W dzisiejszym świecie, wraz z dynamicznym rozwojem technologii, coraz więcej branż odkrywa potencjał dronów i fotogrametrii w dokładnych pomiarach. Drony, będące nowoczesnym narzędziem pomiarowym, zapewniają precyzję, bezpieczeństwo, efektywność oraz archiwizację w porównaniu do tradycyjnych metod.
Jednocześnie dziedzina fotogrametrii, oparta na analizie danych obrazowych, staje się znacznie prostsza i bardziej dostępna dzięki postępowi w technologii oprogramowania. Te dwie technologie w połączeniu otwierają nowe możliwości w pomiarach, zapewniając niezrównaną dokładność i efektywność w różnych branżach. Jedną z nich są dachy. Jakie są zalety i wady pomiarów dachów przy użyciu fotogrametrii i dronów? Warto poznać podstawy tej technologii i – dodatkowo – przyjrzeć się temu jak nowoczesne oprogramowanie fotogrametryczne upraszcza proces analizy danych obrazowych, co pozwala na szybsze i bardziej efektywne opracowywanie wyników pomiarów.
Czym jest fotogrametria?
W tradycyjnym rozumieniu fotogrametria jest dziedziną nauki i techniki, zajmującą się pomiarem położenia, rozmiaru i kształtu obiektów na podstawie zdjęć fotograficznych, zwanych fotogramami. Termin fotogrametria wywodzi się z greckich słów: photos – światło, gramma – zapis oraz metro – pomiar. Oznacza to, że fotogrametria polega na pomiarze obiektów na podstawie zarejestrowanych światłem obrazów (zdjęć).
Dwa zdjęcia obiektu wykonane z różnych punktów przestrzeni, nazywane stereogramem, umożliwiają rekonstrukcję i pomiar jego przestrzeni. W fotografii lotniczej, wykonuje się minimum dwa kolejne zdjęcia powierzchni terenu, które częściowo się pokrywają. Następnie, przy użyciu stereoskopii, odtwarza i mierzy się sfotografowaną przestrzeń. Teoria opracowań fotogrametrycznych dotyczy procesu przechodzenia od zdjęć, które stanowią rzut środkowy obiektu, do przestrzennej rekonstrukcji.
Interesujące jest to, że człowiek na co dzień, od pierwszych dni swojego życia, ma do czynienia z tymi pojęciami. Mowa tutaj o wzroku i zdolności do postrzegania otaczającej rzeczywistości. Oko ludzkie można porównać do kamery fotograficznej, a obraz tworzony przez soczewkę na siatkówce oka jest rzutem środkowym. Dzięki widzeniu dwuocznemu, otrzymujemy dwa obrazy, które po zsyntetyzowaniu przez mózg pozwalają nam dostrzec otaczającą rzeczywistość w trójwymiarze1.
Czy muszę być matematykiem, aby mierzyć z drona?
Otóż nie. Dzięki rozwojowi tej dziedziny nauki i techniki powstało wiele oprogramowań, które rekonstruują obiekt na podstawie zdjęć wykonanych z drona. Po zaimportowaniu zdjęć do odpowiedniego programu, zaczyna się ich przetwarzanie. Na tym etapie algorytmy fotogrametryczne analizują zbiór zdjęć i identyfikują wspólne punkty na różnych obrazach. Następnie stosują techniki triangulacji, aby obliczyć trójwymiarowe położenie tych punktów w przestrzeni. Algorytmy fotogrametryczne w oprogramowaniach korzystają z informacji o różnicy perspektywy i kąta widzenia pomiędzy poszczególnymi zdjęciami, aby odtworzyć geometrię trójwymiarową obiektów na zmapowanym obszarze. Im więcej zdjęć i lepsze pokrycie terenu, tym dokładniejszy i bardziej szczegółowy będzie wynikowy model 3D. Generowany model 3D zawiera informacje o geometrii, takie jak wysokości punktów, kształt terenu i położenie obiektów. Dodatkowo, oprogramowania umożliwiają nakładanie na model tekstur, wykorzystując informacje ze zdjęć, co pozwala uzyskać bardziej realistyczne wizualizacje. W rezultacie użytkownik może oglądać model 3D z różnych perspektyw i otrzymać bogaty wizualny kontekst zmapowanego obiektu.
Zalety pomiarów obiektu przy użyciu fotogrametrii i drona
Precyzja i dokładność. Wykorzystanie technologii fotogrametrii i dronów umożliwia uzyskanie bardzo precyzyjnych i dokładnych pomiarów. Drony są wyposażone w zaawansowane sensory i kamery, które rejestrują dane z wysoką rozdzielczością.
Bezpieczeństwo. Tradycyjne metody pomiarowe często wymagają, aby osoby fizycznie wchodziły na obiekt, co niesie ze sobą ryzyko wypadków. Drony eliminują potrzebę wchodzenia na budynek, co przyczynia się do poprawy bezpieczeństwa pracowników.
Skrócenie czasu pomiarów. Wykorzystanie dronów umożliwia szybkie przeprowadzenie pomiarów, szczególnie dużych i skomplikowanych obiektów. Drony mogą pokryć duże obszary w krótkim czasie, co zwiększa efektywność prac pomiarowych.
Wygodne opracowywanie danych. Dane zarejestrowane przez drony mogą być przekazywane do komputerów i oprogramowania do analizy, co ułatwia opracowywanie i przetwarzanie informacji. To znacznie skraca czas potrzebny na opracowanie wyników pomiarów oraz może skrócić decyzyjność zakupową klienta.
Archiwizacja. Pomiar tą technologią jest obiektywny oraz zachowuje wartość archiwalną. Łatwo na tej podstawie wracać do pomiarów lub rejestrować zmiany.
Automatyzacja. Jak żadna inna technologia pomiarowa, fotogrametria z drona jest podatna na daleko idącą automatyzację.
Wady pomiarów przy użyciu fotogrametrii
Zależność od warunków atmosferycznych. Złe warunki atmosferyczne mogą uniemożliwić wykonanie pomiaru. Bardzo silny wiatr lub intensywny opad. Warto jednak zaznaczyć, że są na rynku drony odporne na deszcz.
Konieczność specjalistycznej wiedzy. Efektywne wykorzystanie dronów do pomiarów obiektu wymaga wiedzy technicznej i umiejętności obsługi drona oraz oprogramowania fotogrametrycznego. Wymaga to dodatkowego szkolenia personelu lub zatrudnienia specjalistów.
Koszty. Wdrożenie technologii może wiązać się z kosztami zakupu drona, oprogramowania i szkolenia personelu. Dla niektórych firm może to być duża inwestycja.
Podsumowanie
Wykorzystanie fotogrametrii i dronów do pomiarów obiektów oferuje wiele korzyści, takich jak precyzja, bezpieczeństwo i efektywność. Drony pozwalają uniknąć konieczności wchodzenia na obiekty, skracając czas pomiarów oraz zwiększając ich dokładność i archiwizację danych. Oprogramowanie fotogrametryczne upraszcza analizę obrazów, umożliwiając generowanie dokładnych modeli 3D. Pomimo pewnych wad, takich jak zależność od warunków atmosferycznych i kosztów inwestycji, wykorzystanie tych technologii jest coraz bardziej dostępne i korzystne dla różnych branż.
Bibliografia:
1 Zdzisław Kurczyński. Fotogrametria. Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2014
ŁUKASZ MALISZEWSKI
Instruktor i właściciel firmy tech.lotomdronem.pl; kierownik ośrodka szkoleniowego SBSP Politechniki Śląskiej w Centrum Kształcenia Kadr Lotnictwa Cywilnego Europy Środkowo-Wschodniej. Pasjonuje się technologiami bezzałogowych statków powietrznych oraz ich zastosowaniami w gospodarce i nauce.
