Что такое фотограмметрия? Принцип работы, аэро- и наземная съёмка, фотограмметрия против лидара

Что такое фотограмметрия? Определение и значение

Фотограмметрия — получение достоверных измерений физических объектов и среды по фотографиям. Краткое определение: измерение в 3D по 2D-изображениям. Слово объединяет греческие корни «свет», «изображение» и «измерение», хорошо отражая смысл.

В геодезии фотограмметрия — косвенный метод измерения: вы не касаетесь объекта, а фотографируете с известных или вычисленных положений камер и рассчитываете координаты триангуляцией. American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS) публикует стандарты позиционной точности фотограмметрических продуктов; для национального картографирования метод применяется с начала XX века.

Сегодня 3D-фотограмметрия в основном цифровая и высокоавтоматизированная. Дрон летит по сетке, ПО сопоставляет миллионы особенностей на сотнях снимков, а результат — плотное облако точек, текстурированная сетка, истинный ортофотоплан и цифровая модель поверхности — часто готов за часы.

Как работает фотограмметрия шаг за шагом?

Фотограмметрия находит один объект минимум на двух, а лучше многих перекрывающихся снимках, вычисляет положение каждой камеры и пересекает визирные лучи для размещения объекта в 3D. Современное ПО автоматизирует это методом восстановления структуры по движению (SfM) с последующим плотным сопоставлением.

1. Спланируйте съёмку. Выберите GSD (размер пикселя на местности), высоту полёта и перекрытие. Для дронового картографирования мы обычно рекомендуем примерно 75–80% продольного и 65–70% поперечного перекрытия.
2. Создайте наземную опору. Разметьте и измерьте опорные точки GCP и отдельные контрольные точки по объекту.
3. Снимите изображения. Выполните полёт или обход по маршруту с фиксированным фокусом и согласованной экспозицией; избегайте смаза.
4. Сопоставление признаков. ПО выделяет ключевые точки каждого снимка и сопоставляет их между изображениями.
5. Уравнивание связок. Положения, ориентации камер и параметры объектива решаются совместно с 3D-связующими точками при ограничениях GCP или точных положений камер.
6. Плотная реконструкция. Попиксельное сопоставление создаёт плотное облако, затем сетку и модель поверхности.
7. Продукты и контроль качества. Создайте ортофотопланы, горизонтали и модели и отчёт об ошибках независимых контрольных точек.

GSD определяет всё. Он равен ширине матрицы × высоте полёта ÷ (фокусное расстояние × ширина изображения). Как ориентир, типичная картографическая камера 20 Мп с матрицей один дюйм на высоте 100 м даёт GSD около 2,5–3 см.

Какие бывают виды фотограмметрии?

Основные виды — воздушная и ближняя фотограмметрия, разделённые расстоянием между камерой и объектом; на крайних масштабах находятся спутниковые и наземные методы. Каждый подходит своим задачам и точности.

Ближнюю съёмку при оцифровке объектов также называют фотограмметрическим 3D-сканированием, хотя лазер в ней не участвует.

Что такое воздушная фотограмметрия и насколько она точна?

Воздушная фотограмметрия использует снимки с самолётов или дронов, обычно вертикально вниз с дополнительными наклонными кадрами фасадов. Практическое определение: картографирование рельефа и сооружений по перекрывающимся аэрофотоснимкам, привязанным к наземной опоре.

В проекте с надлежащим контролем точность дроновой фотограмметрии обычно около 1–2 GSD по плану и 1,5–3 GSD по высоте. При GSD 2 см это примерно 2–4 см по плану и 3–6 см по высоте на твёрдых открытых поверхностях. На растительности, воде и крутых гранях точность хуже.

Главный фактор — опора. Для небольшого объекта измерьте 5–10 равномерно распределённых GCP либо используйте дрон с RTK/PPK-положениями камер, несколькими GCP и контрольными точками. Измеряйте их геодезическим приёмником, например нашим GNSS RTK приёмником E1, чей наклон IMU 60° ускоряет съёмку окрашенных марок. Размещение GCP — в руководстве по съёмке с дрона с RTK и наземными опорными точками, выбор аппарата — в геодезических дронах и картографировании с БПЛА.

Для чего используют фотограмметрию?

Фотограмметрия нужна везде, где требуются измеряемая 3D-геометрия и реалистичный цвет по снимкам: топография, объёмы, контроль строительства, здания, наследие и инспекции. Она стала обычной частью работы многих геодезических и инженерно-строительных компаний.

• Фотограмметрическое картографирование: ортофотопланы, горизонтали и модели поверхности для топографических и планировочных съёмок.
• Земляные работы и штабели: объёмы выемки, насыпи и штабелей по повторным полётам.
• Строительство: фиксация хода работ, исполнительные проверки и логистика площадки.
• Горное дело и карьеры: борта, технологические дороги и съёмка уступов.
• Здания и наследие: фасады, крыши и текстурированные 3D-модели.
• Инспекция инфраструктуры: мосты, башни и плотины, часто с ближней фотосъёмкой.
• Криминалистика: документирование мест аварий и преступлений.

Фотограмметрия или лидар: что использовать?

Выбирайте фотограмметрию для открытых участков, где важны цвет, ортофотопланы и низкая стоимость; лидар — для измерений под растительностью, в темноте, на бездетальных поверхностях или при повышенной надёжности высот. Многие бригады используют оба метода.

В помещениях фотограмметрии нужны тщательное освещение и много снимков; лазерный сканер обычно быстрее и надёжнее. Для интерьеров и технических помещений рекомендуем наш наземный 3D лазерный сканер со встроенной HDR-камерой, а для быстрого обхода — ручной SLAM лазерный сканер. Материал что такое лидар подробнее объясняет лазерную сторону.

Какое ПО для фотограмметрии нужно?

Нужно ПО с уравниванием связок по наземной опоре, плотным сопоставлением и экспортом геодезических продуктов; выбор зависит от воздушных или ближних данных и требуемого контроля точности. Здесь мы не рекомендуем конкретные бренды, но основные категории таковы:

• Профессиональное настольное ПО: полный контроль калибровки камеры, весов GCP, отчётов о точности и систем координат. Это стандарт геодезической фотограмметрии.
• ПО воздушной и беспилотной фотограмметрии: настроено на надирные и наклонные дроновые полёты, с импортом журналов, инструментами ортомозаик и объёмов.
• Онлайн-платформы (облако): загрузка снимков и получение результата; удобно для команд, но проверяйте права на данные, поддержку систем координат и отчётность о точности.
• Фотограмметрические программы с открытым кодом: пригодны для исследований и обучения, обычно с меньшим числом инструментов геодезического контроля качества.
• Приложение для телефона: подходит для визуализации небольших объектов, но без опоры или калибровки не является измерительным инструментом.

При любом выборе проверьте отчётность по расхождениям контрольных точек и экспорт в форматы команд CAD и ГИС. Очистка облаков и результаты описаны в руководстве по обработке облаков точек.

Купить оборудование или заказать фотограмметрические услуги?

Заказывайте услуги для редких или специализированных проектов; при регулярном картографировании развивайте собственные возможности, поскольку главные расходы — обучение и ПО, а не оборудование. Исполнители варьируются от местных операторов дронов до специалистов с пилотируемыми самолётами для национальных программ.

Сравнивая услуги фотограмметрии с БПЛА, запрашивайте GSD, перекрытие, метод опоры, систему координат и геоид, отчёт о точности контрольных точек и форматы результатов. Осторожно относитесь к предложениям без упоминания опоры или контрольных точек.

При работе своими силами достоверность фотограмметрии обеспечивает привычный опорный комплект: GNSS RTK приёмник для GCP и контрольных точек. Для оснащения бригады опорным оборудованием или добавления лазерного сканирования там, где снимки недостаточны, запросите предложение и опишите типичные объекты.

Часто задаваемые вопросы