نقشه‌برداری هوایی

نقشه‌برداری هوایی چیست؟

تصویربرداری عمودی هوایی (که گاهی اوقات دید ماهواره‌ای، بررسی‌های هوایی، ارتوفوتو یا ارتوموزائیک نامیده می‌شود) عکس‌هایی هستند که به‌صورت عمودی (در پایین‌ترین حد) با استفاده از هواپیما یا ماهواره گرفته می‌شوند. آنها با عکس‌های هوایی مورب (که گاهی اوقات «نماهای چشم پرنده» نامیده می‌شوند) که از هواپیما گرفته می‌شوند، تفاوت دارند. اما این تفاوت فقط مربوط به زاویه تصویربرداری است. عکس‌های هوایی عمودی معمولاً به اندازه عکس‌های هوایی مورب از نظر زیبایی‌شناختی خوشایند نیستند، اما به‌عنوان داده‌های قابل بهره‌برداری، مثلاً برای نقشه‌برداری‌های هوایی یا برای تولید مدل‌های رقومی ارتفاع (DEMs) استفاده می‌شوند.

عکس‌های هوایی عمودی، همانند نقشه، دید مستقیم و رو به پایین ارائه می‌دهند

(تصویر 1)

نقشه‌برداری هوایی روشی برای جمع‌آوری تصاویر جغرافیایی یا سایر تصاویر با استفاده از هواپیما، هلیکوپتر، پهپاد، بالون یا سایر روش‌های هوایی است. انواع روش‌های متداول جمع‌آوری داده عبارت‌اند از: عکس‌برداری هوایی، رادار لیزری، سنجش‌ازدور (با استفاده از باندهای مختلف مرئی و نامرئی طیف الکترومغناطیسی، مانند مادون‌قرمز، گاما یا فرابنفش) و همچنین داده‌های ژئوفیزیکی مانند بررسی‌های مغناطیس هوایی و گرانش. همچنین می‌توان به نمودار یا نقشه‌ای که با تجزیه‌وتحلیل یک منطقه هوایی تشکیل می‌شود اشاره کرد. بررسی هوایی به دلیل وضوح، کیفیت و شرایط جوی بهتر باید از فناوری‌های تصویربرداری ماهواره‌ای متمایز شود. امروزه، نقشه‌برداری هوایی گاهی اوقات به‌عنوان مترادف آئروفتوگرامتری شناخته می‌شود، بخشی از فتوگرامتری که در آن دوربین در هوا قرار می‌گیرد.

هدف از هر مأموریت تصویربرداری، درک نیازهای فردی هر مشتری و گرفتن بهترین تصاویر ممکن است. هیچ دو مأموریت عکاسی شبیه هم نیستند.

نقشه‌برداری از شهرهای بزرگ

تصاویر هوایی سفارشی و دارای وضوح بالا که کل شهرها را شامل می‌شوند، متشکل از صدها یا هزاران عکس مجزا هستند که در یک تصویر دقیق ادغام شده‌اند.

(تصویر 2)

مجموعه‌های داده با وضوح بالا

با تجزیه‌وتحلیل صدها یا هزاران عکس منفرد، می‌توانیم عکس‌های ارتوفتوی بسیار دقیق ایجاد کنیم. کوچک‌نمایی برای دیدن مرزهای شهر یا بزرگ‌نمایی برای دیدن ساختارهای مجزا، همه در یک فایل!

(تصویر 3)

فرایند کار چطور است

هر مأموریت تصویربرداری مطابق با مشخصات سفارشی که از قبل با مشتری هماهنگ شده است آماده می‌شود. خطوط پروازی متعددی بر روی منطقه پیشنهادی ایجاد می‌شوند که برای ایجاد هم‌پوشانی بالا بین خطوط پرواز و تصاویر متوالی طراحی شده‌اند. در صورت نیاز، نقاط کنترل زمین (GCP) برای پروژه به دست می‌آیند (توصیه می‌کنیم از نقاط کنترل زمینی برای همه پروژه‌هایی که از سیستم CAD یا GIS بهره می‌برند استفاده کنید) که نیاز به بازدید در محل با سیستم تفاضلی تعیین موقعیت جهانی (dGPS) دارد.

این مأموریت با دوربین‌هایی انجام می‌شوند که دارای وضوح بالا بوده و در حالت عمودی نصب شده‌اند و مستقیماً به سمت پایین تصویربرداری می‌کنند. هنگامی که تمام تصاویر عمودی گرفته شدند، به فرودگاه بازمی‌گردیم و پردازش تصاویر را شروع می‌کنیم.

تصاویر دارای تگ‌های جغرافیایی هستند و از طریق یک سیستم پیشرفته SEM  ارسال می‌شوند. این سیستم هر پیکسل را در هر تصویر جداگانه تجزیه‌وتحلیل می‌کند و قادر است موقعیت بسیار دقیق دوران دوربین را با استفاده از تکنیک‌های مختلف، مانند مثلثی‌سازی فضایی خودکار (AAT) و تنظیم بلوک باندل محاسبه کند. با استفاده از این داده‌های دقیق کالیبراسیون دوربین، یک ابر نقطه‌ای سه‌بعدی تقریبی ایجاد می‌شود و موقعیت‌های جداگانه دوربین نمایش داده می‌شود و امکان بررسی کیفیت بصری پروژه را فراهم می‌کند. ما داده‌های نقطه کنترل زمینی را که قبلاً جمع‌آوری‌شده بود، ارائه می‌دهیم تا دقت و تراکم ابر نقطه‌ای سه‌بعدی را که برای تولید مدل سطح دیجیتال و عکس ارتوفتوی حاصل از آن استفاده می‌شود، افزایش دهیم.

قائده استفاده

تصویربرداری هوایی از یک دوربین سنجش استفاده می‌کند که در آن عناصر داخلی و جهت‌گیری آن‌ها مشخص است، اما این دوربینی که فاصله کانونی و حس‌گر بسیار بزرگ‌تری داشته و از تعداد لنزهای بیشتری برخوردار است. برای انجام بررسی هوایی، یک سنسور (مثلاً Vexcel UltraCam Eagle؛ Leica ADS100؛ WaldoAir XCAM؛ RIEGL LMSQ780؛ Trimble AX80) باید به داخل یا بیرون وسیله هوابرد نصب شده و روی خط دید هدفی که از راه دور آن را می‌سنجد ثابت شود. در هواپیماهای سرنشین‌دار این سنسور یا از طریق یک روزنه در جداره هواپیما نصب می‌شود یا به‌صورت خارجی بر روی پایه بال نصب می‌شود. در وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) سنسور معمولاً در زیر یا داخل وسیله نصب می‌شود. سیستم‌های تصویربرداری هوایی معمولاً با موارد زیر کار می‌کنند:

1. نرم‌افزار ناوبری پرواز که خلبان را هدایت می‌کند تا در الگوی موردنظر جهت تصویربرداری پرواز کند.
2. GNSS، ترکیبی از GPS و واحد اندازه‌گیری اینرسی (IMU) جهت ارائه اطلاعات موقعیت و جهت‌گیری برای داده‌های ثبت شده
3. پایه ژیروسکوپی تثبیت شده برای مقابله با اثرات چرخش، زمین و انحراف هواپیما
4. واحد ذخیره‌سازی داده‌ها برای ذخیره داده‌های ثبت شده

موارد استفاده

بررسی‌های هوایی می‌تواند اطلاعاتی را در مورد بسیاری از چیزهایی که از روی زمین قابل‌مشاهده نیستند ارائه دهد و بنابراین در طیف گسترده‌ای از زمینه‌ها و رشته‌ها از جمله باستان‌شناس؛ بررسی‌های شیلات؛ ژئوفیزیک؛ اکتشاف هیدروکربن؛ نقشه‌برداری زمین؛ معدن و اکتشافات معدنی؛ پایش جمعیت حیات‌وحش و حشرات که سرشماری هوایی یا نمونه‌برداری نامیده می‌شود؛ نظارت بر پوشش گیاهی و پوشش زمین؛ عملیات اکتشاف؛ پروژه‌های حمل‌ونقل دررابطه‌با نقشه‌برداری زمین (جاده، پل، بین ایالتی) و غیره.

نقاط کنترل زمینی

توصیه می‌کنیم نقاط کنترل زمین (GCPs) بادقت بالایی برای تمام پروژه‌های نقشه‌برداری هوایی داشته باشید تا مجموعه‌داده‌ها تاحدامکان دقیق باشند.

پسا پردازش (POST PROCESSING)

پس از اتمام پرواز، هر پیکسل توسط یک سیستم تخصصی سطح از حرکت (SFM) پردازش می‌شود. الگوریتم‌های پیشرفته قادر به محاسبه ارتفاع هر پیکسل با تجزیه‌وتحلیل حرکت پیکسل‌ها در تصاویر هم‌پوشانی هستند.

(pic4)

تصویر چند طیفی

دوربین‌های تخصصی می‌توانند طیف‌هایی را ضبط کنند (ترموگرافی) که چشم انسان قادر به تشخیص آن‌ها نیستند، مانند مادون‌قرمز (IR) که نشان‌دهنده تنش گیاهی است و Far-IR که می‌تواند تفاوت‌های دمایی را نشان دهد.

نقشه‌برداری هوایی مشترک

• ارتوفتو/ ارتوموزائیک
• DEM (DSM/DTM)
• ابر نقطه‌ای سه‌بعدی
• تکسچر مشبک سه‌بعدی (3D Texture Mesh)
• خطوط کانتور
• گزارش کیفیت

ارتوفوتو

ارتوفوتو (همچنین به نام «اورتوموسائیک» یا «نقشه مصور هوایی») یک موزاییک اصلاح شده از صدها یا هزاران تصویر است که برای ایجاد یک نقشه یکپارچه با هم پردازش می‌شوند.

(تصویر 5)

مدل ارتفاع دیجیتال (DEM)

مدل دیجیتال ارتفاع (DEM) می‌تواند یا به‌عنوان یک مدل سطح دیجیتال (DSM) ارائه شود که ارتفاعات هر جسم قابل‌مشاهده را نشان می‌دهد یا اینکه به‌عنوان یک مدل زمین دیجیتال (DTM) ارائه گردد که در آن هر جسمی که مربوط به زمین نیست فیلتر می‌شود.

(تصویر 5)

ابر نقطه‌ای رنگی سه‌بعدی

ابر نقطه رنگ سه‌بعدی تقریباً ترکیبی از عکس‌های عمودی و DEM است که هر نقطه دارای یک مقدار رنگ و مختصات x، y، z است.

تکسچر مشبک سه‌بعدی ساده شده

تکسچر مشبک سه‌بعدی ساده شده نقاط ابر نقطه‌ای رنگی سه‌بعدی را دریافت کرده و فضای بین آنها را با چند ضلعی‌های دوبعدی پر می‌کند که با تکسچر نمایش داده می‌شوند و یک مدل سه‌بعدی با جزئیات کمتر و بسیار کوچک‌تر ایجاد می‌کند.

(تصویر 6)

خطوط کانتور

خطوط کانتور از DEM (یا DSM یا DTM) تولید می‌شوند و یک راه ساده و دوبعدی برای نشان‌دادن تغییرات ارتفاع هستند.

(تصویر 7)