Cały plan sprowadza się do czterech decyzji: ile szczegółów potrzebujesz (GSD), jak wysoko trzeba lecieć, żeby je uzyskać, jak mocno zdjęcia mają na siebie zachodzić i czy potrzebne są fotopunkty. Ustawienia aparatu i pogoda przychodzą dopiero potem.
GSD, czyli najpierw szczegółowość
GSD (ang. ground sampling distance), po polsku terenowy rozmiar piksela, to odległość między środkami dwóch sąsiednich pikseli zmierzona na ziemi. GSD 5 cm oznacza, że jeden piksel obejmuje kwadrat 5 x 5 cm. Im większe GSD, tym mniej szczegółów widać na mapie. Pix4D łączy to też z dokładnością: to, co da się zmierzyć na mapie, zależy wprost od GSD zdjęć źródłowych.
Wybierz GSD, zanim zaczniesz planować cokolwiek innego. Pix4D radzi lecieć niżej, gdy potrzebny jest dokładny model, a wyżej przy dużym obszarze, na którym drobne szczegóły nie są ważne. Wyższy lot oszczędza czas w powietrzu, akumulatory i czas obróbki.
Od GSD do wysokości lotu
Dla aparatu skierowanego pionowo w dół Pix4D podaje taki wzór:
H [m] = (szerokość zdjęcia [px] x GSD [cm/px] x rzeczywista ogniskowa [mm]) / (rzeczywista szerokość matrycy [mm] x 100)
Są w nim dwie pułapki. Ogniskowa musi być rzeczywista, a nie ekwiwalent dla pełnej klatki 35 mm z karty katalogowej. Szerokość matrycy to jej fizyczna szerokość w milimetrach. Pix4D liczy przykład dla aparatu z obiektywem 5 mm, matrycą o szerokości 6,17 mm i zdjęciami szerokimi na 4000 px. Przy GSD 5 cm wychodzi:
H = (4000 x 5 x 5) / (6,17 x 100) = 162 m
W Unii Europejskiej tego przykładu nie polecisz w kategorii otwartej. EASA ogranicza tam lot do 120 m od najbliższego punktu powierzchni ziemi. Jeśli odwrócić wzór dla tego samego aparatu na 120 m, GSD wychodzi około 3,7 cm.
Aplikacje do mapowania liczą to same po wybraniu drona, ale warto znać zależność: GSD rośnie wprost proporcjonalnie do wysokości. Dwa razy niżej to dwa razy mniejsze GSD, ale też cztery razy mniejsza powierzchnia na jednym zdjęciu, czyli dużo więcej zdjęć i przelotów nad tym samym polem.
Pokrycie, czyli ile zdjęcie dzieli z następnym
Program szuka tych samych szczegółów na kilku zdjęciach i z nich wylicza ich położenie. Przy zbyt małym pokryciu nie ma czego dopasować. Liczą się dwie wartości:
- pokrycie podłużne - między kolejnymi zdjęciami na jednej linii lotu,
- pokrycie poprzeczne - między sąsiednimi liniami.
Zalecenia trzech głównych narzędzi są do siebie zbliżone:
| Źródło | Typowy przypadek | Trudniejszy teren |
|---|---|---|
| Pix4D | co najmniej 75% podłużnego, 60% poprzecznego | 80% / 80% na płaskich polach uprawnych, 85% / 85% nad lasem i gęstą roślinnością, 90% / 90% dla zdjęć termowizyjnych |
| DroneDeploy | co najmniej 75% podłużnego, 65% poprzecznego | 80% / 80% w trudnym terenie, na przykład nad lasem |
| OpenDroneMap (produkty 2D i 2,5D) | 70-80%, aparat odchylony o 5-10 stopni od pionu | bliżej 80-83% przy złożonych budynkach i roślinności |
Przy wąskim pasie mapowanym jedną linią, na przykład wzdłuż drogi albo brzegu rzeki, Pix4D zaleca 85% pokrycia podłużnego. Jeśli ten sam pas leci się dwiema liniami, pokrycie poprzeczne wynosi 60%.
Lasy i pola uprawne są trudne, bo każdy kawałek wygląda jak sąsiedni. Pomaga większe pokrycie, a Pix4D i DroneDeploy radzą też lecieć tam wyżej. Większy obszar na zdjęciu daje programowi więcej wyraźnych szczegółów do dopasowania. DroneDeploy nazywa wyższy lot najskuteczniejszym sposobem na lepsze dane, a ceną jest większe GSD.
Pokrycie ma też praktyczny limit. DroneDeploy zwraca uwagę, że aparat ma sprzętowe ograniczenie tego, jak szybko może robić kolejne zdjęcia. Po dojściu do tej granicy większe pokrycie podłużne nic już nie da. Z kolei większe pokrycie poprzeczne to więcej linii i mniejszy obszar na jednym akumulatorze.
Przykład z liczbami
Weźmy ten sam aparat z przykładu Pix4D na 120 m, czyli GSD około 3,7 cm. Jeśli zdjęcia mają 4000 x 3000 px (proporcje 4:3 to tu założenie, Pix4D podaje tylko szerokość), jedno zdjęcie obejmuje około 148 x 111 m. Gdy krótszy bok zdjęcia leży wzdłuż linii lotu:
- przy 75% pokrycia podłużnego dron musi robić zdjęcie co 111 x 0,25, czyli mniej więcej co 28 m,
- przy 60% pokrycia poprzecznego linie są oddalone o 148 x 0,4, czyli około 59 m,
- przy 5 m/s daje to jedno zdjęcie mniej więcej co 5,6 sekundy.
To zwykła arytmetyka na powyższych liczbach. Aplikacja do planowania poda trochę inne wartości, bo korzysta z dokładnych danych matrycy konkretnego drona.
Obszar i ukształtowanie terenu
Pix4D zaleca do większości map regularną siatkę i radzi objąć lotem trochę więcej niż sam interesujący obszar. Szczegóły na skraju trafiają na mniej zdjęć i bywają widoczne tylko z jednej strony, więc brzegi mapy wychodzą gorzej. Nadmiar danych łatwo potem usunąć, a brakujące oznaczają kolejny wyjazd.
Wzniesienia zmieniają wszystko. Jeśli dron leci na stałej wysokości nad zboczem, po stronie wyżej położonej ziemia jest bliżej, więc GSD maleje, a pokrycie spada. Pix4D zaleca śledzenie terenu, czyli lot na stałej wysokości nad gruntem. Jeśli aplikacja tego nie umie, zostaje kilka lotów na różnych stałych wysokościach, z liniami w poprzek zbocza i pokryciem między lotami. Śledzenie terenu dobrze pasuje też do unijnego limitu wysokości, który liczy się od najbliższego punktu powierzchni, a nie od miejsca startu.
DroneDeploy dodaje jeszcze dwie rady do planowania: przy wąskim obszarze ustaw linie wzdłuż jego dłuższego boku, co oszczędza akumulator, a kierunek lotu dobierz tak, żeby dron leciał pod wiatr i z wiatrem. Wtedy prędkość względem ziemi jest równa.
Przy pojedynczym budynku Pix4D proponuje inny schemat. Najpierw okrąg wokół budynku z aparatem pochylonym pod kątem 45 stopni, potem drugi i trzeci, za każdym razem wyżej i z mniejszym kątem pochylenia, z jednym zdjęciem co 5-10 stopni okręgu. Najwyższy okrąg nie powinien być więcej niż dwa razy wyżej od najniższego, bo GSD za bardzo by się różniło. Przepis OpenDroneMap na pełny model 3D jest podobny: lot z aparatem skierowanym pionowo w dół z pokryciem 60% i do tego podwójna, krzyżowa siatka z aparatem pod kątem 45 stopni i pokryciem 70-80%.
Która aplikacja przeleci siatkę
Siatkę wykonuje aplikacja, a to, czy zadziała, zależy od drona i aparatury. Dwa przykłady pokazują, jak wąskie bywa to wsparcie:
- DJI Mobile SDK 5, z którego korzystają aplikacje innych firm do sterowania dronem, wymienia wśród dronów konsumenckich DJI Mini 4 Pro, Mini 3 i Mini 3 Pro, obok modeli profesjonalnych, takich jak seria Mavic 3 Enterprise.
- Dronelink obsługuje Mini 4 Pro tylko na Androidzie z aparaturą RC-N2 lub RC-N3, a aplikację instaluje się z pliku APK z jego strony, nie ze sklepu. DJI RC 2, RC Pro i iOS nie są obsługiwane, podobnie jak zwykły Mini 4 bez dopisku „Pro”. Dronelink podaje też znany problem z fałszywymi ostrzeżeniami o zakłóceniach sygnału i kompasu przy tym dronie.
Zanim kupisz drona albo umówisz zlecenie, sprawdź listę obsługiwanych dronów w aplikacji, której zamierzasz użyć. Takie listy zmieniają się z każdą wersją SDK.
Ustawienia aparatu
Rady Pix4D dotyczące aparatu przy mapowaniu z powietrza:
- Ustaw stały czas naświetlania, średni, mniej więcej 1/300-1/800 s, ale na tyle krótki, żeby nie było rozmazań. Jeśli ponad 5% zdjęć ma rozmazanie w jednym kierunku, skróć go trochę.
- Trzymaj ISO tak nisko, jak się da bez szumu. Pix4D podaje 100 jako minimum.
- Jeśli czas i ISO ustawiasz ręcznie, przysłonę zostaw na automacie.
- Ustaw ostrość ręcznie na nieskończoność.
- Wyłącz elektroniczną i mechaniczną stabilizację obrazu, bo zniekształca zdjęcia i przeszkadza w obróbce.
DroneDeploy dobiera ustawienia aparatu samo. Jeśli jednak ekspozycję albo ostrość ustawiasz ręcznie, robisz to w DJI Fly lub DJI Pilot 2, a potem wracasz do DroneDeploy, żeby rozpocząć misję.
Efekt migawki kroczącej
Większość aparatów w dronach konsumenckich odczytuje matrycę linia po linii. Jeśli dron przesuwa się w trakcie tego odczytu, zdjęcie jest lekko zniekształcone, a to utrudnia dopasowanie szczegółów. Pix4D podaje przykład: Phantom 2 Vision+ z czasem odczytu 74 ms, lecący 8 m/s na wysokości 70 m, ma przesunięcie w pionie około 10 pikseli, bo w czasie jednego odczytu pokonuje prawie 60 cm.
Pix4D zaleca włączenie korekcji tego efektu podczas obróbki, gdy przesunięcie przekracza 2 piksele, i zaznacza, że działa ona tylko ze zdjęciami w orientacji poziomej. Efekt rośnie z prędkością i maleje z wysokością, więc w terenie pomaga wolniejszy lot, wyższy albo jedno i drugie.
Światło i pogoda
DroneDeploy zaleca dni pochmurne, bo chmury rozpraszają światło, a to ogranicza cienie, rozmazania i odblaski od błyszczących powierzchni. Unikaj wschodu i zachodu słońca, kiedy długie cienie i nisko stojące słońce utrudniają sklejanie. Do większości map DroneDeploy proponuje loty między 10:00 a 14:00. Pix4D dodaje, żeby unikać rozproszonych chmur i dbać o dobre oświetlenie, bo przy słabym świetle zdjęcia mają więcej szumu i są mniej ostre.
Jeśli jeden obszar wymaga kilku lotów, Pix4D zaleca pokrycie między nimi i podobne warunki: ten sam kierunek słońca, podobną pogodę i niezmieniony teren.
Fotopunkty
Bez fotopunktów, czyli punktów o znanych współrzędnych na ziemi, mapa opiera się na pozycjach z GPS drona zapisanych w zdjęciach. Pix4D pisze, że fotopunkty nie są konieczne do obróbki, ale wyraźnie poprawiają dokładność bezwzględną, czyli to, jak dobrze mapa pokrywa się z rzeczywistymi współrzędnymi. Zwykle mierzy się je na miejscu sprzętem geodezyjnym. Według Pix4D tachimetr daje dokładność rzędu milimetrów, a odbiornik GPS rzędu kilku centymetrów.
Zasady rozmieszczania według Pix4D:
- Trzy fotopunkty to minimum, żeby program w ogóle je uwzględnił, a każdy musi być oznaczony na co najmniej dwóch zdjęciach.
- Zalecane minimum to pięć, każdy oznaczony na co najmniej pięciu zdjęciach. Nawet przy dużych projektach zwykle wystarcza 5-10. Więcej wnosi niewiele, chyba że teren jest złożony.
- Rozłóż je równomiernie, jak nogi stołu, i dodaj jeden na środku.
- Nie kładź ich na samym skraju, bo będą widoczne tylko na kilku zdjęciach. Pix4D radzi odsunąć je od krawędzi o co najmniej jedną linię lotu.
- W pagórkowatym terenie rozmieść je na różnych wysokościach, na przykład na szczycie i u podnóża zbocza.
- Zmierz kilka punktów więcej i zostaw je jako punkty kontrolne do sprawdzenia dokładności.
Znacznik musi być widoczny na zdjęciach. Według Pix4D powinien mieć wymiar pięć do dziesięciu razy większy od GSD, czyli przy GSD 2 cm około 10-20 cm. Automatyczne wykrywanie znaczników w niektórych programach Pix4D wymaga co najmniej 20-krotności średniego GSD. Pix4D ostrzega też przed „naturalnymi” fotopunktami: miejsca parkingowe czy narożniki budynków bywają zbyt powtarzalne, a cienie potrafią się przesunąć nawet w czasie jednego lotu.
Przed startem
- GSD wybrane, a wysokość lotu sprawdzona z limitem 120 m.
- Pokrycie dobrane do terenu: ogólnie co najmniej 75/60, więcej nad uprawami, lasem i przy termowizji.
- Obszar lotu trochę większy niż teren do zmapowania, śledzenie terenu na pagórkach.
- Stały czas naświetlania, niskie ISO, ostrość na nieskończoność.
- Równe światło, bez nisko stojącego słońca i rozproszonych chmur.
- Fotopunkty rozłożone i zmierzone, jeśli mapa ma się zgadzać z rzeczywistymi współrzędnymi.