Любительская аэрофотосъёмка в OSM. Часть 1
Введение
В течении последних нескольких лет моим хобби является делать ортофотопланы для маппинга в OSM. Много раз меня просили написать подробности об этом, и вот я наконец нашёл время это сделать.
Зачем это всё?
Первоначально в OSM основным способом маппинга было использование gps-треков. Потом открыли доступ к спутниковым снимкам, первым был Yahoo, затем Microsoft предоставил доступ к Bing-овским снимкам, потом ESRI и наконец DigitalGlobe/Maxar. Помимо этих снимков, имеющих глобальное покрытие, в некоторых регионах есть доступ к более детальной аэрофотосъёмке. Тут есть хорошая сводная таблица доступных снимков: https://wiki.openstreetmap.org/wiki/Aerial_Imagery
Всё бы хорошо, но скорость обновления этих снимков иногда желает лучшего. В некоторых местах вообще нет снимков высокого разрешения (хотя со временем кол-во таких мест неуклонно сокращается, конечно), а там где они есть - они могут обновляться довольно редко. И если в вашем городе идёт активное строительство - довольно часто этих новостроек просто ещё нет на доступных спутниковых снимках, поэтому приходится рисовать их приблизительно. Идея делать снимки самим, а не ждать милости от провайдеров спутниковых снимков давно витала в воздухе. Так появилась эта тема на форуме про любительскую аэрофотосъёмку, ещё в далёком 2009 году.
Сначала пытались привязать снимки, сделанные из окна самолёта. Мне даже как-то (в начале 2012 года) удалось привязать найденный в интернете снимок с вертолёта для отрисовки одной деревни в Коми. Когда появились спутниковые снимки для этой местности - оказалось, что отрисовка была довольно неплохой.
Потом пытались сделать снимки с запускаемых воздушных шаров. Получалось прямо скажем хреново...
https://forum.openstreetmap.org/viewtopic.php?pid=243456#p243456
А потом пришла эпоха доступных квадрокоптеров и любительская аэрофотосъёмка перешла на качественно иной уровень. С тех пор с каждым годом появлялись всё более лучшие модели квадрокоптеров и возможности соответственно возрастали. Сегодня уже никого не удивишь компактным коптером, способным автономно летать полчаса по заданной программе и выполнять съёмку местности и получать в итоге снимки с разрешением на порядок лучше спутниковых. Так что теперь уже нет никакой необходимости годами ждать когда провайдеры соизволят обновить спутниковый снимок интересующей вас местности - вы сами можете сделать куда лучший. Для сравнения, фрагменты ортофотоплана, сделанного при помощи коптера и спутниковых снимков Maxar и Bing для одного и того же места:
Orthophoto и True Orthophoto
При обычном снимке с высоты получается так называемое перспективное изображение, на котором изображения объектов имеют разного рода искажения, из-за наклона угла зрения, особенностей объектива, разного рельефа местности, разной высоты объектов и т.д. и т.п. Эти искажения мешают использовать эти снимки напрямую для рисования карты. Поэтому на базе исходных снимков обычно создают так называемый ортофотоплан, т.е. изображение на котором эти искажения устранены и воссоздаётся такой вид, как будто бы съёмка каждой точки была выполнена строго сверху.
Различают 2 вида ортофотопланов - обычный (Orthophoto) и “истинный” (True Orthophoto)
В первом выполняется коррекция только по углу снимка и рельефу местности, его применяют обычно при съёмке с больших высот (например со спутников), где площади большие, а перспективные искажения связанные с высотой объектов незначительные.
В случае True Orthophoto выполняется коррекция уже и с учётом высоты самих объектов. Этот вариант требует гораздо больше затрат, как при съёмке, так и при обработке, поэтому его применяют при съёмке на малых высотах, когда перспективные искажения становятся значительными.
Отличить их довольно просто - на обычном здания видны с наклоном, а на True - наклона уже быть не должно. Примеры:
Чтобы получить True Orthophoto используется метод определения высот точек изображения через сопоставление множества фотографий, сделанных с разных ракурсов. В интернете можно найти множество статей на эту тему, я не буду тут его подробно расписывать.
Что понадобится
В целом это не самое дешёвое занятие, для получения качественного результата придётся потратиться. Диапазон цен на девайсы сильно варьируется, как правило чем меньше денег потрачено - тем больше будет потом сопутствующих заморочек при их использовании.
Чем делать снимки
Во первых понадобится то, чем делать снимки - как правило это одна из моделей квадрокоптеров. К нему ещё понадобится смартфон для управления, но у большинства в нынешнее время он и так в наличии.
Исходные снимки в принципе можно делать при помощи любого квадрокоптера, умеющего летать и снимать. Типовой бюджетный вариант - один из квадрокоптеров DJI. Цены на них начинаются от 36 т.р. (за модель Mavic Mini). Я начинал с Phantom 3 Advanced, затем перешёл на Mavic 2 Pro.
Если позволяют средства - можно приобрести коптер с дополнительным высокоточным приёмником, умеющим работать в режимах RTK/PPK, с помощью которых можно сильно улучшить точность определения точек съёмки (перейти с метров на сантиметры). Это позволяет сильно уменьшить необходимость в наземных измерениях (но не избавит от них полностью). Есть варианты как готовых фирменных решений (например Phantom 4 RTK), так и в виде дополнительных модулей к коптеру.
Я себе купил так называемый upgrade-модуль от компании Topodrone, который легко самостоятельно установить на коптер при помощи отвёртки.
Этот модуль содержит в себе двухчастотный приёмник u-blox ZED-F9P + управляющие микроконтроллеры, обеспечивающие сохранение на флэшку “сырых” измерений с приёмника + перехват и запись сигнала о моментах фотографирования с коптера. После полёта эти данные скидываются на компьютер, выполняется постпроцессинг с использованием данных от базовых станций, в котором восстанавливается полная траектория полёта и вычисляются точные координаты моментов фотографирования.
В пределе для небольших площадок и высот съёмки порядка нескольких метров можно даже обойтись без коптера, например можно привязать камеру к шесту и ходить с ней. Именно так однажды поступила одна команда греческих археологов, которым понадобилось сделать детальную съёмку участка раскопок.
Чем измерять
Далее, не менее важная часть - оборудование для высокоточных наземных измерений опорных точек. Без него будет сложно добиться высокой точности результата.
Удобнее всего использовать для этого многочастотный геодезический спутниковый приёмник. Цены на них начинаются от 150 т.р. Я пользуюсь приёмником S-Max Geo, это Spectra Precision SP60 с полным пакетом опций под другим лейблом.
При помощи таких приёмников можно определить координаты наземных точек с точностью до сантиметров.
Чем обрабатывать
Ну и наконец - нужен софт и компьютер для обработки. Лучше всего использовать один из коммерческих пакетов фотограмметрии (Pix4d, Agisoft Metashape), но лицензии на них стоят весьма прилично (от $3500 и выше). Есть бесплатные пакеты (типа https://www.opendronemap.org/), но возни с ними будет намного больше.
Компьютер - чем мощнее он будет, тем быстрее вы будете получать результат. На слабеньком тоже можно производить обработку, но там или придётся уменьшать разрешение результата или процесс будет длиться сутками. У коммерческих пакетов так же есть возможность задействовать платные облачные вычисления. Если вам нужно редко обрабатывать большие объёмы - это может оказаться быстрее и выгоднее чем покупать мощный компьютер только для этого.
На чём ездить
Свой двор и ближайшие окрестности можно снять и пешком. Но если вы захотите снимать больше - понадобится транспортное средство для перемещений. Как минимум велосипед с багажником, а лучше машина.
В течении последних нескольких лет моим хобби является делать ортофотопланы для маппинга в OSM. Много раз меня просили написать подробности об этом, и вот я наконец нашёл время это сделать.
Зачем это всё?
Первоначально в OSM основным способом маппинга было использование gps-треков. Потом открыли доступ к спутниковым снимкам, первым был Yahoo, затем Microsoft предоставил доступ к Bing-овским снимкам, потом ESRI и наконец DigitalGlobe/Maxar. Помимо этих снимков, имеющих глобальное покрытие, в некоторых регионах есть доступ к более детальной аэрофотосъёмке. Тут есть хорошая сводная таблица доступных снимков: https://wiki.openstreetmap.org/wiki/Aerial_Imagery
Всё бы хорошо, но скорость обновления этих снимков иногда желает лучшего. В некоторых местах вообще нет снимков высокого разрешения (хотя со временем кол-во таких мест неуклонно сокращается, конечно), а там где они есть - они могут обновляться довольно редко. И если в вашем городе идёт активное строительство - довольно часто этих новостроек просто ещё нет на доступных спутниковых снимках, поэтому приходится рисовать их приблизительно. Идея делать снимки самим, а не ждать милости от провайдеров спутниковых снимков давно витала в воздухе. Так появилась эта тема на форуме про любительскую аэрофотосъёмку, ещё в далёком 2009 году.
Сначала пытались привязать снимки, сделанные из окна самолёта. Мне даже как-то (в начале 2012 года) удалось привязать найденный в интернете снимок с вертолёта для отрисовки одной деревни в Коми. Когда появились спутниковые снимки для этой местности - оказалось, что отрисовка была довольно неплохой.
Потом пытались сделать снимки с запускаемых воздушных шаров. Получалось прямо скажем хреново...
https://forum.openstreetmap.org/viewtopic.php?pid=243456#p243456
А потом пришла эпоха доступных квадрокоптеров и любительская аэрофотосъёмка перешла на качественно иной уровень. С тех пор с каждым годом появлялись всё более лучшие модели квадрокоптеров и возможности соответственно возрастали. Сегодня уже никого не удивишь компактным коптером, способным автономно летать полчаса по заданной программе и выполнять съёмку местности и получать в итоге снимки с разрешением на порядок лучше спутниковых. Так что теперь уже нет никакой необходимости годами ждать когда провайдеры соизволят обновить спутниковый снимок интересующей вас местности - вы сами можете сделать куда лучший. Для сравнения, фрагменты ортофотоплана, сделанного при помощи коптера и спутниковых снимков Maxar и Bing для одного и того же места:
Orthophoto и True Orthophoto
При обычном снимке с высоты получается так называемое перспективное изображение, на котором изображения объектов имеют разного рода искажения, из-за наклона угла зрения, особенностей объектива, разного рельефа местности, разной высоты объектов и т.д. и т.п. Эти искажения мешают использовать эти снимки напрямую для рисования карты. Поэтому на базе исходных снимков обычно создают так называемый ортофотоплан, т.е. изображение на котором эти искажения устранены и воссоздаётся такой вид, как будто бы съёмка каждой точки была выполнена строго сверху.
Различают 2 вида ортофотопланов - обычный (Orthophoto) и “истинный” (True Orthophoto)
В первом выполняется коррекция только по углу снимка и рельефу местности, его применяют обычно при съёмке с больших высот (например со спутников), где площади большие, а перспективные искажения связанные с высотой объектов незначительные.
В случае True Orthophoto выполняется коррекция уже и с учётом высоты самих объектов. Этот вариант требует гораздо больше затрат, как при съёмке, так и при обработке, поэтому его применяют при съёмке на малых высотах, когда перспективные искажения становятся значительными.
Отличить их довольно просто - на обычном здания видны с наклоном, а на True - наклона уже быть не должно. Примеры:
Чтобы получить True Orthophoto используется метод определения высот точек изображения через сопоставление множества фотографий, сделанных с разных ракурсов. В интернете можно найти множество статей на эту тему, я не буду тут его подробно расписывать.
Что понадобится
В целом это не самое дешёвое занятие, для получения качественного результата придётся потратиться. Диапазон цен на девайсы сильно варьируется, как правило чем меньше денег потрачено - тем больше будет потом сопутствующих заморочек при их использовании.
Чем делать снимки
Во первых понадобится то, чем делать снимки - как правило это одна из моделей квадрокоптеров. К нему ещё понадобится смартфон для управления, но у большинства в нынешнее время он и так в наличии.
Исходные снимки в принципе можно делать при помощи любого квадрокоптера, умеющего летать и снимать. Типовой бюджетный вариант - один из квадрокоптеров DJI. Цены на них начинаются от 36 т.р. (за модель Mavic Mini). Я начинал с Phantom 3 Advanced, затем перешёл на Mavic 2 Pro.
Если позволяют средства - можно приобрести коптер с дополнительным высокоточным приёмником, умеющим работать в режимах RTK/PPK, с помощью которых можно сильно улучшить точность определения точек съёмки (перейти с метров на сантиметры). Это позволяет сильно уменьшить необходимость в наземных измерениях (но не избавит от них полностью). Есть варианты как готовых фирменных решений (например Phantom 4 RTK), так и в виде дополнительных модулей к коптеру.
Я себе купил так называемый upgrade-модуль от компании Topodrone, который легко самостоятельно установить на коптер при помощи отвёртки.
Этот модуль содержит в себе двухчастотный приёмник u-blox ZED-F9P + управляющие микроконтроллеры, обеспечивающие сохранение на флэшку “сырых” измерений с приёмника + перехват и запись сигнала о моментах фотографирования с коптера. После полёта эти данные скидываются на компьютер, выполняется постпроцессинг с использованием данных от базовых станций, в котором восстанавливается полная траектория полёта и вычисляются точные координаты моментов фотографирования.
В пределе для небольших площадок и высот съёмки порядка нескольких метров можно даже обойтись без коптера, например можно привязать камеру к шесту и ходить с ней. Именно так однажды поступила одна команда греческих археологов, которым понадобилось сделать детальную съёмку участка раскопок.
Click to viewЧем измерять
Далее, не менее важная часть - оборудование для высокоточных наземных измерений опорных точек. Без него будет сложно добиться высокой точности результата.
Удобнее всего использовать для этого многочастотный геодезический спутниковый приёмник. Цены на них начинаются от 150 т.р. Я пользуюсь приёмником S-Max Geo, это Spectra Precision SP60 с полным пакетом опций под другим лейблом.
При помощи таких приёмников можно определить координаты наземных точек с точностью до сантиметров.
Чем обрабатывать
Ну и наконец - нужен софт и компьютер для обработки. Лучше всего использовать один из коммерческих пакетов фотограмметрии (Pix4d, Agisoft Metashape), но лицензии на них стоят весьма прилично (от $3500 и выше). Есть бесплатные пакеты (типа https://www.opendronemap.org/), но возни с ними будет намного больше.
Компьютер - чем мощнее он будет, тем быстрее вы будете получать результат. На слабеньком тоже можно производить обработку, но там или придётся уменьшать разрешение результата или процесс будет длиться сутками. У коммерческих пакетов так же есть возможность задействовать платные облачные вычисления. Если вам нужно редко обрабатывать большие объёмы - это может оказаться быстрее и выгоднее чем покупать мощный компьютер только для этого.
На чём ездить
Свой двор и ближайшие окрестности можно снять и пешком. Но если вы захотите снимать больше - понадобится транспортное средство для перемещений. Как минимум велосипед с багажником, а лучше машина.