در مقاله پیشین با عنوان «هر آنچه باید در مورد مزایا و معایب استفاده از پهپاد های نقشه برداری بدانیم»، به طور کامل با مزایا و معایب استفاده از پهپاد های نقشه برداری و حوزه های کاربرد این ابزار مفید در نقشه برداری آشنا شدیم.
در این مقاله می خواهیم در فرآیند اجرایی برداشت و تهیه نقشه با استفاده از پهپادهای نقشه برداری دقیق تر شویم و با پروسه تهیه محصولات مکانی توسط فتوگرامتری با پهپاد آشنا شویم.
در این مقاله توضیح خواهیم داد که یک متخصص نقشه برداری به چه ابزار ها و تخصص هایی برای تولید یک نقشه هوایی نیاز دارد.
در این نوشتار، گام به گام از تجهیزات مورد نیاز تا مراحل اجرایی و پردازش نرم افزاری را بررسی خواهیم کرد. برای شروع فعالیت در هر حوزه ای ابتدا لازم است بدانیم که ابزار کاری ما در آن حوزه چیست و چطور میتواند به ما کمک کند، تا بتوانیم دانش لازم برای کار با آنها را کسب کنیم.
تجهیزات مورد نیاز برای نقشه برداری با پهپاد
برای انجام یک پروژه نقشه برداری هوایی حرفه ای، به مجموعه ای از تجهیزات شامل سکوی پرنده، سنسور های تصویر برداری، سیستم تعیین موقعیت تفاضلی و نرم افزار های تخصصی پردازش نیاز است. انتخاب صحیح این تجهیزات، تأثیر مستقیمی بر دقت نهایی، زمان اجرای پروژه و هزینه های عملیاتی دارد.
در ادامه هر یک از این مؤلفه ها را به تفکیک بررسی می کنیم.
سکوی پرنده (پهپاد)
انتخاب نوع پهپاد، اولین و مهم ترین تصمیم در راه اندازی یک پروژه نقشه برداری هوایی است. دو دسته اصلی از پهپادها در نقشه برداری کاربرد دارند که انتخاب هر یک به ماهیت پروژه، وسعت منطقه، و دقت مورد نیاز بستگی دارد.
الف) پهپادهای مولتیروتور (چندپره)
این پهپادها که با نام های کوادکوپتر، هگزاکوپتر و اکتوکوپتر نیز شناخته می شوند، رایج ترین گزینه در نقشه برداری هوایی هستند.
ویژگیهای فنی:
· قابلیت شناوری (Hovering): توانایی توقف در نقطه مشخص و ثبت تصاویر با حداکثر دقت.
· دقت بالا در نقاط مشخص: مناسب برای برداشت از عوارض نقطه ای و خطی.
· زمان پرواز محدود: معمولاً بین ۳۰ تا ۴۰ دقیقه (در مدل های پیشرفته تا ۵۵ دقیقه).
· قابلیت برخاست و فرود عمودی (VTOL): عدم نیاز به باند یا فضای باز ویژه.
· حمل بار مفید محدود: معمولاً تا ۱ تا ۲ کیلوگرم
کاربردهای اصلی:
. پروژه های نقطه ای (مانند برداشت عوارض مشخص)
· معادن روباز (محاسبه حجم دپو ها و پایش دیواره ها)
· مناطق شهری (نقشه برداری از محله ها و بلوک های شهری)
· پروژه های با وسعت کمتر از ۵۰۰ هکتار
· مناطقی با توپوگرافی پیچیده و نیاز به مانور بالا
ب) پهپاد های فیکس وینگ (بال ثابت)
این پهپاد ها شبیه هواپیماهای بدون سرنشین طراحی شده اند و برای پوشش مناطق وسیع در زمان کوتاه ایدهآل هستند
ویژگی های فنی:
· پوشش مناطق وسیع: قابلیت نقشه برداری از صدها هکتار در یک پرواز.
· زمان پرواز طولانی: معمولاً بین ۱ تا ۲ ساعت (در مدل های پیشرفته تا ۴ ساعت).
· سرعت بالا: پرواز با سرعت ۶۰ تا ۱۰۰ کیلومتر در ساعت.
· نیاز به باند یا لانچر: برای برخاست نیاز به فضای باز (باند یا پرتاب با الاستیک) دارند.
· عدم قابلیت شناوری: نمی توانند در یک نقطه ثابت بمانند.
کاربردهای اصلی:
· پروژه های خطی (جاده ها، خطوط انتقال نیرو، خطوط لوله، رودخانه ها)
· مناطق وسیع (نقشه برداری از شهرها، اراضی کشاورزی، جنگل ها)
· پروژه های با وسعت بیش از ۱۰۰۰ هکتار
· مناطقی با توپوگرافی نسبتاً مسطح
· ماموریت های پایش دوره ای (مانند پایش فرونشست زمین در مناطق وسیع)
ج) پهپاد های هیبریدی (VTOL – Vertical Take-Off and Landing)
این دسته از پهپاد ها، ترکیبی از مزایای دو گروه قبلی هستند: قابلیت برخاست و فرود عمودی مانند مولتی روتورها و پرواز افقی با راندمان بالا مانند فیکس وینگ ها
ویژگی های فنی:
· برخاست و فرود عمودی بدون نیاز به باند
· پرواز افقی با بال های ثابت برای پوشش مناطق وسیع
· زمان پرواز بین مولتی روتور و فیکس وینگ (۶۰ تا ۹۰ دقیقه)
· قیمت بالاتر نسبت به دو دسته دیگر
سنسور های تصویر برداری
نوع سنسور نصب شده روی پهپاد، تعیین کننده کیفیت و نوع خروجی نهایی است. انتخاب سنسور مناسب باید بر اساس کاربرد نهایی داده ها و بودجه پروژه انجام شود.
سه دسته اصلی سنسورها در نقشه برداری با پهپاد عبارتند از:
الف) دوربین تصویربرداری مرئی (RGB)
این سنسورها مشابه دوربین های معمولی، تصاویر رنگی با طیف مرئی (قرمز، سبز، آبی) ثبت می کنند. این دوربین ها به علت نوع برداشت و نتیجه خروجی، رایج ترین و مقرون به صرفه ترین گزینه برای اکثر پروژه های نقشه برداری هستند.
ویژگی های فنی:
· رزولوشن: معمولاً بین ۱۲ تا ۲۰ مگاپیکسل (در مدل های حرفه ای می تواند تا ۴۵ مگاپیکسل نیز باشد)
· نوع شاتر: شاتر مکانیکی (Mechanical Shutter) برای جلوگیری از اعوجاج تصاویر در حین حرکت
· لنز: فاصله کانونی ثابت (معمولاً ۸ تا ۲۵ میلی متر معادل ۳۵ میلی متر)
کاربردها:
· تولید ارتوفتو (Orthomosaic) و نقشه های پایه
· ساخت مدل سه بعدی از عوارض و ساختمان ها
· تولید ابر نقاط رنگی
· مستند سازی پروژه های عمرانی و میراث فرهنگی
ب) سنسورهای مولتی اسپکترال
این سنسورها قابلیت ثبت طول موج های مختلف نور فراتر از طیف مرئی (مانند Red Edge، Near Infrared) را دارند. کاربرد اصلی آنها در کشاورزی دقیق، منابع طبیعی و پایش محیط زیست است.
ویژگیهای فنی:
·تعداد باند ها: معمولاً ۵ تا ۱۰ باند طیفی
· باندهای استاندارد: Blue (آبی)، Green (سبز)، Red (قرمز)، Red Edge (لبه قرمز)، NIR (مادون قرمز نزدیک)
· رزولوشن طیفی: پهنای باند معمولاً ۱۰ تا ۴۰ نانومتر
کاربردها:
· کشاورزی دقیق: محاسبه شاخص های سلامت گیاه مانند NDVI، NDRE و SAVI برای تشخیص تنش آبی، کمبود کود و آفات.
· منابع طبیعی: پایش جنگل ها، مراتع و تالاب ها.
·محیط زیست: تشخیص آلودگی های آب و خاک، پایش فرسایش
ج) سنسورهای لایدار (Light Detection and Ranging)
این سنسورها با ارسال پالس های لیزری و اندازه گیری زمان رفت و بازگشت آنها، قادر به ثبت دقیق ارتفاع عوارض و نفوذ به پوشش گیاهی هستند. LiDAR برای پروژه هایی که نیاز به مدل دقیق از سطح زمین (DTM) دارند، ایده آل است.
ویژگی های فنی:
· نرخ پالس (Pulse Rate): تعداد پالس های لیزر در ثانیه (معمولاً ۱۰۰,۰۰۰ تا ۱,۰۰۰,۰۰۰ پالس در ثانیه)
· تعداد بازگشتها (Returns): قابلیت ثبت چند بازگشت (First، Last، Intermediate) برای نفوذ به پوشش گیاهی
· دقت ارتفاعی: معمولاً ۳ تا ۱۰ سانتی متر
·چگالی نقاط (Point Density): نقاط در متر مربع (معمولاً ۱۰ تا ۱۰۰ نقطه در متر مربع)
کاربردها:
· نقشه برداری توپوگرافی در مناطق جنگلی: استخراج مدل زمین (DTM) زیر پوشش گیاهی· . پروژه های راهسازی و خطوط انتقال: تهیه پروفیل طولی و عرضی دقیق
· معدن: محاسبه حجم دپوها و پایش دیواره ها
· مدیریت سیلاب: هیدرولوژی و مدلسازی جریان آب
· بازرسی خطوط انتقال نیرو: تشخیص فاصله خطوط از درختان و عوارض مجاور
سیستم تعیین موقعیت (RTK/PPK)
کلید دستیابی به دقت سانتی متری در نقشه برداری با پهپاد، استفاده از سیستم های موقعیتیابی تفاضلی است. این سیستم ها خطا های منابع مختلف (اتمسفر، مدار ماهواره ها، خطای ساعت گیرنده) را یا حذف می کنند و یا کاهش می دهند.
دو فناوری اصلی در این زمینه عبارتند از:
الف) RTK (Real-Time Kinematic)
در این روش، پهپاد در لحظه پرواز، سیگنال های تصحیح شده را از یک ایستگاه مرجع (زمینی یا شبکه ای) دریافت می کند. ایستگاه مرجع مختصات دقیق خود را با مختصات محاسبه شده از سیگنال های GPS مقایسه کرده و خطا را محاسبه می کند. این تصحیحات به صورت بلادرنگ (در لحظه) به پهپاد ارسال می شود.
مزایا:
· دقت بلادرنگ (نیاز به پردازش های پس از پرواز نیست)
· مناسب برای پروژه هایی که نیاز به موقعیت یابی لحظه ای دارند
· کاهش نیاز به نقاط کنترل زمینی (GCP)
معایب:
· نیاز به اتصال لحظه ای به ایستگاه مرجع (از طریق رادیو یا اینترنت)
· محدوده مؤثر معمولاً تا ۲۰ کیلومتر از ایستگاه مرجع
· حساسیت به قطعی ارتباط
منابع ارسال تصحیحات RTK در ایران کدام ها هستند؟
· سامانه شمیم (SHAMIM): شبکه ایستگاه های مرجع دائمی سازمان نقشه برداری کشور با پوشش سراسری.
· سامانه سحاب (SAHAB): شبکه ایستگاه های مرجع شرکت رایمند.
· ایستگاه های مرجع مستقل: راه اندازی ایستگاه مرجع شخصی با گیرنده های RTKمجهز به سیم کارت
ب) PPK (Post-Processing Kinematic)
در این روش، داده های خام گیرنده های GNSS در پهپاد ذخیره شده و پس از پرواز، با داده های ایستگاه مرجع تصحیح می شوند. برخلاف RTK، نیازی به اتصال لحظه ای به ایستگاه مرجع نیست و تصحیح پس از اتمام پرواز انجام می شود.
مزایا:
• عدم نیاز به اتصال لحظه ای به ایستگاه های مرجع (امکان پرواز حتی در مناطق دورافتاده)
• دقت معادل روش RTK و در برخی شرایط بهتر
• امکان استفاده از دادههای ایستگاههای مرجع عمومی (شبکههای کشوری)
• مناسب برای پرواز در مناطق کوهستانی و دور از دسترسمعایب:
• عدم دسترسی به موقعیت تصحیح شده در لحظه پرواز (مناسب برای کاربرد های بلادرنگ نیست)
• نیاز به پردازش پس از پرواز
• نیاز به نرم افزارهای تخصصی برای پردازش
ج) نقاط کنترل زمینی (GCP) با یا بدون RTK/PPK:
حتی با استفاده از سیستم های RTK/PPK، نصب حداقل ۵ تا ۱۰ نقطه کنترل زمینی (GCP) در محدوده پروژه توصیه می شود. این نقاط برای:
• کنترل دقت نهایی خروجی
• اصلاح خطاهای سیستماتیک باقیمانده (مانند خطای کالیبراسیون لنز)
• افزایش قابلیت اطمینان در مناطقی با پوشش ضعیف ماهواره ای
امروزه استفاده از سیستم های RTK/PPK دیگر یک گزینه نیست، بلکه یک الزام حرفه ای برای نقشه برداری با پهپاد محسوب می شود. پروژه هایی که از این سیستم ها استفاده نمی کنند، نمی توانند دقت مورد نیاز استاندارد های ملی و بین المللی را تأمین کنند و در برخی موارد حتی پهپاد نقشه برداری مورد استفاده در این پروژه ها نمیتواند برداشت مناسبی داشته باشد
نرم افزار های پردازش اطلاعات پهپاد
پس از انجام عملیات پرواز و برداشت تصاویر، داده های خام برای تولید یک محصول مکانی قابل استفاده، باید توسط نرم افزارهای تخصصی فتوگرامتری پردازش شوند. این نرم افزارها مراحل همترازی تصاویر، تولید ابر نقاط، ساخت مدل سه بعدی و در نهایت تولید خروجی های نهایی (ارتوفتو، DSM، DTM و ...) را انجام می دهند.
نرم افزارهای پرکاربرد در نقشه برداری هوایی با پهپادها
| نرم افزار | شرکت سازنده | کاربرد اصلی | نقاط قوت | نقاط ضعف |
|---|---|---|---|---|
|
Pix4Dmapper |
Pix4D (سوئیس) |
پردازش حرفه ای تصاویر، تولید انواع خروجی ها |
رابط کاربری قوی، مستندات کامل، پشتیبانی از انواع سنسورها |
قیمت نسبتاً بالا |
|
Agisoft Metashape |
Agisoft (روسیه) |
پردازش پیشرفته، قابلیت اسکریپت نویسی |
دقت بالا، انعطافپذیری، امکان شخصی سازی |
منحنی یادگیری نسبتاً تند |
|
DJI Terra |
DJI (چین) |
پردازش سریع، یکپارچگی با تجهیزات DJI |
سرعت بالا، رایگان برای کاربران DJI، سادگی |
محدودیت در خروجی های پیشرفته |
|
DroneDeploy |
DroneDeploy (آمریکا) |
پردازش ابری، بدون نیاز به سخت افزار قوی |
پردازش ابری، اپ موبایل، اشتراک گذاری آسان |
نیاز به اینترنت پرسرعت، محدودیت حجم داده |
|
RealityCapture |
Epic Games |
پردازش بسیار سریع، مدل های با جزئیات بالا |
سریع ترین نرم افزار، کیفیت خروجی بالا |
مدل قیمت گذاری متفاوت (بر اساس تعداد تصاویر) |
|
WebODM (OpenDroneMap) |
متن باز (قابل استفاده برای همه) |
پردازش رایگان و متن باز |
رایگان، قابل نصب روی سرور شخصی |
نصب و راه اندازی پیچیده، نیاز به دانش فنی |
چطور نرم افزار متناسب با پروژه خود را انتخاب کنم؟
1. بودجه پروژه: نرم افزارهای متن باز مانند WebODM رایگان هستند اما راه اندازی دشواری دارند ، DroneDeploy با پرداخت ماهیانه قابل استفاده است. Pix4Dmapper و Metashape نیاز به خرید مجوز یکبار مصرف دارند.
2. حجم داده ها (تعداد تصاویر): برای پروژه های کوچک (کمتر از ۵۰۰ تصویر)، DroneDeploy و DJI Terra مناسب هستند اما برای پروژه های بزرگ (بیش از هزاران تصویر)، Pix4Dmapper و RealityCapture گزینه های بهتری هستند.
3. سطح تخصص تیم: برای تیم های مبتدی، DJI Terra و DroneDeploy ساده ترین گزینه ها هستند. برای تیم های حرفه ای که نیاز به کنترل کامل بر فرآیند پردازش دارند، Pix4Dmapper و Agisoft Metashape توصیه می شوند.
4. نوع خروجی مورد نیاز: اگر تنها خروجی مورد نیاز ارتوفتو است، تقریباً همه نرم افزار ها این قابلیت را دارند. اما برای خروجی های پیشرفته مانند DTM دقیق (تفکیک زمین از عوارض)، طبقه بندی ابر نقاط، و مدل های سه بعدی با جزئیات بالا، نرم افزارهای Pix4Dmapper، Metashape و RealityCapture گزینه های بهتری هستند.
اگر به تازگی وارد حوزه نقشه برداری با پهپاد شده اید و تجهیزات DJI دارید، با نرم افزار رایگان DJI Terra شروع کنید. پس از کسب تجربه و آشنایی با فرآیند پردازش، در صورت نیاز به قابلیت های پیشرفته تر، به سراغ Pix4Dmapper یا Agisoft Metashape بروید.
جمع بندی و نگاهی به آینده
تا کنون، با تجهیزات اصلی برای راه اندازی یک پروژه نقشه برداری هوایی آشنا شدیم: از انتخاب سکوی پرنده (مولتی روتور، فیکس وینگ یا هیبرید) و سنسور مناسب (RGB، مولتی اسپکترال یا لیدار) گرفته تا سیستم های موقعیت یابی تفاضلی (RTK/PPK) و نرم افزارهای پردازش.
اکنون درک روشنی از ابزارهایی که یک متخصص نقشه برداری برای تولید نقشه هوایی به آنها نیاز دارد، داریم. اما تنها دانستن پرسش «چه ابزاری برای چه کاری» کافی نیست؛ مهم تر از آن، دانستن «چگونه با این ابزارها کار کردن» است.
در مقاله بعدی، بطور کامل و گام به گام از مراحل اجرایی یک پروژه نقشه برداری با پهپاد، خواهیم گفت: از برنامه ریزی پرواز و استقرار نقاط کنترل زمینی تا انجام عملیات پروازی، پردازش نرم افزاری و در نهایت تولید خروجی هایی مانند ارتوفتو، مدل رقومی ارتفاعی و ابر نقاط.
پیشنهاد می کنیم تا ژئومپ زون را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید تا از پرواز تا نقشه، هیچ جزئی را از دست ندهید.
