό λογισμικό 3D μοντελοποίησης με χρήση φωτογραφιών από εναέρια λήψη. Έχει βασιστεί στην 3D αποτύπωση πολλών παραδειγμάτων σε ερασιτεχνικό αλλά και επαγγελματικό επίπεδο. Στο συγκεκριμένο κεφάλαιο, παρουσιάζεται ο τρόπο λειτουργίας του λογισμικού αυτού, και η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την παραγωγή του παρόντος μοντέλου. Εικόνα 15: Αρχική Εικόνα του λογισμικού Agisoft Photoscan (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Το Agisoft PhotoScan λειτουργεί σε έξι βασικά στάδια: Αρχικά, το πρώτο στάδιο αποτελείται από την ευθυγράμμιση των θέσεων, των εικόνωναεροτριγωνισμός και τη δημιουργία μάσκας στις φωτογραφίες. Σε αυτό το στάδιο, το λογισμικό αναζητεί και βρίσκει τα κοινά σημεία στις φωτογραφίες και χωροθετεί με τη σειρά τις φωτογραφίες που έχουν ληφθεί. Επιπλέον, εμφανίζονται οι θέσεις λήψεων πάνω στο 3D χώρο οι οποίες προσαρμόζονται αυτόματα μαζί με τις παραμέτρους που έχει η φωτογραφική μηχανή του UAV-(camera calibration). Μετά την επεξεργασία, δημιουργείται ένα πρώτο αραιό σύνολο σημείων που αποτελούν την αρχική μορφή του μοντέλου-περιοχή μελέτης και 45

46 δίνεται η δυνατότητα στο χρήστη να διαγράψει σημεία τα οποία δεν ανήκουν στο αντικείμενο ή δεν είναι απαραίτητα στη μοντελοποίηση. Στο συγκεκριμένο μοντέλο, οι φωτογραφίες που τραβήχτηκαν έχουν ανάλυση 4000x3000pixel, εστιακό μήκος 3.61mm και pixel size 1.56x1.56um. Για καλύτερα αποτελέσματα αποφεύγονται φακοί τύπου «fish eye» ή πολυευρυγωνικοί φακοί. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, ο φακός που χρησιμοποιήθηκε είναι frame camera, γνωστή και ως είδος κάμερας που είναι αλγόριθμου αναγνώρισης συχνότητας για πολλαπλές εκθέσεις. Λαμβάνονται υπόψιν οι παράμετροι της κάμερας όπως η εστιακή απόσταση, η κύρια θέση σημείου, οι 3 συντελεστές ακτινικής παραμόρφωσης (K1,K2,K3) και δύο συντελεστές εφαπτομένης παραμόρφωσης (P1,P2). Η τιμές των συγκεκριμένων χαρακτηριστικών για τη βαθμονόμηση των φωτογραφιών παρουσιάζονται στο παρακάτω πίνακα. Type Frame Skew: Fx: Cx: Fy: Cy: K1: P1: K2: P K3: P3 0 K4: 0 P4: 0 Πίνακας 3: Πίνακας χαρακτηριστικών βαθμονόμησης της κάμερας (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Καλό είναι να αναφερθούν οι διάφορες ρυθμίσεις του προβολικού συστήματος και της ακριβείας της κάμερας του UAV εξαιτίας του υψομέτρου της πτήσης που είναι 100m. Το προβολικό σύστημα του μοντέλου, είναι το Ελληνικό προβολικό σύστημα. Η ακρίβεια της κάμερας ανέρχεται στα 100m και η ακρίβεια των σημείων θα έχει απόκλιση της τάξης των 0,03 m και η απόκλιση ακρίβειας των σημείων σύνδεσης είναι στο 1pixel. Εικόνα 16:Προβολικό σύστημα (πηγή: Ίδια επεξεργασία) Σε επόμενη φάση, γίνεται ο αεροτριγωνισμός-ευθυγράμμιση των φωτογραφιών και λαμβάνονται υπόψιν οι παράμετροι αυτής όπως η ακρίβεια, και η προεπιλογή ζεύγους. Στο 46

47 συγκεκριμένο μοντέλο έχει επιλεχθεί η υψηλότερη ακρίβεια των σημείων (high), που συμβάλλει στη ακριβή λήψη σημείων από την κάμερα και η προεπιλογή ζεύγους, στη γενική κατηγορία (Generic), όπου επιλέγονται τα αλληλεπικαλυπτόμενα ζεύγη φωτογραφιών για την αντιστοίχιση φωτογραφιών. Τέλος, το όριο των σημείων κλειδιών (key point) είναι το όριο των χαρακτηριστικών σημείων κάθε εικόνας και το όριο των σημείων σύνδεσης (tie point) δείχνει το όριο των σημείων αντιστοίχισης κάθε εικόνας. Στη συγκεκριμένη περίπτωση τα όρια των σημείων είναι αρχικά για σημεία κλειδιά (key point) στα σημεία και για τα σημεία σύνδεσης (tie point) στα Εικόνα 17: Αεροτριγωνισμός-ευθυγράμμισή εικόνων υπό το Agisoft Photoscan(πηγή: Ιδία επεξεργασία) Αφού ολοκληρώθηκε η διαδικασία του αεροτριγωνισμού, τα σημεία σύνδεσης (tie points) ανέρχονται στα και τα σημεία κλειδιά (key point) στα Στο σημείο αυτό είναι απαραίτητο να αναφερθεί ότι για την μεγαλύτερη ακρίβεια του αεροτριγωνισμού των φωτογραφιών χρησιμοποιήθηκαν 7 σημεία ελέγχου (Ground Control Points)- φωτοσταθερά με προβολικό σύστημα το ΕΓΣΑ87, που μετρήθηκαν με το GPS και οι συντεταγμένες τους παρουσιάζονται στο παρακάτω πίνακα: Χ Υ Ζ Πίνακας 4: Πίνακας συντεταγμένων των σημείων ελέγχου (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Μετά την εισαγωγή των σημείων και την επισήμανση τους πάνω στις φωτογραφίες παρουσιάζονται τα σφάλματα των σημείων σε μέτρα (m) του καθενός ξεχωριστά αλλά και το συνολικό σφάλμα όπου φέρει την τιμή 0,156729m. 47

48 Error (m) Αριθμός φωτογραφιών που έχουν Error (pix) επισημανθεί τα σημεία ελέγχου Συνολικό Πίνακας 5: Σφάλματα ανά σημείο ελέγχου σε μέτρα και σε pixel ( πηγή: Iδία επεξεργασία) Εικόνα 18:Συνολική εικόνα αεροτριγωνισμού των εικόνων (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Στο δεύτερο στάδιο, δημιουργείται το πυκνό νέφος σημείων (Dense point cloud) γνωστό και ως point cloud από την εν λόγω του αεροτριγωνισμού. Οι παράμετροι του πυκνού νέφους σημείων καθορίζεται από την ποιότητα και τις λειτουργίες φιλτραρίσματος βάθους. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, η ακρίβεια του πυκνού νέφους είναι μέτριας κατάταξης(medium) και οι για τις λειτουργίες φιλτραρίσματος βάθους επιλέχθηκε η επιθετική ρύθμιση (Aggressive) εξαιτίας των μικρών λεπτομερειών της περιοχής που παρουσιάζονται σε αυτό το μοντέλο. Εικόνα 19 : Δημιουργία Dense point cloud (πηγή: Ιδία επεξεργασία) 48

49 Βάση των θέσεων λήψης και των ιδιοτήτων της εξαγόμενης ποιότητας του νέφους, δημιουργήθηκε ένα πυκνό νέφος σημείων από σημεία. Σε αυτή τη διαδικασία ο χρήστης ορίζει τις περιοχές της φωτογραφίας από τις οποίες το λογισμικό λαμβάνει πληροφορίες για τη κατασκευή του μοντέλου. Σε αυτή το σημείο, χρειάζεται να γίνει η δημιουργία μασκών. Οι μάσκες αυτές, διευκολύνουν το λογισμικό και γλυτώνουν από τα περιττά σημεία που δεν χρειάζονται για την παράγωγη του μοντέλου, και έτσι εξοικονομείται χρόνος και αυξάνεται η ακρίβεια της πιστότητας και της ποιότητας του εξαγόμενου μοντέλου. Κατά την ένωση των φωτογραφιών, οι μάσκες διευκολύνουν τον καθορισμό των σημείων του αντικειμένου και τον εντοπισμό των θέσεων της φωτογραφικής μηχανής. Κατά τη δημιουργία του dense point cloud η περιοχή που έχει υποστεί περικοπή από τη μάσκα, δεν χρησιμοποιείται στη διαμόρφωση των Depth Maps. Έτσι επιτυγχάνεται η μείωση της πολυπλοκότητας του νέφους και αποκλείονται αυτόματα περιοχές που δεν έχουν σχέση με το παραγόμενο τελικό μοντέλο. Εικόνα 20: Συνολική εικόνα Dense point cloud της περιοχής μελέτης (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Έπειτα στο τρίτο στάδιο γίνεται η δημιουργία του πολυγωνικού πλέγματος (mesh). Ουσιαστικά σε αυτό το σημείο, ενώνονται τα σημεία του dense point cloud και δημιουργείται η 3D επιφάνεια του μοντέλου. Το λογισμικό αυτό δίνει την δυνατότητα στο χρήστη να επιλέξει ανάμεσα σε 2 αλγοριθμικές μεθόδους. Επίσης υπάρχουν και οι παράμετροι του πολυγωνικού πλέγματος που είναι ο τύπος της επιφάνειας, τα δεδομένα προέλευσης, οι αριθμοί των πολυγώνων και αν θα είναι ενεργή η παρεμβολή. Στο συγκεκριμένο μοντέλο ο τύπος της επιφάνειας είναι αυθαίρετος (Arbitrary) και μπορεί να μοντελοποιηθεί οποιοδήποτε αντικείμενο έχει υψηλότερη κατανάλωση μνήμης. Η προέλευση δεδομένων έχει να κάνει με την επεξεργασία του πυκνού νέφους (Dense Cloud) που παράγει υψηλής ποιότητας απόδοση. Επίσης ο αριθμός των πολύγωνων είναι υψηλός (High) και σε σχέση με τον αριθμό των σημείων που έχουν δημιουργηθεί από το Dense point cloud, ο αριθμός των σημείων του 3D μοντέλου του Κράνους φέρει την τιμή των Επιπλέον η παρεμβολή είναι ενεργοποιημένη-enabled, που σημαίνει ότι ορισμένες οπές της επιφάνειας καλύπτονται αυτόματα και περιέχουν όλες τις τάξεις των σημείων. 49

50 Τέλος μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας, το πρόγραμμα επεξεργάζεται το πλέγμα πέρα από το κλείσιμο οπών, γίνεται αφαίρεση περιττών κομματιών και υποδιαίρεσης του πλέγματος. Όπως και σε κάθε στάδιο έτσι και εδώ μπορεί να γίνει εξαγωγή του μοντέλου αυτού. Αφού έχει δομηθεί η γεωμετρία του μοντέλου, σειρά έχει η αποτύπωση της υφής πάνω στο μοντέλο. Εικόνα 21: Δημιουργία 3D mesh (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Στο τέταρτο στάδιο γίνεται η δημιουργία του 3D μοντέλου (model texture) όπου καθορίζεται ο τρόπος χαρτογράφησης του μοντέλου. Η παράμετροι, στο συγκεκριμένο μοντέλο είναι η λειτουργία της συγχώνευσης, το μέγεθος της υφής και η διόρθωση του χρώματος. Στο μοντέλο αυτό, το είδος της συγχώνευσης είναι μωσαϊκό (mosaic) το οποίο συνδυάζει τη χαμηλή συχνότητα για τις επικαλυπτόμενες εικόνες με το σταθμισμένο μέσο όρο των υψηλών συχνοτήτων, οι οποίες παρουσιάζουν καλή ανάλυση για την περιοχή ενδιαφέροντος. Επίσης το μέγεθος(πλάτος και ύψος) του 3D μοντέλου του Κράνους φέρει την τιμή 4096x4096. Τέλος η διόρθωση χρώματος ήταν ενεργοποιημένη για να επιτευχθεί η έντονη φωτεινότητα. Εικόνα 22: Δημιουργία 3D μοντέλου (πηγή: Ιδία Επεξεργασία) 50

51 Εικόνα 21: Συνολική εικόνα 3D μοντέλου για την περιοχή μελέτης (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Με την εντολή tiled γίνεται η απεικόνιση μεγάλων 3D μοντέλων υψηλής ανάλυσης. Η απεικόνιση αυτή βασίζεται στα δεδομένα του dense point cloud. Βασική παράμετρος είναι το μέγεθος του μοντέλου αυτού, που εμφανίζεται αυτόματα και φέρει την τιμή 0.03m και το μέγεθος των πλακιδίων φέρει την τιμή 256. Εικόνα 23: Δημιουργία Tiled model (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Στο πέμπτο στάδιο μέσω του PhotoScan μπορεί να παραχθεί το μοντέλο DEM που αντιπροσωπεύει ένα μοντέλο επιφάνειας ως ένα κανονικό πλέγμα τιμών ύψους. Το DEM γίνεται raster και υπολογίζονται βάση του dense point cloud όπου επιτρέπεται η εκτέλεση μετρήσεων σημείου, απόστασης, όγκου. Οι παράμετροι του αφορούν τα δεδομένα προέλευσης, την παρεμβολή και την τάξη των σημείων. Τα δεδομένα προέλευσης στο συγκεκριμένο μοντέλο είναι του Dense point cloud, η παρεμβολή είναι ενεργή για να δημιουργηθεί το μοντέλο χωρίς οπές και οι τάξεις των σημείων είναι ενεργές για τον υπολογισμό DEM. Η ανάλυση του DEM παίρνει την τιμή 15,2cm/pixel, το συνολικό μέγεθος είναι 3,887x3,616pixel και η πυκνότητα των σημείων είναι 43,1965 σημεία ανά ένα τετραγωνικό μέτρο. 51

52 Εικόνα 24: Δημιουργία DEM (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 25: Συνολική εικόνα DEM για την περιοχή μελέτης (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Στο έκτο και τελευταίο στάδιο, γίνεται η παραγωγή ορθομωσαϊκού μοντέλου όπου επιτρέπεται η προβολή του μοντέλου σε ένα επίπεδο που θα καθορίζεται από ένα σύνολο σημείων. Για την παραγωγή του ορθομωσαϊκού λαμβάνονται υπόψιν οι παράμετροι του που είναι: το είδος του μοντέλου, η επιφάνεια, η λειτουργία συγχώνευσης και η διόρθωση των χρωμάτων. Το είδος του μοντέλου είναι η επίπεδη (Planar) επιφάνεια του μοντέλου διότι είναι αποτελεσματική για τη παραγωγή του συγκεκριμένου ορθομωσαϊκού εξαιτίας των φωτογραφιών που προέρχονται από εναέρια λήψη. Για τη λειτουργία συγχώνευσης έχει 52

53 επιλεχθεί το ορθομωσαϊκό και η διόρθωση χρώματος επιλέχθηκε να μην είναι ενεργή διότι δεν μας ενδιαφέρει σε αυτήν την περίπτωση η διαβάθμιση των χρωμάτων. Εικόνα 26:Δημιουργία Ορθομωσαϊκού(πηγή: Ιδία Επεξεργασία) Τέλος οι διαστάσεις του είναι 0,03x0,03m/pixel και η συνολική έκταση του x Εικόνα 27:Εικόνα Ορθομωσαϊκού περιοχής μελέτης (πηγή: Ιδία επεξεργασία) 53

54 4.2.2 Ποιοτικά αποτελέσματα του λογισμικού Agisoft PhotoScan Η συμπλήρωση του παρακάτω ερωτηματολογίου γίνεται, συμφώνα με την προσωπική άποψη του συγγραφέα της παρούσας εργασίας και στη συνέχεια γίνεται η εκτενέστερη ανάλυση του παρόντος ερωτηματολόγιου. Ερωτήσεις ποιοτικών χαρακτηριστικών του προγράμματος Agisoft PhotoScan Γενικό χαρακτηριστικό Ικανότητα: Αξιοπιστία Ευχρηστία : Ειδικό χαρακτηριστικό Πολύ Μέτρια Λίγο Καθόλου Δεν γνωρίζω Το πρόγραμμα εκτελεί όλες τις λειτουργίες που αναφέρει; Επάρκεια: Προσφέρονται όλες οι λειτουργίες του προγράμματος στο χρήστη; Ακρίβεια: Οι ενέργειες και οι διεργασίες που γίνονται είναι σωστές, έγκυρες, και επαληθεύσιμες; Αποτελεσματικότητα: Οι λειτουργίες που εκτελεί το πρόγραμμα καταφέρνουν να φέρουν αποτελέσματα; Δια-λειτουργικότητα: Οι διάφορες λειτουργίες του προγράμματος έχει άμεση αλληλεπίδραση μεταξύ τους με τον καλύτερο τρόπο; Συγχρονισμός: Δίνεται η δυνατότητα εκτέλεσης πολλαπλών παράλληλων εργασιών εντός του προγράμματος και ταυτόχρονα με άλλες διαδικασίες; Δυνατότητα Επέκτασης: Χρονική συμπεριφορά: Πόσο εύκολα δίνεται η δυνατότητα για απλούς χρήστες η χρήση του προγράμματος αυτού ; Πόσο επαρκής είναι ο χρόνος της επεξεργασίας και της απόδοση των αποτελεσμάτων κατά την εκτέλεση των λειτουργιών του; Μπορείτε να εμπιστεύεστε το πρόγραμμα σε πολλά και δύσκολα projects ; Σταθερότητα: Το πρόγραμμα πόσο δεν προκαλεί διακοπές ή σφάλματα των λειτουργιών του; Ανθεκτικότητα: Το πρόγραμμα πόσο μπορεί να λειτουργεί κανονικά παρά τις δυσλειτουργίες και τα προβλήματα που μπορεί να προκύψουν κατά την χρήση του; Ανάκτηση: Πόσο δυνατή είναι η ανάκτηση και η συνέχιση της χρήσης του προγράμματος όταν συμβεί ένα θανατηφόρο σφάλμα; Είναι εύκολο στη χρήση; Λειτουργικότητα: Πόσο εύκολα μπορεί ένα απλός χρήστης να χρησιμοποιήσει το πρόγραμμα; 54

55 Χάρισμα Ασφάλεια Αντιμετώπιση: Το πρόγραμμα αυτό μπορεί να αντιμετωπίσει ορθώς τις δυσκολίες που μπορούν να προκύψουν κατά την διάρκεια τις λειτουργίας του ; Ακρίβεια εντολών: Πόσο ακριβή είναι τα αποτελέσματα από τις ενέργειεςλειτουργιές που γίνονται εντός του προγράμματος; (πχ: ακρίβεια control points, mesh κτλ.) Συνοχή: Πόσο ορθά δομημένες και στη σειρά είναι οι εντολές του λογισμικού για να ολοκληρωθεί ένα φωτογραμμετρικό μοντέλο ; Προσβασιμότητα: Πόσο δυνατή είναι η πρόσβαση για όσο το δυνατόν περισσότερους χρήστες σε αυτό το πρόγραμμα ; Έλεγχος: Πόσο ασφάλεια μπορεί να αισθάνεται ο χρήστης ότι το λογισμικό αυτό κάνει σωστά τις λειτουργίες για τις όποιες έχει κατασκευαστεί το πρόγραμμα ; Μάθηση: Πόσο γρήγορη και εύκολη είναι η εκμάθηση της χρήσης του προγράμματος; Ευκολία προσαρμογής: Με πόση ευκολία μπορεί το πρόγραμμα να προσαρμόσει κάποιες εντολές του προς ευκολία του χρήστη; (Πχ δεξί κλικ για εισαγωγή εικόνων, ξεχωριστή μπάρα εντολών για την επεξεργασία των control points) Minimalism: Πόσο λιτά σχεδιασμένο είναι το πρόγραμμα όσο αφορά το περιεχόμενο αλλά και την εμφάνιση του; To λογισμικό αυτό έχει χάρισμα; Μοναδικότητα: Πόσο μοναδικό διακρίνεται ότι είναι το πρόγραμμα από όλες τις πλευρές;(πχ σχεδιασμός, ακρίβεια, ποσοτικά αποτελέσματα) Ελκυστικότητα: Πόσο ελκυστικό είναι το πρόγραμμα από όλες τις πτυχές; Διαφήμισηπροώθηση: Πόσο μέσα από την διαφήμιση οδήγησε το χρήστη να χρησιμοποιήσει το πρόγραμμα ; Πόσο το πρόγραμμα προστατεύεται από ανεπιθύμητη χρήση; Προστασία απορρήτου: Πόσο σωστά λειτουργεί το απόρρητο και δεν μπορούν να αποκαλυφθούν τα αποτελέσματα 55

56 Εκτέλεση Ικανότητα προσαρμογής Συμβατότητα από μη εξουσιοδοτημένους χρήστες; Virus-free: Πόσο αδύνατο είναι η μεταφορά ιών μέσο του προγράμματος στον υπολογιστή ; Αντίσταση: Πόσο ασφάλεια υπάρχει για να μην γίνει παράνομης αντιγραφής και διανομής των προϊόντων που παράγονται ; Είναι το πρόγραμμα αρκετά γρήγορο; Εκμετάλλευση πόρων: Ποσό κατάλληλη είναι η χρήση των δεδομένων και των αποτελεσμάτων από προηγούμενες και επόμενες έκδοσης του προγράμματος αυτού είτε από άλλο πρόγραμμα ίδιου τύπου; Ανταπόκριση : H ταχύτητα της οποίας εκτελείται μια ενέργεια είναι αρκετά γρήγορη; Μεταφορά: Πόσο εύκολα μπορούν να μεταφερθούν τα δεδομένα και τα αποτελέσματα του προγράμματος; Feedback: Πόσο ολοκληρωμένη είναι η ανατροφοδότηση των αποτελεσμάτων από το πρόγραμμα στο χρήστη; Είναι εύκολο να εγκαταστήσετε, να διατηρήσετε και να υποστηρίξει ο υπολογιστή το πρόγραμμα αυτό ; Εγκατάσταση: Πόσο εύκολα το πρόγραμμα μπορεί εγκατασταθεί και να λειτουργήσει σε διαφορετικού τύπου υπολογιστές; Διαμόρφωση : Πόσο εύκολα μπορεί να διαμορφωθεί το πρόγραμμα για να είναι πιο εύχρηστο για ένας απλό χρήστη; Πόσο το πρόγραμμα αλληλοεπιδρά με το περιβάλλον του υπολογιστή; Συμβατότητα λειτουργικού συστήματος: Συμβατότητα εφαρμογής: Συμμόρφωση με τα πρότυπα: Πόσο το πρόγραμμα μπορεί να λειτούργησε σε διάφορες εκδόσεις λειτουργικού συστήματος; Πόσο η εφαρμογή μπορεί να συνεργάζονται με άλλες εφαρμογές που οι χρήστες είναι πιθανό να χρησιμοποιήσουν; Πόσο το πρόγραμμα συμμορφώνεται με τα ισχύοντα πρότυπα και κανονισμούς; Πίνακας 6: Eρωτηματολόγιο ποιοτικών χαρακτηριστικών του λογισμικού Agisoft PhotoScan (πηγή: Ιδία επεξεργασίας) 56

57 Το PhotoScan, έχει σε μεγάλο βαθμό την ικανότητα να εκτελεί όλες τις λειτουργίες και εντολές, διότι όσες εντολές αναγράφονται, γίνονται με σχετικά εύκολο τρόπο για το χρήστη καθώς και σε σχέση με το μέγεθος του μοντέλου μπορεί να γίνει σε μικρό χρονικό διάστημα. Πιο συγκεκριμένα, σε σχέση με την επάρκεια των εντολών, οι εντολές λειτουργούν σε μέγιστο βαθμό προς όφελος του χρήστη και επιτυγχάνουν την ορθή λειτουργία του προγράμματος. Η ακρίβεια των εντολών όσον αφορά το περιεχόμενό τους χαρακτηρίζονται ως πλήρως σωστές, ολοκληρωμένες και έγκυρες. Η αποτελεσματικότητα του προγράμματος, αφορά τον τρόπο που λειτουργεί και με πόσο μεγάλη ευκολία παράγει τα αποτελέσματα των διαφόρων διαδικασιών όπως την παραγωγή του 3D μοντέλου, του DEM,του ορθομωσαϊκού και της εξαγωγής του σφάλματος από την εισαγωγή των σημείων ελέγχου. Επιπρόσθετα, η μια εντολή με την άλλη έχουν πλήρη αλληλεπίδρασή διότι για την ολοκλήρωση μιας λειτουργίας υπάρχει σύνδεση με μια άλλη λειτουργία όπως ο αεροτριγωνισμός και ένωση των φωτογραφιών με την βαθμονόμηση της κάμερας και η εισαγωγή και το μαρκάρισμα των σημείων ελέγχου με την εξαγωγή των σφαλμάτων ακρίβειας. Ουσιαστικά, κάθε εντολή είναι αλληλένδετη με την άλλη για να δημιουργηθεί το 3D μοντέλο. Ο συγχρονισμός των εργασιών εντός του λογισμικού αυτού, δηλαδή η δυνατότητα να γίνονται ταυτόχρονα οι εντολές του προγράμματος αυτού, είναι κάτι που γίνεται σε μικρό ποσοστό, και μόνο μέχρι τον αεροτριγωνισμό και ένωση των φωτογραφιών. Επίσης, υπάρχει δυνατότητα επέκτασης και το καθιστά εύχρηστο για τους αρχάριους χρήστες. Σύμφωνα με την προσωπική μου εμπειρία για παραγωγή του συγκεκριμένου φωτογραμμετρικού μοντέλου δεν υπήρχε δυσκολία για την ολοκλήρωση του μοντέλου, οι εντολές και ο τρόπος που έχουν γραφεί, είναι πλήρως κατανοητός και οι εντολές έχουν μικρή δυσκολία. Τέλος η χρονική συμπεριφορά του λογισμικού αυτού, δηλαδή ο χρόνος της επεξεργασίας και της εξαγωγής των αποτελεσμάτων είναι αρκετά σύντομος και άμεσα συνδεδεμένος με το είδος του μοντέλου που πρέπει να παραχθεί. Στην περίπτωση του Κράνους το μέγεθος του μοντέλου είναι μέτριο αλλά ο χρόνος για να παραχθεί ήταν σύντομος περίπου 4 ώρες, χρόνος αρκετά μικρός για το συνολικό αριθμό των φωτογραφιών (127) που τραβήχτηκαν από το UAV. Το χαρακτηριστικό της αξιοπιστίας, το PhotoScan είναι ένα πρόγραμμα που δημιουργεί φωτογραμμετρικά 3D μοντέλα και παράγει όλα τα προϊόντα που θέλει ο εκάστοτε χρήστης, χωρίς διακοπές η τεχνικά σφάλματα και με μεγάλη ακρίβεια. Σύμφωνα με την δική μου προσωπική εμπειρία είναι ένα αξιόπιστο πρόγραμμα που δεν δημιουργεί προβλήματα στον προσωπικό υπολογιστή και φέρει μεγάλη ακρίβεια στα ποσοτικά αποτελέσματα που παράγει. Σε σχέση με το χαρακτηριστικό της σταθερότητας του λογισμικού, δηλαδή αν υπάρχουν διακοπές ή αν το πρόγραμμα κλείνει τελείως, στο PhotoScan δεν υπήρξε καμία διακοπή κατά τη δημιουργία, επεξεργασία και ολοκλήρωση του προγράμματος. Για αυτό το λόγο κατά την προσωπική μου κρίση, θεωρείται αρκετά σταθερό και χωρίς τεχνικά σφάλματα. Η ανθεκτικότητα του προγράμματος, δηλαδή αν λειτουργεί κάτω από δύσκολες συνθήκες και καθόλη τη διάρκεια της παραγωγής του μοντέλου αυτού, το PhotoScan δεν δημιούργησε καθυστερήσεις ή δυσλειτουργία στο πρόγραμμα, παράλληλα με άλλες εργασίες που γινόντουσαν στον προσωπικό υπολογιστή μου. Τέλος, δεν μου έγινε γνωστό αν το πρόγραμμα μπορεί να κάνει ανάκτηση των δεδομένων διότι δεν υπήρξε δυσλειτουργία ή τεχνικό σφάλμα κατά την παραγωγή του μοντέλου του Κράνους. 57

58 Σε σχέση με την ευχρηστία του, σύμφωνα με την προσωπική μου εμπειρία είναι αρκετά χρηστικό για αρχαρίους χρήστες που δεν γνωρίζουν πολλά για φωτογραμμετρικά προγράμματα. Επίσης ο τρόπος συγγραφής των εντολών βοήθησε στην κατανόηση και στον εύκολο χειρισμό του προγράμματος αυτού. Όσον αφορά τη λειτουργικότητα του και συγκεκριμένα των εντολών του, ένας αρχάριος χρήστης μπορεί με μεγάλη ευκολία να χρησιμοποιήσει το λογισμικό αυτό για την παραγωγή του μοντέλου. Επίσης οι παράμετροι που έχει κάθε εργαλείο και οι επιλογές έχει ενσωματωμένες. Παραδείγματος χάρη, για την παραγωγή του ορθομωσαϊκού, στις παραμέτρους υπάρχει ενσωματωμένη η επιλογή με τις κλάσεις των χρωμάτων. Σε ότι έχει να κάνει με την αντιμετώπιση των δυσκολίων κατά τη λειτουργία του λογισμικού αυτού, μπορεί άμεσα και χωρίς να κλείσει το πρόγραμμα, να αντιμετωπίσει οποιαδήποτε δυσλειτουργία σε ελάχιστο χρόνο, σχεδόν ταυτόχρονα με την εμφάνιση του. Σε σχέση με την ακρίβεια των εντολών και των παραμέτρων τους, το πρόγραμμα έχει πάρα πολύ κατανοητές εντολές και τα αποτελέσματα των διαδικασιών του PhotoScan είναι πολύ ακριβή και με ποιότητα αρκετά κοντά στην πραγματικότητα. Για παράδειγμα, για τον αεροτριγωνισμό και ένωση των εικόνων, υπάρχει η επιλογή του είδους της ακρίβειας και στο συγκεκριμένο μοντέλο αυτή η επιλογή είναι της μεγαλύτερης ακρίβειας. Σε σχέση με τη συνοχή των εντολών με τις διαδικασίες για την παραγωγή του μοντέλου, υπάρχει πλήρης συνοχή και αλληλουχία μεταξύ τους, οι εντολές είναι με τη σειρά και κατανοητά γραμμένες. Από την πλευρά της προσβασιμότητας, υπάρχει μέση προσβασιμότητα για τους χρήστες σε αυτό το πρόγραμμα διότι το συγκεκριμένο λογισμικό είναι επί πληρωμή και δεν είναι εύκολο για τους απλούς χρήστες να το αποκτήσουν. Από την άλλη πλευρά, σε σχέση με την προσβασιμότητα για τα προϊόντα που παραχθήκαν από το PhotoScan, υπάρχει άμεση πρόσβαση αν υπάρχει παρόμοιο πρόγραμμα και μπορεί να δεχθεί τα παραγόμενα αρχεία (σύμφωνα με τις καταλήξεις των αρχείων-πχ αρχεία obj). Επιπρόσθετα η ασφάλεια-έλεγχος που προκαλεί το συγκεκριμένο πρόγραμμα στο χρήστη είναι αρκετά μεγάλη. Ουσιαστικά ο τρόπος που λειτουργεί και τα αποτελέσματα των διαδικασιών αυτών, σύμφωνα με την προσωπική χρήση που έκανα στο πρόγραμμα αυτό, προσφέρει όλα όσο επιζήτα για νιώθει ασφάλεια ο χρήστης με το πρόγραμμα αυτό. Το PhotoScan από την πλευρά της εκμάθησης του είναι αρκετά κοντά στον απλό χρήστη, είναι κατανοητά γραμμένο και μπορεί εύκολα και γρήγορα να μάθει να το χειριστεί ένας αρχάριος χρήστης μέσα σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Όσον αφορά την ευκολία προσαρμογής του προγράμματος και συγκεκριμένα των εντολών του, είναι σχετικά μέτρια γιατί δεν υπάρχουν συντομεύσεις παρά μόνο μια μπάρα με βασικές εντολές. Τέλος σχετικά με το στυλ του προγράμματος για το γραφιστικό σχεδιασμό του, σύμφωνα με την προσωπική μου άποψη, το πρόγραμμα αυτό έχει έντονα χρώματα για τα προϊόντα που παράγονται, αλλά ο απλός τρόπος που έχει δομηθεί και σχεδιαστεί όποτε το καθιστά σχετικά μέτριο γραφικά στυλ. Το PhotoScan, σύμφωνα με την προσωπική μου άποψη είναι ένα πρόγραμμα ελκυστικό, με σαφήνεια και ευκολία στην χρήση, αλλά η μοναδικότητα στο σχεδιασμό του και το μέγεθος των αρχείων το κατατάσσει στα μέτρια σχετικά προγράμματα, διότι υπάρχουν πολλά παρόμοια λογισμικά και το PhotoScan δεν έχει κάποιο μοναδικό χαρακτηριστικό. Η μοναδικότητα του λογισμικού αυτού, σύμφωνα με την προσωπική μου χρήση και άποψη, είναι ότι παρέχει σε σχέση με αλλά προγράμματα μεγάλη ακρίβεια. Βέβαια ο σχεδιασμός του, θα μπορούσε να είναι πιο απλός και το μέγεθος των αρχείων είναι αρκετά μεγάλο και 58

59 για αυτό το λόγο το κατατάσσει μέτριο στην μοναδικότητα του. Έπειτα, σύμφωνα με την άποψη μου είναι ελκυστικό για έναν απλό χρήστη σε όλα τα επίπεδα διότι έχει απλό σχεδιασμό, κατανοητά γραμμένες τις εντολές του και με σαφήνεια σχεδιασμένο για ένα απλό χρήστη. Τέλος, η διαφήμιση και η προώθηση του επιτυγχάνεται μέσα από τη σελίδα του λογισμικού και του τρόπου που παρουσιάζεται το πρόγραμμα οδηγεί τους χρήστες που ενδιαφέρονται για φωτογραμμετρικά προγράμματα στην αγορά του προγράμματος. Μεταξύ των άλλων, το ποσό ασφαλές είναι το λογισμικό από κάποια κακόβουλη χρήση, είναι ένα γεγονός που δεν μπορώ να φέρω γνώμη διότι στην προσωπική χρήση που έκανα δεν δημιουργήθηκε κάποια παρεμβολή από κακόβουλου λογισμικό ή από μη σωστή χρήση. Έτσι δεν γνωρίζω αν υπάρχει ασφάλεια για τυχόν ανεπιθύμητες χρήσεις. Βέβαια το απόρρητο των αποτελεσμάτων, λειτουργεί σε πολύ καλά πλαίσια, διότι είναι επί πληρωμή πρόγραμμα και το γεγονός ότι δεν υπάρχει cloud έκδοση, σύμφωνα με την προσωπική μου άποψη σημαίνει ότι μπορεί και μένει κρυφό το περιεχόμενο των διάφορων μοντέλων με αποτέλεσμα να έχει υπάρχει απόρρητο περιεχομένου για μη εξουσιοδοτημένους χρήστες. Σε ότι έχει να κάνει με την προστασία του προγράμματος από κακόβουλο λογισμικό, δεν φέρει ευθύνη το πρόγραμμα για την προστασία αλλά ο υπολογιστής (Anti-virus), όποτε δεν είναι γνωστό αν το πρόγραμμα μπορεί να μεταφέρει ιούς στον υπολογιστή. Τέλος για την αντίσταση του PhotoScan, δηλαδή η ασφάλεια για την αποφυγή παράνομης μεταφοράς των αποτελεσμάτων του, δεν γίνεται γνωστό αν μπορεί το πρόγραμμα να παραβιαστεί από τρίτο. Σε σχέση με την εκτέλεση των εντολών και συγκεκριμένα με την ταχύτητα, σύμφωνα με την προσωπική μου άποψη λειτουργεί ταχύτατα στην εκτέλεση των διαφορών εντολών και με ανατροφοδότηση των αποτελεσμάτων στο χρήστη. Πιο συγκεκριμένα, η εκμετάλλευση πόρων, δηλαδή η χρήση των προηγούμενων εκδόσεων αλλά και επόμενων, γίνεται με την προβολή του μοντέλου και την επεξεργασία των προϊόντων που παραχθήκαν από παλιά ή από καινούργια έκδοση. Κατά την προσωπική μου εμπειρία, το μοντέλο που παράχθηκε, άνοιξε και με την επόμενη έκδοση του PhotoScan δηλαδή την 1.3. Η ανταπόκρισή του PhotoScan για την παραγωγή του μοντέλου είναι αρκετά γρήγορη, με συνέπεια ο συνολικός χρόνος για την παραγωγή του μοντέλου να είναι αρκετά μικρός χωρίς να επηρεάζεται το μέγεθος του μοντέλου που παράγεται. Στη συγκεκριμένη περιοχή, το μέγεθος της περιοχής μελέτης είναι σχετικά μικρό, πάρα των σύνολο των φωτογραφιών (127). Η μεταφορά των δεδομένων αλλά και των αποτελεσμάτων που παραχθήκαν είναι αρκετά εύκολη και γίνεται μέσω ενός εξωτερικού σκληρού δίσκου ή από ένα φλασάκι. Τέλος η ανατροφοδότησηfeedback των αποτελεσμάτων του στο χρήστη και σύμφωνα με την προσωπική μου εμπειρία, τα αποτελέσματα που παράχθηκαν ήταν κατανοητά γραμμένα, με αποτέλεσμα να γίνουν κατανοητά από έναν απλό χρήστη. Παράλληλα, το PhotoScan έχει την ικανότητα μπορεί να εγκατασταθεί και να υποστηρίζεται από διάφορες εκδόσεις του διότι λειτουργεί σε οποιαδήποτε έκδοση και μπορεί να προσαρμοστεί σε ένα βαθμό για να γίνει πιο εύχρηστο. Έπειτα, η εγκατάσταση του προγράμματος στον υπολογιστή και η λειτουργία του σε διάφορους και διαφορετικούς υπολογιστές είναι αρκετά εύκολη. Σύμφωνα με την προσωπική μου εμπειρία, το πρόγραμμα αυτό δούλεψε σε 2 διαφορετικούς υπολογιστές. Τέλος το πρόγραμμα διαμορφώνεται για να γίνει εύχρηστο, ανάλογα με τον χρήστη. Πιο συγκεκριμένα, μπορεί ο εκάστοτε χρήστης να 59

60 επεξεργαστεί στην μπάρα εντολών οποία από τα εργαλεία εκείνος θεωρεί χρήσιμα και εύχρηστα για αυτόν. Κατά την προσωπική χρήση μου το πρόγραμμα σύμφωνα με την ανάγκη του μοντέλου αυτού, μπορεί να διαμορφωθεί η γραμμή εντολών για να διευκολύνει την ολοκλήρωση του μοντέλου. Τέλος σε σχέση με την συμβατότητα του προγράμματος, το πρόγραμμα αυτό αλληλοεπιδρά με το περιβάλλον του υπολογιστή και λειτουργεί σε διαφορετικές εκδόσεις λειτουργικού συστήματος, αλλά υπάρχει μέτρια συνεργασία του με άλλες εφαρμογές για την επεξεργασία των δεδομένων ή και των αποτελεσμάτων. Πιο συγκεκριμένα, η συμβατότητα λειτουργικού συστήματος μπορεί και δουλεύει σε 3 διαφορετικές εκδόσεις του Windows γεγονός που το κάνει συμβατό σε διάφορα λειτουργικά συστήματα. Έπειτα, σε σχέση με τη συμβατότητα του προγράμματος για τη συνεργασία του με άλλες εφαρμογές ή λογισμικά είναι μέτρια διότι μπορεί να συνεργάζεται μόνο με αρχεία που μπορεί να αναγνωρίσει το πρόγραμμα δηλαδή, αρχεία της μορφής ply. Τέλος, η συμμόρφωση του προγράμματος με τα διάφορα πρότυπα, δεν είναι γνωστό αν συμμορφώνεται στους ισχύουντα νόμους και κανόνες. 60

61 4.3 Δημιουργία φωτογραμμετρικού μοντέλου με την χρήση του λογισμικού Pix4Dmapper και τα ποιοτικά αποτελέσματα του Δημιουργία του μοντέλου με χρήση του λογισμικού Pix4Dmapper Το Pix4Dmapper είναι ένα φωτογραμμετρικό λογισμικό επεξεργασίας και δημιουργίας τρισδιάστατου μοντέλου, η αναπαράσταση του ανάγλυφου διάφορων περιοχών από φωτογραφίες εναέριας λήψης και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πληθώρα παραδειγμάτων και μελετών σε ερασιτεχνικό αλλά και επαγγελματικό επίπεδο. Επίσης είναι ένα λογισμικό που βασίζεται στην αυτόματη εύρεση χιλιάδων κοινών σημείων μεταξύ όλων των εικόνων. Κάθε ομάδα με σωστά ταιριασμένα σημεία, δημιουργεί ένα σημείο 3D. Η έκδοση του λογισμικού είναι το Pix4Dmapper Pro Στο συγκεκριμένο υποκεφάλαιο θα παρουσιαστεί ο τρόπος λειτουργίας του λογισμικού αλλά και η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την παραγωγή του παρόντος μοντέλου. Αρχικά στο πρώτο στάδιο γίνεται η εισαγωγή των φωτογραφιών, ο προσανατολισμός και η βαθμονόμηση τους. Αρχικά, γίνεται η μεταφόρτωση των φωτογραφιών, η επιλογή του συστήματος συντεταγμένων του μοντέλου και του συστήματος συντεταγμένων των αρχείων που παραχθούν. Στο συγκεκριμένο μοντέλο το σύστημα συντεταγμένων του είναι το WGS84 και των εξαγόμενων αρχείων το Greek Grid. Εικόνα 28:Εισαγωγή φωτογραφιών στο λογισμικό Pix4Dmapper (πηγή: Ιδία επεξεργασία) 61

62 Στο συγκεκριμένο μοντέλο, οι φωτογραφίες που τραβήχτηκαν έχουν ανάλυση εικόνας 4000x3000, εστιακό μήκος 3.61mm και pixel size 1.56x1.56um. Στη συνέχεια, η αρχική επεξεργασία-initial Processing γίνεται αυτόματα όπως επίσης και η διαδικασία της βαθμονόμησης των φωτογραφιών και της δημιουργίας ζευγών των εικόνων. Πιο συγκεκριμένα γίνεται ο ορισμός της κλίμακας των εικόνων που στη συγκεκριμένη περιοχή μελέτης επιλέχθηκε η πλήρης κλίμακα (Full) για να φέρει πιο ακριβή αποτελέσματα και η αναφορά της ποιότητας του μοντέλου επιτρέπει στο χρήστη να εμφανίζεται η ποιότητα του ορθομωσαϊκού και του DSM. Εικόνα 29 :Ορισμός κλίμακας φωτογραφιών στο Pix4Dmapper (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Στην επόμενη καρτέλα αυτού το σταδίου γίνεται η δημιουργία ζευγών-matching με την επιλογή aerial grid or corridor, για την αντίστοιχη των ζευγών των εικόνων από εναέριες λήψεις και τα ζεύγη έχουν βελτιστοποιηθεί. Η εντολή matching strategy καθορίζει τον τρόπο αντιστοίχισης των εικόνων αλλά δεν έχει ενεργοποιηθεί η εντολή use geometrically verified matching για το συγκεκριμένο μοντέλο μας διότι στο μοντέλο αυτό μας ενδιαφέρουν οι αντιστοιχίσεις των ζευγών και όχι το περιεχόμενο της εικόνας και η σχετική θέση της κάμερας. 62

63 Εικόνα 30: Δημιουργία ζευγών κοινών σημείων των φωτογραφιών (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Για τη βαθμονόμηση των εικόνων στην καρτέλα targeted number of keypoints γίνεται ο ορισμός του αριθμού των βασικών σημείων προς εξαγωγή και έχει επιλεχθεί ο αυτόματος τρόπος-automatic εξαγωγής. Με την εντολή Calibration επιτρέπεται η επιλογή βέλτιστων εσωτερικών και εξωτερικών παραμέτρων της κάμερας για το συγκεκριμένο μοντέλο και επιλέχτηκε ο κλασικός τρόπος βαθμονόμησης (Standard). Με την εντολή Camera Optimazation καθορίζονται οι παράμετροι της κάμερας. Με τη βελτιστοποίηση των εσωτερικών παραμέτρων της κάμερας του μοντέλου-internal parameters optimization επιλέχθηκαν όλες οι εσωτερικές παράμετροι της-all και για την βελτιστοποίηση των εξωτερικών παράμετρών-external parameters optimazation που αφορά την θέση και την περιστροφή της κάμερας και εδώ έχει επιλεχθεί όλοι οι παράμετροι-all. Σε σχέση με την επανάληψη της προβολής των αντιστοιχίσεων-rematch, επιτρέπεται η προσθήκη περισσότερων αντιστοιχίσεων, για την βελτίωση της ποιότητας του ανασχηματισμού επιλέχθηκε η αυτόματη διαδικασία-automatic. Τέλος για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων έχει επιλεχθεί η εξαγωγή του AAT (αυτόματης αεροναυτικής τριγωνοποίησης) και του BBA (ρύθμισης μπλοκ δέσμης) για τις παράμετροι της εσωτερικής και εξωτερικής κάμερας- Camera Internals and Externals. 63

64 Εικόνα 31:Βαθμονόμηση φωτογραφιών και κάμερας (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Η ολοκλήρωση του πρώτου σταδίου για την δημιουργία του μοντέλου έχει σαν αποτέλεσμα την παραγωγή σημείων ανά εικόνα σημεία συνολικά, σημείων για τη δημιουργία δεσμών δισδιάστατου επίπεδου και σημείων τρισδιάστατων χαρακτήρα για την δημιουργία δεσμών. Εικόνα 32: Συνολική εικόνα με ευθυγραμμισμένες τις φωτογραφίες και των κοινών σημείων τους (πηγή: Ιδία επεξεργασία) 64

65 Μετά την ολοκλήρωση του πρώτου σταδίου γίνεται η εισαγωγή των φωτοσταθερώνσημείων ελέγχου (GCPs) για τον έλεγχο της ποιότητας των μετρήσεων και για την μεγαλύτερη ακρίβεια του μοντέλου. Για το συγκεκριμένο μοντέλο προστέθηκε το αρχείο με τα σημεία ground control (GCPs). Έπειτα επιλέχθηκε το κατάλληλο σύστημα αναφοράς που είναι το ΕΓΣΑ87/greek grid και έγινε η επιλογή του είδους των σημείων GCPs, τα όποια είναι σημεία ελέγχου, και η επεξεργασία τους. Τέλος η ακρίβεια των σημείων αυτών έχει απόκλιση 0,03m διότι το υψόμετρο που έγινε η λήψη των φωτογραφιών είναι στα 100m και το συνολικό σφάλμα των 7 σημείων ανέρχεται στα 0,059m. Error X [m] Error Y [m] Error Z [m] Projection Error [pixel] Mean [m] Sigma [m] RMS Error [m] Πίνακας 7: Πίνακας σφαλμάτων ανά σημείο ελέγχου για x,y,z και pixel (πηγή:iδία επεξεργασία) Εικόνα 33: Εικόνα με τα 7 control points (πηγή: Ιδία επεξεργασίας) 65

66 Στο δεύτερο στάδιο, γίνεται η δημιουργία του νέφους σημείων και η δημιουργία mesh (πολυγωνικού πλέγματος) για την δημιουργία του 3D μοντέλου. Για τη δημιουργία του νέφους σημείων (point cloυd) επιλέγεται στην καρτέλα Point Cloud οι παράμετροι για την πυκνότητα του νέφους των σημείων. Η παράμετρος που αφορά την κλίμακα της εικόνα- Image Scale ορίζει την κλίμακα των εικόνων που υπολογίζει τα 3D σημεία και για το συγκεκριμένο μοντέλο, επιλέχθηκε το 1 (original size,slow) δηλαδή το αρχικό μέγεθος εικόνας με αργό τρόπο. Το αρχικό μέγεθος εικόνας χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό πρόσθετων 3D σημείων από τη μέση της κλίμακα των εικόνων, ειδικά στις περιοχές που τα χαρακτηριστικά τους συνδυάζονται και το μέγεθος του εξαγόμενο αρχείο είναι μεγάλο. Για την παράμετρο της πυκνότητα του point cloud-point density επιλέχθηκε η υψηλότερη επιλογή-high, για μεγαλύτερη ακρίβεια κάθε 3D σημείου αλλά και ταυτόχρονα o ελάχιστος αριθμός αντιστοιχιών ανά 3D σημείο στις εικόνες-minimum number of matches είναι 3 δηλαδή για κάθε 3D σημείο πρέπει να αναπαράγεται σε 3 τουλάχιστον εικόνες. Τέλος, η εξαγωγή του είδους των αρχείων των point cloud είναι της μορφής las και xyz αρχείο LiDAR LAS και ASCII με πληροφορίες x,y,z και για χρώμα κάθε σημείο του point cloud. Εικόνα 34: Δημιουργία point cloud (πηγή: Ιδία επεξεργασίας) 66

67 Στην καρτέλα για τη δημιουργία του πολυγωνικού 3D πλέγματος-3d textured mesh, η πρώτη παράμετρος αφορά τη δημιουργία πλέγματος και επιλέχθηκε να είναι ενεργό το 3D-generate 3D Textured Mesh. Για τις ρυθμίσεις της ανάλυσης του συγκεκριμένου 3D μοντέλου επιλέχθηκε η μέτρια ανάλυση-medium Resolution για την ισορροπία μεταξύ του μεγέθους, το χρόνου επεξεργασίας και ακριβείας για το 3D μοντέλο. Επίσης η παράμετρος του αλγόριθμου εξισορρόπησης χρώματος-color balancing for texture, χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ομοιογενούς υφής του πλέγματος 3D. Τέλος με την εξαγωγή του 3D πλέγματος τα αρχεία που εξάγονται είναι της μορφής fbx, autocad, dxf και obj αρχεία με X,Y,Z για κάθε κορυφή του 3D και για τα τρία είδη αρχείων. Εικόνα 35:Δημιουργία 3D μοντέλου του Κράνους (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Για την ολοκλήρωση του δεύτερου σταδίου, η παράμετρος της συμπύκνωσης (point cloud densification) του point cloud επιτρέπει τον ορισμό του μεγέθους του 3D πλέγματος, με σκοπό να ταιριάζει με τα σημεία συμπύκνωσης των αρχικών απλών εικόνων. Το 3D μοντέλο του Κράνους είναι των διαστάσεων 7x7pixels για ταχύτερη επεξεργασία. Η παράμετρος Image Groups, ορίζει τις ομάδες των εικόνων που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία point cloud, γεωμετρικού και πολυγωνικού πλέγματος. Έπειτα η παράμετρος point cloud filters, επιτρέπει την επιλογή φίλτρων για τη δημιουργία των dense point cloud και 3D. Στο 67

68 συγκεκριμένο μοντέλο, η ομάδα των φωτογραφιών είναι ίδια και φέρει το όνομα group1. Τέλος επιλέχτηκε εντός της εντολή use cloud filters, οι εντολές Use Processing Area και Use Annotations που έχουν σχέση με την σχεδιασμό της επιφάνειας του point cloud. Εικόνα 36: Δημιουργία Point cloud densification (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Σαν αποτέλεσμα των παραπάνω διαδικασιών παράχθηκαν 4 επεξεργασμένα συμπλέγματα, 8 παραγόμενα πλακίδια generated tiles, με σημεία τρισδιάστατων ζωντανών σημείων (dense points) και μέση πυκνότητα 449,42 m³. 68

69 Εικόνα 37: Συνολική εικόνα Dense point cloud και 3D μοντέλου (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Το τελευταίο στάδιο αφορά τη δημιουργία DSM και του oρθομωσαϊκού. Για τη δημιουργία του DSM και του ορθομωσαϊκού βασική παράμετρος είναι η ανάλυση τους και η χωρική ανάλυση. Στο συγκεκριμένο μοντέλο, ορίζεται η αυτόματη ανάλυση-αutomatic. Έπειτα η παράμετρος filters DSM βοηθά το χρήστη να φιλτράρει και να εξομαλύνει τα σημεία του point cloud για την απόκτηση του DSM. Οι εντολές που επιλέχθηκαν είναι η χρήση φίλτρου θορύβου και χρήση εξομάλυνσης επιφανειών-use surface smoothing. Εξαιτίας όμως του point cloud, υπάρχουν θορυβώδη και εσφαλμένα σημεία, η εντολή use noise filtering διορθώνει το ύψος των σημείων με το διάμεσο ύψος των γειτονικών σημείων. Επιπλέον με την εντολή use surface smoothing, διορθώνονται τα σημεία της επιφάνειας του DSM που έχουν μικρές ανωμαλίες και για το συγκεκριμένο μοντέλο έχει επιλεχθεί ο μεσαίος τρόπος για να διατηρήσει ευκρινείς λειτουργίες σε επίπεδες περιοχές. Σε επόμενη φάση, δημιουργείται αρχείο raster που επιτρέπει στο χρήστη να επιλέξει τη μορφή του αρχείου και τις επιλογές του και στο μοντέλο αυτό, αποθηκεύεται το DSM ως αρχείο GeoTIFF. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται για την παραγωγή raster DSM είναι ο αλγόριθμος τριγωνισμός που επηρεάζει το χρόνο επεξεργασίας και την ποιότητα των αποτελεσμάτων. Με την επιλογή της εντολής συγχώνευση πλακιδίων-merge tiles δημιουργείται ένα ενιαίο αρχείο GeoTIFF για τη συγχώνευση των μεμονωμένων πλακιδίων και για την εξαγωγή του ορθομωσαϊκού επιλέγεται το αρχείο της μορφής GeoTIFF. Για την παράμετρο της συγχώνευσης πλακιδίωνmerge tiles δημιουργείται ένα ενιαίο αρχείο GeoTIFF για τη συγχώνευση των μεμονωμένων πλακιδίων και τέλος επιλέγεται η εντολή Google Maps Tiles και KML για το ορθομωσαϊκό με σκοπό την δημιουργία αρχείων Google Maps και Google Earth. 69

70 Εικόνα 38: Δημιουργία DSM και ορθομωσαϊκού (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 39: DSM μοντέλο της περιοχής μελέτης Κράνος (πηγή: Ιδία επεξεργασία) 70

71 Εικόνα 40: Ορθομωσαϊκό της περιοχής μελέτης Κράνους (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Για την ολοκλήρωση του τρίτου σταδίου του φωτογραμμετρικού αυτού μοντέλου υπάρχουν κάποιες επιπλέον παράμετροι που έχουν να κάνουν με την εξαγωγή του DTM. Με την εντολή πλέγματος DSM-grid DSM επιτρέπεται η επιλογή της μορφής του αρχείου. Το είδος του αρχείου DSM για την περιοχή μελέτης είναι las δηλαδή αρχείο LiDAR με θέσεις X,Y,Z και έχει πληροφορίες χρώματος για κάθε σημείο του DSM και ορίζεται η απόσταση μεταξύ 3D σημείων στο DSM σε cm όπου για το συγκεκριμένο DSM φέρει την τιμή των 100cm. Mε την εντολή raster DTM δημιουργείται αρχείο raster DTΜ και στη συγκεκριμένη περίπτωση επιλέγεται η μορφή GeoTIFF. Επίσης για το συγκεκριμένο φωτογραμμετρικό μοντέλο επιλέχθηκε η εντολή συγχώνευση πλακιδίων-merge tiles που δημιουργεί αρχείο DTM, μορφής GeoTIFF. Σε σχέση με την παράμετρο ανάλυση raster DTM- raster DTM resolution γίνεται ο καθορισμός της χωρική ανάλυση του DTM όπου για το συγκεκριμένο μοντέλο επιλέγεται η αυτόματη ανάλυση-αutomatic και ορίζεται σε 5XGSD (ground sample distance) δηλαδή ανάλυση μεγέθους 3,85cm/pix. Με την εντολή των γραμμών περιγράμματοςcontour lines γίνεται η παραγωγή γραμμών περιγράμματος χρησιμοποιώντας το raster DSM ή του DTM και στην συγκεκριμένη περίπτωση το είδος των αρχείων που εξάγεται είναι shp και dxf αντίστοιχα. Το σχετικό υψόμετρο που χρησιμοποιείται ως βάση γραμμής περιγράμματος ορίζεται με τη τιμή 0 και το διάστημα ανύψωσης των γραμμών περιγράμματος- elevation interval φέρει την τιμή των 100m. 71

72 Τέλος η ανάλυση των γραμμών περιγράμματος είναι οριζόντιας απόστασης με υψομετρική τιμή το ελάχιστο μέγεθος γραμμής, δηλαδή τον ελάχιστο αριθμό κορυφών. Για το συγκεκριμένο μοντέλο, η ανάλυση του ανέρχεται στα 100cm και του ελάχιστου μέγεθος γραμμών στις 20. Εικόνα 41: Ανάλυση και δημιουργία του DTM και γραμμών περιγράμματος (πηγή: Ιδία επεξεργασία) Εικόνα 42:DTM μοντέλο της περιοχής μελέτης- Κράνος (πηγή: Ιδία επεξεργασία) 72