Experiment with remotely piloted aircraft systems imagery for dtm modelling

• Autorzy: Wajs J.

Identyfikatory

DOI

10.14681/afkit.2016.010

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie zobrazowań pochodzących z bezzałogowego systemu latającego do budowy numerycznego modelu terenu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The current, appropriate and highly accurate digital terrain model (DTM) is one of the essential aspects of the spatial database in 3D open-pit mining monitoring. Remotely piloted aircraft systems (RPAS), named unmanned aerial vehicles (UAVs), are becoming standard platforms for moving the digital camera in space and allowing for the collection of aerial images. The images can be processed using computer vision (CV) and structure from motion (SfM) with the traditional, established procedures of photogrammetry. The presented work shows the processing workflow of low-cost multi-rotor UAV platforms, capable of acquiring the photogrammetric data with a singlelens reflex (SLR) digital camera and Agisoft PhotoScan post-processing software. Regarding the photogrammetric minimum constraints results, like digital surface model (DSM) / DTM and contour lines, textured point clouds can be produced. With high-quality UAV equipment and resources, this study is focused on the feasibility and adaptability analysis of low-cost UAV techniques and their applications for 3D mapping. The first tests were developed using the multimedia Pergola fountain in Wroclaw regarding image acquisition, big data problems and data reduction. The objective of the study is to determine the accuracy of the photogrammetry output and to evaluate the internal quality control (IQC) of the DSM of the region of interest (ROI) regarding the open-pit mine characteristics.

PL

Aktualny, poprawny oraz dokładny numeryczny model terenu (DTM) jest jednym z podstawowych elementów w przestrzennej bazy danych w modelowaniu trójwymiarowym kopalń odkrywkowych. Zdalnie sterowane systemy powietrzne (RPAS) znane w nomenklaturze branżowej pod nazwą bezzałogowe statki latające (UAV) coraz częściej stanowią doskonałą platformę do wyniesienia kamery w przestrzeń lotniczą niskiego pułapu. Wykorzystując fotogrametryczne warunki wykonywania zdjęć lotniczych oraz komputerowe przetwarzanie obrazów cyfrowych (CV) oraz algorytmy (SfM) możliwe jest przetwarzanie danych do generowania numerycznego modelu pokrycia terenu (DSM) oraz ortomozaiki z kamer niemetrycznych. Prezentowana praca pokazuje ścieżkę opracowania danych z kamer niemetrycznych (SLR) oraz kontrola jakości danych wynikowych (IQC) uzyskanych w oprogramowaniu Agisoft PhotoScan Professional. Do badań wykorzystana została nisko kosztowa platforma wielowirnikowca składająca się z hexakoptera wyposażona w autopilot Pixhawk oraz trójosiowy stabilizator kamery. Prace testowe wykonane zostały na objekcie testowym fontanna Pergola we Wrocławiu, która stanowiła testowy rejon opracowania (ROI). Wyniki pokazują, iż przy wykorzystaniu wiedzy fotogrametrycznej i wykonaniu odpowiedniej sekwencji zdjęć z pułapu lotniczego oraz inwestycji odpowiednio rozmieszczonych fotopunktów (GCP) istnieje możliwość opracowania produktu finalnego z wymaganą decymetrową dokładnością. Celem niniejszej pracy było zbadanie dokładności wewnętrznej (IQC) oraz spójności danych uzyskanych z pułapu bezzałogowego statku latającego przy wykorzystaniu zobrazowań z kamery niemetrycznej. Opracowany produkt wynikowy numerycznego pokrycia terenu (DSM) z oprogramowania Agisoft PhotoScan Professional poddany został dalszym analizom. Dane referencyjne stanowił zbiór chmury punktów z projektu ISOK. Wyniki prac ukazały, że produkt finalny opracowany w oparciu o małoformatową kamerę niemetryczną charakteryzuje się stosunkowo wysoką dokładnością. Mobilność systemu oraz duża szybkość pozyskania danych przez bezzałogowe systemy latające stanowi przewagę dla opracowań NMT dla wybranych obszarów zainteresowania.

Słowa kluczowe

EN

unmanned aerial vehicle; UAV; drone; low-altitude photogrammetry; DSM; Digital Surface Model; DTM; digital terrain model (DTM); IQC; RPAS

PL

bezzałogowy statek powietrzny; BSP; dron; fotogrametria niskiego pułapu; DSM; numeryczny model pokrycia terenu; DTM; cyfrowy model terenu

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 28
• Strony: 125--136
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz.

Twórcy

autor

Wajs J.

• Faculty of Geoengineering, Mining and Geology, Wroclaw University of Technology

Bibliografia

• Bakuła K., Ostrowski W., 2012. Zastosowanie cyfrowej kamery niemetrycznej w fotogrametrii lotniczej na wybranych przykładach. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 24, pp. 11-20.
• Clapuyt F., Vanacker V., Van Oost K., 2016. Reproducibility of UAV-based earth topography reconstructions based on Structure-from-Motion algorithms. Geomorphology, 260, pp.4-15.
• Dandois J.P., Ellis E.C., 2010. Remote sensing of vegetation structure using computer vision. Remote Sensing, 2(4), pp.1157-1176.
• Gawin A., 2009. Using digital terrestrial photogrammetry to update numerical map in opencast mines, Górnictwo i Geoinżynieria, 33, pp. 127-135.
• Hlotov V., Siejka Z., Kolеsnichenko V., Prokhorchuk O., Tserklevych A., Babiy L., 2015. The analysis of the results of aerial photography experiments on the basis of a developed UAV model. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, IV/3, pp. 1329–1350.
• Haala N., Cramer M., Weimer F. and Trittler M., 2011. Performance test on UAV-based photogrammetric data collection. Proceedings of the International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 38(1/C22), pp.7-12.
• Jozkow G., Toth C., 2014. Georeferencing experiments with UAS imagery, ISPRS Annals Photogrammetry Remote Sensing and. Spatial Information Science, II-1, 25-29.
• Patikova A. 2004. Digital photogrammetry in the practice of open pit mining. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Science, 34, pp. 1-4.
• Preuss R., 2014. Automatyzacja procesu przetwarzania danych obrazowych. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 26, pp. 119-127.
• Remondino F., Sabry EL‐H., 2006. Image‐based 3D modelling: A review, The Photogrammetric Record, 21.115, pp. 269-291.
• Remondino F., Barazzetti L, Nex F., Scaioni M., Sarazzi D., 2011. UAV photogrammetry for mapping and 3d modeling – current status and future perspectives, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XXXVIII-1/C22 UAV-g 2011, Conference on Unmanned Aerial Vehicle in Geomatics, Zurich, Switzerland.
• Tahar K.N., Ahmad A., Akib, W.A.A.W.M., 2011. UAV-based stereo vision for photogrammetric survey in aerial terrain mapping. Computer Applications and Industrial Electronics (ICCAIE), IEEE International Conference on, pp. 443-447.
• Tahar, K. N. Multi rotor UAV at different altitudes for slope mapping studies, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XL- 1/W4, 9-16.
• Toth CH., Jozkow G., Grejner-Brzezinska D., 2015. Mapping with Small UAS: a point cloud accuracy assessment. Journal of Applied Geodesy, 9(4), pp. 213-226.
• Toth C., Józków G., 2016. Remote sensing platforms and sensors: A survey. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 115, 22–36.
• Sawicki P., 2012. Bezzałogowe aparaty latające UAV w fotogrametrii i teledetekcji – stan obecny i kierunki rozwoju, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 23, pp. 365–376.
• Shahbazi M., Sohn G., Théau J., Ménard P.2015. UAV-based point cloud generation for open-pit mine modelling, ISPRS International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 40(1), pp. 313-320.
• Westoby M. J., Brasington J., Glasser N. F., Hambrey M. J., Reynolds J. M., 2012.‘Structure-from-Motion’ photogrammetry: A low-cost, effective tool for geoscience applications. Geomorphology, 179, pp. 300-314.
• Wierzbicki D., Kedzierski M., Fryskowska A., 2015. Assesment of the influence of UAV image quality on the orthophoto production, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences., XL-1/W4, pp. 1-8.
• Yakar M., Yilmaz H. M., 2008. Using in volume computing of digital close range photogrammetry, International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B3b.
• Yilmaz H. M., 2010. Close range photogrammetry in volume computing, Experimental Techniques, 34(1), pp. 48-54.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)