Pobrežná fotogrammetria na ostrove Saona: 3D mapovanie pláží, dronové prieskumy a monitorovanie pobrežia
Úvod
Pobrežné krajiny sa neustále menia. Vlny, príliv a odliv, vietor, zrážky a pohyb sedimentov môžu postupne pretvárať pláže a pobrežia. Pochopenie týchto zmien si vyžaduje spoľahlivé informácie o tvare a nadmorskej výške pobrežného povrchu.
Na ostrove Saona v Dominikánskej republike by pobrežná fotogrammetria mohla poskytnúť praktickú výskumnú metódu na dokumentovanie exponovaných pláží, pobrežných tvarov a prístupných pobrežných oblastí. Nasnímaním prekrývajúcich sa fotografií z dronu alebo inej kamerovej platformy môžu geodeti rekonštruovať trojrozmerné povrchy a vytvárať podrobné pobrežné mapy.
Metóda je známa ako fotogrammetria Structure-from-Motion (SfM). Používa počítačové videnie a fotogrametrickú geometriu na identifikáciu zhodných prvkov na viacerých fotografiách a na výpočet ich priestorových polôh.
Na rozdiel od laserového LiDAR sa fotogrammetria spolieha skôr na obrazové informácie než na meranie doby prechodu laserových impulzov. Vďaka tomu je užitočným doplnkovým prístupom pre pobrežné prieskumy, najmä tam, kde sa vyžaduje opakovaná vizuálna dokumentácia a modely povrchu s vysokým rozlíšením.
Táto príručka vysvetľuje vedu, vybavenie, pracovný tok v teréne, dátové produkty, úvahy o presnosti a možné aplikácie pobrežnej fotogrametrie v okolí ostrova Saona.
1. Čo je pobrežná fotogrammetria?
Fotogrammetria je veda o získavaní meraní a priestorových informácií z fotografií.
Jedna fotografia zaznamenáva dvojrozmerný pohľad. Keď sa však ten istý objekt alebo krajina fotografuje z viacerých pozícií, prekrývajúce sa obrázky obsahujú informácie o jeho trojrozmernej geometrii.
Špecializovaný softvér identifikuje zhodné vizuálne prvky na fotografiách. Potom odhadne polohy a orientáciu kamery a zrekonštruuje relatívne trojrozmerné usporiadanie pozorovaného povrchu.
V pobrežných aplikáciách možno fotografie zbierať pomocou:
- Malé bezpilotné vzdušné systémy, bežne nazývané drony.
- Ručné fotoaparáty.
- Pevné pobrežné kamerové systémy.
Výsledné údaje možno použiť na výrobu ortomozaiky, trojrozmerných mračien bodov, digitálnych povrchových modelov a výškových máp.
NOAA a USGS popisujú fotogrammetriu a štruktúrovanie z pohybu cez pobrežné modely ako užitočné metódy na vytváranie trojrozmerných pobrežných modelov snímky.
2. Pochopenie štruktúry z pohybu (SfM)
Structure-from-Motion je fotogrametrická technika, ktorá rekonštruuje trojrozmernú geometriu z viacerých obrázkov nasnímaných z rôznych uhlov pohľadu.
Základný princíp je jednoduchý: prvok viditeľný na niekoľkých fotografiách sa na každom obrázku objaví na mierne odlišných pozíciách, pretože sa fotoaparát pohol.
Pomocou analýzy týchto rozdielov softvér odhadne polohy fotoaparátu a trojrozmerné umiestnenie prvkov spracovania.
sú:Detekcia funkcií
Softvér identifikuje charakteristické prvky obrazu, ako sú rohy, okraje, textúry a vzory.
Priradenie funkcií
Rovnaké prvky sa nachádzajú na viacerých fotografiách. Spoľahlivá zhoda je nevyhnutná, pretože nesprávne zhody môžu skresliť rekonštrukciu.
Zarovnanie kamery
Softvér odhaduje relatívnu polohu a orientáciu každej kamery, keď boli fotografie nasnímané.
Generovanie riedkeho mračna bodov
Počiatočná rekonštrukcia vytvára kolekciu trojrozmerných bodov reprezentujúcich zhodné prvky.
Používa sa hustá rekonštrukcia obrazuPoužíva sa hustá rekonštrukcia obrazu. viditeľný povrch.Georeferencovanie
Pozemné kontrolné body alebo vhodné informácie o polohe sa používajú na umiestnenie rekonštruovaného modelu do reálneho súradnicového systému.
Konečný model sa potom môže použiť na mapovanie, meranie a porovnanie s neskoršími prieskumami.
Pracovný postup spracovania pobrežných snímok USGS poskytuje podrobný príklad použitia produktov 3D na vytváranie SfM fotografie.
3. Prečo je fotogrammetria užitočná pri prieskumoch pláží?
Pláže sú dynamické prostredia. Ich povrchy sa môžu zmeniť po búrkach, silných vlnách, sezónnom počasí alebo ľudskej činnosti.
Tradičné metódy prieskumu môžu poskytnúť presné merania, ale opakované pokrytie veľkej pláže môže vyžadovať značný čas v teréne.
Dronová fotogrammetria ponúka niekoľko potenciálnych výhod:
- Produkcia ortomozaikických máp a výškových modelov.
- Opakujte prieskumy s použitím konzistentného letového plánu.
- Identifikácia viditeľnej erózie a vzorov depozície.
- Integrácia s GIS a inými pobrežnými súbormi údajov.
Metóda
je obzvlášť užitočná, keď sa výskumníci v priebehu času menia viditeľné.Prieskum dronom automaticky neposkytuje úplný model podvodného terénu. Bežná letecká fotogrammetria je vhodná predovšetkým na viditeľné povrchy. Podvodná rekonštrukcia vyžaduje vhodné optické podmienky a špecializované získavanie a spracovanie obrazu.
4. Základné vybavenie pre prieskum pobrežných dronov
Projekt fotogrametrie potrebuje viac ako len dron a kameru. Kvalita konečného modelu závisí od kompletného prieskumného systému.
Plošina dronu
Multirotorový dron môže byť užitočný pre malé a stredne veľké pobrežné prieskumné oblasti, pretože môže sledovať plánované letové trasy a udržiavať relatívne nízke rýchlosti prieskumu.
Platformy s pevnými krídlami môžu byť vhodnejšie pre väčšie oblasti, kde je dôležitá dlhšia letová výdrž.3>Camera
obrázky s vysokým rozlíšením s konzistentnou expozíciou a spoľahlivými metadátami obrázka.
K dôležitým charakteristikám patrí:
- Rozlíšenie snímača.
- Ohnisková vzdialenosť objektívu.
- Výkon uzávierky.
- Ostrosť snímky.
Ovládanie skreslenia obrazu.- . charakteristiky.
Zariadenie GNSS
Prijímač globálneho navigačného satelitného systému na úrovni prieskumu sa môže použiť na meranie pozemných kontrolných bodov a nezávislých kontrolných bodov.
Pozemné kontrolné ciele
Na prieskumných miestach je možné umiestniť jasne viditeľné ciele. Pomáhajú prepojiť rekonštrukciu obrazu so známymi súradnicami reálneho sveta.
Spracujúci počítač a softvér
Softvér pre fotogrammetriu spracováva fotografie, odhaduje geometriu fotoaparátu, vytvára mračná bodov a generuje mapové produkty.
Príslušenstvo v teréne
Dodatočné vybavenie môže zahŕňať náhradné batérie, pamäťové karty, meracie nástroje, ukazovatele na meranie počasia, bezpečnostné zariadenia a nástroje na sledovanie počasia.2>5ph. Plánovanie letu s dronom
Úspešný prieskum začína starostlivo pripraveným letovým plánom.
Definujte hranicu prieskumu
Projektový tím najskôr definuje oblasť, ktorú je potrebné zmapovať. Môže to zahŕňať suchú pláž, duny, pobrežnú vegetáciu a iné viditeľné tvary terénu.
Vyberte výšku letu
Výška letu ovplyvňuje vzdialenosť vzorkovania zeme, pokrytie obrazu a úroveň detailov zachytených kamerou.
Nižšie lety vo všeobecnosti zachytávajú viac detailov na menšej ploche, zatiaľ čo vyššie lety pokrývajú väčšie oblasti s menšími detailmi obrazu.
Správne rozlíšenie výstupu a výška letu závisí od požadovaných špecifikácií terénu kamery,
. image overlap
Fotogrammetria vyžaduje dostatočné prekrytie medzi po sebe nasledujúcimi fotografiami a susednými letovými čiarami.
Dopredné prekrytie sa týka zdieľanej oblasti medzi po sebe nasledujúcimi snímkami pozdĺž letovej línie. Bočné prekrytie sa vzťahuje na zdieľanú oblasť medzi susednými letovými čiarami.
Adekvátne prekrytie umožňuje softvéru identifikovať spoločné prvky z viacerých uhlov pohľadu. Presné percentá by sa mali vyberať skôr podľa terénu, požiadaviek kamery a projektu, než sa s nimi zaobchádzať ako s univerzálnymi hodnotami.
Naplánujte si osvetlenie a poveternostné podmienky
Silné tiene, rýchlo sa meniaca oblačnosť, opar a pohybujúca sa vegetácia môžu skomplikovať porovnávanie snímok.
Konzistentné osvetlenie a vhodné veterné podmienky pomáhajú vytvárať spoľahlivejšie sady snímok.
Skontrolujte, aké prevádzkové požiadavky musia byť potrebné na letový tím6. Pozemné kontrolné body a presnosť prieskumu
Pozemné kontrolné body (GCP) sú skúmané miesta, ktoré možno na fotografiách jasne identifikovať.
Pomáhajú obmedziť fotogrametrický model na známe súradnice v skutočnom svete.
Typický pracovný postup GCP zahŕňa:
- Umiestnite vhodné ciele tam, kde je to povolené.
- Zmerajte súradnice cieľa pomocou GNSS alebo inej vhodnej metódy prieskumu.
- Zaznamenajte referenčný súradnicový systém a informácie o meraní.
- Identifikujte rovnaké ciele na fotografiách.
- Používajte body počas fotogrammetrického spracovania.
Skupina bodov sústredených v jednom rohu prieskumu nemusí adekvátne kontrolovať celý model.
Mali by sa merať aj nezávislé kontrolné body. Tieto sa nepoužívajú na prispôsobenie modelu; namiesto toho poskytujú samostatný spôsob vyhodnocovania jeho presnosti.
Usmernenie USGS o kalibrácii snímok lietadiel bez posádky zdôrazňuje dôležitosť presného pozemného riadenia a nezávislého hodnotenia. Kvalita pozemnej kontroly by mala zodpovedať presnosti požadovanej od konečného produktu.
7. Dôležité výstupy fotogrametrie
Projekt pobrežnej fotogrametrie môže produkovať niekoľko užitočných súborov priestorových údajov.
Ortomosaika
Ortomosaika je geometricky opravený obrázok zostavený z viacerých fotografií.
Na rozdiel od bežnej leteckej fotografie je navrhnutý tak, aby poskytoval konzistentný pohľad podobný mape so zníženou vizuálnou interpretáciou mapy a skreslením pobrežia GIS>
Trojrozmerné mračno bodov
Mračno bodov je súbor rekonštruovaných 3D bodov.
Každý bod predstavuje odhadovanú polohu na viditeľnom povrchu. Body môžu byť zafarbené pomocou obrazových informácií, aby sa vytvorila realistická reprezentácia skúmanej oblasti.
Digitálny model povrchu
Digitálny model povrchu (DSM) predstavuje výšku viditeľného povrchu vrátane prvkov, ako je vegetácia a štruktúry.
Digitálny model terénu
Digitálny model terénu (DTM) umožňuje po odstránení údajov nad zemou spoľahlivo reprezentovať údaje z povrchu zeme. klasifikácia.
Prierezy pobrežia
Prierezy zobrazujú zmeny nadmorskej výšky pozdĺž vybraných línií naprieč plážou alebo pobrežným objektom.
Sú užitočné na porovnávanie svahov pláže a identifikáciu zmien v tvare skúmaného povrchu.
Výpočty objemu
Ak sú k dispozícii dva kompatibilné softvérové modely na odhadovanie rozdielov povrchov, sú dostupné dva kompatibilné softvérové modely povrchových úprav. dátumy.
Takéto výpočty môžu pomôcť výskumníkom posúdiť prírastky a straty sedimentov, ale ich spoľahlivosť závisí od zarovnania prieskumu, kvality povrchu a neistoty.
8. Meranie zmeny pláže v priebehu času
Jednou z najcennejších aplikácií pobrežnej fotogrametrie je opakované monitorovanie.
Jediný prieskum poskytuje snímku pláže. Opakované prieskumy môžu odhaliť, ako sa mení povrch.
Výskumný tím by napríklad mohol v pravidelných intervaloch skúmať vybranú plážovú časť a porovnávať výsledné digitálne výškové modely.
Základný výškový rozdiel možno zapísať ako:
Δz = z₂ − z₁
Kde:c-tip pl my-6-p>
- Δz = zmena nadmorskej výšky povrchu.
- z₁ = nadmorská výška nameraná počas prvého prieskumu.
- z₂ = nadmorská výška nameraná počas neskoršieho prieskumu.
Pozitívne hodnoty označujú povrch, ktorý je v neskoršom modeli vyšší, zatiaľ čo záporné hodnoty musia byť interpretované opatrne ako nižší povrch.
Rozdiel. Zjavné zmeny môžu vyplynúť z chýb merania, zlého zarovnania, rôznych hladín vody, zmien vegetácie alebo rozdielov v kvalite obrazu.
Spoľahlivá štúdia zisťovania zmien by mala uvádzať neistotu a vyhýbať sa interpretácii veľmi malých výškových rozdielov ako skutočnej zmeny pobrežia, pokiaľ neprekračujú kombinovanú neistotu merania.
9. Potenciálne aplikácie v okolí ostrova Saona
Pobrežná fotogrammetria by mohla podporiť niekoľko výskumných aktivít v okolí ostrova Saona, ak sa vykonajú vhodné prieskumy.
Monitorovanie profilu pláže
Opakované prieskumy dronmi by mohli zdokumentovať tvar prístupných povrchov pláží.
Výskumníci by mohli získať prierezy a porovnať ich výškové profily medzi dátumami prieskumov.
Mapovanie útvarov pobrežia
Ortomosaické snímky môžu pomôcť identifikovať viditeľné útvary pobrežia a poskytnúť konzistentnú základnú mapu pre analýzu pobrežia.
Indikátor pobrežia je potrebné definovať opatrne. Viditeľná vlhko-suchá hranica, vegetačná línia a prílivová vodoryska nie sú nevyhnutne rovnaké prvky.
Štúdie pobrežnej erózie a usadzovania
Porovnanie opakovaných povrchových modelov môže pomôcť identifikovať, kde viditeľné povrchy zeme stratili alebo získali materiál.
Na interpretáciu procesov zodpovedných za tieto zmeny sú potrebné pozorovania v teréne a vhodné merania sedimentov. môžu pomôcť zmapovať viditeľné hranice vegetácie a široké vzory krajinnej pokrývky.
Multispektrálne snímky môžu poskytnúť ďalšie informácie o charakteristikách vegetácie, no klasifikácia snímok by sa mala overiť pomocou pozorovaní v teréne.
Dokumentácia pobrežnej infraštruktúry
Fotogrametrické modely môžu pomôcť zdokumentovať viditeľné cesty, budovy, prístupové cesty a inú pobrežnú infraštruktúru.
Takéto modely vizuálnej kontroly môžu podporiť predbežné plánovanie a modely vizuálnej kontroly. Podrobný technický návrh si stále vyžaduje primeranú kontrolu prieskumu a prieskum lokality.
Monitorovanie životného prostredia
Opakované prieskumy snímok môžu zdokumentovať zmeny v exponovaných pobrežných formách a pomôcť výskumníkom identifikovať miesta, ktoré si vyžadujú ďalšie ekologické skúmanie.
Samotná fotogrammetria nemôže potvrdiť prítomnosť druhov, zdravie biotopov alebo ekologický stav.
10. Dokáže dronová fotogrammetria zmapovať plytké podvodné oblasti?
Fotogrammetriu možno niekedy použiť na rekonštrukciu viditeľných povrchov morského dna v plytkej vode, ale mapovanie pod vodou je náročnejšie ako mapovanie suchej zeme.
Táto technika závisí od toho, či kamera prijíma užitočné informácie z morského dna cez vodu.
Výkon ovplyvňuje niekoľko podmienok: class="disbultip-
Čistota vody. Povrchové vlny a vlnky. Lom na rozhraní vzduch-voda. Odraz slnečného svetla a oslnenie. Textúra morského dna a viditeľné prvky. Hĺbka vody a rozlíšenie obrazu. Charakteristiky dna sú zreteľné.Clear. Zakalená voda, lámajúce sa vlny a rovnomerné piesočnaté povrchy môžu sťažiť rekonštrukciu.
Pokyny NOAA pre batymetrické mapovanie v blízkosti pobrežia pomocou malých lietadiel bez posádky a SfM identifikujú tieto environmentálne obmedzenia a odporúčajú vhodné umiestnenie kamery a vysokokvalitné informácie o trajektórii.
Projekt plážovej fotogrametrie na ostrove Saona by preto mal rozlišovať medzi spoľahlivými meraniami zemského povrchu a akýmkoľvek pokusom o rekonštrukciu pod vodou. Sonar alebo iné vhodné batymetrické techniky môžu byť potrebné tam, kde optické snímky nemôžu poskytnúť spoľahlivé informácie o hĺbke.
11. Fotogrammetria v porovnaní s LiDAR
Fotogrammetria a LiDAR môžu vytvárať trojrozmerné súbory pobrežných údajov, ale používajú odlišné princípy merania.
Fotogrammetria rekonštruuje geometriu z prekrývajúcich sa snímok. Dokáže poskytnúť detailné farebné snímky a modely povrchov, ale závisí to od textúry obrazu, osvetlenia a spoľahlivého prispôsobenia obrazu.
LiDAR meria vzdialenosti pomocou laserových impulzov. Dokáže zachytiť povrchy s menšou závislosťou od viditeľnej fotografickej textúry, hoci jeho výkon závisí aj od charakteristík senzora, povrchových podmienok a prostredia prieskumu.
Pre exponované pláže a prístupnú pobrežnú krajinu môže dronová fotogrammetria poskytnúť efektívnu možnosť opakovaných vizuálnych a topografických prieskumov.
Pre projekty vyžadujúce rôzne charakteristiky povrchu, prenikanie vegetácie alebo vhodné laserové merania v plytkej vode môže LiDAR ponúkať výhody na základe presnosti projektu
. a náklady.
12. Bežné chyby v pobrežnej fotogrammetrii
Technicky úspešný let môže stále produkovať nespoľahlivý model, ak je prieskum alebo spracovanie nedostatočne kontrolované.
Bežné problémy zahŕňajú:
Nedostatočné prekrývanie snímok: Príliš malé pokrytie zdieľaných snímok môže spôsobiť zlyhanie zarovnania alebo slabú rekonštrukciu.
Rozmazanosť snímok znižuje pohybové rozmazanie fotografií: zhoda.
Zlé ovládanie zeme: Nesprávne alebo nerovnomerne rozmiestnené kontrolné body môžu skresliť konečný model.
Zmena vodných plôch: Pohybujúce sa vlny a odrazy vytvárajú prvky, ktoré medzi snímkami nezostávajú stabilné.
Pohyb vegetácie: Vetrom nafúkané lístie a tráva:
Nekonzistentné nastavenia fotoaparátu môžu spôsobiť nekonzistentnosť. zmeny zaostrenia môžu znížiť konzistenciu obrazu.Nesprávne súradnicové referencie: Miešanie súradnicových systémov alebo vertikálnych referencií môže viesť k zavádzajúcim porovnaniam nadmorskej výšky.
Nenahlásená neistota: Model by sa nemal prezentovať ako prieskumný len preto, že vyzerá podrobne.
Tieto problémy plánovania, kontroly kvality a kvality by sa mali riešiť prostredníctvom hlásenia v teréne. Navrhovaný projekt pobrežnej fotogrametrie pre ostrov Saona
Budúci výskumný projekt by mohol využívať nasledujúci rámec.
1. fáza – Výber lokality
Vyberte prístupné pobrežné časti s jasne definovanými hranicami prieskumu. Zvážte aktivitu návštevníkov, vegetáciu, terén, citlivosť prostredia a prevádzkové povolenia.
Fáza 2 – Základný prieskum
Zhromažďujte prekrývajúce sa letecké snímky za vhodných poveternostných a svetelných podmienok. Vytvorte pozemnú kontrolu a nezávislé kontrolné body.
Fáza 3 – Fotogrammetrické spracovanie
Zarovnajte fotografie, odhadnite polohy kamery, vytvorte mračná bodov a vytvorte ortomozaiky a výškové modely.
Fáza 4 – Posúdenie presnosti
Porovnajte nezávislé merania rekonštruovaných kontrolných bodov. Skontrolujte horizontálne a vertikálne chyby, kvalitu obrazu a oblasti s neúplným pokrytím.
5. fáza – Opakované monitorovanie
Zopakujte prieskum s použitím konzistentnej metodiky a vhodnej referenčnej kontroly. Porovnajte výsledné modely povrchu, aby ste zhodnotili merateľné zmeny.
6. fáza – Interpretácia pobrežia
Použite overené údaje na preskúmanie profilov pláží, viditeľných prvkov pobrežia, zmien povrchu a možného pohybu sedimentov.
Toto je navrhovaný rámec výskumu. Netvrdí, že na ostrove Saona už bol zavedený konkrétny program monitorovania fotogrammetrie pomocou dronov.
14. Budúcnosť pobrežného mapovania založeného na dronoch
Vylepšenia kamier, určovania polohy GNSS, softvéru na spracovanie a automatizovanej analýzy obrazu naďalej rozširujú možnosti mapovania založeného na dronoch.
Potenciálny vývoj zahŕňa:
- Kontrola kvality obrazu v reálnom čase.
- Integrácia s platformami GIS.
- Automatická extrakcia pobrežných prvkov.
- Klasifikácia krajinnej pokrývky za pomoci umelej inteligencie.
- Porovnanie so súbormi údajov zo satelitu, sonaru a LiDAR.
<->- Viac prístupných prác/vývoja/prehľadu. urobiť monitorovanie pobrežia praktickejším pre univerzity, výskumné tímy a environmentálne organizácie.
Automatizované spracovanie však nevylučuje potrebu dobrých terénnych údajov, nezávislého overovania a zodpovednej interpretácie.
Často kladené otázky
1. Čo je pobrežná fotogrammetria?
Pobrežná fotogrammetria je použitie fotografií na meranie a rekonštrukciu pobrežných povrchov, vytváranie máp, mračien bodov a trojrozmerných výškových modelov.
2. Čo je to Structure-from-Motion?
Structure-from-Motion je technika, ktorá využíva prekrývajúce sa fotografie nasnímané z rôznych uhlov pohľadu na odhad polohy fotoaparátu a rekonštrukciu trojrozmernej geometrie.
3. Dokáže dron vytvoriť 3D model pláže?
Áno. S vhodným prekrývaním snímok, kalibráciou fotoaparátu, polohovaním a spracovaním možno fotografie z dronov použiť na generovanie trojrozmerných modelov exponovaných plážových povrchov.
4. Prečo sú pozemné kontrolné body dôležité?
Pozemné kontrolné body spájajú rekonštruovaný model so známymi súradnicami reálneho sveta a pomáhajú obmedziť jeho polohu a mierku.
5. Je fotogrammetria dronov dostatočne presná pre pobrežné inžinierstvo?
Môže byť vhodná pre niektoré úlohy mapovania a monitorovania pobrežia, keď je správne navrhnutá, kontrolovaná a overená. Požadovaná presnosť závisí od technickej aplikácie.
6. Dokáže fotogrammetria merať hĺbku pod vodou?
Niekedy dokáže za priaznivých optických podmienok rekonštruovať plytké viditeľné povrchy morského dna. Nie je univerzálnou náhradou za sonar alebo iné metódy hydrografického prieskumu.
7. Ako často by sa mala pláž skúmať?
Frekvencia závisí od cieľa výskumu. Prieskumy možno plánovať pred a po veľkých udalostiach alebo v pravidelných intervaloch za predpokladu, že je zdokumentované načasovanie a podmienky prostredia.
8. Používa sa už pobrežná fotogrammetria na ostrove Saona?
Tento článok neoveruje konkrétny miestny program. Akékoľvek existujúce pokrytie prieskumu alebo monitorovací projekt by mal byť potvrdený prostredníctvom autoritatívnych projektových záznamov alebo miestnych organizácií.
Záver
Pobrežná fotogrammetria ponúka praktický spôsob transformácie prekrývajúcich sa fotografií na podrobné mapy a trojrozmerné modely exponovanej pobrežnej krajiny.
Prostredníctvom spracovania Structure-from-Motion môžu snímky povrchu pomocou dronov podporiť analýzu profilov pláží a porovnanie pobrežia. Pozemná kontrola, nezávislé kontrolné body a starostlivé hodnotenie kvality sú nevyhnutné, ak majú výsledné údaje podporovať spoľahlivé merania.
V prípade ostrova Saona by správne navrhnutý program fotogrammetrie mohol poskytnúť užitočné základné informácie a pomôcť výskumníkom zdokumentovať zmeny v prístupných plážových prostrediach v priebehu času.
Táto metóda je najúčinnejšia, keď sa používa ako súčasť širšej stratégie pobrežného mapovania, ktorá kombinuje meranie založené na obrázkoch, pozorovanie pomocou GNSS v teréne a GNSS sonar. vhodné.
Prevedením fotografií na merateľné 3D povrchy umožňuje pobrežná fotogrammetria podrobnejšie študovať plážovú krajinu a porovnávať, ako sa menia v priebehu času.
Používa sa hustá rekonštrukcia obrazu. viditeľný povrch.Georeferencovanie
Pozemné kontrolné body alebo vhodné informácie o polohe sa používajú na umiestnenie rekonštruovaného modelu do reálneho súradnicového systému.
Konečný model sa potom môže použiť na mapovanie, meranie a porovnanie s neskoršími prieskumami.
Pracovný postup spracovania pobrežných snímok USGS poskytuje podrobný príklad použitia produktov 3D na vytváranie SfM fotografie.
3. Prečo je fotogrammetria užitočná pri prieskumoch pláží?
Pláže sú dynamické prostredia. Ich povrchy sa môžu zmeniť po búrkach, silných vlnách, sezónnom počasí alebo ľudskej činnosti.
Tradičné metódy prieskumu môžu poskytnúť presné merania, ale opakované pokrytie veľkej pláže môže vyžadovať značný čas v teréne.
Dronová fotogrammetria ponúka niekoľko potenciálnych výhod:
- Produkcia ortomozaikických máp a výškových modelov.
- Opakujte prieskumy s použitím konzistentného letového plánu.
- Identifikácia viditeľnej erózie a vzorov depozície.
- Integrácia s GIS a inými pobrežnými súbormi údajov.
Metóda
je obzvlášť užitočná, keď sa výskumníci v priebehu času menia viditeľné.Prieskum dronom automaticky neposkytuje úplný model podvodného terénu. Bežná letecká fotogrammetria je vhodná predovšetkým na viditeľné povrchy. Podvodná rekonštrukcia vyžaduje vhodné optické podmienky a špecializované získavanie a spracovanie obrazu.
4. Základné vybavenie pre prieskum pobrežných dronov
Projekt fotogrametrie potrebuje viac ako len dron a kameru. Kvalita konečného modelu závisí od kompletného prieskumného systému.
Plošina dronu
Multirotorový dron môže byť užitočný pre malé a stredne veľké pobrežné prieskumné oblasti, pretože môže sledovať plánované letové trasy a udržiavať relatívne nízke rýchlosti prieskumu.
Platformy s pevnými krídlami môžu byť vhodnejšie pre väčšie oblasti, kde je dôležitá dlhšia letová výdrž.3>Camera
obrázky s vysokým rozlíšením s konzistentnou expozíciou a spoľahlivými metadátami obrázka.
K dôležitým charakteristikám patrí:
- Rozlíšenie snímača.
- Ohnisková vzdialenosť objektívu.
- Výkon uzávierky.
- Ostrosť snímky.
- . charakteristiky.
Zariadenie GNSS
Prijímač globálneho navigačného satelitného systému na úrovni prieskumu sa môže použiť na meranie pozemných kontrolných bodov a nezávislých kontrolných bodov.
Pozemné kontrolné ciele
Na prieskumných miestach je možné umiestniť jasne viditeľné ciele. Pomáhajú prepojiť rekonštrukciu obrazu so známymi súradnicami reálneho sveta.
Spracujúci počítač a softvér
Softvér pre fotogrammetriu spracováva fotografie, odhaduje geometriu fotoaparátu, vytvára mračná bodov a generuje mapové produkty.
Príslušenstvo v teréne
Dodatočné vybavenie môže zahŕňať náhradné batérie, pamäťové karty, meracie nástroje, ukazovatele na meranie počasia, bezpečnostné zariadenia a nástroje na sledovanie počasia.2>5ph. Plánovanie letu s dronom
Úspešný prieskum začína starostlivo pripraveným letovým plánom.
Definujte hranicu prieskumu
Projektový tím najskôr definuje oblasť, ktorú je potrebné zmapovať. Môže to zahŕňať suchú pláž, duny, pobrežnú vegetáciu a iné viditeľné tvary terénu.
Vyberte výšku letu
Výška letu ovplyvňuje vzdialenosť vzorkovania zeme, pokrytie obrazu a úroveň detailov zachytených kamerou.
Nižšie lety vo všeobecnosti zachytávajú viac detailov na menšej ploche, zatiaľ čo vyššie lety pokrývajú väčšie oblasti s menšími detailmi obrazu.
Správne rozlíšenie výstupu a výška letu závisí od požadovaných špecifikácií terénu kamery,
. image overlap
Fotogrammetria vyžaduje dostatočné prekrytie medzi po sebe nasledujúcimi fotografiami a susednými letovými čiarami.
Dopredné prekrytie sa týka zdieľanej oblasti medzi po sebe nasledujúcimi snímkami pozdĺž letovej línie. Bočné prekrytie sa vzťahuje na zdieľanú oblasť medzi susednými letovými čiarami.
Adekvátne prekrytie umožňuje softvéru identifikovať spoločné prvky z viacerých uhlov pohľadu. Presné percentá by sa mali vyberať skôr podľa terénu, požiadaviek kamery a projektu, než sa s nimi zaobchádzať ako s univerzálnymi hodnotami.
Naplánujte si osvetlenie a poveternostné podmienky
Silné tiene, rýchlo sa meniaca oblačnosť, opar a pohybujúca sa vegetácia môžu skomplikovať porovnávanie snímok.
Konzistentné osvetlenie a vhodné veterné podmienky pomáhajú vytvárať spoľahlivejšie sady snímok.
Skontrolujte, aké prevádzkové požiadavky musia byť potrebné na letový tím6. Pozemné kontrolné body a presnosť prieskumu
Pozemné kontrolné body (GCP) sú skúmané miesta, ktoré možno na fotografiách jasne identifikovať.
Pomáhajú obmedziť fotogrametrický model na známe súradnice v skutočnom svete.
Typický pracovný postup GCP zahŕňa:
- Umiestnite vhodné ciele tam, kde je to povolené.
- Zmerajte súradnice cieľa pomocou GNSS alebo inej vhodnej metódy prieskumu.
- Zaznamenajte referenčný súradnicový systém a informácie o meraní.
- Identifikujte rovnaké ciele na fotografiách.
- Používajte body počas fotogrammetrického spracovania.
Skupina bodov sústredených v jednom rohu prieskumu nemusí adekvátne kontrolovať celý model.
Mali by sa merať aj nezávislé kontrolné body. Tieto sa nepoužívajú na prispôsobenie modelu; namiesto toho poskytujú samostatný spôsob vyhodnocovania jeho presnosti.
Usmernenie USGS o kalibrácii snímok lietadiel bez posádky zdôrazňuje dôležitosť presného pozemného riadenia a nezávislého hodnotenia. Kvalita pozemnej kontroly by mala zodpovedať presnosti požadovanej od konečného produktu.
7. Dôležité výstupy fotogrametrie
Projekt pobrežnej fotogrametrie môže produkovať niekoľko užitočných súborov priestorových údajov.
Ortomosaika
Ortomosaika je geometricky opravený obrázok zostavený z viacerých fotografií.
Na rozdiel od bežnej leteckej fotografie je navrhnutý tak, aby poskytoval konzistentný pohľad podobný mape so zníženou vizuálnou interpretáciou mapy a skreslením pobrežia GIS>
Trojrozmerné mračno bodov
Mračno bodov je súbor rekonštruovaných 3D bodov.
Každý bod predstavuje odhadovanú polohu na viditeľnom povrchu. Body môžu byť zafarbené pomocou obrazových informácií, aby sa vytvorila realistická reprezentácia skúmanej oblasti.
Digitálny model povrchu
Digitálny model povrchu (DSM) predstavuje výšku viditeľného povrchu vrátane prvkov, ako je vegetácia a štruktúry.
Digitálny model terénu
Digitálny model terénu (DTM) umožňuje po odstránení údajov nad zemou spoľahlivo reprezentovať údaje z povrchu zeme. klasifikácia.
Prierezy pobrežia
Prierezy zobrazujú zmeny nadmorskej výšky pozdĺž vybraných línií naprieč plážou alebo pobrežným objektom.
Sú užitočné na porovnávanie svahov pláže a identifikáciu zmien v tvare skúmaného povrchu.
Výpočty objemu
Ak sú k dispozícii dva kompatibilné softvérové modely na odhadovanie rozdielov povrchov, sú dostupné dva kompatibilné softvérové modely povrchových úprav. dátumy.
Takéto výpočty môžu pomôcť výskumníkom posúdiť prírastky a straty sedimentov, ale ich spoľahlivosť závisí od zarovnania prieskumu, kvality povrchu a neistoty.
8. Meranie zmeny pláže v priebehu času
Jednou z najcennejších aplikácií pobrežnej fotogrametrie je opakované monitorovanie.
Jediný prieskum poskytuje snímku pláže. Opakované prieskumy môžu odhaliť, ako sa mení povrch.
Výskumný tím by napríklad mohol v pravidelných intervaloch skúmať vybranú plážovú časť a porovnávať výsledné digitálne výškové modely.
Základný výškový rozdiel možno zapísať ako:
Δz = z₂ − z₁
Kde:c-tip pl my-6-p>
- Δz = zmena nadmorskej výšky povrchu.
- z₁ = nadmorská výška nameraná počas prvého prieskumu.
- z₂ = nadmorská výška nameraná počas neskoršieho prieskumu.
Pozitívne hodnoty označujú povrch, ktorý je v neskoršom modeli vyšší, zatiaľ čo záporné hodnoty musia byť interpretované opatrne ako nižší povrch.
Rozdiel. Zjavné zmeny môžu vyplynúť z chýb merania, zlého zarovnania, rôznych hladín vody, zmien vegetácie alebo rozdielov v kvalite obrazu.
Spoľahlivá štúdia zisťovania zmien by mala uvádzať neistotu a vyhýbať sa interpretácii veľmi malých výškových rozdielov ako skutočnej zmeny pobrežia, pokiaľ neprekračujú kombinovanú neistotu merania.
9. Potenciálne aplikácie v okolí ostrova Saona
Pobrežná fotogrammetria by mohla podporiť niekoľko výskumných aktivít v okolí ostrova Saona, ak sa vykonajú vhodné prieskumy.
Monitorovanie profilu pláže
Opakované prieskumy dronmi by mohli zdokumentovať tvar prístupných povrchov pláží.
Výskumníci by mohli získať prierezy a porovnať ich výškové profily medzi dátumami prieskumov.
Mapovanie útvarov pobrežia
Ortomosaické snímky môžu pomôcť identifikovať viditeľné útvary pobrežia a poskytnúť konzistentnú základnú mapu pre analýzu pobrežia.
Indikátor pobrežia je potrebné definovať opatrne. Viditeľná vlhko-suchá hranica, vegetačná línia a prílivová vodoryska nie sú nevyhnutne rovnaké prvky.
Štúdie pobrežnej erózie a usadzovania
Porovnanie opakovaných povrchových modelov môže pomôcť identifikovať, kde viditeľné povrchy zeme stratili alebo získali materiál.
Na interpretáciu procesov zodpovedných za tieto zmeny sú potrebné pozorovania v teréne a vhodné merania sedimentov. môžu pomôcť zmapovať viditeľné hranice vegetácie a široké vzory krajinnej pokrývky.
Multispektrálne snímky môžu poskytnúť ďalšie informácie o charakteristikách vegetácie, no klasifikácia snímok by sa mala overiť pomocou pozorovaní v teréne.
Dokumentácia pobrežnej infraštruktúry
Fotogrametrické modely môžu pomôcť zdokumentovať viditeľné cesty, budovy, prístupové cesty a inú pobrežnú infraštruktúru.
Takéto modely vizuálnej kontroly môžu podporiť predbežné plánovanie a modely vizuálnej kontroly. Podrobný technický návrh si stále vyžaduje primeranú kontrolu prieskumu a prieskum lokality.
Monitorovanie životného prostredia
Opakované prieskumy snímok môžu zdokumentovať zmeny v exponovaných pobrežných formách a pomôcť výskumníkom identifikovať miesta, ktoré si vyžadujú ďalšie ekologické skúmanie.
Samotná fotogrammetria nemôže potvrdiť prítomnosť druhov, zdravie biotopov alebo ekologický stav.
10. Dokáže dronová fotogrammetria zmapovať plytké podvodné oblasti?
Fotogrammetriu možno niekedy použiť na rekonštrukciu viditeľných povrchov morského dna v plytkej vode, ale mapovanie pod vodou je náročnejšie ako mapovanie suchej zeme.
Táto technika závisí od toho, či kamera prijíma užitočné informácie z morského dna cez vodu.
Výkon ovplyvňuje niekoľko podmienok: class="disbultip-
Clear. Zakalená voda, lámajúce sa vlny a rovnomerné piesočnaté povrchy môžu sťažiť rekonštrukciu.
Pokyny NOAA pre batymetrické mapovanie v blízkosti pobrežia pomocou malých lietadiel bez posádky a SfM identifikujú tieto environmentálne obmedzenia a odporúčajú vhodné umiestnenie kamery a vysokokvalitné informácie o trajektórii.
Projekt plážovej fotogrametrie na ostrove Saona by preto mal rozlišovať medzi spoľahlivými meraniami zemského povrchu a akýmkoľvek pokusom o rekonštrukciu pod vodou. Sonar alebo iné vhodné batymetrické techniky môžu byť potrebné tam, kde optické snímky nemôžu poskytnúť spoľahlivé informácie o hĺbke.
11. Fotogrammetria v porovnaní s LiDAR
Fotogrammetria a LiDAR môžu vytvárať trojrozmerné súbory pobrežných údajov, ale používajú odlišné princípy merania.
Fotogrammetria rekonštruuje geometriu z prekrývajúcich sa snímok. Dokáže poskytnúť detailné farebné snímky a modely povrchov, ale závisí to od textúry obrazu, osvetlenia a spoľahlivého prispôsobenia obrazu.
LiDAR meria vzdialenosti pomocou laserových impulzov. Dokáže zachytiť povrchy s menšou závislosťou od viditeľnej fotografickej textúry, hoci jeho výkon závisí aj od charakteristík senzora, povrchových podmienok a prostredia prieskumu.
Pre exponované pláže a prístupnú pobrežnú krajinu môže dronová fotogrammetria poskytnúť efektívnu možnosť opakovaných vizuálnych a topografických prieskumov.
Pre projekty vyžadujúce rôzne charakteristiky povrchu, prenikanie vegetácie alebo vhodné laserové merania v plytkej vode môže LiDAR ponúkať výhody na základe presnosti projektu
. a náklady.
12. Bežné chyby v pobrežnej fotogrammetrii
Technicky úspešný let môže stále produkovať nespoľahlivý model, ak je prieskum alebo spracovanie nedostatočne kontrolované.
Bežné problémy zahŕňajú:
Nedostatočné prekrývanie snímok: Príliš malé pokrytie zdieľaných snímok môže spôsobiť zlyhanie zarovnania alebo slabú rekonštrukciu.
Rozmazanosť snímok znižuje pohybové rozmazanie fotografií: zhoda.
Zlé ovládanie zeme: Nesprávne alebo nerovnomerne rozmiestnené kontrolné body môžu skresliť konečný model.
Zmena vodných plôch: Pohybujúce sa vlny a odrazy vytvárajú prvky, ktoré medzi snímkami nezostávajú stabilné.
Pohyb vegetácie: Vetrom nafúkané lístie a tráva:
Nekonzistentné nastavenia fotoaparátu môžu spôsobiť nekonzistentnosť. zmeny zaostrenia môžu znížiť konzistenciu obrazu.Nesprávne súradnicové referencie: Miešanie súradnicových systémov alebo vertikálnych referencií môže viesť k zavádzajúcim porovnaniam nadmorskej výšky.
Nenahlásená neistota: Model by sa nemal prezentovať ako prieskumný len preto, že vyzerá podrobne.
Tieto problémy plánovania, kontroly kvality a kvality by sa mali riešiť prostredníctvom hlásenia v teréne. Navrhovaný projekt pobrežnej fotogrametrie pre ostrov Saona
Budúci výskumný projekt by mohol využívať nasledujúci rámec.
1. fáza – Výber lokality
Vyberte prístupné pobrežné časti s jasne definovanými hranicami prieskumu. Zvážte aktivitu návštevníkov, vegetáciu, terén, citlivosť prostredia a prevádzkové povolenia.
Fáza 2 – Základný prieskum
Zhromažďujte prekrývajúce sa letecké snímky za vhodných poveternostných a svetelných podmienok. Vytvorte pozemnú kontrolu a nezávislé kontrolné body.
Fáza 3 – Fotogrammetrické spracovanie
Zarovnajte fotografie, odhadnite polohy kamery, vytvorte mračná bodov a vytvorte ortomozaiky a výškové modely.
Fáza 4 – Posúdenie presnosti
Porovnajte nezávislé merania rekonštruovaných kontrolných bodov. Skontrolujte horizontálne a vertikálne chyby, kvalitu obrazu a oblasti s neúplným pokrytím.
5. fáza – Opakované monitorovanie
Zopakujte prieskum s použitím konzistentnej metodiky a vhodnej referenčnej kontroly. Porovnajte výsledné modely povrchu, aby ste zhodnotili merateľné zmeny.
6. fáza – Interpretácia pobrežia
Použite overené údaje na preskúmanie profilov pláží, viditeľných prvkov pobrežia, zmien povrchu a možného pohybu sedimentov.
Toto je navrhovaný rámec výskumu. Netvrdí, že na ostrove Saona už bol zavedený konkrétny program monitorovania fotogrammetrie pomocou dronov.
14. Budúcnosť pobrežného mapovania založeného na dronoch
Vylepšenia kamier, určovania polohy GNSS, softvéru na spracovanie a automatizovanej analýzy obrazu naďalej rozširujú možnosti mapovania založeného na dronoch.
Potenciálny vývoj zahŕňa:
- Kontrola kvality obrazu v reálnom čase.
- Integrácia s platformami GIS.
- Automatická extrakcia pobrežných prvkov.
- Klasifikácia krajinnej pokrývky za pomoci umelej inteligencie.
- Porovnanie so súbormi údajov zo satelitu, sonaru a LiDAR. <->
- Viac prístupných prác/vývoja/prehľadu. urobiť monitorovanie pobrežia praktickejším pre univerzity, výskumné tímy a environmentálne organizácie.
Automatizované spracovanie však nevylučuje potrebu dobrých terénnych údajov, nezávislého overovania a zodpovednej interpretácie.
Často kladené otázky
1. Čo je pobrežná fotogrammetria?
Pobrežná fotogrammetria je použitie fotografií na meranie a rekonštrukciu pobrežných povrchov, vytváranie máp, mračien bodov a trojrozmerných výškových modelov.
2. Čo je to Structure-from-Motion?
Structure-from-Motion je technika, ktorá využíva prekrývajúce sa fotografie nasnímané z rôznych uhlov pohľadu na odhad polohy fotoaparátu a rekonštrukciu trojrozmernej geometrie.
3. Dokáže dron vytvoriť 3D model pláže?
Áno. S vhodným prekrývaním snímok, kalibráciou fotoaparátu, polohovaním a spracovaním možno fotografie z dronov použiť na generovanie trojrozmerných modelov exponovaných plážových povrchov.
4. Prečo sú pozemné kontrolné body dôležité?
Pozemné kontrolné body spájajú rekonštruovaný model so známymi súradnicami reálneho sveta a pomáhajú obmedziť jeho polohu a mierku.
5. Je fotogrammetria dronov dostatočne presná pre pobrežné inžinierstvo?
Môže byť vhodná pre niektoré úlohy mapovania a monitorovania pobrežia, keď je správne navrhnutá, kontrolovaná a overená. Požadovaná presnosť závisí od technickej aplikácie.
6. Dokáže fotogrammetria merať hĺbku pod vodou?
Niekedy dokáže za priaznivých optických podmienok rekonštruovať plytké viditeľné povrchy morského dna. Nie je univerzálnou náhradou za sonar alebo iné metódy hydrografického prieskumu.
7. Ako často by sa mala pláž skúmať?
Frekvencia závisí od cieľa výskumu. Prieskumy možno plánovať pred a po veľkých udalostiach alebo v pravidelných intervaloch za predpokladu, že je zdokumentované načasovanie a podmienky prostredia.
8. Používa sa už pobrežná fotogrammetria na ostrove Saona?
Tento článok neoveruje konkrétny miestny program. Akékoľvek existujúce pokrytie prieskumu alebo monitorovací projekt by mal byť potvrdený prostredníctvom autoritatívnych projektových záznamov alebo miestnych organizácií.
Záver
Pobrežná fotogrammetria ponúka praktický spôsob transformácie prekrývajúcich sa fotografií na podrobné mapy a trojrozmerné modely exponovanej pobrežnej krajiny.
Prostredníctvom spracovania Structure-from-Motion môžu snímky povrchu pomocou dronov podporiť analýzu profilov pláží a porovnanie pobrežia. Pozemná kontrola, nezávislé kontrolné body a starostlivé hodnotenie kvality sú nevyhnutné, ak majú výsledné údaje podporovať spoľahlivé merania.
V prípade ostrova Saona by správne navrhnutý program fotogrammetrie mohol poskytnúť užitočné základné informácie a pomôcť výskumníkom zdokumentovať zmeny v prístupných plážových prostrediach v priebehu času.
Táto metóda je najúčinnejšia, keď sa používa ako súčasť širšej stratégie pobrežného mapovania, ktorá kombinuje meranie založené na obrázkoch, pozorovanie pomocou GNSS v teréne a GNSS sonar. vhodné.
Prevedením fotografií na merateľné 3D povrchy umožňuje pobrežná fotogrammetria podrobnejšie študovať plážovú krajinu a porovnávať, ako sa menia v priebehu času.
Local explorer & expert guide in El Limón Waterfall.
