Licenta Belciu Anca

Anca- Ioana Belciu- Utilizarea tehnologiilor moderne de măsurare aplicate în fotogrammetrie

UNIVERSITATEA DE ȘTIINȚE AGRICOLE ȘI MEDICINĂ VETERINARĂ A BANATULUI ”REGELE MIHAI I AL ROMÂNIEI” DIN TIMIȘOARA

FACULTATEA DE AGRICULTURĂ

SPECIALIZAREA: MĂSURĂTORI TERESTRE ȘI CADASTRU

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ZI

UTILIZAREA TEHNOLOGIILOR MODERNE DE MĂSURARE

APLICATE ÎN FOTOGRAMMETRIE

Absolvent:

Anca- Ioana Belciu

Conducător Științific:

Conf. Dr. Ing. Lucian Dragomir

TIMIȘOARA

2015

1


FIŞA DE APRECIERE A LUCRĂRII DE LICENŢĂ/DISERTAȚIE, PROIECTULUI DE DIPLOMĂ

DE CĂTRE ÎNDRUMĂTORUL ȘTIINȚIFIC

Absolventa: Anca- Ioana Belciu Tema lucrării: " Utilizarea tehnologiilor moderne de măsurare aplicate în fotogrammetrie”Conducător ştiinţific: Conf. Dr. Ing. Lucian Dragomir

Nr. crt.

CRITERIUL CUANTIFICARE NOTA

1. Importanţa/ relevanța temei MEDIA CU ROTUNJIRE A NOTELOR SUBCRITERIILOR a,b,c

10

a) relevanță se acordă o notă fără rotunjire 10

b) noutate se acordă o notă fără rotunjire 9c) originalitate se acordă o notă fără rotunjire 10

2. Conţinutul ştiinţific al lucrării: MEDIA CU ROTUNJIRE A NOTELOR SUBCRITERIILOR a,b,c

10

a) complexitatea documentării se acordă o notă fără rotunjire 9

b) abordarea metodologică se acordă o notă fără rotunjire 10c) aplicabilitate se acordă o notă fără rotunjire 9

3. Elaborarea lucrării: MEDIA CU ROTUNJIRE A NOTELOR SUBCRITERIILOR a,b

10

a) documentare de specialitate se acordă o notă fără rotunjire 9b) coerența redactării se acordă o notă fără rotunjire 10

4. Tehnoredactare: NOTA CU ROTUNJIRE SUBCRITERIULUI a 10 a) esteică şi ţinută grafică se acordă o notă fără rotunjire 9

5. Mod de realizare a documentaţieigrafice:

MEDIA CU ROTUNJIRE A NOTELOR SUBCRITERIILOR a, b, c

10

a) forma si conţinut se acordă o notă fără rotunjire 10b) precizie si standardizare se acordă o notă fără rotunjire 10c) semne convenţionale se acordă o notă fără rotunjire 10

6. Bibliografie: MEDIA CU ROTUNJIRE A NOTELOR SUBCRITERIILOR a, b, c

9

a) actualitate se acordă o notă fără rotunjire 9b) citare în text se acordă o notă fără rotunjire 9c) respectarea normelor ortografice şi de tehnoredactare

se acordă o notă fără rotunjire 9

7. Concluzii: MEDIA CU ROTUNJIRE A NOTELOR SUBCRITERIILOR a, b, c

10

a) realizare pe etape se acordă o notă fără rotunjire 10b) nivel calitativ se acordă o notă fără rotunjire 10c) elemente originale se acordă o notă fără rotunjire 10

Nota finală Media fără rotunjire a notelor criteriilor 1-7 9,60

Concluzii: Propun admiterea/respingerea lucrării de licenţă/disertație, proiectului de diplomă pentru a fi prezentată în faţa comisiei examenului de licenţă. Nota propusă de îndrumător:________________________

CUPRINS

2


CUPRINS........................................................................................................................................1

REZUMAT......................................................................................................................................3

ABSTRACT....................................................................................................................................4

INTRODUCERE.............................................................................................................................5

CAPITOLUL I. STADIUL ACTUAL AL CUNOAȘTERII ÎN DOMENIUL TEHNOLOGIILOR

MODERNE DE MĂSURARE APLICATE ÎN FOTOGRAMMETRIE........................................7

1.1.SCURT ISTORIC..................................................................................................................7

1.2. ROMÂNIA ÎN PAS CU TEHNOLOGIA..........................................................................12

1.3. ELEMENTE DE FOTOGRAMMETRIE ȘI AEROFOTOGRAMMETRIE.....................14

1.4. FOTOGRAMMETRIA UAV. APLICAȚII ALE UAV ÎN FOTOGRAMMETRIE..........18

CAPITOLUL II. MATERIALE ȘI METODE FOLOSITE..........................................................24

2.1. VEHICULUL PLATFORMĂ............................................................................................26

2.2. PROPAGAREA ERORILOR.............................................................................................29

2.3. DESCRIEREA UNUI SISTEM UAV. ELICOPTERUL UAV........................................31

2.4. TEHNOLOGIA LIDAR.....................................................................................................34

2.5. TIPURI DE TEHNOLOGII LiDAR..................................................................................37

2.6. COMPONENTE ALE SISTEMULUI LIDAR..................................................................38

2.7. PRECIZIA SISTEMULUI LiDAR.....................................................................................40

CAPITOLUL III. EFECTUAREA UNEI MĂSURĂTORI UAV ÎN INCINTA CAMPUSULUI

USAMVB TIMIȘOARA...............................................................................................................41

3.1 PREZENTAREA ZONEI....................................................................................................41

3.2. DETALII DESPRE DRONA PTERYX UAV...................................................................43

3.3. DATE TEHNICE ALE DRONEI PTERYX UAV.............................................................44

3.4. TASEU DE ZBOR TIPIC PENTRU UAV........................................................................47

3.5. SUPRAFAȚA, FORMA HĂRȚII ȘI ALTITUDINEA DE ZBOR....................................48

3.6. IMPORTANȚA STABILITĂȚII APARATULUI FOTO..................................................50

3.7. INVENTARUL DE COORDONATE................................................................................51

3.8. CARNETUL DE TEREN...................................................................................................52

CAPITOLUL IV. REZULTATE ȘI DISCUȚII............................................................................57

4.1. PRODUSE REZULTATE....................................................................................................58

4.2. DOCUMENTAȚIA PRIVIND FLUXUL TEHNOLOGIC DE OBȚINERE A

IMAGINILOR ORTOFOTO....................................................................................................62

CONCLUZII ȘI PROPUNERI......................................................................................................63

BIBLIOGRAFIE...........................................................................................................................65

3


CURRICULUM VITAE



4


Anca- Ioana BELCIU, Conf. Dr. Ing. Lucian DRAGOMIR

Universitatea de Științe Agronomice și Medicină Veterinară a Banatului ”Regele Mihai I al

României” din Timișoara, Calea Aradului, nr. 119, e-mail: [email protected]

REZUMATVehiculele aeriene fără pilot (UAV), dotate cu sisteme de navigație și capacitate video,

sunt în curs de utilizare pentru misiuni de inteligența, recunoaștere și supraveghere. O misiune de

interes special implică estimarea şi calculul locației pentru obiectivele detectate de senzorii de la

bord. Combinarea estimărilor UAV cu informații culese de la senzorii de imagine duce la

măsurători de legătură care pot fi folosite pentru a determina locația țintei. Singura problemă de

estimare a aceastei legături 3D este metoda filtrelor neliniare și tradiționale care produc estimări

părtinitoare și nesigure, ceea ce duce uneori la instabilitatea filtrului.

Obiectivul acestei lucrări este de a implementa evoluția pozitivă a măsurătorilor, de a

dezvolta algoritmi de orientare care să permită UAV-ului să își urmeze traiectoria pentru a

diminua erorile care apar în urma unei sesiuni de zbor.

Tehnologia LiDAR(Light Detection and Ranging) se bazează pe culegerea datelor

din teren utilizând radarul cu laser şi procesarea lor în informaţii geospaţiale asupra

scoarţei terestre.

Conceptul de bază constă în determinarea distanţei de la platforma aeriană a

aparatului la suprafaţa urmărită, a unghiului de scanare faţă de verticala locului şi

poziţionarea în sistem WGS 84 a aparatului şi, ulterior, a punctelor reflectate de la

suprafaţa solului.

Pe baza măsurătorilor aero-fotogrammetrice şi prin prelucrarea acestora se disting mai

multe produse, dintre acestea amintim: ortofotograma, ortofotoplanul, reţeaua de sprijin

precum şi planul de situaţie.

CUVINTE CHEIE

UAV, Lidar, măsurători, fotogrammetrie, imagine, teren, laser



5


Anca- Ioana BELCIU, Conf. Dr. Ing. Lucian DRAGOMIR

Banat University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine”Regele Mihai I al

României” from Timișoara, Aradului Path, nr. 119, e-mail: [email protected]

ABSTRACTSmall unmanned aerial vehicles (UAVs), equipped with navigation systems and video

capability, are currently being deployed for intelligence, reconnaissance and surveillance

missions. One particular mission of interest involves computing location estimates for targets

detected by sensors leads to bearing measurements of the target that can be used to determine the

target’s location. This 3D bearings- only estimation problem is nonlinear and traditional filtering

methods produce biased and uncertain estimates, occasionally leading to filter instabilities.

The objective of this work is to implement a positive evolution of the measurements, to

develop guidance algorithms that enable the UAV to fly trajectories that increase the amount of

information provided by the measurements and improve overall estimation observability,

resulting in proper target tracking and an accurate target location estimate.

LIDAR technology (Light Detection and Ranging) is based on field data collection using

laser radar and geospatial information processing in the earth's crust.

The basic concept is to determine the distance from the camera to the surface of the aerial

platform followed, the scanning angle and the position of the plumb line to the WGS-84 system

of the machine and subsequently reflected from the surface of the ground points.

Based on aero-photogrammetric measurements and their processing, there are several

products of these include: ortophotogramm, ortho, support network and plan situation.

KEYWORDS

UAV, LiDAR, measurements, photogrammetric, imagine, land, laser

INTRODUCERE

6


Lucrarea de faţa are ca scop prezentarea tehnologiilor de măsurare în fotogrammetrie

încă de la început şi evoluţia treptată către o nouă metodă, cea a măsurătorilor realizate cu

vehicule aeriene fără pilot (Unmanned Aerial Vehicle- UAV).

Vehiculele aeriene fără pilot, „dronele”, reprezintă cea mai importantă inovaţie din

domeniul militar realizată în ultimii ani. Dacă până de curând dronele erau utilizate doar în

teatrele de război, ele ar putea deveni cât de curând omniprezente. De la agricultură şi arheologie

până la jurnalism, dronele promit să transforme numeroase domenii în deceniile următoare,

marcând o schimbare fără precedent în viaţa noastră de zi cu zi.

O prezentare sintetică a stadiului actual de dezvoltare a fotogrametriei și teledetecției, pe

baza realizărilor cunoscute pâna în prezent, permite aprecierea realistă a posibilităţilor și

limitelor acestui mijloc de investigare. Revista americană de specialitate "Photogrammetric

Engineering and Remote Sensing" definește fotogrametria astfel : "Fotogrametria este arta,

știința si tehnologia de obținere a informațiilor sigure despre obiectele fizice și mediul

înconjurător prin prelucrarea înregistrărilor , măsurarea și interpretarea imaginilor fotografice, a

modelelor de energie radiantă electromagnetică si alte fenomene".

O aplicație convențională a fotogrametriei este elaborarea de hărți topografice cu curbe

de nivel, bazate pe măsurători și informații obținute de pe fotografii aeriene si spațiale cu

instrumente analogice optice și/sau calculatoare analitice. In mod similar, principiile topografice

de măsurători de precizie sunt aplicate în fotogrametria la mică distanță pentru reprezentarea

obiectelor a căror studiere pe alte căi întâmpină dificultăţi pentru înregistrarea deformaţiilor

măsurabile in modelele inginereşti, pentru studierea medicală a formelor de viată.

Lucrarea este structurată pe patru capitole, după cum urmează:

Capitolul I, denumit Stadiul actual al cunoașterii în domeniul tehnologiilor moderne de

măsurare aplicate în fotogrammetrie, cuprinde patru subcapitole care prezintă detaliat istoria și

evoluția fotogrammetriei. În acest capitol aflăm că ridicările fotogrammetrice datează de la

mijlocul secolului trecut, acestea fiind condiționate de apariția și dezvoltarea fotogrammelor.

În 1858 Gaspar Felix Tournachon vine cu ideea folosirii fotografiilor aeriene ale

suprafeței terestre, obținând astfel prima fotografie aeriană dintr-un balon, la înălțimea de 80 de

metri deasupra Parisului, dând astfel startul unei noi ere în obținerea măsurătorilor.

În țara noastră, între anii 1910- 1914 au fost realizate primele experimente de ridicări

aerofotogrammetrice, urmând ca în 1916 să fie realizată prima ridicare aerofotogrammetrică

asupra unui cartier din București, folosind o camera fotografică simplă, din lemn.

7


Capitolul al II- lea, numit Material și metode, cuprinde șase subacapitole care fac referire

la efectuarea măsurătorilor cu ajutorul dronelor, erori care apar în timpul zborului și despre

impementarea tehnologiei LiDAR în fotogrammetrie.

Dronele sau vehiculele aeriene fără pilot au luat cu asalt piața, oferind cumpărătorului

posibilitatea de a efectua măsurători chiar și în zonele greu accesibile.

Micile vehicule aeriene fără pilot avute în vedere sunt echipate cu sisteme de

navigație rudimentare care implică un grad scăzut de senzori inerțiali si receptoare

GPS. Ele au, de asemenea la bord senzori de imagine (atât IR și EO), actuatori

controlabili (lifturi și cârme), și capabilitatea de prelucrare și de comunicare la baza

bordului.

Erorile de orientare ale vehiculului se proporționează cu distanța relativă către țintă și se

produc erori de estimare mari pentru măsurătorile efectuate de departe. Imaginea țintei luată la

momentul de măsurare corespunzător poate fi prelucrată pentru a extrage locația pixelată a

centrului de greutate al obiectivului.

Tehnologia LiDAR(Light Detection and Ranging), pe de altă parte, se bazează pe

culegerea datelor din teren utilizând radarul cu laser şi procesarea lor în informaţii

geospaţiale asupra scoarţei terestre. Practic, tehnologia presupune scanarea unei

suprafeţe cu ajutorul undelor laser asemănătoare cu detecţia radar dar cu deosebirea că,

în locul undelor radio, se folosesc cele luminoase.

În capitolul III, denumit Efectuarea unei măsurători UAV în incinta USAMVB

Timișoara, este prezentată detaliat efectuare unei măsurători utilizând cea mai nouă tehnologie

de măsurare, cea a UAV- urilor. Capitolul cuprinde opt subcapitole, prezentându-se atât zona în

care s-a defășurat măsurătoarea cât și tipul de dronă folosită.

Efectuarea măsurătorilor cu ajutorul dronei Pteryx UAV a făcut posibilă cunoașterea unui

nou mod de lucru mult mai rapid și eficient. GPS-ul montat pe drona Pteryx UAV utilizează date

ionosferice de corectare a transmisiunii, deja existente precum WAAS, MSAS si EGNOS, care

sunt transmise prin satelit.

Al IV-lea capitol al lucrării, denumit Rezultate și discuții , oferă viziunea per ansamblu a

întregii lucrări, aducând anumite discuții în calcul, legate de efectuare măsurătrilor și rezultatele

care apar în urma unei astfel de măsurători.

8


CAPITOLUL I. STADIUL ACTUAL AL CUNOAȘTERII ÎN DOMENIUL

TEHNOLOGIILOR MODERNE DE MĂSURARE APLICATE ÎN

FOTOGRAMMETRIE

1.1.SCURT ISTORIC

Între anii 1480 – 1492 , Leonardo da Vinci a introdus noţiunile de proiecţie şi

perspectivă centrală. În 1525, Albrecht Durer şi mai târziu în 1759 Johan Heinrich Lambert

au continuat munca lui Leonardo dezvoltând principiile matematice ale imaginii

perspective preluate dintr-un punct din spatiu.

Primele ridicări fotogrammetrice datează de la mijlocul secolului trecut, fiind

condiţionate de apariţia şi dezvoltarea fotografiei.

Odată cu publicarea, în 1851, de către Skott Archer a modului de obţinere a

imaginii fotografice prin procedeul coloidului umed (stratul fotosensibil se prepară şi se

întinde pe placa de sticlă înainte de fotografiere, iar expunerea şi developarea se face în

timpul cât stratul sensibil este umed) s-a deschis posibilitatea de aplicare a fotografiei în

numeroase ramuri ale ştiinţei şi tehnicii, inclusiv în domeniul măsurătorilor terestre.

Relaţia dintre geometria proiectivă şi fotogrammetrie a fost dezvoltată de R. Sturms

şi Guido Hauck în anul 1883 în Germania. Legile perspectivei fotogrammetrice ale lui Hauck

sunt prezentate în imaginea următoare.

Figura 1.1 Legile perspectivei fotogrammetrice ale lui Hauck

9


La început s-au făcut experienţe pentru aplicarea fotografiei la ridicări terestre cu

fototeodolitul, iar după aceea la ridicări fotoaeriene. Inginerul militar francez Aimé Laussedat

este primul care în 1851 a folosit un aparat fotografic anume construit (fototeodolit),

făcând experienţe de folosire a fotografiei în scopuri topografice, folosind o nouă metodă de

ridicare terestră pe care a denunit-o"metrofotografie". Aimé Laussedat este considerat părintele

fotogrammetriei, existând chiar şi o medalie care îi poartă numele.

Figura 1.2. Medalia cu portretul lui Aimé Laussedat

Primul care a venit cu ideea folosirii fotografiilor aeriene ale suprafeţei terestre în

scopuri topografice a fost fotograful francez Gaspar Felix Tournachon, denumit şi Nadar, care

în anul 1858 obţine prima fotografie aeriană dintr-un balon captiv de la înălţimea de 80 de

metri deasupra Parisului (imaginea de mai jos).

Figura 1.3. Gaspar Felox Tournachon deasupra Parisului

10


Folosirea acestui procedeu în aer s-a dovedit mai complicată decât pe pământ şi de

aceea dezvoltarea aerofotogrammetriei s-a produs abia după o jumătate de secol.

În timp se dezvoltă tehnicile şi tehnologiile fotografice atât pe linia fixării

imaginii cât şi a opticii fotografice.

În 1871 se descoperă metoda de fabricaţie a emulsiei sensibile cu strat uscat de

bromură de argint şi gelatină. Aceasta putea fi folosită pentru fotografii instantanee şi nu

necesita o expunere îndelungată, lucru important în cazul fotografiei aeriene.

În 1887 - 1889 s-au crerat posibilităţi ca suportul emulsiei să nu mai fie sticla ci

peliculele de celuloid, cu impact direct asupra dezvoltării fotografiei aeriene şi a

aerofotogrammetriei.

La sfârşitul secolului XIX s-au construit camere fotografice multiple de preluare a

fotografiilor aeriene din baloane dirijabile denumite panoramograf printre care cele construite

de Thiele, Cailletet şi Tribaule, Scheimpflung, Templer etc.

Cu toate experienţele izolate, mai mult sau mai puţin reuşite, aerofotografierea nu s-a

dezvoltat până la apariţia avionului, care a permis transportul rapid, comod şi ieftin a camerei

fotoaeriene deasupra suprafeţei de ridicat.

Dezvoltarea aviaţiei în deceniul 2 al secolului XX a dus la succese în

aerofotogrammetrie. Experimentările în folosirea avionului la ridicări fotoaeriene încep

înainte de primul război mondial, când este folosită fotografia aeriană în operaţiunile

militare de recunoaştere.

După primul război mondial metodele de ridicare fotoaeriană se extind continuu.

Folosirea avionului a impus folosirea unui timp de expunere mic.

Aceasta a impus la rândul său construirea unor obiectivi cu luminozitate mare, lipsiţi pe

cât posibil de distorsie, cu obturatoare care să funcţioneze rapid şi sigur, precum şi a unor

dispozitive mecanice de acţionare a camerei în timpul lucrului.

Dintre principalele camere aeriene construite şi folosite, cele mai importante sunt

RMK, MRB (Germania), RC-5 (Elveţia), AFA (U.R.S.S.), Santoni (Italia), T 11 (S.U.A.) şi

SOM (Franţa). Aceste aparate construite în prezent în variante moderne, reflectă orientarea

către folosirea tehnicilor şi tehnologiilor moderne digitale pentru determinarea pe cale

automată a datelor necesare prelucrării fotogramelor, precum şi realizarea unor mecanisme

automate de transmisie şi comandă.

În ţara noastră, dezvoltarea ridicărilor aerofotogrammetrice este legată de

apariţia aviaţiei. Între anii 1910 - 1914 s-au făcut experimentări ale fotografiei din avion

folosind avioanele construite în ţara noastră şi cele cumpărate din străinătate. Pregătirile

11


pentru primul război mondial orientează şi fotografia aeriană pentru folosirea în scopuri

militare.

Astfel primele lucrări de ridicare fotoaeriană din avion s-au făcut în aprilie 1916, de către

serviciul fotoaerian creat în cadrul flotilei de aviaţie de la Cotroceni, utilizând la început camere

fotoaeriene simple, construite din lemn, de formatul 9x12 cm.

În august 1916 acest serviciu s-a dezvoltat prin înfiinţarea a 6 secţii fotoaeriene afectate

escadrilelor de aviaţie care erau dislocate la Tâlmaci, Braşov, Murfatlar, Piatra Neamţ,

Cotroceni şi una mobilă. La început nu s-au obţinut rezultate notabile datorită lipsei de

experienţă. Ulterior, în timpul refacerii trupelor din Moldova, s-au adus aparate şi

materiale fotografice noi, precum şi un laborator cu care au fost înzestrate secţiile fotoaeriene.

S-a început o activitate intensă al cărei randament a fost apreciat în luptele de la

Mărăşeşti, când s-au cunoscut înainte de începerea luptelor tipul şi felul organizării inamice.

În timpul Primului Război Mondial, Serviciul Geografic al Armatei şi celelalte secţii

fotoaeriene trimiteau pe front hărţile topografice completate cu date despre inamic

folosind în acest scop fotografiile aeriene.

În urma experienţei căpătate, ofiţerii în rezervă (ingineri silvici) Aurel

Cernătescu şi Victor Ivănceanu întocmesc în 1918 un "Studiu asupra restituirii

fotografiilor aeriene" în care se prezentau mijloacele folosite în exploatarea

conţinutului fotografiilor aeriene.

Prin conferinţe şi publicaţii este propagată ideea aplicării ridicărilor fotoaeriene în

întocmirea de planuri şi hărţi.

În unele instituţii superioare de învăţământ sunt introduse noţiuni de fotografie aeriană.

În mod sporadic s-au făcut încercări de aplicare a ridicărilor fotoaeriene şi în scopuri

civile. Astfel în 1924 s-a creat o "Diviziune de cadastru aerian" pe lângă Direcţiunea

Aviaţiei Civile, care pentru prima dată în ţara noastră utilizează fotografia aeriană în lucrări de

măsurători terestre pentru nevoi civile. Primele lucrări ale acestui serviciu au fost

executarea unor fotoasamblaje pentru întocmirea planului de sistematizare a oraşelor

Bacău şi Curtea de Argeş.

Aceiaşi specialişti au executat ulterior planul fotografic al Aeroportului Băneasa, prima

lucrare la noi în ţară întocmită pe baza premarcajului pe tren a punctelor de triangulaţie şi

a reperilor fotogrammetrici.

Publicaţiile de specialitate care apar în perioada 1924 - 1926 sunt:

Metrofotografia, Studiul fotografiei aeriene, Stereoscopia şi aerofotografia de cpt. Gonta

Constantin şi Fotografia aeriană a locotenentului aviator Iacobescu Gheorghe.

12


În anul 1926 a avut loc la Berlin al doilea congres al Societăţii Internaţionale de

Fotogrammetrie la care au participat şi delegaţi din România. Congrasul I a avut loc în 1913 la

Viena, unde se fondase în anul 1907 prima "Societate Naţională de Fotogrammetrie".

Raportul făcut de delegaţi conducerii armatei a atras atenţia asupra diverselor

aplicaţii ale aerofotogrammetriei şi al avantajelor pe care le prezintă, mai ales în

actualizarea hărţii.

În anul 1929 s-a înfiinţat o secţie fotogrammetrică pe lângă Direcţia Superioară a

Aeronauticii şi o secţie fotogrammetrică pe lângă Direcţia Cadastrului Minier. Personalul

angajat a fost pregătit teoretic şi practic pentru lucrări de restituţie timp de un an de către

specialişti aduşi din străinătate, iar după aceea o parte din ingineri au fost trimişi în străinătate

pentru perfecţionare la Dresda, Berlin, şi Jena (Zeiss).

Secţiile de fotogrammetrie din cadrul Direcţiei Cadastrului Minier şi din cadrul

Direcţiei Aeronauticii au executat în perioada 1929 - 1937 o serie de lucrări care au

demonstrat avantajele metodei.

După 1950, cerinţele impuse iniţial de aderarea la Tratatul de la Varşovia şi apoi de

cooperativizarea agriculturii şi ulterior de industrializarera socialistă au impus întocmirea

într-un timp scurt a unui mare volum de ridicări topografice.

Această situaţie a ridicat în mod serios problema creării de noi sectoare

fotogrammetrice şi înzestrearea acestora cu aparatură modernă de înaltă productivitate.

Fostul "Institut Geografic Militar" s-a transformat în "Direcţia Topografică

Militară" în cadrul căreia a luat fiinţă o unitate aerofotogrammetrică. Pentru zbor s-a înfiinţat

"detaşamentul aerofotogrammetric", care a reuşit ca într-un timp scurt să execute

aerofotografierea întregului teritoriu al ţării la diferite scări, pentru realizarea hărţilor şi

planurilor de localităţi şi ulterior pentru actualizarea periodică a acestora.

De remarcat aerofotografierile executate în perioada 1950 - 1952 pentru întocmirea şi

actualizarea hărţii ţării la scara 1:25.000, din perioada 1959 - 1962 pentru întocmirea hărţii de

bază la scara 1:50.000, şi din perioada 1970 - 1974 pentru întocmirea hărţii de bază la

scara 1:25.000.

Începând cu 1980 s-au executat aerofotografieri pentru realizarea planurilor

localităţilor la scara 1:5.000 şi 1:10.000 şi din 1985 pentru actualizarea periodică, la interval

de 5 ani, a hărţii de bază la scara 1:50.000 pe întreg teritoriul ţării.

În anul 1997, în conformitate cu prevederile Legii cadastrului si publicitatii imobiliare

nr.7/1996, s-a infiintat Oficiul National de Cadastru, Geodezie si Cartografie

(ONCGC), institutie publica in subordinea Guvernului Romaniei sub directa

13


coordonare a Primului Ministru, care îndruma, controleaza si realizeaza activitatea de

geodezie, fotogrammetrie, teledetectie, cartografie si cadastru la nivelul intregii tari. In

subordinea Oficiului National de Cadastru, Geodezie si Cartografie functioneaza

Institutul de Geodezie, Fotogrammetrie, Cartografie si Cadastru precum si 42 Oficii de

Cadastru, Geodezie si Cartografie judetene si cel al municipiului Bucuresti.

În 2002 - ONCGC trece in subordinea Ministerului Administratiei si Internelor iar din 2004 se

infiinteaza Agentia Nationala de Cadastru si Publicitate Imobiliara (ANCPI) prin

reorganizarea ONCGC si preluarea activitatii de publicitate imobiliara de la Ministerul

Justitiei.

1.2. ROMÂNIA ÎN PAS CU TEHNOLOGIA

Măsurătorile topografice ofereau, în urmă cu ani de zile, informaţii legate doar de

suprafaţa, vecinătăţile şi deschiderile unui teren. În prezent, tehnologia permite obţinerea unor

date complexe, în format digital, accesibile tuturor categoriilor de proprietari sau clienţi. Iar

întregul proces depinde de un aparat ce pare a fi o simplă jucărie.

Figura 1.4. Model de dronă

Tehnologia actuală oferă noi oportunităţi proprietarilor de terenuri sau clienţilor interesaţi

de achiziţie: cu ajutorul ortofotoplanurilor, aceştia pot obţine informaţii clare şi obiective despre

o anumită zonă. Nu oricine putea avea acces la astfel de date până acum, procedurile fiind

extrem de costisitoare, deoarece metodele clasice implicau zborul de avioane încărcate cu

echipament de fotogrametrie sofisticat. Din cauza costurilor, materiale de acest tip erau

disponibile doar marilor companii sau instituţiilor cu bugete generoase.

14

http://media.imopedia.ro/stiri-imobiliare/interbelicul-perioada-favorita-a-capitalei-poate-fi-admirat-cu-ajutorul-unei-aplicatii-unice-in-lume-20997.html%20


Ortofotoplanurile, sau hărţi foto, ce prezintă detaliat situaţia unui teren sunt adesea

confundate cu clasicele imagini aeriene, însă specialiştii atrag atenţia că este o mare diferenţă

între cele două: ortofotoplanul este o hartă, iar în orice punct am privi, imaginea este perfect

perpendiculară, datorită softului ce corectează fiecare imagine (proces numit orto corecţie). În

schimb, pe o imagine aeriană nu s-ar putea face măsurători, iar imaginea nu este perpendiculară

în orice punct, astfel că vom vedea şi clădiri din lateral.

„Ortofotoplanurile sunt hărţi foto cu un avantaj major: prezintă situaţia din teren din

momentul prezent. Cu ajutorul sistemului nostru, putem produce ortofotoplanuri şi modele

digitale de elevaţie, acestea din urmă fiind reprezentarea digitală a topografiei terenului – practic,

fiecare pixel conţine o coordonată în trei dimensiuni. Pe ortofotoplanuri poţi măsura cu precizie

coordonatele, suprafeţele, distanţele, perimetrele şi unghiurile (practic, orice măsurătoare în două

dimensiuni), iar pe modelul digital de elevaţie (DEM), poţi măsura înălţimi, volume, pante,

profile de teren (terenul în secţiune), linii de contur”(Lucian Vuicin, 2013).

Astfel de măsurători oferă informaţii valoroase şi eficientizează activitatea celor care au

nevoie de planuri detaliate ale unei anumite zone, fiind utile în nenumărate domenii, de la

arhitectură şi construcţii, până la agricultură, transporturi sau turism. În timp ce companiile din

mediul privat se folosesc de tehnologiile prezentului, autorităţile de la noi sunt încă reticente şi

continuă să aloce un buget similar unor sisteme de vechi de zeci de ani.

Întregul proces de preluare de datelor pare desprins dintr-un film SF al secolului trecut.

Ceea ce în urmă cu câteva decenii părea o idee fantezistă, astăzi este o realitate cotidiană:

măsurătorile se realizează cu ajutorul unui aparat de zbor fără echipaj uman, denumit „dronă”, ce

se deplasează autonom, conform unui plan de zbor prestabilit. Pentru o acurateţe centimetrică,

înaintea zborului pe zona ţintă se stabilesc nişte puncte de control, măsurate cu aparatură topo,

care apoi se marchează. Aceste markere trebuie să apară în imagini pentru ca, în faza de

procesare, coordonatele acestora se declară softului ca şi etalon, explică specialiştii.

Se determină zona ţintă şi se creează planul de zbor, care se încarcă în autopilot

În timpul zborului, drona capturează imagini care se suprapun 70% una peste cealaltă şi

înregistrează poziţia geografică a fiecărei capturi

După aterizare, se downloadează imaginile şi datele din autopilot, după care se corelează, cu

ajutorul unui soft de pre-procesare

Procesarea imaginilor se face cu ajutorul unor programe de ultimă generaţie şi implică trei paşi

importanţi: alinierea imaginilor cu ajutorul punctelor comune între acestea (rezultatul fiind un

nor de puncte); reconstrucţia geometrică prin care se calculează poziţia tri-dimensională a

15


fiecărui punct (rezultatul fiind un model tri-dimensional); exportarea rezultatelor în formate

compatibile cu softurile de analiză/proiectare

Sistemul este eficient pentru suprafeţele sub 100 kmp şi, fiind de înaltă rezoluţie, oferă o

calitate inaccesibilă pe piaţa civilă, până acum. Beneficiile incontestabile ale acestei metode de

măsurare sunt date de calitatea şi cantitatea datelor topografie, precum şi înalta rezoluţie a hărţii

foto. Cu metodele de măsurare topo clasice, pentru a obţine astfel de cantitate şi calitate de date

(dar fără imagini) pentru 1 kilometru pătrat, ar fi nevoie ca staţia GPS să fie pusă în aproximativ

10 milioane puncte, ceea ce este imposibil, subliniază specialiştii.

1.3. ELEMENTE DE FOTOGRAMMETRIE ȘI AEROFOTOGRAMMETRIE

O prezentare sintetică a stadiului actual de dezvoltare a fotogrammetriei si teledetecţiei,

pe baza realizărilor cunoscute până în prezent, permite aprecierea realistă a posibilităţilor şi

limitelor acestui mijloc de investigare. Revista americană de specialitate, denumită

„ Photogrammetric Engineering and Remote Sensing’’ defineşte fotogrammetria astfel:

„ Fotogrammetria este arta, ştiinţa şi tehnologia de obţinere a informaţiilor sigure despre obiecte

fizice si mediul înconjurător prin prelucrarea înregistrărilor, măsurarea şi interpretarea imaginilor

fotografice, a metodelor de energie radiantă electromagnetică şi alte fenomene’’.

O teorie mai generalistă a fotogrammetriei spune că aceasta este ştiinţa care se ocupă cu

obţinerea darelor de bază sub forma fotogramelor, recunoaşterea şi identificarea înregistrărilor

obiectelor, determinarea formei si dimensiunilor acestora şi materializarea rezultatelor sub formă

analogică, dar şi sub formă digitală.

În mare parte, obiectivul fotogrammetriei este acela de a studia proprietăţile geometrice şi

fizice ale reprezentărilor metrice, cu ajutorul fotogramelor exploatate separat sau în cuple

stereoscopice, denumite streograme.

Scopul fotogrametriei este efectuarea determinărilor metrice riguroase, în plan şi spaţiu,

asupra unui obiect oarecare, cum ar fi suprafaţa Pământului , un fenomen meteorologic sau

morfologic, o construcţie sau un element al construcţiei supus deformării, folosind înregistrările

acestora.

O aplicaţie convenţională a fotogrammetriei este elaborarea de hărţi topografice cu curbe

de nivel, bazate pe măsurători şi informaţii obţinute de pe fotografii aeriene şi spaţiale cu

instrumente analogice optice, dar şi cu calculatoare analitice.

Fotograma este o fotografie specială (metrică) pe care se pot executa măsurători

de precizie. Ea este aptă pentru măsurători şi reconstituiri, atunci cînd se cunosc elementele

16


funcţie de care se poate reconstitui fasciculul de raze (din spaţiul obiect) ce a dat imaginea.

Aceste elemente ce definesc poziţia fotogramei faţă de centrul ei de

perspectivă, se numesc elemente de orientare interioară. Ele sunt:

- distanţa principală, numită şi constanta camerei, adică distanţa de la centrul de proiecţie

O la planul imaginii (fotogramei);

- punctul principal H, adică proiecţia centrului de perspectivă O pe planul fotogramei.

Pentru o perfectă cunoaştere a perspectivei este necesar să se cunoască şi

distorsiunile (curba), însă din punct de vedere practic acestea sunt eliminate în procesul de

prelucrare a imaginilor fotogrammetrice.

Din punct de vedere practic, distanţa principală se asimilează cu distanţa focală F,

iar punctul principal cu punctul mijlociu M ce se găseşte la intersecţia indicilor de referinţă

(simetrici) h h' şi v v' ai fotogramei ce se pot găsi la mijlocul laturilor (figura 9) sau la colţuri.

Figura 1.5. Fotograma

Fotointerpretarea constă în indentificarea pe fotodocumente a elementelor şi

fenomenelor referitoare la teren (elemente topografice,planimetrie, de relief, vegetaţie,

hidrografie, etc.). Procesul de studiere şi de culegere a informaţiilor necesare identificând

diferitele caracteristici artificiale şi naturale, este numit fotointerpretare. Fotointerpretarea

este stiinţa localizării, descrierii, si determinării obiectelor dintr-o imagine fotografică.

Spre deosebire de o harta, trăsăturile de pe o fotografie aeriană nu sunt

17


generalizate sau reprezentate prin simboluri. Aerofotogramele înregistrează toate

caracteristicile vizibile pe suprafaţa Pământului dintr-o perspectivă globală.

Deşi caracteristicile spaţiului obiect sunt vizibile, ele nu sunt întotdeauna uşor de

identificat. Cu o interpretare atentă, aerofotogramele sunt o excelenta sursa de date spaţiale

pentru studiul mediului înconjurător.

Factorii importanţi la identificarea unor trăsături sunt: forma, modelul (pattern),

mărimea, culoarea sau tonul, umbra, textura, asocierea, timpul şi perspectiva

stereoscopică.

Forma unui obiect pe o fotografie aeriană, ajută la identificarea obiectului. Formele

uniforme regulate adesea indică o intervenţie umană. Modelul este similar cu forma, aranjarea

spaţială a obiectelor (de exemplu rândul de culturi faţă de păşune) este de asemenea util

pentru a identificarea unui obiect şi a utilizării lui. Mărimea este o măsură a suprafeţei

obiectului. Caracteristicile culorii unui obiect faţă de alte obiecte pe fotogramă (spre

exemplu nisipul are un ton deschis strălucitor, în timp ce apa, de obicei, are un ton

închis). O umbră furnizează informaţii despre înălţimea obiectului, forma şi orientarea.

Textura furnizează informaţii despre caracteristicile fizice ale obiectului, etc.

Figura 1.6. Model de fotointerpretare

Fotointerpretarea se intemeiază pe studiul caractersiticilor imaginii

fotografice. In mod curent acestea sunt cuprinse in două mari grupe : caracteristici calitative si

caracteristici cantitative. Cele calitative sunt acelea care nu se masoară in sens uzual al

cuvantului, dar pot fi evaluate subiectiv: textura, modelul, tonul si forma. Fotointerpretarea

18


calitativă poate fi ajutată cu chei, teste, şi ghizi. Caracterisitcile cantitative sunt

acelea care pot fi măsurate in acceptiunea largă a cuvântului ca: suprafeţe, distanţe,

unghiuri verticale sau orizontale, înălţimi şi diametre de coroane ca şi gradul de acoperire a

terenului.

Aceste caracteristici pot fi bine valorificate in procesul de fotointerpretare dacă se cunosc

foarte bine obiectele de fotointerpretat si însuşirile lor, felul cum apar in imagine ,dacă

imaginea este redată la o scară convenabilă şi este de bună calitate (pot fi sesizate şi detaliile

,eventual şi culorile) şi dacă imaginile se examinează şi stereoscopic, când perceptia formelor

poate fi hotărâtoare.

Ridicarea fotogrammetrică începe cu proiectarea.

Proiectantul trebuie să cunoască suprafaţa de ridicat care se delimitează pe o hartă la

scara 1:100 000 sau 1:50 000 (în general la o scară 2:1 faţă de scara la care urmează a se

realiza planul sau harta prin metode aerofotogrammetrice). Totodată trebuie să cunoască

scopul ridicării, modul de exploatare a fotogramelor şi precizia de atins pentru a se putea

întocmi proiectul de aerofotografiere care trebuie să precizeze: camera fotogrammetrică

(distanţa focală, formatul fotogramelor), scara fotogramelor (este funcţie de natura

rezultatului, scara planului, performanţele ansamblului camera-film-aparate de exploatare

şi precizia ce se urmăreşte), înălţimea de zbor deasupra terenului (se calculează funcţie

de distanţa focală f a camerei şi scara fotogramelor), traseele de zbor trasate pe hartă ( distanţa

dintre ele se ia cu cca. 66 % din L pentru a se asigura o acoperire transversală între benzi de

33 %), acoperirea longitudinală a fotogramelor, adică în lungul benzii (se ia 33% pentru

exploatarea fotogramelor pe cuple independente şi de 66% pentru stereorestituţie),

bineînţeles natura filmului (pancromatic pentru scopuri metrice obişnuite) şi timpul de

expunere maxim pentru ca în condiţiile date (viteza de zbor) să nu se producă trenarea imaginii.

După efectuarea zborului se developeanză filmul, se usucă şi se fac copiile fotografice

pozitive pe hârtie, cu ajutorul cărora se întocmeşte un mozaic, adică fotogramele sunt

suprapuse după detalii. Pe mozaic se constată dacă s-au obţinut acoperirile longitudinale

şi transversale proiectate şi dacă întreaga suprafaţă a fost acoperită.

Totodată se verifică calitatea negativelor, claritatea imaginilor, se

concluzionează asupra eventualelor completări şi calea pe care vor fi realizate.

Urmează proiectarea punctelor de reperaj fotogrammetric şi determinarea acestora pe cale

topografică, la teren. În general sunt necesare minim patru puncte pe fiecare fotogramă,

respectiv stereogramă, care să fie bine identificabile pe teren şi fotograme,

pentru a permite transformarea din sistemul fotogrammetric în sistemul geodezic.

19


Cu ocazia executării reperajului la teren se execută şi completarea

fotointerpretării sau se execută descifrarea completă a fotogramelor, folosind atlasul de

semne convenţionale al hărţii la care urmează a se realiza planul.

Urmează lucrările de aerotriangulaţie şi apoi lucrările de restituţie,

obţinându-se în final planul (harta) topografică prin mijloace fotogrammetrice.

1.4. FOTOGRAMMETRIA UAV. APLICAȚII ALE UAV ÎN FOTOGRAMMETRIE

Fotogrammetria UAV este o metodă alternativă la fotogrametria clasică, ce se ocupă cu

înregistrarea aeriană cu ajutorul unei drone a datelor terestre de la înălțimi mici și mijlocii. Cu

ajutorul tehnologiei UAV se pot obține date pe o suprafață mare în timp scurt, inclusiv asupra

suprafețelor greu accesibile sau imposibil de accesat terestru, în condiții de siguranță.

Produsele realizate cu tehnologia UAV sunt: planuri topografice cu curbe de nivel,

calculul volumelor, studii cadastrale, diverse hărți tematice, evaluarea suprafețelor cultivate,

verificarea integrității utilajelor sau instalatiilor aflate în zone greu accesibile sau la inaltimi

mari.

Numele UAV acoperă toate vehiculele, care zboară în aer fără nici o persoana la bord cu

capacitatea de control al aeronavei. Acest termen este folosit în mod obișnuit în informatică și

comunități de inteligență artificială, dar termeni precum Vehicul pilotat prin telecomandă

(RPV), Aeronave Operate de la distanță (ROA), elicopter controlat de la distanță (RC-elicopter),

Sisteme de vehicule fără pilot (UVS) și elicopterul modelul sunt adesea folosite, de asemenea.

Cele RC- și elicopterele model sunt clar definite de Asociația Internațională a Vehiculelor fără

Echipaj, ca mini, UAV cu rază scurtă și medie în funcție de mărimea lor, rezistenţă, rază de

acțiune și altitudinea de zbor. UAV-uri ca Pegasus (Everaerts, 2004) sunt descrise ca UAV –uri

cu rezistenţă îndelungată.

Tabelul 1.1. Extract de categorii de UAV definite de UVS International

Numele

categoriei

Masa

[kg]

Distanța

[km]

Înălțimea de zbor

[m]

Rezistența

[ore]

Micro <5 <10 250 1

Mini <25/30/150 <10 150/250/300 <2

Distanță

apropiată

25-150 10-30 3000 2-4

Distanță medie 50-250 30-70 3000 3-6

Altitudine mare, >250 >70 >3000 >6

20


rezistență

îndelungată

În categoria Mini UAV numerele depind de domeniul de aplicare al diferitelor țări.

Dezvoltarea vehiculelor aeriene fără pilot a fost motivată puternic de aplicațiile militare.

După al doilea război mondial, unele națiuni au fost căutate pentru vehiculele aeriene, care aveau

capacitatea de supraveghere, recunoaștere și de penetrare a terenului ostil, fără detaşarea ființelor

umane în zonele de risc ridicat. Cerințele tehnice pot fi definite prin autonomie de decolare, de

zbor și de aterizare (Eck, 2001).

Przybilla și Wester-Ebbinghaus 1979 au făcut primele experimente cu vehicule aeriene

fără pilot în aplicații fotogrametrice. Pentru zborurile de imagine într-o scară de 1: 1000 sau mai

mult, cu o viteză de declanșare de 1/1000 s, viteza avionului a fost prea mare pentru a obține

mișcarea acceptabilă a imaginii. La acea vreme, rezultatele nu au fost suficiente, din cauza

vibrațiilor provocate de rotor care a dus la mișcarea imaginii.

Primele teste realizate cu ajutorul unui model de avion au fost realizate de compania

Hegi. Avionul a fost de 3 m lungime și a avut o lungime de aripa de 2,6 m. Avionul ar putea

transporta o sarcină utilă de maxim 3 kg. Echipamente de navigație de la Lindhof Technika au

fost folosite pentru a naviga avionul.

Figura 1.7. Model de avion al firmei Hegi, Przybilla. 1979

În 1980, Wester-Ebbinghaus a utilizat prima dată un model de elicopter în scopuri

fotogrametrice. Elicopterul a fost un model de la Schlueter Bell 222, cu o sarcină utilă maximă

de 3 kg. Pereți din polistiren au fost instalati, pentru a suprima eficienţa de strângere, pe elicopter

21


pentru a compensa vibrațiile. Camere de format mediu, cum ar fi o SLX Rolleiflex sau

Hasselblad MK 20 ar putea fi montate pe sistemul de elicopter. Pentru operarea de zbor, au fost

necesare un pilot și un navigator. Pilotul a controlat decolarea, aterizarea și zborul. Navigatorul

avea de controlat altitudinea și de activat declanșatorul camerei prin intermediul link-ului de

radio.Elicopterul a avut un interval de înălțime de la 10 m și 100 m și înălțimea prezisă poate fi

menținută între 90%, folosind același echipament de navigație ca modelul avionului.

Vehiculele aeriene fără pilot (UAV), dotate cu sisteme de navigație și capacitate video,

sunt în curs de utilizare pentru misiuni de inteligența, recunoaștere și supraveghere. O misiune de

interes special implică estimarea şi calculul locației pentru obiectivele detectate de senzorii de la

bord. Combinarea estimărilor UAV cu informații culese de la senzorii de imagine duce la

măsurători de legătură care pot fi folosite pentru a determina locația țintei. Singura problem de

estimare a aceastei legături 3D este metoda filtrelor neliniare și tradiționale care produc estimări

părtinitoare și nesigure, ceea ce duce uneori la instabilitatea filtrului. Selecție atentă a locațiilor

de măsurare îmbunătățește performanța filtrului , motivează dezvoltarea traiectoriei UAV care

minimizează eroarea de estimare a locației țintă, și de a îmbunătăți convergența filtrului.

Principala aplicație a UAV-uri ar putea fi definită prin observație, întreținere,

supraveghere, monitorizare, teledetecție și sarcinile de securitate.

Nimeni nu știe ce sisteme există deja pentru aplicatii fotogrametrice, prin urmare, o

privire de ansamblu despre proiectele recente vor fi afișate.

În ultimii ani, tot mai multe aplicații ale sistemelor UAV în fotogrametrie au devenit

comune. Această evoluție poate fi explicată prin răspândirea combinaţiei low-cost a sistemelor

de GPS/ INS, care sunt necesare pentru a naviga un elicopter cu mare precizie către punctele de

achiziție prezise. Unele sisteme sunt utilizate fără sisteme GPS / INS, mai ales pentru capturarea

acoperisurilor pentru combinarea cu măsurătorile terestre. Pentru aplicațiile care utilizează numai

UAV-uri și pentru reducerea numărului de puncte de control, poziționarea GPS ar trebui să

ajungă la o precizie decimetrică.

Pornind de la necesitatea unor costuri reduse pentru implementare şi întreţinere, a luat

naştere o tehnologie mai eficientă nu numai din punct de vedere economic ci şi calitativ.

UAV poate fi văzut deci, ca un supliment sau înlocuitor al fotogrammetriei terestre si al

domeniilor anexe precum topografia sau cadastrul.

Comparativ cu alte tehnologii, cea UAV asigură o acoperire foarte mare în scurt timp

(100 ha/ora) şi cu o marjă de distribuţie a preciziei cuprinsă între valori centimetrice şi metrice,

în funcţie de produsul dorit.

22


Figura 1.8. Precizia fotogrammetriei UAV

Zischinsky colab. (2000) a folosit imagini luate de la un model de elicopter în parte

pentru generarea unui model 3D al unui laminor istoric. Pentru documentarea clădirii, 82 de

imagini au fost luate de la sol și suplimentar 38 imagini din elicopter pentru a închide lacunele în

model.Camera amatoare de format mic montată pe elicopter a luat în principal imagini ale

acoperișurilor și curţilor. Pentru orientarea exterioară a modelului, 120 punctele de control au

fost determinate.

Modelul de Elicopter Yamaha este dezvoltat și utilizat pentru aplicarea sa în agricultură,

cum ar fi controlul dăunătorilor din câmpurile de orez, soia și grâu în primul rând. Primul sistem,

RCASS, a fost construit în 1980. Mai târziu, în 1990, elicopterul R50 a avut o sarcină utilă de 20

kg și un sistem laser pentru determinarea înălțimii. În anul 1997, tipul Rmax a ieșit și 3 ani mai

târziu a fost echipat cu un sistem GPS de senzori de azimut și diferential (Yamaha, 2004).

Sistemul UAV Rmax de Yamaha a fost folosit ca un sistem de măsurare adevărat la sol

(Hongoh, 2001). Măsurare adevărată la sol este utilizată pentru a determina acoperirea vegetației.

Prin urmare, senzorul ia imagini din diferite unghiuri de vizualizare, care este cel mai important

aspect al măsurătorilor de reflexie bidirecționale.

În același an un elicopter a fost folosit pentru măsurători ale cetăşii Chinezeşti. Institutul

de Arheologie Miyatsuka din Japonia a vrut să facă imagini de înaltă rezoluţie ale acestei parţi

imense din cetate (3 km x 4 km). În mod normal, străinii nu au voie să folosească avioane sau

elicoptere pentru a lua imagini aeriene în alte țări. Elicopterul controlat de la distanță nu acoperă 23


nici una dintre categorii și pentru acest motiv sistemul UAV a fost utilizat cu aparate foto

metrice și non-metrice.

Figura 1.9. WITAS- Vehicul aerian fără pilot- Yamaha RMAX Aero Robot

În 2002, elicopterul Yamaha Rmax a fost utilizat în zboruri fotogrametrice peste două

situri- teste din Suedia, pentru a analiza acuratețea GPS / INS în scop fotogrammetric cu mod de

zbor automat şi manual. Rezultatele arată că stabilitatea camerei montarea, vibrațiile sunt cauzate

de principalele rotoare și acuratețea GPS sunt părți importante ale unui elicopter

UAV( Eisenbeiss, 2002 și 2003). Aceste zboruri au fost efectuate în colaborare cu WITAS-

Laboratorul de cercetare dinWallenberg privind tehnologia informației și sistemelor autonome

(Universitatea Linköping, Suedia) și Institutul de Fotogrammetrie și Teledetecție (TU-Dresden).

La congresul ISPRS 2004, din Istanbul au fost publicate două lucrări despre elicoptere

UAV și trei despre avioane UAV. Primul este un sistem care integreaza scannerul cu laser și

CCD-camere cu datelor INS / GPS pentru construirea modelului de suprafață digital. Acest

sistem foloseşte un elicopter Subaru cu o sarcină utilă de 100 kg și un diametru al rotorului

principal de 4,8 m. Sisteme similare pentru elicoptere au fost clasificate înainte de către sistemul

mini UAV. Acest elicopter mai mare nu este acoperită de sistemul UAV micro- mijlocii, din

cauza masei de 330 kg. Dar uitându-te la gamă și altitudine, elicopterul poate fi definit ca un

mini UAV sau unul de un interval apropiat (Nagai, 2004).

Al doilea sistem prezentat este un mini elicopter UAV, care a fost folosit ca un sistem

fotografic pentru supravegherea turnurilor antice și site-uri templu. Elicopterul trebuie să

înlocuiască camerele pe trepiede , care sunt neeconomice în costuri și timp. Elicopterul Hirobo &

Eagle 90 are un diametru al rotorului principal de 1,8 m și o capacitate a sarcinii utilă de 8,5 kg.

Elicopterul a luat imagini din partea de sus a templului din toate părțile. Imaginile din partea

24


inferioară au fost luate de la sol. Elicopterul poate duce diferite sisteme de camere, precum

camera în format miniatură (35 mm), mediu (6 cm x 4,5 cm) și panorama (6 cm x 12 cm) și

camere video. Un cardan a fost conceput ca un tampon care poate absorbi zgomotele precum

vibrațiile. La bord sistemului, o camera video mica este instalat de asemenea, care este conectată

la staţia de la sol pentru a transmite imaginile pe un monitor în timp real (Sik, 2004).

Academia Chineză de topografie și cartografiere dezvoltă o mini aeronavă UAV care este

folosită pentru a extrage o imagine și o bază de date în modele 3D GIS 2D al clădirilor. Din

cauza vântului a fost dificil de a controla vehicul să ia imagini pe punctele de achiziție prezise.

Dezvoltatorii au avut unele probleme pentru a obține imagini stereo (Wang, 2004).

Fotogrammetria UAV poate fi percepută ca fiind o nouă unealtă sau ramură a

fotogrammetriei clasice. UAV deschide noi perspective în domeniul înregistrărilor realizate

de la distanţe mici şi mijlocii, dar de asemenea face introducerea si către noi alternative.

Figura 1.10. Precizia fotogrammetriei UAV în raport cu alte tehnologii moderne de

măsurare

25


CAPITOLUL II. MATERIALE ȘI METODE FOLOSITE

Deoarece cunoașterea adversarul tau este o cerință strategică și tactică esențială, cele mai

multe misiuni în războiul modern sunt centrate pe colectarea și prelucrarea a câtor mai multe

informații despre adversar și a mediului, pe cât posibil. Exemple de astfel de misiuni includ

punctul, zona, și sarcinile de recunoaștere a traseului, supravegherea persistentă, identificarea

amenințărilor, urmărirea țintei și post-lupta de recunoaștere pentru evaluarea pagubelor.

Prima etapă în analiza cu success a adversarului se execută în mod corespunzător prin

proceduri de Informații, Supraveghere și Recunoaștere pentru a colecta și procesa informația.

ISR a fost în mod tradițional realizat cu ajutorul mai multor instrumente și tehnici diferite,

variind de la sateliți și avioane de mare altitudine echipate cu senzori de înaltă rezoluție la

echipamente de recunoaștere terestre care transportă camere și dispozitive radar.

Descoperirile recente în tehnologie încurajează utilizarea sistemelor mici aeriene fără

pilot (UAS) pentru procedurile de ISR. UAS-urile au dovedit în mod repetat utilitatea lor prin

asistarea soldaților în mai multe tipuri diferite de misiuni.

Figura 2.1. Exemple de sisteme mici aeriene fără pilot (UAS)

Prin luarea de date de imagini ale unei ținte la sol din mai multe locații diferite de vehicule, o

estimare a locației țintă poate fi calculată prin triangulație. Procesarea imaginii pentru

recunoașterea țintă presupune și procesul de obținere a unei "măsurători" formată din găsirea

locul pixelat din imaginea care corespunde cu centrul de greutate al obiectivului. Apoi,

folosindu-se poziția autovehiculului, altitudinea, unghiul de indicare a camerei în raport cu 26


vehiculul, iar amplasarea pixelată a țintei, măsurătoarea furnizează un vector de poziție relative

de la vehiculul țintă.

Magnitudinea acestui vector, totuși, nu este cunoscută și măsurătoarea rezultată este un

purtător către țintă.

Figura 2.2. Ilustrarea localizării țintei folosind viziunea UAV

Cele mai multe UAS-uri mici moderne sunt dotate cu capabilități GPS și senzori inerțiali,

dar sunt concepute pentru a fi ieftine și, prin urmare, să includă senzori de calitate scăzută și

slabă filtrare a algoritmilor de navigare, ceea ce duce la estimarea inexactă standard a

vehiculului. Având în vedere aceste erori mari de navigare este dificil de a atinge un nivel înalt

de precizie în estimarea locație țintei deoarece erorile standard a vehiculului se propaga în

algoritmii de direcționare.

Rezultată, eroarea de estimare țintă, este o combinație de erori asupra poziției

autovehiculului, orientarii vehiculului și sensor de zgomot. Pentru simplificarea ipotezei se

implică corelații ale zgomotului, ecuația pentru eroarea de estimare a țintei poate fi descrisă, într-

un sens brut, astfel:

σT OT AL = σx,NAV + σθ,NAV R2 + σx,SEN + σθ,SENR2 + σΔT V 2 + σΔT R2ω2 (2.1)

Aici R este intervalul relativ către țintă, V este viteza relativă între vehicul și țintă, iar ω

este viteza unghiulară a vehiculului. Primii doi termeni sunt contribuții din cauza erorilor de

estimare standard a vehiculului, în timp ce următorii doi termeni se datorează erorilor de senzori,

iar ultimii doi sunt termeni de erori de integrare în estimarea standard a țintei.

Erorile standard din poziția vehiculului se propaga direct în estimarea țintei, în timp ce

contribuția erorii direcționate din cauza erorilor în orientarea vehiculului este o funcție a 27

2 2 2 2 2 2 2


intervalului în raport cu ținta. Prin urmare, erorile de altitudine a vehiculului duc la erori din ce în

ce mai mari,localizând creșterea erorilor relative dintre vehicul și țintă.

2.1. VEHICULUL PLATFORMĂ

Vehiculul platformă pentru acest proiect este limitat la un avion mic cu aripa

fixa. Conceptul de UAS prezentat mai sus implică întregul sistem fără pilot, inclusiv

vehiculul, stația de la sol și alte componente.

Micile vehicule aeriene fără pilot avute în vedere sunt echipate cu sisteme de

navigație rudimentare care implică un grad scăzut de senzori inerțiali si receptoare

GPS. Ele au, de asemenea la bord senzori de imagine (atât IR și EO), actuatori

controlabili (lifturi și cârme), și capabilitatea de prelucrare și de comunicare la baza

bordului.

Obiectivele de cel mai mare interes în domeniul de aplicare actual al

proiectului includ mici tinte terestre staționare și obiective mici lente la sol.

UAV-urile mici operează la o altitudine între 30 și 300 m deasupra nivelului solului.

Limita inferioară este din cauza restricțiilor de radar la orizont care fac comunicarea

dificila între UAV și stația aflata la 30 m sub pământ.

Obiectivele staționare sunt simple pentru a fi luate în considerare și vor fi

folosite pentru a analiza capacitățile de bază și performanțele algoritmilor de

optimizare. Mutarea înceată a obiectivelor stocastice poate muta în orice direcție

aleatoare dar are constrângeri privind gama lor realizabile și accelerația într-o anumită

perioadă de timp.

UAV-ul se presupune că ar avea șase grade de libertate (6DOF), 3 de translație

și 3 de rotație. Ținta se presupune să rămână pe teren, cu toate că poziția sa trebuie să

fie estimată în spațiul tridimensional. Pentru a obține o măsurătoare este necesar ca, la

fiecare măsurare să aibă: poziția și orientarea UAV-ului, unghiul camerei cu privire la

UAV, și o imagine a țintei din captură video.

28


Figura 2.3. Procesul măsurării

Unghiul camerei legat de UAV este tipic bine cunoscut și poate să fie fix sau controlabil

pentru o cameră montată pe cardane. Poziția autovehiculului și orientarea sunt preluate din

sistemul de navigație al UAV-ului și au, de obicei, erori mari care se propagă în estimării ale

poziției țintei.

Erorile de orientare ale vehiculului se proporționează cu distanța relativă către țintă și se

produc erori de estimare mari pentru măsurătorile efectuate de departe. Imaginea țintei luată la

momentul de măsurare corespunzător poate fi prelucrată pentru a extrage locația pixelată a

centrului de greutate al obiectivului. Această locație pixelată poate fi transformată în două

unghiuri de rezemare (α1 și α2) de la camera îndreptată către axa unui vector care trece prin țintă

și prin punctul focal al camerei.

Folosind o serie de rotații simple (de la rama camerei la rama UAV, și de la cadrul UAV

la cadrului relative al pământului), α1 și α2 sunt două unghiuri care pot fi transformate în

unghiuri generale azimutale și de elevație (β și φ) între țintă și UAV. Rezultul "măsurarii" poate

fi modelat ca o linie de la UAV la țintă și unghiurile azimutale și de elevație folosite pentru a

face legătura către țintă. Măsurătorile sunt apoi date de :

29


Următoarele ecuații pot fi folosite pentru a descrie componentele vectorului relative (r )

între țintă și vehicul folosind următoarele unghiuri de legătură:

Un alt considerent major pentru proiectarea traiectoriei vehiculului este asigurarea că ținta

rămâne în câmpul visual (FOV) al camerei. O măsurare este valabilă doar în cazul în care

obiectivul se încadrează în FOV-ul camerei. Pentru un UAV mic, constrângerile FOV sunt de

obicei destul de bune.

Figura 2.4. Azimutul (β) și elevația (φ) dintre vehicul si țintă

Având în vedere rezoluția și specificația FOV al camerei, distanța la țintă trebuie să fie

suficient de mică pentru a se asigura că există suficienti pixeli pentru a identifica corect

obiectivul.

30


2.2. PROPAGAREA ERORILOR

Erori în estimarea standard a vehiculului și procesul de măsurare se propaga în estimarea

locației țintei. Aceasta propagare a eroarii este foarte dependentă de geometria traiectoriei

vehiculului.

Figura 2.5. Efectul erorilor de navigație a vehiculului asupra locației estimate a

țintei

Erorile de poziție a vehiculului se interpretează direct în estimarea locație țintei, dar

unghiul de separare sau ortogonalitatea între măsurătorile controlează cât de mult estimarea este

afectată de erori de poziție a vehiculului. Pentru erorile de orientare a vehiculului, unghiul de

separare între măsurători și intervalul față de ținta afectează cât de mult eroarea este propagată

către locația țintei.

Măsurătorile ortogonale produc o eroare de măsurători mai mică, combinată decât cele

non-ortogonală pentru ambele erori de poziție și altitudine. Pentru erorile de poziție a

vehiculului, o legătură mai aproape de țintă nu afectează eroarea combinată, dar pentru erorile

de altitudinea a vehiculului o reducere a distanței îmbunătățește localizarea țintei.

a) Erori de poziționare a vehiculului

31


b) Erori de altitudine a vehiculului

Figura 2.6. Efectul ortogonalității și distanței asupra măsurătorilor pentru

localizarea țintei

Figura 2.7. Traiectorile vehiculului pentru localizarea 3D a țint

Răspândirea măsurătorilor pe un cerc complet mărește unghiul de separare sau

ortogonalitatea între măsurătorile, îmbunătățind astfel geometria globală pentru estimare. Acest

lucru este similar cu diluția geometrică de precizie (GDOP), problemă de multe ori discutată în

GPS, unde criteriul GDOP este folosit pentru a găsi configurarea sateliților, care oferă cea mai

bună geometrie și rezultate cu cea mai mică eroare de estimare a poziției.

32


2.3. DESCRIEREA UNUI SISTEM UAV. ELICOPTERUL UAV

Un elicopter UAV Copter 1B este echipat cu un sistem stabil GPS/INS, având necesitatea

unei stații de control, la sol.

Figura 2.8. Schema unui eplicopter controlat cu ajutorul unei telecomenzi

Pentru realizarea unui zbor este necesar să se aiba în dotare un software de monotorizare,

link-uri de comunicare, sistem de determinare a zborului, suport la sol și echipament de

întreținere, generator de curent, îndemânare, echipament de depozitare și transport și o legătură

video pentru monitorizarea preluării de imagini luat ca și un control manual.

Un sistem de planificare a zborului a fost dezvoltat astfel încât punctele predefinite să

poată fi încărcate în sistem de control și ilustrat pe o hartă digitală în vizualizatorul de software

de control. Poziția elicopterului și orientarea sunt afișate pe hartă, de asemenea. Prin urmare,

operatorul este în măsură să controleze poziția și orientarea sa.

Cu software-ul de control, este posibil să se încarce o misiune de zbor. Punctele de oprire

pentru achizițiile de imagini și ruta pot fi definite și după aceea, calea de zbor va fi arborată în

mod automat.

33


Figura 2.9. WeGCS- Software-ul stației de control la sol pentru UAV

Un pilot este pur și simplu necesar pentru a decola și aterizare în zonele periculoase și

pentru susținerea UAV-ului. După decolare, operatorul controlează funcționalitatea sistem ului

UAV prin butoanele de control (poziția, titlul, legătură radio, GPS, radio RC, baterii). Dacă

punctul prezis nu este atins în mod corect, operatorul poate corecta pozitia, altitudinea și unghiul

de girație al elicopterului prin comenzi pe laptop.

Cu punctele predefinite, poziția efectivă și un stabilizator special, orientarea UAV este

corectată automat, chiar dacă o forță ușoara de vânt influențează poziția. Restul vibrației

elicopterului poate fi aproape eliminată printr-o montare specială a camerei. Până în prezent,

sistemul GPS / INS este folosit pentru navigare și nu pentru georeferentierea directă. Parametrii

sistemului sunt listate în următoarele:

Precizia de poziționare relative GPS :

- Orizontală: 0.5 m

- Vertical: 0.3 m

Viteza:

- Direcția înainte: 20 m / s

- Direcția laterală: 5 m / s

- Direcția înapoi: 5 m / s

- Direcția verticală: 2 m / s

- Rata de cotitură Vertical: 30 grade / s

Accelerații:

- Orizontală: 1 m / s2

34


- Verticală: 0.5 m / s2

Pe acest sistem se pot instala diverse camera de fotografiere, de exemplu Canon D60,

D10, Rollei 6006. Canon D10 / D60 are un Sensor CMOS cu 6,3 Mpixel (3072 x 2048). Camera

are, de asemenea, posibilitatea de a salva imaginea cu o rezoluție radiometrică de 48 Bit (16 Bit

pe canal) in format RAW. Datorită rezoluției lor radiometrice mare și timpul scurt de

economisire a imaginii, datorită tehnicii CMOS senzor, camerele Canon sunt potrivite.

Sistemul camerei poate fi înlocuit cu alte camere digitale sau camere analogice mijlocii,

cum ar fi Rollei 6006 (format imagine 6 cm x 6 cm).

Înaintea oricărui zbor sunt necesare câteva teste, pentru a testa sistemul. Zborurile de

testare arată, de asemenea, că în modul manual, nu este posibilă menținerea punctelor

intermediare predefinite. Prin urmare, toate zborurile ar trebui efectuate în mod autonom, excluse

de la decolare și aterizare. Pilotul controlează aceste manevre.

Cu sistemul elicopterului UAV folosit, putem acoperi 90 la sută din întreaga zonă, cu

doar 5 benzi de imagine și în jur de 100 de imagini.Poziția 3D a centrelor de proiecție poate fi

realizată cu o precizie de 2 până la 5 procente din poziția prezisă.

Figura 2.10. Planificarea zborului și puntele de stop stabilite

35


Figura 2.11. Sistem UAV folosit

2.4. TEHNOLOGIA LIDAR

Tehnologia LiDAR(Light Detection and Ranging) se bazează pe culegerea datelor

din teren utilizând radarul cu laser şi procesarea lor în informaţii geospaţiale asupra

scoarţei terestre. Practic, tehnologia presupune scanarea unei suprafeţe cu ajutorul

undelor laser asemănătoare cu detecţia radar dar cu deosebirea că, în locul undelor radio,

se folosesc cele luminoase.

Mai este cunoscută şi sub numele de Altimetrie laser (Altimetry laser) sau

tehnica ALTM şi depăşeşte, în multe privinţe, tehnica fotogrametrică, în special, aşa cum

s-a arătat, în ceea ce înseamnă determinările altimetrice.

Conceptul de bază constă în determinarea distanţei de la platforma aeriană a

aparatului la suprafaţa urmărită, a unghiului de scanare faţă de verticala locului şi

poziţionarea în sistem WGS 84 a aparatului şi, ulterior, a punctelor reflectate de la

suprafaţa solului.

36


Figura 2.12. Modelul de lucru în scanarea aeriană cu laser

Procesorul integrat de la bordul platformei aeriene măsoară diferenţa de fază sau

intervalul de timp dintre momentul în care pulsul părăseşte emiţătorul, este reflectat de sol

şi se întoarce la receptorul de la bordul acesteia pe baza cărora se obţine distanţa parcursă.

Corelând poziţia precisă a platformei aeriene, furnizată de sistemul GPS, component

al sistemului LiDAR, într-un sistem de referinţă cu altitudinea şi viteza de deplasare, se obţin

coordonatele 3D ale punctelor ce definesc detaliile de la sol. Rezultă astfel un “nor de puncte”,

alcătuit din milioane de puncte, cu coordonate determinate în sistemul global de referinţă

WGS84 (World Geodetic System 1984) şi/sau cel european ETRS89 (European Terrestrial

Reference System 1989); ulterior, acestea sunt transformate în sistemele naţionale de

poziţionare printr-un procedeu cunoscut, spre exemplu, pe baza coeficienţilor Helmert.

Figura 2.13. Nor de puncte

În acest mod, determinarea coordonatelor milioanelor de puncte de la suprafaţa 37


terenului, sau provenind din coronamentul arboretului, se reduce la o problemă de

înregistrare automată a imaginii aeriene prin scanare, procesarea datelor cu softuri

corespunzătoare şi transcalculare a coordonatelor, dintr-un sistem în altul, pe baza unor puncte

din reţeaua geodezică cunoscute în ambele sisteme.

Transportul sistemului LIDAR, pentru înregistrări, se face cu platforme aeriene diferite,

respectiv avioane sau elicoptere, special echipate în acest scop. Principalele caracteristici ale

înregistrărilor LiDAR sunt, în general, viteza de deplasare a platformei între 120 şi 250

Km/oră, înălţimea de zbor de la 300 la 3000 metri, unghiul de scanare cuprins între ±10 şi

±25 grade, iar rata pulsurilor pe secundă poate fi de la 2000 la 250000. Se pot obţine, în

mod curent, densităţi de peste 10 puncte/m.p. acumulând suficientă informaţie, atât pentru

realizarea Modelului Digital al Terenului (DTM), cât şi pentru alte determinări şi investigaţii

privind suprafaţa urmărită.

Principiul măsurării timpului (de zbor), întâlnit în literatura de specialitate sub

denumirea de TOF (Time-Of-Flight) sau laser pulsed, prin care distanţa de la instrument la

obiect este determinată în funcţie de timpul necesar parcurgerii acesteia dus-întors respectiv

intervalul de timp dintre emitere şi recepţie a undei laser. În funcţie de acest timp t şi viteza de

propagare a luminii în vid c rezultă distanţa parcursă de semnal conform legii spaţiului

cunoscută din fizică:

D = (c . t) /2

în care:

D = distanţa,

t = timpul contorizat pe traseul dus-întors,

c = viteza luminii în vid (299792458 m/s).

Principiul măsurării diferenţei de fază, întâlnit şi sub denumirea de de Phase Difference

sau Phase Comparison, este acelaşi ca la o staţie totală.

Distanța de la instrument la un punct al obiectului scanat este determinate în funcție de

diferența de fază dintre semnalul emis și cel receptat, respective :

D = n * λ + Φ*λ/2π

unde termenii au următoarele semnificaţii:

D = distanţa măsurată;

n = numărul întreg de lungimi de undă întregi;

λ = lungimea de undă;

Φ = diferenţa de fază.

38


Principiul triangulaţiei se bazează pe ipoteza că raza emisă, raza reflectată şi distanţa

între emiţătorul laser şi camera senzorului CCD formază un triunghi, principiu care este

utilizat în două variante: respectiv cu o singură cameră sau cu două camere. În acest caz,

modul de funcţionare presupune emiterea unui fascicul, laser de la un dispozitiv propriu,

reflexia de la suprafaţa scanată şi interceptarea acestuia de către o lentilă colectoare situată pe

instrument, la o distanţă cunoscută faţă de emiţător.

2.5. TIPURI DE TEHNOLOGII LiDAR.

Sistemul laser LiDAR, poate funcţiona pe oricare din principile amintite, dar practic se

prezintă, sub forma unor produse de caracteristici variabile, destul de greu de grupat şi

clasificat.

A. După regimul de mobilitate al aparaturii se întâlnesc două tipuri distincte de

scanare 3D cu laser

1) În regim static, definit de poziţia terestră, fixă, a echipamentului de scanare pe durata

achiziţiei de date

2) În regim dinamic, când echipamentul este montat pe o platformă mobilă aeriană

(elicopter, avion) sau terestră (autovehicul în mişcare).

B. După tipul laserului folosit se disting deasemenea două variante de scanare

efectivă

1) Laserul cu puls care emite un fascicul îngust din infraroşu apropiat şi care este

reflectat şi receptat ulterior de către sistem, iar distanţa este determinată prin măsurarea

timpului parcurs, dus-întors de către raza laser.

2) Laserul continuu care emite un puls fără întrerupere, iar determinarea distanţelor

se face prin măsurarea diferenţelor de fază. Semnalul de întoarcere acoperă o amprentă mare a

terenului şi conţine întreaga structură a acestuia.

C. După domeniul şi mediul de operare, sistemele LIDAR pot lucra în intervalul

albastru-verde al spectrului şi mai ales în infraroşu apropiat, denumite sisteme

topografice, folosite pentru înregistrarea terenurilor, sau batimetrice, pentru suprafeţele cu

apă.

D. În funcţie de emiţătoarele laser folosite, se disting trei tipuri de sisteme de scanare

1) Sistemul cu oglindă baleatoare, montată în faţa fasciculului laser trimite razele

acestuia pe teren sub un unghi de scanare, înregistrat sau interpolat pentru fiecare puls laser,iar

altă oglindă, ce se roteşte transversal pe direcţia de zbor, colectează datele obţinute.

39


2) Sistemul cu oglindă rotativă are un mecanism de rotaţie a axelor oglinzilor cu

o mica înclinare obţinând o amprentă aproape eliptică a punctelor laser pe teren.

3) La sistemul cu fibră optică, folosit la scannerele liniare, raza laser este transmisă

în diferite fibre optice aşezate în linie.

E. După tipul de scanner folosit la culegerea datelor din teren, sistemele LiDAR se

prezintă în două realizări cu variante proprii.

1) Scannerul liniar poate fi, la rândul lui, unidirecţional care produc pe teren un model

format din linii de scanare pe o singură direcţie sau bidirecţional, cu oglinzi oscilante, ce

generează pe teren linii în zig-zag, sau linii paralele în cazul în care sunt prevăzute cu prisme

rotative.

2) Scannerul conic (Palmer) funcţionează cu raze laser ce pleacă din centrul oglinzii

ce se roteşte în jurul unui ax aşezat la un anumit unghi faţă de normala suprafeţei

oglinzii. Unghiul de scanare este dat de axa de rotaţie care este trimisă la sol sub forma unui

model apropiat de o elipsă. Sistemul de coordonate al scannerului conic are axa X pe direcţia

de zbor şi axa Z pe vericală iar diametrul spotului laser de la nivelul solului, este de ordinul

decimetrilor, variind între 3 şi 14 decimetri.

2.6. COMPONENTE ALE SISTEMULUI LIDAR

Structura sistemului LiDAR, de achiziţionare a datelor 3D din teren prin scanare cu laser,

cuprinde trei componente de bază, fiecare cu dotare şi funcţionalitate specifică dublate de

calculatoare puternice cu o capacitate ridicată de stocare şi rezolvare a unor probleme curente.

Figura 2.14. Componentele sistemului de aeroscanare LiDAR

A. Scannerul laser, ca dispozitiv principal, are o alcătuire şi o funcţionalitate

40


complexă din care reţinem pe cele principale:

unitatea de măsurare a distanţelor, care are în componenţă emiţătorul şi

receptorul, montate în aşa fel încât să poată împărţi aceeaşi cale optică şi

care au deschideri de 8-15 cm;

scannerul optico-mecanic, montat pe carlinga aparatului de zbor ce poate

emite peste 10000 de pulsuri laser pe secundă în spectrul infraroşu

apropiat specific vegetaţiei forestiere;

unitatea de prelucrare şi control cu rolul de procesare directă a unui volum

foarte mare de date achiziţionate şi depozitate în memorie.

B. Sistemul GPS, necesar poziţionării 3D a punctelor înregistrate, este compus din

două sau chiar trei receptoare care primesc simultan semnale de la aceiaşi sateliţi lucrând

astfel în modul diferenţial(fig.2.3). Unul din receptoare este dispus pe aparatul de zbor iar

celelalte pe sol, fiind constituite efectiv din staţiile permanente GPS apropiate, poziţionate cu

precizie maximă şi care funcţionează şi furnizează informaţii non stop. În acest mod

determinarea corecţiilor necesare şi a coordonatelor punctelor se face în timp real, sprijinul

reţelei de staţii permanente GPS, constituite ca receptoare la sol, cu înregistrări permanente

fiind hotărâtor.

Figura 2.15. Structura și modul de lucru în tehnologia LiDAR

C. Sistemul inerţial de măsurare, respectiv Unitatea IMU (Inertial

Measurement Unit), furnizează informaţii asupra orientării cuplului GPS/IMU faţă de

sistemul de referinţă terestru precum şi acceleraţia cu care se deplasează platforma aeriană.

Unghiurile sistemului formate cu cele trei axe, determinate de înclinarea avionului în

raport cu verticala locului şi direcţia de deplasare a centrului oglinzii, se calculează şi permit

41


transferarea poziţiei respectiv a coordonatelor de la antena GPS la centrul oglinzii de

baleiene.

2.7. PRECIZIA SISTEMULUI LiDAR

Poziţionarea cu precizie a unui punct de pe suprafaţa terenului prin coordonatele sale x,

y, z, date într-un sistem de referinţă spaţial, prin sistemul altimetric de scanare cu laser,

presupune o serie de determinări a unor elemente geometrice şi fizice: distanţe, unghiuri şi

unele date integrate ale dispozitivului GPS/IMU.

Erori la scanarea cu laser

În general, precizia de determinare a poziţiei spaţiale definită de coordonatele x, y, z,

ale fiecărui punct din norul reprezentat prin lansarea fascicolului laser este condiţionată

în primul rând de siguranţa culegerii elementelor de bază ale scanării, respectiv distanţa

de la care se culeg datele.

A. Erorile instrumentale, corespunzătoare tipului de scanner pot fi aleatoare,

ce afectează precizia de măsurare a distanţelor şi unghiurilor în cazul scannerelor care

utilizează metoda pulsului (time-of-flight). Cele sistematice pot fi generate de lipsa de

liniaritatea a sistemului de măsurare a timpului sau de temperatură, acestea putând influenţa

puternic măsurătorile electronice ale distanţelor.

B. Erori legate de forma şi natura obiectului scanat, întrucât scannerele laser

măsoară reflexia fasciculului de raze laser reflectat de la suprafaţa unui obiect, conform

legilor fizicii. În consecinţă, determinările sunt funcţie de reflecţia şi proprietăţile

optice ale materialelor ce intră în componenţa obiectului respectiv, astfel încât lumina

monocromatică se descompune conducând la raze reflecate cu o structură şi o intensitate

specifică.

C. Erori datorate mediului în care se efectuează scanarea sunt la rândul lor

numeroase fiecare cu efecte mai mult sau mai puţin semnificative.

42


CAPITOLUL III. EFECTUAREA UNEI MĂSURĂTORI UAV ÎN INCINTA CAMPUSULUI USAMVB TIMIȘOARA

3.1 PREZENTAREA ZONEICampusul Universităţii de Ştiinţe Agricole şi Medicină Veterinară “Regele Mihai I al

României” din Timişoara se află amplasat în intravilanul municipiului Timişoara, având o

suprafaţă de 19 ha (190.000 m2).

Pe teren sunt construite un număr de 27 clădiri, în care funcţionează 6 facultăţi

(Facultatea de Agricultură, Facultatea de Horticultură şi Silvicultură, Facultatea de Management

Agricol, Facultatea de Medicină Veterinară, Facultatea de Tehnologia Produselor

Agroalimentare, Facultatea de Zootehnie şi Biotehnologii), precum şi campusul universitar

deservit de cantină, bibliotecă, cămine şi o bază sportivă.

În incinta campusului sunt amenajate 3 parcuri, cu o varietate de specii de arbori, care

deservesc Facultăţii de Agricultură, cât şi Facultăţii de Horticultură şi Silvicultură.

Necesitatea unei măsurători 3D cu ajutorul dronei Pteryx UAV, serveşte la notarea în

Cartea Funciară a tuturor clădirilor, realizarea curbelor de nivel şi emiterea Autorizaţiei de

Construire în vederea realizării şarpantelor pentru Clădire Rectorat, Bibliotecă, Facultatea de

Medicină Veterinară şi Facultatea de Zootehnie.

43


Figura 3.1. Campus USAMVBT TimișoaraDe asemenea, planul rezultat în urma măsurătorilor cu ajutorul tehnologiei moderne (Pteryx

UAV) e utilizat şi de studenţii Facultăţii de Agricultură, specializarea Măsurători terestre şi

cadastru, în vederea construirii unui model 3D a campusului universitar.

Dupa construirea modelului 3D, se va utiliza un soft special în vederea întocmirii unui GIS

pentru întregul campus, întocmirea unor hărţi tematice, planuri topografice, precum şi o bază de

date cu cateogoriile de teren pe care, universitatea noastră le are în administrare.

Datele suport rezultate în urma măsurătorilor cu dronă sunt:

- date de tip raster: sunt structuri matriciale bidimensionale, ale căror elemente sunt valori

de culoare; acestea pot fi planuri topografice scanate, mozaicuri, DEM-uri, DSM-uri,

DTM-uri, hărţi tematice

- date de tip vectorial: sunt reprezentări ale primitivelor geometrice: puncte, linii,

poligoane care prezintă avantajul că pot stoca informaţii textuale ca atribut

- date de tip atribut: sunt datele textuale introduse în baza de date; în acest format se pot

stoca informaţii referitoare la poziţia echipamentelor, căi de acces în zonă, alte reţele ce

traversează regiunea, elemente specifice reliefului local, planuri topografice vectorizate,

curbe de nivel.

44


Figura 3.2. Date rezultate din măsurători

Drona utilizată (Pteryx UAV) a fost pusă la dispoziţie de SysCAD Solutions Bucureşti,

realizându-se o măsurătoare cu scop didactic şi de cercetare.

3.2. DETALII DESPRE DRONA PTERYX UAV

Figura 3.3. Pteryx UAV

45


GPS-ul montat pe drona Pteryx UAV utilizează date ionosferice de corectare a

transmisiunii, deja existente precum WAAS, MSAS si EGNOS, care sunt transmise prin satelit.

Poate urmării până la 22 din maxim 66 sateliți achiziționați simultan când pornesc, precizia fiind

de 2,5 m cu rata de actualizare de 10Hz.

Precizia GPS si IMU nu reprezintă un factor de definire a succesului sistemului UAV de

cartare. Are capacitatea de a furniza fotografii clare, contrastante, nedistorsionate cu grad ridicat

de suprapunere care oferă precizia geometrică și datele înălțimii.

Figura 3.3. 500-2500 m altitudine de zbor – acoperire largă, dar mai puține caracteristici

per obiect în vederea corectării orientării

Figura 3.4. 100-300m altitudine tipica de zbor – Numar mare de masuratori GPS

corespunzand caracterisiticilor terenului furnizeaza precizie ridicata

46


Figura 3.5. Rețea GPS de precizie ridicată

Peste o mie de caracteristici leaga fiecare imagine una de alta creand a harta de precizie

geometrica global sub-pixel. Optional, 3-4 puncte de control pot misca harta, reducand eroarea

de la cativa metri la precizia GPS-ului stationar (aproximativ 10cm).

3.3. DATE TEHNICE ALE DRONEI PTERYX UAV

Tabel 3.1. Date tehnice privind aparatul Pteryx UAV

Avion de scară largă Pteryx UAV

Durata zborului Până la 2 ore Până la 2 ore

Implicarea personalului 2 piloți tipici cu calificări

bimotor CPL(A), IFR,

MEP(L),

1 operator de sistem la bord

1 pilot, câteodată cu un ajutor/

observator

Aria acoperită per zbor Sute de km pătrați Aproximativ 9 km2 (900 ha)

de hartă dreptunghiulară per

zbor, pana la 72 km2 (7200 ha)

per zbor in linie dreaptă

(depinzând de rezoluție

Rezoluție 300- 2500 m AGL

Altitudine joasă limitată de

zgomot, reglementări și riscul

implicat (zone urbane. Timpul

4 cm/ pixel la 100 m AGL

11 cm/ pixel la 300 m AGL

Limita superioară a altitudinii

impusă adesea de legile

47


la sol). traficului aerian.

Investiție de capital Echipament obișnuit, tipic,

avion general bimotor cu 4

locuri

De 100..200 de ori mai puțin

capital investit. UAV

refolosește calculatoarele deja

existente, încriere posibilă la

serviciul de procesare online

cloud, senzorul îl reprezintă

un aparat foto din comerț de

calitate ridicată.

Impactul asupra mediului Limitări de zgomot. Folosește

combustibil

Nu se aude deloc peste 200 m,

cu excepția nopții când bate

vântul. Energie electrică

regenerativă.

Promptitudine de

îndeplinire a misiunii

Trebuie să se întoarcă la pista

de aterizare.

Poate fi depozitat în apropiere

de zona misiunii în așteptarea

vremii bune.

UAV poate furniza hărți de calitate superioară acolo unde un avion la scară largă ar

deranja. UAV operează local, dar acoperă zone inaccesibile anumitor soluții aeriene ocazionale

inclusiv planoare, instalații de avion RC ad-hoc sau zmei.

Pteryx Pro are un aparat foto integrat de 10MPIX, cu lentile standard. Acest fapt se

traduce printr-un unghi orizontal de observație de 66 grade. Utilizatorul determină altitudinea de

zbor in vederea:

Evitării obstacolelor cu cel putin 80m interstițiu/degajare.

Asigurării unei distanțe unghiulare optime între obstacole (contact vizual)

Respectării legii

Precizia geometrică este asigurată de multitudinea de poze care acoperă orice

unghi astfel dând precizie. Rezoluția texturii proiecției de sol va scădea în regiunile de

munte.

Tabel 3.2. Date pentru aparatul foto digital de 10 MPIX

Altitudine

[m] (picioare)

Rezoluție

[cm/pix] (inci/pix)

Lățimea fotografiei la sol

[m] (picioare)

100 (300) 3,5 (1,4) 129 (423)

122 (400) 4,3 (1,7) 157 (515)48


140 (466) 5 (2,0) 180 (590)

200 (660) 7,1 (2,8) 257 (843)

280 (920) 10 (3,9) 360 (1181)

420 (1380) 15 (5,9) 540 (1771)

560 (1840) 20 (7,9) 720 (2362)

Pentru ca pozele să iasă clare, timpul de expunere trebuie să rămână constant,

balansul la alb stabil, sau să se folosească un format RAW, să fie permisă selecția deschiderii

automată, și focalizarea să fie fixata la infinit.

Tabel 3.3. Setările camerei foto și timpul de expunere (pentru o viteză de 50 km/s)

Rezoluție

[cm/pix] (inci/pix)

Cel mai lung timp de

expunere posibil, în absența

vântului

[1/s] (rotunjit)

Cel mai lung timp de

expunere posibil, la vânt de

7m/s [1/s] (rotunjit)

3.5 (1.4) 787 (1/800) 1184 (1/1250)

4.3 (1.7) 645 (1/640) 971 (1/1000)

5 (2.0) 562 (1/640) 846 (1/1000)

7.1 (2.8) 394 (1/400) 592 (1/640)

10 (3.9) 281 (1/320) 423 (1/500)

15 (5.9) 187 (1/200) 282 (1/320)

20 (7.9) 141 (1/160) 211 (1/250)

49


3.4. TASEU DE ZBOR TIPIC PENTRU UAV

Figura 3.6. Model de traseu de zbor

Tot ce se află între sol și orbita satelitului apare pe hartă. De data aceasta apare o replică a

unui bombardier din al doilea război mondial în mijlocul unui oraș din Anglia. Dacă am avea

de-a face cu date UAV, pur și simplu s-ar șterge o poză.

Imagini suprapuse provenind de la un UAV duc la eliminarea automată a unor obiecte

întâmplătoare – o mașina în mișcare vizibilă doar în toate cele 4 poze consecutiv, dar pe harta

finală este vizibilă doar dacă trece cel mai aproape de axa optică. Odată cu dezvoltarea

metodelor de procesare va fi posibilă eliminarea oricărui tip de trafic folosind exact aceleași date

de intrare.

Balansul la culori are de suferit, dar contrastul și detaliile sunt încă bine definite din

moment ce aparatele foto din comerț conferă adâncimea culorii mai bună decât scanner-ul

oricărui avion de scară largă.

Imaginile disponibile furnizate de sateliți pot fi recente, dar chiar și cea mai universală

hartă va prezenta culori arbitrare. Totuși, granițele dintre hărțile furnizate în perioade diferite

sunt greu de utilizat.

In realitate, lumea se schimbă semnificativ de la anotimp la anotimp. Cheia succesului

este de a realiza o hartă a obiectului dorit la momentul potrivit.

50


Figura 3.7. Campus USAMVB Timișoara

3.5. SUPRAFAȚA, FORMA HĂRȚII ȘI ALTITUDINEA DE ZBOR

Figura 3.8. Dublarea surprafeței acoperite

În momentul în care se cartografiază o suprafață liniară, prin dublarea altitudinii

se dublează automat și suprafața acoperită.

51


Figura 3.9. Realizarea a două zboruri

Dacă se dorește realizarea a două zboruri, în speranța îmbunătățirii potrivirii geometrice,

datorită cerințelor de suprapunere, zborul înalt reduce doar cu o treime timpul de zbor, deoarece

regiunile din exterior au un bitmap valid, dar geometrie proastă.

Figura 3.10. Realizarea a 4, respectiv 8 zboruri

La forma obișnuită a hărții și zboruri multiple, dacă zborul este de două ori mai înalt se

înjumătățește numărul necesar de zboruri și se asigură o suprafața mai mare la marginea hărții.

Însă suprafața cartată ar trebui să fie plană, deoarece nu se pot cumula informații

multi-unghiulare în vederea ortonormalizării obiectelor înalte localizate la marginile hărții.

52


3.6. IMPORTANȚA STABILITĂȚII APARATULUI FOTODin moment ce suprapunerile din timpul misiunii sunt costisitoare, foarte important este

mai ales în zone urbane, Pteryx utilizează o cameră fixă, care nu se rotește și are un design

aerodinamic care reușește să atenueze cu success oscilațiile axelor laterale (de tangaj) și

transversale (de girație).

Utilizarea unui camere fixe crește suprafața utilă pe timpul virajelor și crește rata

succesului procesării datorită unor proprietăți foto previzibile.

Din păcate toate aparatele mici de zbor, oricât de avansate, sunt mici în raport cu

dimensiunea unei celule tipice de turbulențe din aer, de aceea rulajul si tangajul depind mai mult

de condițiile de vânt. Controlul automat rigid al micilor platforme aeriene cu suprafețe active de

control, duce la mișcări semnificative pe termen scurt, cauzând neclaritatea ocazională a

fotografiilor. O camera foto fixă și un corp aerodinamic special cu proporietăți excepționale de

atenuare pot fi de mare ajutor.

Figura 3.11. Suprapunere garantată la viraje având o cameră fixă

Figura 3.12. Deviații tipice unei camere instabile

53


Cu o cameră instabilă deviațiile tipice de câteva grade deja necesită planificare extra a

unor procente de suprapunere. Aceasta ia din timpul de zbor, situația înrăutățindu-se în caz de

vreme proastă.

3.7. INVENTARUL DE COORDONATETabel 3.4. Inventarul coordonatelor măsurătorii

Job name: DRONA

Created: 07/30/2013 11:08:17

Time zone: 2h 00’

Coordinate system name: WGS 1984

Application software: LEICA Geo Office 4.0

Firmware version: 4.10

Average limit (Position): 0.0500m

Average limit (Height): 0.0750m

Baseline Reference RTCM- Ref 0000 Rover: 5

WGS 84 Coordinates:

Latitude: 45°46’47.65271”N 45°46’31.12929”N

Longitude: 21°13’51.46281”E 21°12’48.64616”E

Ellip. Hgt: 154.7278m 134.5181m

Quality: Sd. Lat: 0.0100 m Sd. Lon: 0.0089 m Sd. Hgt: 0.0191 m

Posn. Qlty: 0.0131 m Sd. Slope: 0.0066

Baseline Reference: RTCM- Ref 0000 Rover: 2

WGS 84 Coordinates

Latitude: 45°46’47.65271”N 45°47’02.94658”N

Longitude: 21°13’51.46281”E 21°12’11.06280”E

Elip. Hgt: 154.7278 m 133.2892 m

Quality Sd. Lat: Sd. Lon:0.0049 m Sd. Hgt:0.0127 m

Posn. Qlty: Sd. Slope: 0.0044 m

54


3.8. CARNETUL DE TEREN

Fieldbook Report07/30/2013 16:25:30

Job InformationJob name: DRONA

Created: 07/30/2013 11:08:17

Time zone: 2h 00'

Coordinate system name: WGS 1984

Application software: LEICA Geo Office 4.0

Firmware version: 4.10

Average limit (Position): 0.0500 m

Average limit (Height): 0.0750 m

Coordinate System InformationCoordinate system name: WGS 1984

Created: -

Transformation name: -

Transformation type: -

Height mode: -

Residuals: -

Local Ellipsoid: -

Projection: -

Geoid model: -

CSCS model: -

GPS CoordinatesBaseline Reference: RTCM-Ref 0000 Rover: 5

55


WGS 84 Coordinates:

Latitude: 45° 46' 47.65271" N 45° 46' 31.12929" N

Longitude: 21° 13' 51.46281" E 21° 12' 47.78590" E

Ellip. Hgt: 154.7278 m 134.4610 m


Posn. Qlty: 0.0131 m Sd. Slope: 0.0062 m

Baseline Reference: RTCM-Ref 0000 Rover: S5

WGS 84 Coordinates:

Latitude: 45° 46' 47.65271" N 45° 46' 31.16583" N

Longitude: 21° 13' 51.46281" E 21° 12' 48.64616" E

Ellip. Hgt: 154.7278 m 134.5181 m



Baseline Reference: RTCM-Ref 0000 Rover: 7

WGS 84 Coordinates:

Latitude: 45° 46' 47.65271" N 45° 46' 44.61216" N

Longitude: 21° 13' 51.46281" E 21° 12' 59.10981" E

Ellip. Hgt: 154.7278 m 134.9994 m





WGS 84 Coordinates:

Latitude: 45° 46' 47.65271" N 45° 46' 44.53245" N

Longitude: 21° 13' 51.46281" E 21° 13' 11.91786" E

Ellip. Hgt: 154.7278 m 135.4102 m



Baseline Reference: RTCM-Ref 0000 Rover: 4CVA

WGS 84 Coordinates:

Latitude: 45° 46' 47.65271" N 45° 46' 42.63784" N

Longitude: 21° 13' 51.46281" E 21° 13' 13.08768" E

Ellip. Hgt: 154.7278 m 135.1323 m




WGS 84 Coordinates:

Latitude: 45° 46' 47.65271" N 45° 47' 11.69773" N

Longitude: 21° 13' 51.46281" E 21° 13' 04.54359" E

Ellip. Hgt: 154.7278 m 136.3556 m




57


WGS 84 Coordinates:

Latitude: 45° 46' 47.65271" N 45° 47' 02.64101" N

Longitude: 21° 13' 51.46281" E 21° 13' 06.40582" E

Ellip. Hgt: 154.7278 m 133.8557 m




WGS 84 Coordinates:

Latitude: 45° 46' 47.65271" N 45° 46' 59.08476" N

Longitude: 21° 13' 51.46281" E 21° 12' 47.33198" E

Ellip. Hgt: 154.7278 m 133.0179 m




WGS 84 Coordinates:

Latitude: 45° 46' 47.65271" N 45° 46' 44.99042" N

Longitude: 21° 13' 51.46281" E 21° 12' 30.97275" E

Ellip. Hgt: 154.7278 m 132.2588 m




WGS 84 Coordinates:

58


Latitude: 45° 46' 47.65271" N 45° 47' 22.54148" N

Longitude: 21° 13' 51.46281" E 21° 12' 46.70737" E

Ellip. Hgt: 154.7278 m 131.6918 m




WGS 84 Coordinates:

Latitude: 45° 46' 47.65271" N 45° 47' 14.42221" N

Longitude: 21° 13' 51.46281" E 21° 12' 24.39285" E

Ellip. Hgt: 154.7278 m 131.1183 m




WGS 84 Coordinates:

Latitude: 45° 46' 47.65271" N 45° 47' 02.94658" N

Longitude: 21° 13' 51.46281" E 21° 12' 11.06280" E

Ellip. Hgt: 154.7278 m 133.2892 m



59


CAPITOLUL IV. REZULTATE ȘI DISCUȚII

Necesitatea de dezvoltare a dus la introducerea pe piață a unui nou tip de măsurare,

mult mai ușor și mai practice pentru utilizatori. În ultimii ani importanța evoluției a dus la

inventarea unui sistem compact de măsurare, lăsând la o parte stațiile totale și alte aparate

”învechite”. Parcurzând lucrarea de față se poate observa trecerea în revistă a evoluției

fotogrammetriei din anii 1851, când Aime Laussedat a prezentat primul fototeodolit, când

Gaspar Felix Tournachon a realizat primul zbor deasupra Parisului preluând astfel prima

imagine fotogrametrică a unei zone.

Oamenii sunt întotdeauna deschiși unei evoluții, de aceea introducerea vehiculelor

aeriene fără pilot a fost binevenită. În ultimii ani, tot mai multe aplicații ale sistemelor UAV

în fotogrametrie au devenit comune. Această evoluție poate fi explicată prin răspândirea

combinaţiei low-cost a sistemelor de GPS/ INS, care sunt necesare pentru a naviga un

elicopter cu mare precizie către punctele de achiziție prezise.

Metodele de măsurare aero-fotogrammetrice ce sunt folosite se bazează pe o

inovaţie în domeniul fotogrammetric, utilizând imagini preluate cu avioane de tip UAV.

Inovaţia constă în mai multe elemente şi anume:

- Zborul se face cu avioane de mici dimensiuni, ceea ce implică costuri mult mai mici.

De asemenea zgomotul redus este unul dintre motivele pentru care sistemele

ÙAS/RPA se pretează foarte bine când este vorba de zboruri fotogrammetrice de

joasă altitudine.

- O altă inovaţie o constituie camera “ fotogrammetrică” care este o cameră foto

cu capacitate HD, cu un minim de 24 MB pixeli. Această cameră profesională

corelată cu înălţimea mică de zbor (100-200 metri) face ca rezoluţia imaginilor să

fie foarte mult îmbunătăţită (de ordinul centimetrilor).

- Sistemele UAS/RPA sunt dotate cu toate echipamentele clasice ce compun un

sistem aeropurtat fotogrammetric (platformă girostabilizatoare, IMU, INS, DGPS).

Acest lucru reprezintă un alt punct forte al sistemelor UAS/RPA datorită faptului că se pot

zbura trasee de zbor foarte precis.

- Calitatea foarte mare a imaginilor, precum şi acoperirea dintre imagini şi dintre

benzi fac ca după efectuarea aerotriangulaţiei să se obţină o precizie foarte

mare în cazul stereorestituţiei. Un alt aspect important ce rezultă din calitatea

imaginilor şi a acoperirilor o reprezintă faptul că aerotriangulaţia se poate realiza în

mod semi -automat. 60


Pentru folosirea imaginilor preluate în scopul obţinerii unei baze de date corelate

de tip GIS, se vor măsura reperi(premarcaje amplasate la sol) prin metode topo-

geodezice, ce vor avea coordonate în sistemul naţional, dar la care se vor citi

apoi coordonate corespondente şi în sistemul imagine.

Măsurătorile au fost realizare cu un vehicul aerian fără pilot, numit Pteryx UAV. În urma

măsurătorilor a rezultat foaia de inventar, carnetul de teren cu toate măsurătorile executate

în incinta campusului USAMVB Timișoara, dar și planul campusului.

Drona Pteryx UAV are un GPS montat care utilizează date ionosferice de corectare a

transmisiunii, deja existente precum WAAS, MSAS si EGNOS, care sunt transmise prin satelit.

Poate urmării până la 22 din maxim 66 sateliți achiziționați simultan când pornesc, precizia fiind

de 2,5 m cu rata de actualizare de 10Hz.

4.1. PRODUSE REZULTATE

În urma măsurătorilor a întregului campus, realizate cu tehnologii modern au rezultat

hărți tematice, spre exemplu:

Hărți tematice prezentând campusul USAMVB Timișoara, cu toate detaliile rezultate în

timpul măsurătorilor.

Figura 4.1. Hartă tematică a USAMVB Timișoara

Hărți tematice cu toate drumurile din interiorul campusului

61


Figura 4.2. Hartă tematică a drumurilor din interiorul campusului

Hartă tematică cu toți stâlpii de iluminat și stâlpii electrici din interiorul campusului

Figura 4.3. Hartă tematică a stâlpilor de iluminat și stâlpilor electrici

Hărți tematice cu toate construcțiile aferente campusului

62


Figura 4.4. Hartă temetică a construcțiilor din campus

. De asemenea şi baza de date de tip GIS este un produs al aero-fotogrammetriei,

fiind unul dintre cele mai importante produse ale preluării de imagini cu sisteme

ÙAS/RPA.

Ortofotogramă

Ortofotograma este cel mai simplu produs al aero-fotografierii şi are la bază un

principiu simplu dar important: preluarea ortogonală a imaginilor. Astfel se obţin imagini

ce se numesc ortofotograme, ce au proprietatea că dimensiunile obiectelor rămân

nedeformate. De preferat este ca aceste imagini să fie preluate în orele în care soarele se află

la zenit, pentru a reduce influenţa umbrelor şi a luminozităţii reduse.

Ortofotoplan

Ortofotoplanul este produsul complex obţinut din alăturarea tuturor

ortofotogramelor preluate în teren. Realizarea ortofotoplanului se bazează pe

orientarea imaginilor şi compensarea aerotriangulaţiei. Imaginile preluate sunt unite

prin mozaicare şi astfel se realizează fotoplanul zonei respective. Pentru realizarea

ortofotoplanului, acesta se va corecta de efectele de trenare, de eventualele umbre, şi de

influenţa relieful ui din teren.

Reţeaua de sprijin

Pentru realizarea aerotriangulaţiei se vor executa premarcaje cu

muşamale reflectorizante. Din cauza lipsei staţiilor permanente în zona Deltei Dunării se

63


va proceda la îndesirea reţelei de sprijin, pe baza cărora se vor m ăsura premarcajele din

zonele ce urmează a fi fotografiate. Această reţea de sprijin se va îndesi prin măsurători

GNSS bazate pe staţiile permanente ale ANPCI-ului din zona Deltei Dunării.

Măsurătorile vor fi efectuate utilizând tehnologia GPS prin metoda statică, în dublă

frecvenţă, si vor fi procesate ca şi reţele constrânse pe puncte de coordonate cunoscute.

Plan de situaţie

Un alt produs fotogrammetric ce se poate obţine din exploatarea imaginilor

achiziţionate cu UAV-uri este planul de situaţie al zonei de interes. Acesta se poate realiza

prin vectorizare directă pe baza ortofotoplanului, sau prin stereorestituţie pe baza

modelelor stereoscopice obţinute prin suprapunerea fotogramelor, cu parametrii obţinuţi în

urma aerotriangulaţiei. De obicei, planul de situaţie este realizat pentru inventarierea

grafică şi contextuală, ţinând cont şi de toponimia zonei. Planul de situaţie este de regulă

corelat, alături de ortofotoplan, cu baza de date a speciilor, rezultând sistemele de tip GIS.

Preluarea imaginilor cu UAV-uri pentru exploatări fotogrammetrice.

Au fost analizate ariile de zbor in functie de marimea lor, specificitate (specii de

interes prezente in ariile respective si criteriile de observatie urmarite pentru fiecare) si in

raport cu autonomia aparatelor si atitudinile de zbor necesare pentru acoperirea buna

a zonelor respective. Au fost executate misiuni cu payload foto - video, atat pentru

observatie vizuala, fotografie si filmari, cat si pentru fotogrametrie si realizarea de harti si

model 3D. S-au testat scenarii de operare in care s-a efectuat atat observatie prin

fotografiere verticala, cat si fotografie oblica si orizontala, atat cu aripi fixe cat si cu

elicopter, la punct fix.

Prelucrarea fotogrammetrică şi fotointerpretarea

Imaginile achiziţionate în teren vor fi descărcate pe calculator si prelucrare

radiometric pentru a contrasta detaliile fotogramei. Cu ajutorul unui soft, imaginile astfel

obţinute se încarcă pentru a fi prelucrate din punct de vedere fotogrammetric.

Prelucrarea fotogrammetrică se bazează pe elementele de orientare de la bordul UAV -

ului, dar mai ales pe tehnica corelării automate a imaginilor imediat adiacente.

Datorită faptului că imaginile sunt de o calitate foarte bună, iar acoperirea – atât

cea longitudinală, cât şi cea transversală – sunt foarte mari, aceasta îi permite

softului să găsească foarte multe puncte de legătură între imaginile ce se suprapun.

Multitudinea acestor puncte de legătură (de ordinul sutelor) determină o calitate foarte bună

a ortofotoplanurilor ce se obţin.

64


Fotointerpretarea imaginilor culese se bazează pe cunoaşterea formei şi a aspectului

diverselor obiecte, pentru a le putea recunoaşte pe imaginile preluate. Fotointerpretarea şi

recunoaşterea formelor se bazează foarte mult pe experienţa utilizatorului uneori nefiind

îndeajuns doar câteva aspecte tehnice despre acestea.

4.2. DOCUMENTAȚIA PRIVIND FLUXUL TEHNOLOGIC DE OBȚINERE A

IMAGINILOR ORTOFOTO

Principalele etape de lucru sunt: măsurarea punctelor de legătură între modele

şi compensarea în bloc a fotogramelor, realizată prin aerotriangulaţie.

Aerotriangulaţia conţine ambele etape şi este necesară pentru rectificarea imaginii şi

obţinerea imaginii ortofoto. Legarea imaginilor prin punctele de legătură(realizate

manual sau automatic) realizează orientarea iniţială a imaginilor în raport cu fiecare în

parte.

Ca funcție de sprijin un model digital de elevaţie (DEM) se calculează după ajustarea

imaginilor în bloc, iar corecţiile spectrale pot fi aplicate în diferite etape ale procesului.

Când ajustarea în bloc a fost rulată şi DEM calculat, este posibil a se realiza imagini

individuale orto-rectificate.

Punctele măsurate la sol îmbunătăţesc acurateţea rezultatului final, dar acestea sunt

opţionale în cazul în care nu se doreşte realizarea unei ortofotograme cu coordonate în

sistemul naţional. Producţia de mozaic-uri finale se poate realiza din imaginile orto-

rectificate sau din imaginile originale.

Exportul final poate fi realizat sub format *.tiff, *.sdw sau chiar sub format *.kml

pentru a fi direct vizibile în Google Earth. Fluxul de lucru pentru obţinerea

imaginilor ortofoto este următorul: introducerea parametrilor de orientare ai

camerei, corelarea automată a imaginilor(a punctelor de legătură, tie points) sau

manuală, introducerea reperilor şi compensarea în bloc a imaginilor(realizarea

aerotriangulaţiei), calcularea modelului digital de elevaţie (DEM), corectarea individuală

a imaginilor şi mozaicarea acestora pentru a obţine ortofotoplanul zonei fotografiate.

65


CONCLUZII ȘI PROPUNERI

În concluzie, putem afirma că utilizarea droneia este din ce în ce mai practicată atât în tări

străine , cât și la noi în tară deaoarece oferă posibilitatea utilizatorului sâ pătrundă în zone

inaccesibile, dificile sau periculoase pentru operatorii umani.

Privind siguranţa personalului, aceasta este asigurată prin efectuarea de măsurători de la o

distanţă sigură. Măsuratorile se fac printr-o maniera noninvaziva, dronele nelăsând urme sau

emisii de orice natura, în timpul sau după efectuarea măsurătorilor.

Măsurătorile sunt efectuate într-o perioadă scurtă de timp și cu o rezoluție temporală

ridicată.

Grație vitezei reduse de zbor și a posibilității de a plana, combinată cu un traseu de zbor

programabil, se pot studia zone de interes ce acoperă suprafețe relativ mari.

Autopilotul,integrat perfect cu aeronava, poate respecta cu acuratețe planul de zbor prestabilit,

controlând camera în așa fel încât să se obțină acoperirea întregii suprafețe studiate.

O prezentare sintetică a stadiului actual de dezvoltare a fotogrametriei și teledetecției, pe

baza realizărilor cunoscute pâna în prezent, permite aprecierea realistă a posibilităţilor și

limitelor acestui mijloc de investigare.

Planificarea zborului și măsurătorile au arătat că aceast sistem UAV oferă avantaje mari

în înregistrarea patrimoniului cultural, comparativ cu metodele tradiționale.

Majoritatea așa-numitele sisteme de cartografiere UAV curente sau sistemele de

cartografiere utilizand dronele folosesc tehnologia autonoma, moderna si sofisticata pentru zbor;

și totuși surprinzător ele duc fotogrametria cu 50 de ani in urma, si mai mult!

Cu toate acestea, prin abordarea adecvată a problemelor de eroare și de punere în aplicare

fundamentele pentru a obține o precizie adevărat fotogrammetrica, putem face un salt înainte în

fotogrametria precise utilizând drone!

Recunoașterea numeroaselor surse potențiale de eroari, iar apoi tratamentul adecvat

pentru eliminarea sau cel puțin măsurarea acestora, va fi cel mai important factor de discriminare

intre sistemele de cartografierea prin drone. Informațiile de rezistenta si sarcinile utile sunt de o

relevanță mică pentru cartografiere exactă si fotogrammetrie. Sistemele care specifică clar

preciziile de cartografiere din X si Y, precum și în înălțime, ar trebui să fie sistemele de cel mai

mare interes pentru cartografierea fotogrametrica, folosind drone. Aceste precizie trebuie să se

precizeze definitiv, cu informații clare cu privire la fiabilitatea și repetabilitatea unor astfel de

precizii.

66


Prin proiectul de fotografiere a întregului campus cu ajutorul tehnologiei moderne

(drona) au rezultat planuri de situație care sunt utilizate de către studenți în cadrul laboratorului

de fotogrammetrie, GIS și teledecție (vectorizare clădiri, calcul suprafețe terenuri, calcul

suprafețe clădiri, calcul suprafețe zone verzi, determinarea drumurilor de acces, etc.). de

asemenea aceste planuri care au rezultat în sistem Stereografic 70 pot fi utilizate la întocmirea

documentației topocadastrale în vederea notări în cartea funciară a terenului și construcțiilor

aferente campusului. Precizia de determinare a planurilor față de metodele topografice clasice

este de ordinul centimetrilor.

Tot cu ajutorul planurilor rezultate din măsurătorile cu ajutorul dronelor se pot stabili

numărul de nivele ale construcțiilor, tipul de acoperiș (tip terasa sau șarpantă), precum și

culoarea și textura fațadelor . Pentru terenurile cu destinație de parcuri se pot stabili tipul

arborelui, vegetația solului și aplicarea unui GIS pentru fiecare tip de sol în parte.

BIBLIOGRAFIE

67


Cărți și lucrări de autor în edituri

1. Dragomir, L. - Fotogrammetrie Curs, Editura Focus, Petroșani, 2011

2. Popescu, G. - Bazele geometrice ale fotogrammetriei, Editura Academiei Române,

București, 2000

3. Wester-Ebbinghaus, W. - Aerial Photography by radio controlled model helicopter.

The Photogrammetric Record, London, England.. Vol. X No. 55. 1980

4. Baltsavias, E. P. 1999a. A comparison between photogrammetry and laser scanning.

ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 54, 83-94.

5. Chiţea, Gheorghe., Kiss, Arpad., Vorovencii, Iosif. Fotogrammetrie şi Teledetecţie.

Editura Universităţii Transilvania din Braşov

6. Dima, N. - Teoria erorilor și metoda celor mai mici pătrate, Editura Petroșani, 1992

7. Dima, N., - Geodezie, Editura Lito. Inst. de Mine Petroșani, 1985

8. Popescu, C., Ciolac, L., Ciolac, V., Fazakas, P., - Topografie, Fotogrammetrie și

Teledetecție, Editura Eurobit- Timișoara, 2005

9. Dima, N., Herbei, O., Vereș, I.,- Teoria erorilor și meroda celor mai mici pătrate, Editura

Universitatea Petroșani, 2012

10. Popescu, C., Copăcean, L., Herbei, M.,- Teledecție Note de curs, Editura Timișoara, 2014

11. Herbei, M., Ular, R., - Întocmirea și redactarea planurilor și hărților topografice, Editura

Dalami- Caransebeș, 2011

12. Herbei, M., - Sisteme Informaționale Geografice, Editura Universitatea Petroșani, 2013

Studii și articole în reviste de specialitate sau prezentate la conferințe

1. UAV Technology Push- GEO Informatics- Magazine for Surveying, Mapping & GIS

Professionals no. 8, Editura CMedia, 2014

2. Servicii de fotogrammetrie UAV, International Partner Buro, 2014, Editura IparterBuro,

2014

3. România în pas cu tehnologia, MEDIA.IMEDIA.RO, Editura IMEDIA.RO, 2015

Resurse în format electronic

1. *** - http://www.scribd.com/

2. *** - http://www.brantax.ro/

68

http://www.brantax.ro/

http://www.scribd.com/

Licenta Belciu Anca

Documents

Transcript of Licenta Belciu Anca