Fotogrametria i teledetekcja oraz ich zastosowanie w praktyce z użyciem drona

Mimo że coraz częściej możemy zauważyć drony w naszym otoczeniu, wciąż mało osób zdaje sobie sprawę, że korzystanie z dronów to nie tylko hobby i urządzenie do “szpiegowania”, ale także sprzęt mający rozmaite zastosowanie w wielu branżach. Drony można wykorzystać do wykonywania pomiarów fotogrametrycznych i teledetekcji, a uzyskane w ten sposób informacje znajdują zastosowanie w ortofotomapach i modelach 3D.  Te zaś mają bardzo szeroki wachlarz zastosowania w życiu codziennym.

Fotogrametria i teledetekcja – co to jest?

W przeszłości fotogrametria i teledetekcja były traktowane jako odrębne nauki, ale w roku 1988 podczas kongresu ISPRS (Międzynarodowego Stowarzyszenia Fotogrametrii i Teledetekcji) połączone je w jedną dziedzinę.

W skrócie – fotogrametria i teledetekcja to dziedzina nauk technicznych zajmująca się zdalnym pozyskiwaniem wiarygodnych informacji o obiektach fizycznych i ich otoczeniu drogą rejestracji, pomiaru i interpretacji obrazów oraz zdjęć. Aby uznać przeprowadzany pomiar za teledetekcję, obiekt dokonujący pomiaru nie może się stykać z ciałem fizycznym poddanym temu pomiarowi, a taki brak kontaktu zachodzi także przy robieniu zdjęć kamerą czy aparatem fotograficznym. Dlatego fotogrametrię uznaje się obecnie za teledetekcję, jednak należy pamiętać, że w tym przypadku zdjęcia są wykonywane w różnych pasmach częstotliwości, nie tylko świetle widzialnym; fotogrametria obejmuje także obrazy, której rejestrują odbicia w zakresach poza światłem widzialnym, co znajduje zastosowanie w kamerach termowizyjnych, multispektralnych i hiperspektralnych.

Kamery służące do rejestracji obrazów mogą znajdować się na pokładzie helikoptera, samolotu czy satelity, ale ponieważ wynajęcie takiego sprzętu dużo kosztuje, bezzałogowe statki powietrzne BSP (czyli drony) są o wiele bardziej przystępną i wygodną opcją.

Praktyczne zastosowanie pomiarów fotogrametrycznych – ortofotomapy i modele 3D oparte na zdjęciach z drona

Zebrane przez drona pomiary fotogrametryczne służą do sporządzania ortofotomap w 2D (modeli płaskich) oraz trójwymiarowych numerycznym modeli terenu (modeli przestrzennych, powłokowych). Pierwsze to więcej niż tylko dokładne mapy – w odróżnieniu od zwykłych map geograficznych ortofotomapy zawierają warstwy przedstawiające dodatkowe informacje. Obejmują także o wiele większe powierzchnie niż zwyczajne mapy. Oprogramowanie łączy zebrane przez drona zdjęcia w jedno większe zdjęcie, na którym wydziela się i wylicza działki terenu. Informacje takie znajdują zastosowanie np.przy sporządzaniu dokładnych map dla precyzyjnego rolnictwa z użyciem kolorów dla poszczególnych wskaźników (NDVI, GNDVI, SAVI) lub planów architektonicznych dużych obszarów terenu oraz planów zagospodarowania terenu. W przeciwieństwie do ortofotomap numeryczne modele terenu są modelami przestrzennymi i pomagają w zobrazowaniu uwypukleń terenu, co znajdują szerokie zastosowanie m.in. w hydrotechnice – przy wyznaczaniu powierzchni zalewowych lub obserwacji postępującej erozji.

Rolnictwo precyzyjne, czyli zastosowanie informacji zebranych przez drona w nowoczesnym rolnictwie

Dane zbierane przez drony i powstałe na ich podstawie ortofotomapy i modele 3D mają szczególne znaczenie dla współczesnego rolnictwa. Drony wyposażone w kamery multispektralne dokonują pomiaru światła odbitego od roślin, co pozwala następnie przeprowadzić ocenę zasobności gleby. Pozwala to na wówczas na zastosowanie technologii zmiennego dawkowania (VRA) w rolnictwie, dzięki czemu zwiększa się efektywność gospodarstw rolnych, ponieważ rolnicy wiedzą dokładnie, które tereny trzeba nawozić i nawadniać, a nawet w których częściach upraw znajdują się szkodniki. Ponieważ rolnik wie dokładnie, które tereny wymagają nawożenia i stosowania środków ochrony roślin, nie stosuje się ich na terenie całości upraw, co także przyczynia się do ochrony środowiska i produkcji bardziej ekologicznej żywności. W związku z tym rolnictwo precyzyjne stanowi kompromis między rolnictwem klasycznym a rolnictwem w pełni ekologicznym.

Wskaźniki wegetacyjne opracowuje się poprzez badanie kontrastu pomiędzy odbiciem promieniowania widzialnego a promieniowaniem z zakresu bliskiej podczerwieni.

Podstawowym wskaźnikiem wegetacyjnym jest znormalizowany wskaźnik wegetacji (NDVI) , który jest opracowywany na podstawie danych teledetekcji z drona i pomaga w przygotowaniu prognozy plonów lub ilości biomasy, która zostanie wytworzona przez ekosystem na konkretnym terenie.

Drony z użyciem kamer multispektralnych są także niezwykle przydatne do szacowania strat, powstałych na przykład na skutek suszy. Informacje z drona mogą także stanowić rzetelne dane służące do oszacowania strat łowieckich w procesach o odszkodowanie oraz przy wnioskach o odszkodowanie z ubezpieczenia w przypadku np. terenów zalanych podczas powodzi.

Informacje zdobyte dzięki teledetekcji można też wykorzystać przy innych lotach z użyciem dokładnie zaprogramowanych dronów, na przykład do automatycznego oprysku upraw.