Is drone-fotogrammetrie een alternatief voor klassieke landmeetkundige technieken?

Als het lijkt alsof de drone-technologie de afgelopen jaren een heel lange weg heeft afgelegd, is dat omdat het zo is. Ooit beschouwd als meer een gadget dan een specialistisch apparaat, veranderen geospatiale drones nu het landmeetkundige spel – met behulp van fotogrammetrische methoden om in recordtijd kaarten te maken.

Probeert u te beslissen of een fotogrammetriedrone de juiste investering is voor uw landmeetbedrijf? Lees verder om te ontdekken hoe deze technologie u kan helpen tijd, moeite en uiteindelijk geld te besparen, zonder in te boeten aan nauwkeurigheid.

Wat is luchtfotogrammetrie?

Laten we u snel herinneren aan luchtfotogrammetrie om te begrijpen hoe drones kunnen worden gebruikt bij landmetingen. Het gaat om het maken van meerdere luchtfoto’s van een kenmerk en deze te gebruiken om gedigitaliseerde 2D- of 3D-modellen met hoge resolutie te maken waaruit nauwkeurige metingen kunnen worden afgeleid. Dit kan worden aangevuld met gespecialiseerde kaartsoftware die zoekt naar gemeenschappelijke kenmerken in afbeeldingen en deze gebruikt om uw foto’s samen te voegen op een manier die een nauwkeurige weergave van een ruimte biedt. Hoewel het meestal een coördinaatpunt is, kan het exacte gemeenschappelijke kenmerk variëren op basis van het type fotogrammetrie dat u gebruikt (daarover later meer). Afhankelijk van de omvang van het project, kan een model gemaakt met fotogrammetrie een paar honderd tot enkele duizenden afzonderlijke afbeeldingen vereisen.

Met name kan een enkele luchtfoto niet worden gebruikt als een fotogrammetrische kaart omdat zaken als perspectief en vervorming niet zijn aangepakt. Hoewel luchtfoto’s geweldig zijn voor fotografie- en filmdoeleinden, heb je foto’s vanuit meerdere hoeken nodig om nauwkeurigheid te garanderen.

Meestal is de meest kosteneffectieve manier om al deze luchtfoto’s die u nodig hebt vast te leggen, het gebruik van een onbemand luchtvaartuig (UAV) zoals een drone. Hoewel zowel vliegtuigen als helikopters kunnen worden gebruikt, zijn deze opties vaak veel duurder.

Een van de belangrijkste voordelen van fotogrammetrische luchtfoto’s is dat ze kunnen worden gebruikt om meerdere soorten kaarten te maken. Afhankelijk van het soort fotogrammetriesoftware dat je hebt, is het mogelijk om verschillende outputs te creëren, zoals orthomosaische kaarten, 3D-puntenwolkmodellen, digitale oppervlaktemodellen en meer. Andere soorten kaarten, zoals LiDAR – die lichtpulsen gebruikt om de topografie te meten – vereisen echter een afzonderlijke nuttige lading.

Soorten luchtfotogrammetrie

Fotogrammetrie kan grofweg worden onderverdeeld in twee categorieën:

• Metrische fotogrammetrie: deze methode gebruikt coördinaatpunten op objecten om een object met bijna exacte metingen te visualiseren. Kaarten kunnen vervolgens worden gebouwd op basis van de locatie van coördinaten ten opzichte van elkaar. Deze coördinaten worden meestal fysiek ingesteld met zogenaamde grondcontrolepunten.
• Interpretatieve fotogrammetrie: In plaats van specifieke coördinaten, maakt interpretatieve fotogrammetrie een foto en voegt topografie toe door te kijken naar indicatoren zoals de vormen, schaduwen en patronen die in een afbeelding worden gepresenteerd, in plaats van coördinaten.

Elke stijl van fotogrammetrie kan worden gebruikt voor landmeten, afhankelijk van de specifieke kenmerken van het werk en de benodigde aandacht voor detail. Over het algemeen is metrische fotogrammetrie echter de meest nauwkeurige van de twee en wordt aanbevolen voor landmeetkundige taken die nauwkeurigheid op centimeterniveau vereisen. Beide stijlen zijn afhankelijk van gespecialiseerde kaartsoftware om afbeeldingen samen te voegen tot een fotogrammetrische kaart.

Drone-fotogrammetrie v. klassieke landmetingen

Ondanks technologische vooruitgang kan landmeten nog steeds een uitdaging en complex zijn. Van oudsher vertrouwden landmeetkundige professionals op tools zoals total stations, GPS-ontvangers en grondlaserscanners om ruimtelijke gegevens met hoge resolutie over de topografie van het landoppervlak te verkrijgen. Dit kan veel tijd en mankracht vergen, wat extra kosten met zich meebrengt voor landmeetkundige projecten en werknemers van andere taken afleidt. In sommige gevallen kan landmeten zelfs gevaarlijk zijn voor werknemers, vooral bij het werken op locaties met steil of afgelegen terrein dat moeilijk te voet te bereiken is.

Fotogrammetrische mapping van drones stelt landmeters echter in staat om meer te bereiken in minder tijd. Landmeetkundige taken die normaal gesproken weken in beslag nemen, kunnen met drones binnen enkele dagen worden voltooid. Als zodanig kan het gebruik van drones voor veel projecten aanzienlijk goedkoper blijken te zijn.

Omdat drones vrijwel overal snel kunnen worden ingezet, is het door hun gebruik niet nodig om landmeetkundige bemanningen naar gevaarlijke gebieden te sturen, zoals daken, richels, wegen, onstabiele grond en steile taluds. Zelfs ontoegankelijke functies, zoals gsm-masten en boomtoppen, kunnen eenvoudig in kaart worden gebracht met behulp van drones.

De waarde bewijzen in drone-fotogrammetrie

Hoewel elk van de bovengenoemde voordelen betrekking heeft op het vermogen van een drone om projecttijd, gevaar en kosten te besparen, is er nog een zeer belangrijke factor om te overwegen: zijn drones net zo nauwkeurig als traditionele terrestrische methoden? Gedurende vele jaren hebben de gerapporteerde nauwkeurigheden van drones vaak hun theoretische potentieel niet gehaald. Dit begint echter te veranderen.

Volgens een recente studie uit het Journal of Unmanned Vehicle Systems, een drone met de juiste mogelijkheden, zoals geavanceerde onbemande hardware en gewetensvolle gegevensverwerking, is nauwkeurig genoeg om terrestrische onderzoeksmethoden voor veel toepassingen aan te vullen of te vervangen, zo beweerden de onderzoekers.

Om hun hypothese te ondersteunen, hebben deze onderzoekers zeven keer een triangulatie van een kerk van 4 hectare gemaakt, met behulp van een DJI Inspire 2-drone uitgerust met een uiterst nauwkeurig PPK GNSS-systeem en een Zenmuse X4S-camera. De site bevatte zowel gladde oppervlakken waarvan bekend is dat dronegegevens goed modelleren (parkeerplaatsen, velden en daken) als functies waarvan wordt verwacht dat ze niet goed werken met luchtfotogrammetrie (muren, bovenleidingen en de grond onder vegetatie). De onderzoekers gebruikten gegevens van stereobeeldparen om de gemiste of vervormde kenmerken in te vullen.

En hoewel het geavanceerde positioneringssysteem van de drone betekende dat precisie weinig afhing van grondcontrole, verzamelde het team 23 goed verdeelde controlepunten om de transformatie voor redundantie te berekenen en voldoende gegevens te leveren voor zinvolle statistieken.

Het verzamelen van gegevens vanuit de lucht werd voltooid in een halve dag veldtijd, met nog eens anderhalve dag verwerkingswerk. Conventioneel landmeten en gegevensverwerking duurden ondertussen drie dagen.

Met slechts een verticale root mean squared error (RMSE) van slechts 2 cm, bleek het in kaart brengen van drones consistent en voldoende nauwkeurig te zijn om te worden gebruikt voor veel toepassingen die typerend zijn voor landmetingen. De onderzoekers zagen ook dat de nauwkeurigheid verbeterde wanneer de drone op lagere hoogte werd gevlogen (zij het met afnemende opbrengsten). Als dit een typisch landmeetkundig project was geweest, zou het gebruik van drones hebben geleid tot een tijdsbesparing van 33% en een kostenbesparing van 58%.

De onderzoekers bestudeerden de economische levensvatbaarheid van drone-mapping verder door een dakonderzoek uit te voeren voor een installatie van zonnepanelen. Het team verzamelde op één dag luchtgegevens op drie daken van supermarkten, variërend van 3 hectare tot 7 hectare. Zonder arbeiders op het dak te zetten, werden alle functies in stereo geëxtraheerd, inclusief gasleidingen, dakventilatieopeningen, HVAC-units, dakramen en elektrische panelen. Terwijl conventioneel landmeten 12 dagen zou hebben geduurd vanaf de start van het project tot de uiteindelijke oplevering, duurde de ‘vlucht tot oplevering’ slechts 7 dagen, wat een kostenbesparing van 41 procent en een besparing van 58 procent in tijd opleverde.

In een ander voorbeeld verzamelde het team luchtgegevens voor een volledig topografisch-planimetrisch onderzoek van een 260 hectare grote golfbaan in één dag. Als klassieke methoden waren ingezet, zouden drie veldploegen er 30 dagen over hebben gedaan om deze gegevens te verzamelen, wat zou leiden tot aanzienlijke uitvaltijd voor de cursus. Inderdaad, sommige zwaar begroeide gebieden op de baan vereisten conventioneel onderzoek, maar de drone was in staat om veel semi-verduisterde locaties in kaart te brengen via stereocompilatie door een geschikt stereomodel te selecteren. In feite was de hele site in 15 dagen in kaart gebracht, met een kostenbesparing van 75% en een tijdsbesparing van 50%.

Dus kunnen drones nauwkeurige, effectieve hulpmiddelen voor landmeten worden genoemd? Het antwoord is een nadrukkelijk ja. Niet alleen dat, de studie van het Journal of Unmanned Vehicle Systems toont duidelijk het kosten- en tijdbesparende potentieel van de technologie aan, een overweging die landmeters nooit uit het oog mogen verliezen.

Andere toepassingen voor drone-fotogrammetrie

Op dit moment hebben we vastgesteld dat drones een buitensporige impact kunnen hebben op landmeetkundige projecten, waardoor mogelijk hele dagen werkloos worden. Landmeten is echter niet het enige veld waar UAV-fotogrammetrie heeft een transformationele impact. Andere sectoren zijn onder meer:

• Constructie: Landmeten met fotogrammetrie kan informatie onthullen over het land waarop wordt gebouwd. Bovendien kan luchtmodellering met drones helpen bij BIM en algemeen bouwprojectbeheer.
• Onroerend goed: makelaars gebruiken drones om nauwkeurige 3D-modellen te maken van huizen die te koop staan en om virtuele rondleidingen aan te bieden. Deze techniek heeft een vlucht genomen als gevolg van de COVID-19-pandemie.
• Engineering: ingenieurs kunnen fotogrammetrische afbeeldingen gebruiken om een 3D-model te bouwen van zowel gebouwen als apparatuur
• Energie: Olie- en gasbedrijven gebruiken drones om de gebieden rond pijpleidingen te controleren op veranderingen in het milieu in de loop van de tijd. Landmeten wordt in deze sector ook veel toegepast.

In bijna elke branche die nauwkeurige metingen waardeert, kan een UAV mogelijk als een troef worden gebruikt.

Waarom DJI?

Het is duidelijk dat de drones van vandaag een uiterst waardevolle aanvulling zijn geworden op de toolkit van een landmeter en in toenemende mate terrestrische onderzoeksmethoden aanvullen of vervangen voor veel toepassingen. Om ervoor te zorgen dat u het soort nauwkeurige resultaten krijgt dat u verwacht, moet u echter niet alleen de juiste drone-meetmethoden gebruiken, maar ook de beste apparatuur.

Kaartdrones van de volgende generatie, zoals de DJI Phantom 4 RTK, stellen landmeters in staat om gegevensnauwkeurigheid op centimeterniveau te bereiken terwijl ze minder controlepunten nodig hebben. De belangrijkste kenmerken van deze drone zijn een positioneringssysteem op centimeterniveau, een TimeSync-systeem om de nauwkeurigheid van gegevens te garanderen en een 20-megapixel CMOS-sensor van één inch. Bijna exacte coördinaatnauwkeurigheid wordt mogelijk gemaakt door 1cm+1ppm RTK horizontale positioneringsnauwkeurigheid, 1,5cm+1ppm RTK verticale positioneringsnauwkeurigheid en een maximum van 5cm absolute horizontale nauwkeurigheid van fotogrammetrische modellen. Gecombineerd met een krachtige fotogrammetriecamera, zoals de Zenmuse P1, heb je een ideale opstelling voor landmeters.

Natuurlijk wordt zelfs de beste drone beperkt door de kaartsoftware die je ermee gebruikt. Krachtige oplossingen zoals: DJI Terra helpen uw foto’s om te zetten in bruikbare 2D-orthomozaïeken en 3D-modellen.

Voor meer informatie over de DJI-drone en payloads die geschikt zijn voor uw organisatie, bekijk onze kopersgids voor enquêtes. Als u het volledige rapport met gedetailleerde testmethodologie en nauwkeurigheidsresultaten wilt lezen, open het dan gratis hier.

bronnen: