Zastosowanie dronów w geodezji – ortofotomapa, NMT i pomiary objętości

Dron w geodezji zastępuje nie pomiar, a metodę jego wykonania: pozwala pokryć w jeden dzień obszar, który klasycznymi technikami wymagałby tygodnia pracy zespołu. Praktyka rynkowa pokazuje, że pojedynczy operator z dronem wyposażonym w moduł RTK obsługuje w ciągu dnia od 50 do 150 hektarów, a osiągane dokładności rzędu 1–3 cm w poziomie i 3–5 cm w pionie mieszczą się z zapasem w wymogu 0,10 m obowiązującym dla szczegółów terenowych I grupy.

Najczęstsze zastosowania to ortofotomapa, numeryczny model terenu oraz obliczanie objętości mas ziemnych z chmury punktów. Poniżej opisujemy, do czego dron nadaje się realnie, a gdzie nadal potrzebne są klasyczne metody.

Do czego wykorzystuje się drony w geodezji

Zakres jest szeroki, ale wspólny mianownik jest jeden: przewaga drona rośnie wraz z powierzchnią. Przy pojedynczych punktach do pomiaru wygrywa tachimetr. Przy kilku hektarach i więcej proporcje się odwracają – obszar 100 ha, który klasycznymi metodami zająłby kilkuosobowemu zespołowi tydzień, dron pokrywa w jednym dniu roboczym.

Sprzęt do tego rodzaju prac znajdziesz w kategorii drony, a platformy przeznaczone do zastosowań rolniczych – w kategorii drony rolnicze.

Więcej informacji o możliwościach wykorzystania platform bezzałogowych znajdziesz w artykule jakie zastosowanie mają drony.

Jak przebiega nalot fotogrametryczny

Etap pierwszy przesądza o jakości całego opracowania. Kluczowym parametrem jest pokrycie zdjęć: w praktyce przyjmuje się około 80% pokrycia podłużnego i 60–70% poprzecznego. Oznacza to, że każdy punkt terenu widoczny jest na kilkudziesięciu kolejnych zdjęciach – bez takiego zapasu algorytmy fotogrametryczne nie odtworzą geometrii poprawnie.

Drugim parametrem jest GSD, czyli rozmiar piksela terenowego. Przy pracach geodezyjnych typowo mieści się on w przedziale kilku centymetrów na piksel; im niższa wartość, tym większa szczegółowość, ale też więcej zdjęć i dłuższe przetwarzanie. Przy GSD rzędu 2–3 cm/px jeden operator obsługuje w praktyce do stu hektarów dziennie.

Przetwarzanie danych i opracowanie produktów końcowych prowadzi się w oprogramowaniu do dronów.

Punkty kontrolne – dlaczego wciąż są potrzebne

To najczęstsze nieporozumienie dotyczące fotogrametrii dronowej. Moduł RTK w dronie nie eliminuje potrzeby naziemnych punktów kontrolnych – zmienia tylko ich rolę i liczbę.

W obu przypadkach punkty kontrolne mierzy się niezależnie – precyzyjnym odbiornikiem GNSS albo tachimetrem. To ten pomiar stanowi podstawę oceny, czy opracowanie spełnia wymagania.

Ma to znaczenie formalne: opracowanie przyjmowane do państwowego zasobu geodezyjnego wymaga odpowiedniego GSD, sieci fotopunktów oraz raportu dokładnościowego. Rezygnacja z fotopunktów przy pracach trafiających do zasobu nie jest więc kwestią wygody, lecz warunkiem przyjęcia dokumentacji.

Praktyczna korzyść z RTK polega na redukcji liczby fotopunktów i czasu ich rozstawiania, nie na ich wyeliminowaniu. Austriacka firma STRABAG, stosująca drony do tworzenia map budowlanych, oszacowała skrócenie czasu potrzebnego na rozstawienie punktów kontrolnych o 75% – czyli nadal je rozstawia, tylko szybciej.

Dokładność i wymagania przepisów

Praktyka rynkowa wskazuje na następujące rzędy dokładności przy fotogrametrii dronowej z modułem RTK i pomierzonymi fotopunktami:

Odniesienie do wymogów rozporządzenia o standardach technicznych (Dz.U. 2020 poz. 1429):

Wniosek jest dwuczęściowy. Dla większości zastosowań – szczegółów I grupy, budowli ziemnych, pomiarów objętości – fotogrametria dronowa spełnia wymagania z zapasem. Natomiast przy wymogu 0,02 m dla przewodów kanalizacyjnych dron nie wystarczy i rzędne wyznacza się niwelacją geometryczną.

Osobną kwestią jest wysokość. Rozporządzenie dopuszcza wyznaczanie wysokości technikami satelitarnymi przez wpasowanie matematyczne w oparciu o punkty łączne albo przez przeliczenie wysokości elipsoidalnej z uwzględnieniem obowiązującego modelu quasi-geoidy. Dokładność pionowa pozostaje przy tym słabsza niż pozioma – widać to w tabeli wyżej.

Szerszy kontekst zastosowań instrumentów pomiarowych znajdziesz w kategorii geodezja.

Czego dron nie zastąpi

Fotogrametria dronowa i pomiar klasyczny nie konkurują, lecz uzupełniają się. Typowy schemat pracy: fotopunkty i osnowę mierzy się naziemnie, nalot pokrywa powierzchnię, a szczegóły wymagające najwyższej dokładności lub niedostępne z powietrza – tachimetrem.

Jaki dron do prac geodezyjnych

Kryteria doboru, w kolejności znaczenia dla wyniku pomiarowego:

1. Moduł RTK lub możliwość PPK. Przesądza o tym, czy pozycja zdjęć jest centymetrowa, czy metrowa – a więc o liczbie potrzebnych fotopunktów.
2. Parametry kamery – rozdzielczość, rodzaj migawki, jakość obiektywu. Migawka mechaniczna ogranicza zniekształcenia przy ruchu.
3. Czas lotu i pojemność akumulatorów. Determinuje powierzchnię objętą jednym wylotem i liczbę wymian ogniw w ciągu dnia.
4. Wymienny ładunek użytkowy. Kamera RGB, sensor termowizyjny lub multispektralny dobierane do zadania.
5. Odporność środowiskowa – praca przy wietrze, w niskiej temperaturze, klasa IP.
6. Integracja z oprogramowaniem do planowania nalotu i przetwarzania danych.

Znaczenie ma też klasa sprzętu w rozumieniu przepisów lotniczych – od niej zależy, w jakiej podkategorii operacji wolno wykonywać loty, co przy pracach w terenie zabudowanym bywa czynnikiem rozstrzygającym.

Do zadań specjalistycznych stosuje się platformy z ładunkiem dobranym do celu – na przykład drony z kamerą termowizyjną do wyznaczania obiektów na podstawie sygnatury cieplnej albo z kamerą multispektralną do analiz rolniczych.

Wybór odpowiedniego sprzętu zależy od specyfiki zadania, wymagań dokładnościowych oraz warunków terenowych, w jakich będą prowadzone pomiary.

Autor

Dariusz Kula

Ekspert ds. sprzętu budowlanego, geodezyjnego i pomiarowego

Doradza geodetom, firmom budowlanym i instalatorom w doborze sprzętu pomiarowego. Testuje urządzenia w praktyce, zna je z serwisu i ze szkoleń użytkowników.

Skontaktuj się z nami