Беспилотники с фиксированным крылом позволяют производить высокодетальную съемку с большой эффективностью и производительностью. Это делает их незаменимым инструментом для картографирования больших территорий и, как следствие, получения огромных объемов данных. Время, затрачиваемое на фотограмметрическую обработку таких объемов данных, обычно весьма и весьма значительно, т.к. напрямую зависит от количества полученных снимков.
Чтобы восполнить этот недостаток, команда разработчиков senseFly разработала и добавила некоторые новые функциональные возможности в программу eMotion 3.11.0, управляющую полетом и выполняющую предварительную обработку данных съемки. В прошивку камер senseFly Aeria X и senseFly S.O.D.A. 3D также были внесены изменения, позволяющие ускорить на 35-40% этап построения фотограмметрической модели в Pix4Dmapper 4.3. В настройках первого этапа обработки Pix4Dmapper, начиная с версии 4.3, пользователь теперь может выбрать опцию «Калибровка – Точное геопозиционирование и ориентация» (Calibration — Accurate geolocation and orientation), что приводит к экономии времени на 35-40%.
Технология прямого геопозиционирования с использованием IMU и точного бортового ГНСС-приемника использовалась и ранее, и плановые элементы внешнего ориентирования получались с высокой точностью, однако точность угловых элементов была недостаточна.
Благодаря обновлению eMotion 3.11.0 и использованию камер senseFly S.O.D.A.3D и Aeria X с беспилотником senseFly последней модели eBee X с функцией RTK/PPK можно использовать те же данные IMU, что и раньше. Однако новый алгоритм постобработки вычисляет углы наклона камеры для каждого снимка с более высокой точностью.
Это обновление повышает абсолютную точность угловых элементов внешнего ориентирования по данным высокоточных датчиков IMU в камерах senseFly S.O.D.A. 3D и Aeria X и дает точность углов по тангажу/крену не хуже 2° и не хуже 4° по углу сноса, что соответствует требованиям метода калибровки «Точное геопозиционирование и ориентация» в Pix4Dmapper 4.3 или выше.
Ниже приведены результаты тестового полета для проверки новых алгоритмов в обновлении и для демонстрации достигнутых результатов.
В этом тестовом проекте были проанализированы следующие критерии:
- Время обработки при построении фотограмметрической модели (этап 1 в Pix4Dmapper)
- Точность построения фотограмметрической модели
- Точность исходного набора данных (точное геопозиционирование)
Параметры проекта
Участок съемки
Выбран участок приблизительно 250 гектаров/618 акров. Он хорошо подходил, поскольку на нем было достаточно растительности и несколько зданий, дорожная инфраструктура и сельскохозяйственные угодья, что достаточно типично для обычной топографической съемки.
Методология обработки
Наборы данных были обработаны дважды при стандартных настройках Pix4Dmapper и с настройками, подразумевающими использование точных элементов внешнего ориентирования, плановых и угловых. Точность построенных фотограмметрических моделей контролировалась с помощью наземных контрольных точек.
Оборудование
Был использован беспилотник SenseFly eBee X с RTK/PPK, 24-мп камера Aeria X (матрица APSC-C) и камера SenseFly S.O.D.A.3D. Также использовалась наземная базовая станция SenseFly Geobase для выдачи поправок RTK и GNSS-приемник, работающий в режиме приема поправок с виртуальной базовой станции (VRS), для измерения контрольных точек.
Летные испытания
Для планирования была использована программа проектирования и управления полетом senseFly eMotion 3.11.0. Были созданы 2 типа проектов: для стандартной надирной съемки (для камеры senseFly AeriaX) и проект для надирно-перспективной съемки с целью 3D-моделирования для камеры senseFly S.O.D.A.3D.
Детальность съемки (GSD) было установлена 2,0 см для SenseFly S.O.D.A 3D и 2,5 см для Aeria X. Соответственно высота полета над уровнем моря (AED) составила соответственно 88м и 118м.
Поперечное перекрытие было установлено на 60%. Продольное перекрытие было запроектировано 60% для Aeria X и 85% для senseFly S.O.D.A. 3D. Угол поворота камеры S.O.D.A.3D влево и вправо от оси маршрута для съемки в перспективу был установлен по умолчанию — 30 градусов.
Наземный ровер в режиме RTK / VRS использовался для измерения равномерно распределенных контрольных точек. Период наблюдения на каждой контрольной точке составлял 45-60 с, что позволило получить среднеквадратическую ошибку в 3–5 мм по X, Y, Z. В качестве базовой системы координат использовалась система WGS 84 UTM Зона 32N без вертикального смещения за геоид.
Дорожная разметка и распределенные контрольные точки были измерены наземным приемником GNSS в режиме RTK/VRS.
Полеты длились в среднем от 45 до 65 минут. Все полеты выполнялись в автономном режиме, без использования RTK-поправок и точные ЭВО изображений вычислялись в режиме постобработки (PPK) в диспетчере полетных данных eMotion (FDM).
Обработка и результаты.
Когда после завершения полевых работ была произведена оценка точности и времени обработки. Все полученные данные были обработаны в Pix4Dmapper и Pix4Dcloud.
Первоначальные результаты были положительными. Обработка полетных данных подтвердила, что стандартный метод занял больше времени, чем при использовании алгоритма «Точное геопозиционирование и ориентация» («Accurate geolocation and orientation»). Однако, важно помнить, что эти результаты отражают только первый этап обработки в Pix4Dmapper.
Для использования этого алгоритма необходимо обеспечить Pix4Dmapper точными данными IMU для каждого снимка. Следовательно, программе не приходится значительно докалибровывать и исправлять угловые элементы внешнего ориентирования снимков и, как следствие, время обработки снижается.
Например, после съемки проекта в 1000 изображений с помощью камеры senseFly Aeria X, было замечено уменьшение времени первого этапа обработки на 35% при использовании вышеупомянутого метода.
Также были замечены аналогичные результаты при использовании камеры senseFly S.O.D.A.3D. После съемки проекта в 1500 изображений было отмечено, что для стандартной обработки потребовалось около двух часов и 12 минут, в то время как при использовании точных ЭВО процедура заняла один час и 23 минуты — экономия времени на 37%.
Более высокие скорости обработки были не единственными преимуществами. Также заметно улучшение качества набора связующих точек и ортотрансформирования и меньше снимков было отбраковано программой по причине недостаточности связующих точек и невозможности вычислить уравненные ЭВО снимка.
Разница в качестве ортотрансформирование на залесенном участке.
Оценка точности набора данных
После набора связующих точек и уравнивания фотограмметрической модели в проект были добавлены контрольные точки, причем каждая точка была опознана и измерена вручную для обеспечения максимальной корректности измерения.
По итогам оценки расхождений на контрольных точках получены следующие значения среднеквадратических ошибок:
X = 0,005 м
Y = 0,013 м
Z = 0,009 м
Было обнаружено, что все обработанные наборы данных имеют погрешность на контрольных точках в пределах первых сантиметров (1-2 пикселя GSD по оси X и Y и 1-3 пикселя GSD по оси Z).
Также не было обнаружено заметной разницы в абсолютной точности при использовании стандартного метода или метода с использованием «Точное геопозиционирование и ориентация» («Accurate geolocation and orientation»). И это свидетельствует о сохранении точности результата при уменьшении времени обработки.
Выводы.
Этот проект демонстрирует положительные результаты и подтверждает, что eBee X и eMotion 3.11.0 в сочетании с использованием точных элементов внешнего ориентирования в Pix4Dmapper4.3 предлагает значительно более быструю обработку данных на этапе построения фотограмметрической модели, что приводит к экономии времени до 37 % без каких-либо последствий для точности.
Используя технологию прямого геопозиционирования в полете в сочетании с алгоритмом Pix4Dmapper можно быстрее обрабатывать большие наборы данных, сохраняя неизменное качество результата.
И кроме того, использование описанного метода увеличило среднее количество найденных связующих точек на стереопару, что позволило получить более высокое качество облака точек и более четкое и качественное ортофото. Также было обнаружено улучшение общего качества текстурирования и ортотрансформации на сложных и повторяющихся текстурах, таких как густая растительность.
Точность пространственного положения проекта также была на высоте и ошибки на контрольных точках лежали в пределах 2-3 пикселей.
Перевод подготовлен по материалам с сайта waypoint.sensefly.com.