UAV και οι ακρίβειες των κοινών ψηφιακών μηχανών



Σχετικά έγγραφα
UAV Unmanned Aerial Vehicle Ebee Sensefly

Βασίλης Φωτεινόπουλος Νικόλαος Ζαχαριάς ΑΤΜ

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΑΣ. Βασίλης Γιαννακόπουλος, Δρ. Δασολόγος

Σύνταξη Tοπογραφικών Mεγάλης Kλίμακας από Xαμηλού Kόστους UAVs. Μεθοδολογία και Aκρίβειες

Φωτογραμμετρία II Ορθοφωτογραφία(Μέρος II) Ανδρέας Γεωργόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π.

Προγραµµατισµός πτήσης

Ανάλυση Τεχνικής έκθεσης φωτοερμηνείας χρησιμοποιώντας στερεοσκοπική παρατήρηση με έμφαση στη χωρική ακρίβεια

Φωτογραμμετρία II Προγραμματισμός πτήσης. Ανδρέας Γεωργόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π.

Αποτυπώσεις μικρής και μεγάλης κλίμακας με χρήσης των UAS. Γιώργος Πολυκρέτης. Αθήνα, 26 Νοεμβρίου 2016

Φωτογραμμετρία II Ορθοφωτογραφία(Μέρος I) Ανδρέας Γεωργόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π.

Εισαγωγή και γενικά στοιχεία για τα UAS. Περιπτώσεις μελέτης. Στατεράς Δημήτρης

Παρουσίαση τεχνικών χαρακτηριστικών ιδιοκατασκευών στα πλαίσια του Κανονισμού - γενικού πλαίσιου πτήσεων Συστημάτων μη Επανδρωμένων Αεροσκαφών-

Η τεχνολογία των μη επανδρωμένων οχημάτων αεροφωτογράφισης

H χρηση UAS σε εφαρμογές αποτυπώσεων ζώνης για έργα υποδομής. Προβλήματα και ακρίβειες αεροτριγωνισμού

φωτογραµµετρικό παράγωγο 2/2

Τηλεπισκόπηση - Φωτοερμηνεία

φωτογραµµετρικό παράγωγο 1/2

Εως τώρα εξοικειωθήκαµε (λίγο ως πολύ) µε τις παρακάτω έννοιες στη Φωτογραµµετρία:

Αποτυπώσεις Μνημείων και Αρχαιολογικών Χώρων

Χ, Υ, Ζ σηµείων. Εικονιστικό προϊόν

ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΑ ΙΙ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ. Ανδρέας Γεωργόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π.

Φωτογραμμετρία II Άσκηση 1-Σχεδιασμός πτήσης Ανδρέας Γεωργόπουλος Σχολή Αγρονόμων & Τοπογράφων Μηχανικών

ΟΡΘΟΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ Ορθοφωτογραφίας ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΑ Τόμος 1: Βασικές έννοιες και μέθοδοι

Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας. Πολυτεχνική Σχολή ΘΕΜΑΤΙΚΗ : ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΕΡΟΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ

Στην ουσία η Φωτογραµµετρία: Χ, Υ, Ζ σηµείων Γραµµικό σχέδιο Εικονιστικό προϊόν

Προγραμματισμός πτήσης

ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΠΟΤΥΠΩΣΕΙΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ UAS (ΟΡΘΟΕΙΚΟΝΕΣ ΣΤΕΡΕΟΜΟΝΤΕΛΑ ΟΡΘΟΦΩΤΟΧΑΡΤΕΣ)

Τηλεπισκόπηση - Φωτοερμηνεία

ΣΤΟΧΟΘΕΤΗΣΗ ΟΜΙΛΙΑΣ YΠΟΒΡΥΧΙΕΣ, ΕΠΙΓΕΙΕΣ ΚΑΙ ΥΠΕΡΓΕΙΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΑΣ. Εργαλεία Μεθόδους. Ενημέρωση. Νεωτέρων Πρεσβυτέρων.

Μεθοδολογία και Ακρίβειες για Σύνταξη Τοπογραφικών Μεγάλης Κλίμακας και Εκτέλεση Συνήθων Τοπογραφικών Εργασιών. RTK vs PPK vs GCPs

5ο ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟ ΣΥΝΕΔΡΙΟ Α.Τ.Μ. Πραγματικότητα & Προοπτικές

Εισαγωγή χωρικών δεδομένων σε ένα ΓΣΠ

Σχολή Αγρονόµων Τοπογράφων Μηχανικών ΕΜΠ. Αποτυπώσεις Μνηµείων Υπεύθυνος Διδάσκων: Γεωργόπουλος Ανδρέας. Περί φωτογραµµετρίας

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ UAV SYSTEMS

Φωτογραμμετρία ΙΙ. Επανάληψη Ασκήσεων. Ανδρέας Γεωργόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π.

ιαφάνειες μαθήματος "Φωτογραμμετρία ΙΙΙ" (0) Γ. Καρράς_12/2011

Φωτογραμμετρία με Κάμερες Κυλιόμενου Κλείστρου. Προβλήματα, Παραμορφώσεις και Διόρθωση Σφαλμάτων με το Λογισμικό Pix4Dmapper Pro.

ΕΡΓΟ ΑΠΘ: ΘΑΛΗΣ Παραδοτέο 5.α. Τίτλος Τεχνικής Έκθεσης:

Εξαγωγή µετρητικής πληροφορίας

ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ ΟΡΑΣΗ. Όταν ένα ρομπότ κινείται σε άγνωστο χώρο ή σε χώρο που μπορεί να αλλάξει η διάταξή του τότε εμφανίζεται η ανάγκη της όρασης μηχανής.

Φωτογραμμετρία II Άσκηση 4-Στερεοσκοπική απόδοση Ανδρέας Γεωργόπουλος Σχολή Αγρονόμων & Τοπογράφων Μηχανικών

Φωτογραμμετρία II Ψηφιακή εικόνα. Ανδρέας Γεωργόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π.

Εξαγωγή µετρητικής πληροφορίας

Εξαγωγή µετρητικής πληροφορίας

Γεωμετρική Τεκμηρίωση Μνημείων. Πολιτιστικών Αγαθών. Α. Γεωργόπουλος & Χ. Ιωαννίδης Εργαστήριο Φωτογραμμετρίας. Εισαγωγή

Βαθυμετρία από οπτικούς αισθητήρες UAV. Δ. Σκαρλάτος και Π. Αγραφιώτης

Βαθµονόµηση Ψηφιακών µηχανών

Φωτογραμμετρία II Άσκηση 3-Αεροτριγωνισμός Ανδρέας Γεωργόπουλος Σχολή Αγρονόμων & Τοπογράφων Μηχανικών

Η χρήση των UAV στη γεωμετρική τεκμηρίωση μνημείων - Εξοπλισμός, Λογισμικό, Προϊόντα

Εφαρμογές Πληροφορικής στην Τοπογραφία

Αποτυπώσεις Μνημείων και Αρχαιολογικών Χώρων

Η Ελληνική Πύλη Ρομποτικής στην 77η ΔΕΘ

Τοπογραφία δίχως όρια με τη χρήση UAS Τρεις αποστολές υψηλού ρίσκου. ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ Ε. ΝΤΕΡΗΣ Αγρονόμος & Τοπογράφος Μηχανικός

Η γνώση του αναγλύφου

Επιλογή και χαρτογράφηση πειραματικών περιοχών

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 3 ΟΡΓΑΝΑ ΚΑΙ ΥΛΙΚΑ ΑΕΡΟΦΩΤΟΓΡΑΦΗΣΗΣ. 1. Εξέδρες για αεροφωτογράφηση

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. «Φωτογραμμετρική αποτύπωση μετώπων εκσκαφής μορφής πρανών» ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΠΟΡΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΟΛΓΑ Ι.

για φωτογραµµετρικές εφαρµογές: Αρχές λειτουργίας Εσωτερική Γεωµετρία Ακρίβεια απεικόνισης

Βαθυμετρια απο αεροφωτογραφιες UAV και εφαρμογές

ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ-2 (ο χάρτης)

Αυτοματισμοί και Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου. Ενότητα 2

ΑΣΚΗΣΗ 2η ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΑΕΡΟΦΩΤΟΓΡΑΦΙΩΝ ΣΤΙΣ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ -ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΡΕΥΝΕΣ ΠΕΔΙΟΥ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. Κύκλος Ζωής Εφαρμογών ΕΝΟΤΗΤΑ 2. Εφαρμογές Πληροφορικής. Διδακτικές ενότητες 5.1 Πρόβλημα και υπολογιστής 5.2 Ανάπτυξη εφαρμογών

Άσκηση 1 Υπολογισμός της κλίμακας και μέτρηση οριζόντιων αποστάσεων

Γρηγόρης Χ. Μπιλλήρης

Σχεδιαστικά Προγράμματα Επίπλου

9. Τοπογραφική σχεδίαση

ΟΔΗΓΙΕΣ ΧΡΗΣΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ Dcad 1.0

Η πρώτη παγκοσμίως* βιντεοκάμερα τσέπης HD 3D

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜOΚΡΑΤΙΑ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΑΘΛΗΤΙΣΜΟΥ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ ΑΚΡΟΠΟΛΗΣ

Prost S: Οδοποιΐα Σιδηροδρομική Υδραυλικά έργα

Σύστημα (system) είναι ένα σύνολο φυσικών στοιχείων, πραγμάτων ατόμων, μεγεθών ή εννοιών, που σχηματίζουν μιαν ενότητα και δρα σαν μια ενότητα.

Αποτυπώσεις αρχαιολογικών χώρων και ανασκαφών µε χρήση τηλεκατευθυνόµενου ελικοπτέρου.

ΤΑ ΑΕΡΟΣΚΑΦΗ Η ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥΣ. Ειρήνη Πετράκη Δασκάλα Σύμβουλος ΣΧ.Τ.

Φωτογραμμετρία & Τοπογραφία

ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΑ. μεθόδους οι οποίες και ονομάζονται χαρτογραφικές προβολές. Η Χαρτογραφία σχετίζεται στενά με την επιστήμη της

ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΣΕΙΡΑΣ TOPCON GPT-3100Ν Reflectorless

Κεφάλαιο 2 Στοιχεία Φωτογραμμετρίας Φωτοερμηνείας

Γ ΚΟΙΝΟΤΙΚΟ ΠΛΑΙΣΙΟ ΣΤΗΡΙΞΗΣ

TΡΙΣΔΙAΣΤΑΤΗ MΟΝΤΕΛΟΠΟIΗΣΗ ΣYΝΘΕΤΟΥ ΑΣΤΙΚΟY ΠΕΡΙΒAΛΛΟΝΤΟΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡHΣΗ ΑΛΓΟΡIΘΜΩΝ SfM

ΧΡΗΣΗ ΝΕΩΝ ΟΠΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΩΝ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ ΣΤΕΦΑΝΙΑ ΧΛΟΥΒΕΡΑΚΗ 2014

Αποτύπωση του Εξωτερικού Κελύφους του Ι.Ν. Αγ. Γεωργίου Γουμένισσας με χρήση Εγγύς Φωτογραμμετρίας και μη Επανδρωμένου Εναέριου Μέσου Φωτογράφισης

Κεφάλαιο 8. Οπτικοποίηση Απαλοιφή

Συνεργασία σμήνους μη επανδρωμένων οχημάτων (UAVs) σε αποστολές αποτύπωσης

Το αερόπλοιο. Χρονική Διάρκεια Προτεινόμενη χρονική διάρκεια σχεδίου εργασίας: 5 διδακτικές ώρες

ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΤΟΥ ΟΧΥΡΩΜΕΝΟΥ ΒΥΖΑΝΤΙΝΟΥ ΟΙΚΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΡΕΝΤΙΝΑΣ

Συλλογή & Επεξεργασία Δεδομένων Εργαστήριο 3 Μέτρηση Θερμοκρασίας Σύστημα Ελέγχου Θερμοκρασίας. Σύστημα Συλλογής & Επεξεργασίας Μετρήσεων

Η εργασία που επέλεξες θα σου δώσει τη δυνατότητα να συνεργαστείς με συμμαθητές σου και να σχεδιάσετε μια εικονική εκδρομή με το Google Earth.

ΟΔΗΓΙΕΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ GOOGLE EARTH ΓΙΑ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΗ ΠΡΟΒΟΛΗ ΕΔΑΦΟΥΣ

ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Δημιουργία Ψηφιακού Μοντέλου Βυθού για τον κόλπο του Σαρωνικού, με τη χρήση Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών

Φωτογραφική μηχανή - Αρχή λειτουργίας.

Συλλογή & Επεξεργασία Δεδομένων Εργαστήριο 1. Arduino + LabVIEW: Μέτρηση Έντασης Φωτός με Φωτοαντίσταση. Σύστημα Συλλογής & Επεξεργασίας Μετρήσεων

Αεροτριγωνισµός. Το βασικό πρόβληµα 13/4/2010

6. Στερεοσκοπική Απόδοση

ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΚΑΙ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ

Αγρονόμος & Τοπογράφος Μηχανικός Επιστημονικο πεδιο Και Επαγγελματικη δραστηριοτητα

Cubitech Hellas Ακροπόλεως 24, Καλλιθέα, Αθήνα Τ.Κ , Ελλάδα, Τηλ Φαξ

Ενότητα 1η. Εισαγωγή στην Πληροφορική

ΟΔΗΓΙΕΣ ΓΙΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ GOOGLE EARTH [ΠΛΟΗΓΗΣΗ ΚΑΙ ΕΚΤΥΠΩΣΗ ΑΕΡΟΦΩΤΟΓΡΑΦΙΩΝ]

ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΚΑΙ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ

Transcript:

UAV και οι ακρίβειες των κοινών ψηφιακών μηχανών Γιάννης Γιαννίρης ΑΤΜ, MSc Φωτογραμμετρίας Εισήγηση στο 4ο Πανελλήνιο Συνέδριο Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών Θεσσαλονίκη 26-27-28 Σεπτεμβρίου 2014 Περίληψη Τα μη επανδρωμένα αεροοχήματα (UAV) η μη επανδρωμένα αεροσυστήματα (UAS) παρουσιάζουν μία εκρηκτική εξέλιξη διεθνώς. Στο άρθρο αυτό εξετάζεται η νέα αυτή τεχνολογία. Οι δυνατότητες της, οι περιορισμοί της, η παραγωγικότητά της και οι επί μέρους λεπτομέρειες που την χαρακτηρίζουν. Τέλος γίνεται μία αποτίμηση των ακριβειών που μπορούν να επιτευχθούν με την νέα αυτή μέθοδο. 1 Εισαγωγή Η φωτογραμμετρία που διεξάγεται με φωτογραφίες από μη επανδρωμένα αεροοχήματα (UAV - UAS) είναι στην ουσία η μεταφορά της επίγειας φωτογραμμετρίας στον αέρα. Με άλλα λόγια η λήψη επίγειων φωτογραφιών από μη μετρητικές ψηφιακές μηχανές και χρήση τους για απόδοση λεπτομερειών κάποιου αντικειμένου (συνήθως κτηρίου), μεταφέρεται σε φωτογραφίες από εναέριο μέσο και χρήση τους για απόδοση του εδάφους. Έτσι μετατρέπεται σε χρήση αεροφωτογραφιών από μη μετρητικές μηχανές με όρους λήψης αεροφωτογραφιών σε λωρίδες και μπλοκ όπως οι αεροφωτογραφίες, αλλά από μικρά ύψη που ένα κανονικό αεροπλάνο απαγορεύεται (για λόγους ασφαλείας) να προσεγγίσει. 2 Κατάταξη των UAV -UAS στην Φωτογραμμετρική μεθοδολογία Στην επόμενη ταξινόμηση φαίνονται οι διάφορες φωτογραμμετρικές κατηγορίες. 3 Φωτογραμμετρία με μετρητικές ψηφιακές μηχανές. 3.1 Επίγειες Εδώ κατατάσσονται οι κλασικές από την αρχή της φωτογραμμετρίας λήψεις και διαδικασίες για απόδοση από επίγειες φωτογραφίες. Οι φωτογραφίες αυτές ήταν μέχρι το τέλος του 20ου αιώνα αναλογικές. 3.2 Αεροφωτογραφίες από αεροπλάνο Εδώ κατατάσσονται όλες οι από την εμφάνιση της φωτογραμμετρίας στην αρχή του 20ου αιώνα και μέχρι σήμερα φωτογραφικές λήψεις κυρίως από αναλογικές μετρητικές φωτογραμμετρικές μηχανές. Από τις αρχές του 21ου αιώνα 1

εμφανίστηκαν και οι ψηφιακές μετρητικές φωτογραμμετρικές μηχανές. Οι φωτογραφίες που λαμβάνονται από αεροπλάνο έχουν επικάλυψη (συνήθως 60%) και πλάγια επικάλυψη από 10%. 3.3 Δορυφορικές Οι φωτογραφίες αυτές άρχισαν να χρησιμοποιούνται από το τέλος του 20ου αιώνα κυρίως για φωτοερμηνευτικούς σκοπούς αλλά όσο η ανάλυσή τους ανεβαίνει (σήμερα είναι τα 30cm, που όμως η κυβέρνηση των ΗΠΑ κατεβάζει σε 50cm για μη στρατιωτική χρήση), χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο για χαρτογραφήσεις και αποδόσεις όπως και οι αεροφωτογραφίες από αεροπλάνο. 4 Φωτογραμμετρία με μη μετρητικές ψηφιακές μηχανές 4.1 Επίγειες Εδώ κατατάσσονται οι ψηφιακές φωτογραφίες που λαμβάνονται επίγεια από ψηφιακές μηχανές. Η υπόλοιπη διαδικασία είναι η ίδια με τις αναλογικές μηχανές μόνο που τώρα όλη η φωτογραμμετρική διαδικασία έχει γίνει ψηφιακή. Εικόνα 1 Κάμερα και δείγμα φωτογραφίας 2

Εικόνα 2 Φωτομωσαϊκό και Γραμμικό διάγραμμα 4.2 Εναέριες 4.2.1 Αεροπλάνο Οι μη μετρητικές λήψεις μπορούν να γίνουν με κανονικό μικρό αεροπλάνο προσαρμόζοντας κατάλληλα την μηχανή σε κάποιο σημείο του αεροπλάνου Εικόνα 3 Αεροπλάνο Cessna και βάση στήριξης μηχανής 4.2.2 Κοντάρι ή μπαλόνι αερίου Υπάρχουν εφαρμογές κυρίως αρχαιολογικές, που οι εναέριες λήψεις μπορούν να γίνουν από ένα ψηλό κοντάρι ή ένα μπαλόνι αερίου (συνήθως Ηλίου). 3

Εικόνα 4 Φωτογράφηση με κοντάρι 5μ και δείγμα φωτογραφίας Εικόνα 5 ορθοφωτοχάρτης με καμπύλες ανά 1cm Ακρίβεια οριζοντιογραφική και υψομετρική 1mm (=1pixel) 4.2.3 Χαρταετός Σπάνια για μικρές περιοχές μπορεί να χρησιμοποιηθεί και χαρταετός για να σηκώσει την κάμερα. Εδώ παρουσιάζεται η δυσκολία να ληφθούν οι φωτογραφίες από τις θέσεις που δίνουν την επιθυμητή επικάλυψη. 4.2.4 UAV Αεροπλάνα, Πτέρυγες, ελικόπτερα, Πολυκόπτερα Η τελευταίες εξελίξεις στο μέγεθος των μέσων ελέγχου (θέση κλίσεις κλπ) επιτρέπουν εδώ και λίγα χρόνια να κατασκευάζονται αυτόματοι πιλότοι μικρού μεγέθους και βάρους ώστε να μπορούν κα κατευθύνουν ένα αερομοντέλο. Όλοι οι μετρητές που χρειάζονται σε έναν αυτόματο πιλότο υπάρχουν πλέον σε όλα τα έξυπνα κινητά. Μάλιστα ήδη υπάρχει στη βιβλιογραφία λύση που τον ρόλο του 4

αυτόματου πιλότου την παίζει ένα κινητό τηλέφωνο. Επειδή τα σύγχρονα κινητά έχουν και καλές κάμερες η εξέλιξη μοντέλο με κινητό χωρίς άλλα ενδιάμεσα κυκλώματα είναι κατά τη γνώμη μου το επόμενο βήμα για χαρτογραφήσεις από UAV. 4.3 Υποβρύχιες Εδώ εντάσσονται φωτογραφήσεις από αδιάβροχες κάμερες τραβηγμένες από κολυμβητή ή τηλεκατευθυνόμενο πλωτό μέσο. Εικόνα 6 Αδιάβροχο κάλυμα για υποβρύχιες λήψεις και δείγμα υποβρύχιας φωτογραφίας 5 UAV - UAS Μη Επανδρωμένα Αεροσυστήματα (ΜΕΣ) 5.1 Φορείς Τα τηλεκατευθυνόμενα αεροοχήματα μπορούν να έχουν μέγεθος κανονικού αεροπλάνου, που χρησιμοποιούνται για στρατιωτικούς σκοπούς. Εδώ θα εξετάσουμε τα μικρά ελαφρά αεροοχήματα. Αυτά μπορεί να είναι: 5.1.1 Αεροπλάνα Τα αεροπλάνα είναι πιο εύκολο να κυβερνηθούν γιατί εκτός από τον έλεγχο των κυρίως φτερών (άνοδος, κάθοδος, στροφή) έχουν και τα πίσω φτερά που ελέγχουν τις ίδιες κινήσεις. Το υλικό των μοντέλων αυτών είναι συνήθως φελιζόλ ειδικής επεξεργασίας, ή αφρώδες πλαστικό. 5

Είναι ή ελαφρά, χαμηλής ταχύτητας που απογειώνονται με το χέρι, ή βαρύτερα, ταχύτερα και απογειώνονται με βοηθητικά μέσα ώθησης (καταπέλτη ή σφεντόνα). 5.1.2 Πτέρυγες Οι πτέρυγες είναι πιο δύσκολο να κυβερνηθούν γιατί έχουν μόνο δύο ελέγχους των δύο πτερύγων, με τα οποία εκτελούν όλους τους ελιγμούς. Είναι πιο εύκολα συντηρήσιμα γιατί έχουν μόνο δύο κινούμενα μέρη. Είναι και αυτά συνήθως κατασκευασμένα από ελαφρά υλικά. Μπορούν εύκολα να αναπτύξουν μεγαλύτερες ταχύτητες. Είναι και αυτά ή ελαφρά, χαμηλής ταχύτητας που απογειώνονται με το χέρι, ή ταχύτερα και απογειώνονται με βοηθητικά μέσα ώθησης (καταπέλτη ή σφεντόνα). 5.1.3 Πολυκόπτερα Πρόκειται για μοντέλα κάθετης απογείωσης που ανάλογα με των αριθμό των ελίκων είναι 4κόπτερα, 6κόπτερα 8κόπτερα κλπ. Τα μοντέλα αυτά σταθεροποιούνται στο χώρο για τη λήψη φωτογραφιών, μερικά φέρουν και μηχανισμό ανάρτησης της κάμερας που μπορεί να κατευθύνεται σε όποιο σημείο ορισθεί. 6

Είναι δημοφιλή σε παρακολουθήσεις γεωργικών εκμεταλλεύσεων, σε φωτογράφηση εκδηλώσεων, διάγνωση προβλημάτων μεγάλων κατασκευών και για αποτυπώσεις μικρών εκτάσεων. Έχουν μικρή ταχύτητα και μικρό χρόνο παραμονής στον αέρα. 5.1.4 Ελικόπτερα Πρόκειται για κανονικά μοντέλα ελικοπτέρων. Τα ελικόπτερα γενικά κατευθύνονται δυσκολότερα. Οι αυτόματοι πιλότοι τους είναι πολυπλοκότεροι και χρησιμοποιούνται για ανύψωση βαρύτερων φορτίων όπως Lidar. 5.2 Αυτόματοι πιλότοι Ο αυτόματος πιλότος είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα που δέχεται πληροφορίες από διάφορους αισθητήρες και δίνει ανάλογες εντολές στα μοτέρ που ελέγχουν τα φτερά και τους κινητήρες του σκάφους ή σε άλλες συσκευές. Υπάρχουν αυτή τη στιγμή στην αγορά αρκετές υλοποιήσεις αυτόματων πιλότων ακόμα και ανοιχτού κώδικα. Οι αισθητήρες που τροφοδοτούν τον αυτόματο πιλότο είναι συνήθως ένα 3d GPS, κλισίμετρα και μαγνητόμετρο, ή ακόμα ανεμόμετρο, αποστασιόμετρο εδάφους κλπ. Το GPS είναι συνήθως μονόσυχνο μικρής ακρίβειας αν και τελευταία έχουν εμφανιστεί και λύσεις RTK, οι οποίες όμως είναι προς το παρόν ακριβές. 7

Ο αυτόματος πιλότος μπορεί να αποθηκεύσει σημεία στο χώρο (σχέδιο πτήσης) και να κατευθύνει αυτόματα το όχημα σε προδιαγεγραμμένη πορεία. Μετά την πτήση μπορεί να αποδώσει την καταγεγραμμένη πορεία και με αυτήν να γίνει γεωαναφορά των εικόνων. 5.3 Φωτογραφικές μηχανές Οι φωτογραφικές μηχανές που χρησιμοποιούνται είναι κυρίως ψηφιακές, compact, βάρους γύρω στα 200γραμμάρια, που μπορούν εύκολα να μεταφερθούν από ένα ελαφρό σκάφος χωρίς όμως να αποκλείονται και βαρύτερες μηχανές SLR. Οι φωτογραφικές μηχανές αυτές είναι χωρίς βαθμονόμηση και δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν με ικανοποιητικά αποτελέσματα για χαρτογραφήσεις και αποτυπώσεις ως έχουν. Η βαθμονόμηση μπορεί να γίνει είτε στο εργαστήριο είτε από το λογισμικό φωτογραμμετρικής επεξεργασίας. Οι μηχανές αυτές έχουν μετατραπεί είτε για να μπορούν να παίρνουν φωτογραφίες ανά χρονικά διαστήματα ή να ελέγχονται από τον αυτόματο πιλότο. Μερικές έχουν δικό τους GPS Για την καλή ποιότητα των φωτογραφιών εκείνο που παίζει ρόλο είναι το μέγεθος του pixel (άρα και του αισθητήρα). Οι μηχανές compact έχουν συνήθως αισθητήρες 8

με μέγεθος pixel λίγο μεγαλύτερο από 1μm. Για λόγους σύγκρισης αναφέρουμε ότι μία κανονική ψηφιακή φωτογραμμετρική μηχανή (DMC), έχει μέγεθος pixel 12μm. 5.4 Μέθοδοι φωτογράφησης Η λήψεις των φωτογραφιών γίνεται σε καθορισμένα σημεία. Αυτό επιτυγχάνεται με τρείς μεθόδους. 5.4.1 Διαδοχικές λήψεις σταθερού χρόνου (Time Lapse). Το αεροόχημα κινείται με σταθερή ταχύτητα ως προς τον άνεμο και λαμβάνονται φωτογραφίες σε τακτά διαστήματα χρόνου ώστε να επιτυγχάνεται η επιθυμητή επικάλυψη. Ο αέρας επηρεάζει την ταχύτητα του σκάφους και γι αυτό η φωτογράφηση με τη μέθοδο αυτή γίνεται με τον άνεμο στο πλάι, με αποτέλεσμα οι φωτογραφίες να εμφανίζονται στριμμένες ως προς την διεύθυνση της πτήσης. Στη μέθοδο αυτή η φωτογραφική μηχανή δεν είναι συνδεδεμένη με τον αυτόματο πιλότο και προγραμματίζεται μόνη της σε μερικές μάλιστα υλοποιήσεις φέρει και αυτόνομο GPS. 5.4.2 Διαδοχικές λήψεις σε σταθερές αποστάσεις (Distance Lapse). Το αεροόχημα κινείται με σταθερή ταχύτητα ως προς τον άνεμο αλλά οι λήψεις γίνονται σε σταθερές αποστάσεις από την προηγούμενη λήψη. Ο αέρας επηρεάζει την ταχύτητα του σκάφους αλλά επειδή οι λήψεις γίνονται σε τακτές αποστάσεις επιτυγχάνεται η επιθυμητή επικάλυψη πετώντας κατά την διεύθυνση του ανέμου, ή αντίθετα απ' αυτόν. Οι φωτογραφίες δεν έχουν στροφή ως προς τον άξονα της πτήσης. Τον έλεγχο της φωτογραφικής μηχανής αναλαμβάνει ο αυτόματος πιλότος. 5.4.3 Λήψη της κάθε φωτογραφίας σε συγκεκριμένες θέσεις στο χώρο. Η λύση αυτή εφαρμόζεται κυρίως στα πολυκόπτερα αλλά και σε κάποιες πτέρυγες. Η μέθοδος αυτή απαιτεί πολυπλοκότερο σχεδιασμό του λογισμικού του αυτόματου πιλότου και έχει τον κίνδυνο να μην ληφθεί κάποια φωτογραφία επειδή το όχημα δεν κατάφερε να περάσει μέσα στα όρια της ανοχής που έχουν οριστεί από το σημείο. Η ταχύτητα ανοίγματος του κλείστρου πρέπει να είναι τέτοια ώστε το διάστημα που το κλείστρο είναι ανοιχτό η μηχανή να ταξιδεύει λιγότερο από μισό pixel αλλιώς δημιουργείται ασάφεια στην απεικόνιση (bler). 5.5 Λογισμικά σχεδιασμού πτήσης και παρακολούθησης Υπάρχουν αρκετά λογισμικά σχεδιασμού πτήσης σχεδόν ένα για κάθε κατασκευαστή εκτός από όσους ακολουθούν το ανοιχτού κώδικα Ardu pilot που πορεύονται με το λογισμικό ανοιχτού κώδικα Mission Planer. Με τα λογισμικά αυτά ο χρήστης βλέπει μια περιοχή με το υπόβαθρό της, σχεδιάζει την περιοχή που θέλει να καλύψει και η σχεδίαση των γραμμών πτήσης γίνεται αυτόματα. Φορτώνονται από τον σταθμό ελέγχου (laptop ή tablet) τα σημεία στη μνήμη του αυτόματου πιλότου και η πτήση μπορεί να εκτελεστεί. 9

Κατά τη διάρκεια της πτήσης το πτητικό μέσο παρακολουθείται στην οθόνη και μπορεί να επηρεαστεί από το πρόγραμμα του σταθμού ελέγχου (laptop ή tablet) αλλά και από το δεύτερο κανάλι επικοινωνίας που είναι το κλασικό ράδιο κοντρόλ των τηλεκατευθυνόμενων μοντέλων. Μετά την πτήση τα λογισμικά κάνουν μία γεωαναφορά των φωτογραφιών, ώστε να είναι γνωστά με μία σχετική ακρίβεια τα στοιχεία του εξωτερικού προσανατολισμού κάθε φωτογραφίας. Παρακάτω δίνεται πίνακας υπολογισμού των μεγεθών μιας πτήσης από λογισμικό φύλλο που έχει κατασκευαστεί από εμάς. 10

Από το φύλλο αυτό για μία δεδομένη φωτομηχανή και ταχύτητα μέσου, δίνεται για κάθε ύψος πτήσης και επικάλυψη, οι διαστάσεις της κάθε φωτογραφίας στο έδαφος, το μέγεθος του pixel στο έδαφος, η ελάχιστη επιτρεπόμετη ταχύτητα κλείστρου ώστε να μην υπάρχει ασάφεια (blur), η απόσταση μεταξύ των κέντρων λήψης των φωτογραφιών και το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί μεταξύ των λήψεων. 11

5.6 Αποδόσεις Η μέγιστη περιοχή που μπορεί να καλύψει κάθε αερομοντέλο εξαρτάται από την εστιακή απόσταση της μηχανής, την ανάλυσή της, επικάλυψη των φωτογραφιώμν, την μέγιστη διάρκεια πτήσης που επιτρέπει η μπαταρία του, από την μέγιστη εμβέλεια των μέσων επικοινωνίας με το μέσο και την ταχύτητα πτήσης και ανέμου. 12

Ένα ιπτάμενο μέσο που κινείται με ταχύτητα 10m/sec (36km/h) με 60% επικάλυψη και 60% επικάλυψη μεταξύ λωρίδων (Strips), με μηχανή εστιακής απόστασης 4mm ανάλυση 12mpix (3000x4000) και μέγεθος ψηφίδας 5cm στο έδαφος (δηλ ύψος πτήσης 162m) σε 51λεπτά πτήσης καλύπτει 2,02km 2. Αν η φωτογραφική μηχανή αλλάξει σε εστιακή απόσταση 8mm ανάλυσης 38mpix για το ίδιο μέγεθος ψηφίδας 5cm το ύψος πτήσης γίνεται 287m και η ίδια περιοχή καλύπτεται σε 43 λεπτά ενώ μειώνεται σημαντικά ο αριθμός των φωτογραφιών. 13

5.7 Λογισμικά επεξεργασίας Τα λογισμικά επεξεργασίας που κυκλοφορούν είναι δύο κατηγοριών οι οποίες τελευταία όλο και συγκλίνουν λόγω ανταγωνισμού. 5.7.1 Τα καθαρώς φωτογραμμετρικά πακέτα. Τα φωτογραμμετρικά λογισμικά παρά τους αυτοματισμούς που διαθέτουν, επιτρέπουν τον πλήρη έλεγχο στη διαδικασία, επιτρέπουν την στερεοσκοπική απόδοση και γενικά είναι προσανατολισμένα για φωτογραμμετρικές εφαρμογές. Εκτός από φωτογραφίες κεντρικής προβολή (όπως αυτές των UAV) χειρίζονται και εικόνες από δορυφορικούς δέκτες. Τέτοια πακέτα είναι το Photomod, το Inpho και το ZI. Μερικά όπως ο Photomod διαθέτουν ειδικές ρουτίνες για UAV όπως: Αυτόματη εισαγωγή προσανατολισμού αεροφωτογραφιών, Αυτόματος αεροτριγωνισμός UAV, Ειδικές ρυθμίσεις αυτόματου σχετικού προσανατολισμού, Δυνατότητα self calibration της κάμερας, Αυτόματη εξαγωγή DTM, Στερεομοντέλα από μη διαδοχικές φωτογραφίες με καλύτερη γωνία τομής Από ένα φωτογραμμετρικό πακέτο (πχ. PHOTOMOD) μπορεί κανείς να πάρει όλη την γκάμα των προϊόντων της φωτογραμμετρικής διαδικασίας. 14

Πλήρη τρισδιάστατη (ή και δισδιάστατη) φωτογραμμετρική απόδοση λεπτομερειών που ανταποκρίνεται στην περίπτωση των φωτογραφιών από UAV σε τοπογραφικό σχέδιο κλίμακας μέχρι και 1:200 ή ακόμα και τοπογραφική - αρχαιολογική αποτύπωση κλίμακας 1:10. Ψηφιακό μοντέλο εδάφους οποιασδήποτε πυκνότητας με πλήρη έλεγχο στερεοσκοπικής διόρθωσής του ανάγλυφου με εισαγωγή γραμμών αλλαγής κλίσης (brake lines). Δημιουργία DEM (Digital Elevation Model) και DSM (Digital Surface Model) με ή χωρίς γραμμές αλλαγής κλίσης (brake lines) Ορθοφωτοχάρτες εδάφους. Ορθοφωτοχάρτες επιφανείας (true orthophoto). Στους ορθοφωτοχάρτες αυτούς τα κτίρια απεικονίζονται στη σωστή τους οριζοντιογραφική θέση. Τρισδιάστατα μοντέλα πόλεων 5.7.2 Τα αυτόματα συστήματα Αυτά έχουν την αρχή τους στην τεχνολογία vision. Βασίζονται σε αυτόματους αλγόριθμους προσδιορισμού ομόλογων σημείων. Δεν υποστηρίζουν στερεοσκοπική απόδοση και απευθύνονται σε χρήστες που θέλουν μαζί με το UAV που αγοράζουν να έχουν ένα λογισμικό γρήγορης απόδοσης DTM και φωτομωσαϊκού. Τέτοια λογισμικα είναι τα, Fotoscan, pix4d Τα προϊόντα που μπορεί να πάρει κανείς από τα αυτόματα συστήματα είναι: Ψηφιακό μοντέλο εδάφους οποιασδήποτε πυκνότητας χωρίς έλεγχο στερεοσκοπικής διόρθωσης Δημιουργία DEM (Digital Elevation Model) και DSM (Digital Surface Model) Ορθοφωτοχάρτες εδάφους. Ορθοφωτοχάρτες επιφανείας (true orthophoto). Τρισδιάστατα μοντέλα πόλεων 6 Ακρίβειες Η ακρίβεια των ψηφιακών μηχανών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις παραμορφώσεις του φακού τους. Η ακτινική διαστροφή είναι η κύρια πηγή σφαλμάτων και διορθώνεται είτε με την βαθμονόμηση (calibration) της φωτομηχανής στο εργαστήριο (πχ. στο ΕΜΠ) είτε με αυτοβαθμονόμηση (self calibration) στο πρόγραμμα αεροτριγωνισμού των φωτογραμμετρικών πακέτων. Στην επόμενη εικόνα φαίνεται το παράθυρο αυτοβαθμονόμησης στο Photomod 15

Από διάφορες εργασίες που έχουν διεξαχθεί φαίνεται ότι η ακρίβεια που μπορεί να επιτευχθεί από τις βαθμονομημένες ψηφιακές φωτομηχανές φτάνει το μέγεθος του ενός pixel οριζοντιογραφικά και δύο pixel υψομετρικά. Παράδειγματα. Πτήση με κάμερα εστιακής απόστασης 4mm από ύψος 100m και ανάλυση εδάφους 4cm. Οριζοντιογραφική ακρίβεια 0.045m. Υψομετρική ακρίβεια 0,10m. η εικόνα είναι από τον αεροτριγωνισμό στο Photomod. Αεροφωτογραφίες με κάμερα εστιακής απόστασης 8mm από ύψος 5m και ανάλυση εδάφους 1mm. Οριζοντιογραφική και υψομετρική ακρίβεια 0,002m. η εικόνα είναι από τον αεροτριγωνισμό στο Photomod. 16