Fotogrametria jest dziedziną nauki i techniki zajmującą się odtwarzaniem kształtów, rozmiarów i wzajemnego położenia obiektów w terenie na podstawie zdjęć fotogrametrycznych (fotogramów). Bardziej precyzyjnie definiując powyższe określenie – fotogrametria jest dziedziną nauki i techniki zajmującą się zdalnym pomiarem obiektów, wyznaczaniem ich kształtu i położenia w przestrzeni.
Zobacz naszą nowoczesną Mapę Geoportal360
Fotogrametria odgrywa znaczącą rolę przy wytwarzaniu map, zwłaszcza map zwanych ortofotomapami.
W ostatnich latach na rynku kartograficznym nastąpiło znaczne ożywienie w wytwarzaniu ortofotomap. Powodem wzrostu zapotrzebowania na ortofotomapy było to, że łączą one dokument kartograficzny z bogactwem treści zdjęcia (często barwnego) oraz – w przypadku ortofotomap cyfrowych – stwarzają możliwości ich przetwarzania i wykorzystania, co jest typowe dla map wirtualnych. Dodatkowo, pomijając w/w zalety, ortofotomapy cechują się stosunkowo niską ceną, aktualnością i czytelnością dla każdego. Przykładowo, w Szwecji, co 10 lat wytwarza się nowe ortofotomapy całego kraju, upowszechniając je drukiem i na CD-ROM-ach.
Fotogrametryczne metody pomiaru
Fotogrametryczne pomiary geodezyjne są wykonywane przy użyciu kamer zainstalowanych na samolotach, dronach oraz urządzeniach naziemnych. W zależności od nośnika kamery, fotogrametria dzieli się na fotogrametrię lotniczą (aerofotogrametrię) oraz fotogrametrię naziemną (terrofotogrametrię).
Celem fotogrametrii naziemnej jest wykonanie zdjęć umożliwiających wykonanie mapy danego terenu, jak również uzyskanie informacji o obiekcie poddanym badaniu. Fotogrametria naziemna umożliwia uzyskanie informacji o takich obiektach, jak kopalnie odkrywkowe, masywy górskie, wyrobiska ziemne – piaskownie, kamieniołomy, zabytkowe budynki oraz wysokie budynki bez konieczności bezpośredniego zaangażowania człowieka (zob. Pomiar objętości mas ziemnych).
Fotogrametria lotnicza (aerofotogrametria) jest podstawową metodą, w oparciu o którą wytwarzane są mapy powierzchni ziemi. Fotogrametria lotnicza w odróżnieniu od fotogrametrii naziemnej odgrywa coraz to większe znaczenie w wytwarzaniu map. Jej przewaga nad fotogrametrią naziemną polega m.in. na tym, że:
- obfotografowanie nie jest zależne od wyboru stanowiska,
- płaskość terenu nie komplikuje, a nawet upraszcza opracowanie,
- w metodzie fotogrametrii lotniczej jest dobry wgląd w teren.
Zdjęcia lotnicze wykonywane przy pomocy kamer umieszczonych na samolocie charakteryzują się małym odchyleniem od pionowości. W zależności od użytej kamery, odchylenia te zawierają się w przedziale od 3o w przypadku zastosowania kamery poziomej do kilkunastu minut przy zastosowaniu kamer poziomowanych przez system żyroskopowy. Z uwagi na znikome odchylenia zdjęć lotniczych od pionu, nazywane są one „prawie pionowymi”.
Zdjęcie lotnicze nie jest jeszcze mapą, stanowi jedynie materiał informacyjny, który poddany obróbce – przetworzeniu uzyskuje postać mapy.
Fotogrametria umożliwia opracowywanie map rzeczywistych – dotykalnych na podłożu papierowym, kartonowym, foliowym czy też na materiale fotograficznym. Zaletą fotogrametrii jest również zapisywanie wykonanych fotografii terenu w postaci wirtualnej – cyfrowej na komputerowym nośniku danych.
Mapy rzeczywiste mogą mieć postać kreskową (kontury sytuacyjne i warstwice) albo postać obrazową (fotograficzną), do których zaliczamy np. ortofotomapy i fotomapy.
Mapy wirtualne mogą uzyskiwać charakter mapy rzeczywistej poprzez wizualizację na ekranie komputera bądź poprzez ich drukowanie („plotowanie”); kontury stanowią wtedy efekt wektoryzacji w cyfrowej stacji fotogrametrycznej.
W ostatnim czasie bardzo szeroko rozwija się fotogrametria „dronowa”. Pomiary przy użyciu drona pozwalają na sporządzanie ortofotomap w 2D (modeli płaskich) oraz modeli trójwymiarowych terenu.
W odróżnieniu od zwykłych map geograficznych ortofotomapy zawierają warstwy obejmujące dodatkowe informacje o terenie.
Fotogrametria pozwala na tworzenie obrazów, które po przekształceniu tworzą numeryczne modele terenu (NMT) i numeryczne modele pokrycia terenu (NMPT). Pierwszy z modeli jest numeryczną reprezentacją wysokości topograficznej – rzeźby określonej powierzchni, a drugi prezentuje dany obszar ze znajdującymi się na nim obiektami, zarówno tymi stworzonymi przez człowieka (budynkami), jak i obiektami stworzonymi przez naturę.
Fotogrametryczne metody pomiarowe cechuje:
- wysoka dokładność i precyzja wykonanego pomiaru,
- pomiar może być przeprowadzony bez bezpośredniego kontaktu z mierzonym obiektem,
- możliwość wykonania pomiaru miejsc trudno dostępnych, a nawet niedostępnych ze względu na niebezpieczeństwo np. utraty zdrowia, czy nawet życia,
- możliwość przeprowadzenia i zarejestrowania wszystkich szczegółów mierzonego obiektu bez konieczności powtórzeń,
- automatyzacja oraz znaczące usprawnienie prowadzonych pomiarów, na co pozwala fotogrametria cyfrowa.
Zastosowanie fotogrametrii w geodezji
Fotogrametria, jako dziedzina nauki i techniki, znalazła szczególne zastosowanie przy wytwarzaniu ortofotomap, które z kolei są wykorzystywane w wielu dziedzinach gospodarki narodowej.
„Ortofotomapa jest kartometrycznym obrazem powierzchni terenu, który powstaje przez przekształcenie serii zdjęć lotniczych albo satelitarnych danego obszaru na obraz w tzw. rzucie ortogonalnym, czyli takim, w jakim tworzone są standardowe mapy terenu.” (źródło: exigeo).
Uzyskany w ten sposób obraz cechuje się nie tylko wiernym odwzorowaniem danej powierzchni, ale przede wszystkim zawiera taką samą ilość informacji, jak standardowe zdjęcie lotnicze i jednocześnie posiada taki sam układ współrzędnych, skalę i dokładność, jak mapa. Wykonane zdjęcie lotnicze, aby mogło stać się ortofotomapą przechodzi proces obróbki, w trakcie którego usuwane są z niej błędy wynikające z zastosowania kamery oraz błędy powstałe na skutek odchylenia od pionu i ukształtowania terenu.
Wytwarzanie ortofotomap przy użyciu precyzyjnego sprzętu pomiarowego najwyższej klasy umożliwia tworzenie tych map w pełni zgodnych z wytycznymi Głównego Urzędu Geodezji i Kartografii.
Zastosowanie fotogrametrii w rolnictwie
Zdjęcia fotogrametryczne wykonane przy pomocy drona wykorzystuje się m.in. dla potrzeb precyzyjnego rolnictwa, którego podstawowym celem jest oszczędne nawożenie, oprysk chemiczny oraz oszczędne nawadnianie. Rolnictwo precyzyjne opiera się na metodach wegetacji roślin oraz poznania warunków geologicznych.
W tym celu w rolnictwie wykorzystuje się samoloty oraz drony do mapowania pól. Specjalne oprogramowanie drona pozwala na łączenie wykonach zdjęć danego obszaru i przy użyciu kolorów pozwala na sporządzenie map dla wskaźników np. wegetacji roślin NDVI, czy – GNDVI (Green Normalized Difference Vegetation) wskaźnik „zieloności” roślin lub aktywności fotosyntetycznej.
Znając zasobność w substancje mineralne poszczególnych działek można tak zaplanować i stosować technologię zmiennego dawkowania (VRA) w rolnictwie, że w krótkim okresie czasu znacznie zwiększy się efektywność gospodarstw rolnych z jednoczesną poprawą wskaźników środowiska.
Rolnik mając do dyspozycji aktualne badania swojego gospodarstwa będzie wiedział dokładnie, które tereny wymagają nawożenia i stosowania środków ochrony roślin, a które jeszcze sobie poradzą.
Wdrażając metody precyzyjnego rolnictwa w życie uchroni się całe powierzchnie upraw rolnych przed stosowaniem środków ochrony roślin i nawozów mineralnych, co niewątpliwie przyczyni się do ochrony środowiska w szerszym znaczeniu.
Drony z użyciem kamer multispektralnych są niezwykle przydatne do szacowania szkód w uprawach rolnych i leśnych powstałych w wyniku suszy, powodzi czy innej klęski żywiołowej (pożary).
Informacje pozyskane za pomocą drona mogą także służyć do oszacowania strat powstałych w wyniku żerowania zwierzyny w uprawach rolnych i leśnych oraz mogą być podstawą przy składaniu wniosków o odszkodowanie z ubezpieczenia w przypadku np. terenów zalanych podczas powodzi, zniszczonych na skutek huraganów czy innych klęsk żywiołowych.
Wirtualne zwiedzanie ciekawych i niedostępnych miejsc
Sprzęt wykorzystywany do zdjęć fotogrametrycznych może być wykorzystany do opracowania i przedstawiania w formie multimedialnej tras wycieczkowych, głębin mórz i oceanów, wnętrz galerii, muzeów, ogrodów i parków, sklepów czy innych obiektów użyteczności publicznej, które nie zawsze są udostępniane do publicznego zwiedzania. Odpowiednio przygotowane zdjęcia w/w obiektów pozwalają na zorganizowanie sobie wycieczki bez konieczności fizycznego odwiedzania danego obiektu.
Tego typu wycieczki są szczególnie atrakcyjne przy chęci zwiedzenia miejsc bardzo trudno dostępnych, odległych czy niebezpiecznych, np. stare kopalnie, jaskinie czy kaniony.
Naloty dronem
Fotogrametria przy użyciu dronów jest wykorzystywana do opracowywania ortofotomap oraz numerycznych modeli terenu, które pozwalają na zobrazowanie ukształtowania terenu, jego uwypukleń, wzniesień i spadków oraz innych odkształceń. Wytworzone przy użyciu dronów mapy oraz numeryczne modele terenu mają szczególne zastosowanie w hydrotechnice – wyznaczaniu terenów zalewowych bądź obserwacji postępującej erozji.
Obecnie specjalistyczne firmy geodezyjne oferują innowacyjne metody fotogrametrii z wykorzystaniem dronów do wykonania modeli terenu czy obiektu budowlanego w wersji 3D z zapewnieniem, że uzyskane modele będą ich wiernym i dokładnym odbiciem. Jakość modeli tworzonych w 3D jest porównywalna z dokładnością, jaką uzyskuje się w pracy ze skaningiem laserowym, przy czym wyniki pracy uzyskuje się szybciej, a i cena jest tutaj bardziej atrakcyjna.
W trakcie pracy z dronem należy mieć na uwadze, że fotogrametria niskiego pułapu jest uregulowana ustawowo i każdy lot drona musi być przeprowadzony zgodnie z obowiązującym prawem.
Ortofotomapy, jak również modele 3D, wykonane przy użyciu zdjęć z drona mają szczególne zastosowanie w planowaniu zabudowy – osiedli na obszarach o znacznych powierzchniach oraz przy tworzeniu planów zagospodarowania przestrzennego terenu.
Przygotowanie materiałów promocyjnych dla miast i wsi
Z uwagi na możliwość szybkiego pozyskiwania informacji o danym terenie fotogrametria znalazła zastosowanie w promowaniu się miast i wsi. Przy pomocy fotogrametrii według określonych kryteriów i wymagań tworzy się np. dokumentację zdjęciową pozwalającą na opracowanie dowolnego typu materiałów promocyjnych. Szersze udostępnienie materiałów promocyjnych miast i wsi pozwala na rozwój turystyki danego regionu, co niewątpliwie przekłada się na rozwój danego regionu.
Wykorzystanie fotogrametrii w renowacji zabytków
Z uwagi na precyzję oraz wierne odtworzenie każdego nawet najdrobniejszego szczegółu budowli, pomiary fotogrametryczne znalazły zastosowanie przy inwentaryzacji obiektów zabytkowych, w tym obiektów przeznaczonych do remontu.
Zdjęcia fotogrametryczne pozwalają na szybkie i bezbłędne określenie stanu danego obiektu, jak również umożliwiają szybkie określenie wymiarów, kształtu oraz umiejscowienie w przestrzeni. Uzyskane w trakcie pomiarów fotogrametrycznych obrazy dokładnie odzwierciedlają faktyczny wygląd obiektu i stan techniczny zabytku. Wszystko to dzieje się bezdotykowo, co pozwala na wykonanie pomiarów obiektów będących w bardzo złym stanie. Przeprowadzenie pomiarów bezpośrednich obiektów zabytkowych mogłoby przyczynić się do pogłębienia już i tak nie najlepszego stanu technicznego tych obiektów.
Przeczytaj również: Teledetekcja – zastosowanie w geodezji
Zdjęcie: Unsplash.com
