Co pomierzy dron? cz.3

Geobiz | 07 lipca 2016 | Porady eksperta

cd.

Opracowanie chmury punktów

Wygenerowana ze zdjęć BSL przez program gęsta chmura punktów jest jednym z ważniejszych produktów uzyskanych w wyniku procesu obliczeniowego. Chmura szczegółowo prezentuje pokrycie terenu, jest produktem na podstawie którego tworzony jest numeryczny model
pokrycia terenu, a z kolei NMPT stanowi bazę w procesie generowania ortomozaiki. Przykład kolorowej chmury punktów przedstawiono na rysunku 6. Zauważyć można, że cały obszar jest pokryty bardzo dużą liczbą punktów. Gęstość jest większa od chmury pozyskanej ze skaningu lotniczego. Jakość i gęstość chmury wygenerowanej ze zdjęć BSL jest na porównywalnym poziomie z chmurą pozyskaną z mobilnego i naziemnego skaningu laserowego.

Mimo że projekt lotu zakładał wykonanie zdjęć pionowych, odpowiednio duże pokrycie w połączeniu z wykorzystaniem obiektywu szerokokątnego pozwoliły na wykonanie gęstego matchingu również dla obiektów pionowych, takich jak ściany budynków (rys. 7). Różnicą w porównaniu z chmurą pozyskaną metodą skaningu lotniczego jest również brak punktów pod koronami drzew (czarne pola na rys. 7).

Wyniki przeprowadzonych testów

Ocenę dokładności produktów w postaci NMPT i ortomozaiki przeprowadzono tylko dla największego pokrycia wzajemnego zdjęć (80% na 80%). Według wymogów aktualizacji baz danych dotyczących ortofotomapy [Rozp. MSWiA, 2011a], błąd sytuacyjny dobrze identyfikowalnego punktu nie powinien przekraczać podwójnej wartości wymiaru piksela terenowego. W wyniku opracowania danych uzyskano ortomozaikę o wymiarze piksela terenowego równym 2,5 cm, zatem dopuszczalny błąd położenia punktów wynosi ±5 cm.

Wymogi, które znajdziemy w rozporządzeniu [Rozp. MSWiA, 2011a], odnoszą się do produktów pozyskanych metryczną kamerą pomiarową, a nie aparatem cyfrowym, jaki jest wykorzystywany w przypadku BSL. Ponadto najmniejszy wymiar piksela terenowego ortofotomapy uwzględniony w tym samym rozporządzeniu wynosi 5 cm. Mimo to podczas analizy uzyskanych wyników autorzy postanowili zaadaptować wymogi rozporządzenia tak, jakby dotyczyły również ortofotomapy uzyskanej ze zdjęć niemetrycznych i dla odpowiednio mniejszej wielkości piksela terenowego.

Z kolei rozporządzenie w sprawie standardów technicznych wykonywania geodezyjnych pomiarów sytuacyjnych i wysokościowych
[Rozp. MSWiA, 2011b] kategoryzuje dopuszczalne błędy pomiaru w zależności od typu obiektu (szczegółu terenowego): 10, 30, 50 cm dla położenia sytuacyjnego oraz 2, 5, 10 cm dla pomiaru wysokości.

Dokładność sytuacyjna

Rysunek 8 prezentuje wyniki analiz statystycznych pomiaru położenia sytuacyjnego punktów z podziałem na 8 wydzielonych kategorii, tj.: elementy sieci kanalizacyjnej w postaci włazów i kratek ściekowych (kanalizacja); punkty jezdni (asfalt); zasuwy; krawężniki; chodnik; punkty skarpy; bramy i ogrodzenia (bramy); słupy, maszty i latarnie (latarnie). Dodatkowo w nawiasach zamieszczono liczebność każdego ze zbiorów. Z analizy wynika, że punkty znajdujące się w miejscach odsłoniętych cechują się niewielką odchyłką wyznaczenia ich współrzędnych w odniesieniu do pomiaru tachimetrycznego. Żaden z punktów nie różni się od położenia wyjściowego więcej niż 7,4 cm. Obserwując wartości błędów średnich RMSE, zauważyć można, że nie przekraczają one wartości 3,5 cm, co spełnia wymogi obu ww. rozporządzeń.

Natomiast pomiar obiektów wyniesionych ponad poziom terenu (bramy, ogrodzenia, słupy, maszty, latarnie) cechuje się większymi wartościami statystyk od pomiaru pozostałych szczegółów terenowych. Wzrost błędów może być efektem problemów identyfikacji obiektów na ortomozaice. Trudniej zlokalizować oś przyziemia obiektu charakteryzującego się zadanym kształtem (okrągłe lub kwadratowe słupy) niż wskazać prawidłową lokalizację charakterystycznych szczegółów terenowych (np. włazy studzienek kanalizacyjnych, zasuwy), które nie są wyniesione ponad teren. Jednakże przeprowadzona analiza wykazała, że błąd pomiaru sytuacyjnego nie przekroczył 10 cm, stąd też pomiar sytuacyjny tego typu obiektów na podstawie tak wygenerowanej ortomozaiki może posłużyć do aktualizacji bazy BDOT500.

Analizując wyniki zamieszczone na rysunku 9, można jednoznacznie stwierdzić, że pomiary BSL nie powinny być wykorzystywane do określenia położenia sytuacyjnego budynków. Uzyskane wartości kilkukrotnie przewyższają dopuszczalny błąd pomiaru. Jest to spowodowane tym, że najczęściej krawędzie dachów budynków nie pokrywają się z krawędziami ich ścian. Z powodu ortogonalności obiektów na „prawdziwej” ortofotomapie, która jest
produktem BSL, nie jest możliwe wskazanie narożników budynków. Mimo przekroczenia dopuszczalnego błędu, pomiar budynków na podstawie ortofotomozaiki może być pomocny do skontrolowania ich usytuowania z otrzymanymi danymi oraz wytypowania obiektów, które zmieniły kształt lub są znacznie przemieszczone i wymagają nowego pomiaru. W terenie geodeta nie jest w stanie stwierdzić czy dany budynek jest przesunięty na mapie, nie wykonując czasochłonnych pomiarów tachimetrycznych.

Natomiast analiza pomiaru drzew na podstawie ortomozaiki sugeruje zachowanie półmetrowej dokładności. Jednak pień drzewa niekoniecznie musi znajdować się w środku rzutu jego korony. Oś drzewa zostaje określone w sposób bardzo przybliżony, dlatego taki pomiar nie powinien być wykorzystywany do pomiaru sytuacyjnego drzew, tym bardziej że przedstawionewyniki otrzymano na podstawie nielicznej próby pomierzonych obiektów.

Dokładność wysokościowa

Analizując wyniki pomiaru wysokościowego punktów (rys. 10) stwierdzono, że zasuwy, krawężniki, jezdnie oraz skarpy można pomierzyć na podstawie NMPT wygenerowanego w wyniku opracowania danych pozyskanych przez BSL. Błędy średnie pomiaru danych punktów nie przekraczają wartości dopuszczalnych, tj. 5 cm i 10 cm (skarpy). Wyjątek stanowią punkty należące do chodnika. Zwiększenie wartości ich błędu wystąpiło w wyniku bliskiego sąsiedztwa wysokiego zakrzewienia. Z kolei pomiar elementów sieci kanalizacyjnej (w postaci włazów kanalizacyjnych i kratek ściekowych) nie spełnia wymogu zachowania dopuszczalnego błędu pomiaru równego 2 cm [Rozp. MSWiA, 2011b]. W tym przypadku niezbędny jest
uzupełniający pomiar niwelacyjny.

Przeprowadzone badania dokładności pomiaru wysokościowego wykazały, że punkty wygenerowanego NMPT (o interwale siatki wynoszącym 5 cm) można zaliczyć (z uwagi na bardzo dużą gęstość punktów) do grupy asortymentowej NMT-01 zbioru danych pomiarowych dotyczącego numerycznego modelu terenu o najwyższej dokładności wysokościowej, czyli nie mniejszej niż 0,20 m [Rozp. MSWiA, 2011a].

BLS metodą na pomiar szczegółów 

Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że wykorzystując BSL oraz właściwie wykonując proces opracowania danych pozyskanych z niskiego pułapu, można zachować wymaganą dokładność pomiaru szczegółów terenowych zgodnie z rozporządzeniami [Rozp. MSWiA, 2011a; Rozp. MSWiA, 2011b]. W wyniku tych pomiarów udowodniono skuteczność określenia położenia sytuacyjnego punktów w miejscach odsłoniętych na przykładzie elementów, takich jak: zasuwy, krawężniki, punkty jezdni, włazy i kratki ściekowe, chodnik i skarpy. Błędy średnie pomiaru tych elementów nie przekroczyły ±3,5 cm. Również wynik pomiaru słupów, masztów, latarni oraz bram i ogrodzeń wskazał na zachowanie dopuszczalnego błędu pomiaru wynoszącego 10 cm. Precyzja prawidłowego wskazania osi tych obiektów wymaga doświadczenia oraz w niektórych przypadkach pomiarów kontrolnych. Dla obiektów, takich jak przyziemia budynków i drzewa, pomiary na podstawie opracowań fotogrametrycznych nie gwarantują zachowania wymaganej dokładności. Uzupełnienie pomiarów o tego typu obiekty należy wykonać innymi metodami zapewniającymi wyznaczenie ich położenia z dopuszczalnym błędem (np. pomiar tachimetryczny).

Trudniej jest natomiast uzyskać wyznaczenie rzędnych punktów z pomiaru wysokościowego z błędem nieprzekraczającym 2 cm w odniesieniu do elementów sieci kanalizacyjnej (ww. włazy i kratki). Z kolei możliwe jest zachowanie dokładności pomiaru wysokościowego dla obiektów i urządzeń budowlanych (5 cm) oraz skarp (10 cm). Należy jednak mieć na względzie, że na pomiar rzędnej terenu ma wpływ odległość do wysokich obiektów. Według rozporządzenia [Rozp. MSWiA, 2011a] dane pozyskane z BSL mogłyby stanowić również podstawę do wygenerowania numerycznego modelu pokrycia terenu, ponieważ uzyskać można produkt o dokładności 20 cm.

Podsumowując, pomiary na podstawie uzyskanych z danych BSL produktów fotogrametrycznych, takich jak ortomozaiki i modele terenu, mogą być wykorzystane do uzupełnienia treści mapy do celów projektowych. Stanowią również bardzo dobry podkład referencyjny do opracowań planistycznych oraz do weryfikacji położenia obiektów w terenie. Należy jednak mieć na uwadze, że nie każdy produkt tego typu będzie spełniał narzucone wymogi dokładnościowe. Otrzymana dokładność pomiaru zależy przede wszystkim od wykonanych zdjęć (m.in. rozdzielczości terenowej, pokrycia), charakteru
terenu oraz procesu opracowania fotogrametrycznego, a także od doświadczenia osoby pozyskującej dane z produktów fotogrametrycznych.

Patryk Lewandowski,
Piotr Gołuch, Grzegorz Jóźków,
Estera Borsuk, Natalia Dymarska,
Damian Podhorecki,
Bartłomiej Siekanko, Witold Rohm

Instytut Geodezji i Geoinformatyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu oraz Przedsiębiorstwo Usług Geodezyjno-Kartograficznych GEOBIZ, Poznań.