Využití bezpilotních prost ředk ů ve...

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Fakulta stavební

Katedra mapování a kartografie

Využití bezpilotních prostředků ve fotogrammetrii

UAV photogrammetry

Diplomová práce

Bc. Martin Řehák

Studijní obor: Geoinformatika

Vedoucí práce:

Prof. Dr. Ing. Karel Pavelka

Praha 2012

Prohlašuji, že jsem předloženou práci vypracoval samostatně a že jsem uvedl

veškeré použité informační zdroje v souladu s Metodickým pokynem o dodržování

etických principů při přípravě vysokoškolských závěrečných prací.

Ve Zlosyni dne

………………….. ………………………….

Martin Řehák

PODĚKOVÁNÍ

Rád bych poděkoval Prof. Dr. Ing. Karlu Pavelkovi za odborné rady a pomoc při

pořizování bezpilotního prostředku, bez kterého by tato práce nemohla vzniknout. Mé

poděkování patří také poskytovatelům programového vybavení, které bylo při zpracování

této práce použito.

ABSTRAKT

Diplomová práce se zabývá využitím bezpilotních prostředků pro

fotogrammetrické účely. Představena je historie, rozdělení bezpilotních systémů a jejich

nasazení při sběru dat. Úvodní část je věnována problematice legislativy a začlenění těchto

strojů do běžného leteckého provozu. V práci je popsán systém Mikrokopter, který byl

použit pro konkrétní aplikaci. Na příkladu tvorby ortofoto snímku je ukázána problematika

plánování a sběru dat pomocí bezpilotního vrtulníku. Teoretická příprava pro sběr dat se

zabývá plánováním a provedením letové mise. Pozornost je také zaměřena na nastavení

fotoaparátu a volbu snímkovacích metod.

Provedena je kalibrace fotoaparátu pomocí rovinného pole a polní kalibrace

nalétnutím leteckého bodového pole. Výstupy jsou porovnány a použity při dalším

zpracování. Ve vlastním programu vytvořeném v prostředí MATLAB jsou pro vybrané

území stanoveny parametry fotogrammetrické mise. Pořízená data jsou zpracována

v několika programech speciálně určených pro práci s daty z blízké letecké

fotogrammetrie. Výstupem jsou ortofoto snímky a digitální výškové modely území.

V prostředí geoinformačních systémů jsou tyto výstupy porovnány podle přesnosti

a obrazové kvality.

Klí čová slova: fotogrammetrie, bezpilotní prostředek, autopilot, ortofoto, digitální model

ABSTRACT

The diploma thesis deals with the application of unmanned aerial vehicles in

photogrammetry tasks. The history of unmanned aerial systems, their classification and

usage during data acquisition are presented. The first part of this thesis focuses on the

issues of law and integration of these systems into usual flight traffic. The Mikrokopter

system is introduced in this thesis and is used for a specific task. Through orthophoto

making, the problematics of planning and data obtaining are exemplified. The theoretical

preparation of the data acquisition deals with mission planning and operation. The thesis is

also focused on camera setting and the evaluation of sensing methods.

Two methods of calibration are presented: the laboratory and the field calibration.

The outputs are compared and used in further processing. The own scripts written in

Matlab are created for the photogrammetry mission planning. Obtained data are processed

in several softwares, which are particularly developed for the close range aerial

photogrammetry. The outputs are orthophoto images and digital elevation models.

The precision and image quality of the results are compared between each other in

the geographics information systems.

Key words: photogrammetry, unmanned aerial vehicle, autopilot, orthophoto, digital

model

SEZNAM ZKRATEK:

UAV - Unmanned Aerial Vehicle

UAS - Unmanned Aerial System

DEM - Digital Elevation Model

CZEPOS - Česká síť permanentních stanic

GCP - Ground Control Point

AAT - Automatic Aerial Triangulation

GIS - Geografický Informační Systém

KML - Keyhole Markup Language

KMZ - Keyhole Markup Language Zipped

RAW - obrazový formát

RC - Remote Control

GUI - Graphical User Interface

LiPol - Lithium polymer

GPS - Global Positioning System

OBSAHABSTRAKT...........................................................................................................................5 I. ÚVOD................................................................................................................................9

1. Úvod.............................................................................................................................9 2. Cíle práce......................................................................................................................9

II. BEZPILOTNÍ PROSTŘEDKY......................................................................................10 1. Definice bezpilotního prostředku...............................................................................10 2. Historie bezpilotních prostředků.................................................................................11

2.1 Aplikace bezpilotních prostředků........................................................................12 3. Historie využití bezpilotních prostředků ve fotogrammetrii......................................13 4. Literární rešerše .........................................................................................................16 5. Způsoby využití bezpilotních prostředků ve fotogrammetrii.....................................18 6. Výhody a nevýhody bezpilotních prostředků oproti konvenčním leteckým nosičům.........................................................................................................................................20 7. Technická a legislativní omezení bezpilotních prostředků.........................................20

7.1 Technická omezení...............................................................................................20 7.2 Legislativní omezení v ČR...................................................................................21

III. KATEGORIZACE BEZPILOTNÍCH PROSTŘEDKŮ................................................25 1. Typy bezpilotních prostředků.....................................................................................26

1.1 Letadla..................................................................................................................26 1.2 Balóny a vzducholodě..........................................................................................28 1.3 Drak......................................................................................................................29 1.4 Paraglide .............................................................................................................30 1.5 Vrtulníky..............................................................................................................31 1.6 Mutikoptéry..........................................................................................................32

2. Mikrokopter................................................................................................................34 2.1 Součásti mikrokopteru.........................................................................................34 2.2 Funkcionality mikrokopteru.................................................................................36 2.3 Popis Mikrokopteru použitém pro tuto práci.......................................................36

IV. ZPRACOVÁNÍ FOTOGRAMMETRICKÉ MISE-TEORETICKÝ ÚVOD................40 1. Stanovení požadovaného rozlišení snímků.................................................................40 2. Manuální versus autonomní let ..................................................................................42 3. Rozmístění a geodetické zaměření vlícovacích a kontrolních bodů...........................42 4. Předletové nastavení fotoaparátu................................................................................43

4.1 Typ snímkování...................................................................................................44 5. Určení prvků vnitřní orientace....................................................................................47 6. Prvky vnější orientace................................................................................................47 7. Požadované výstupy a programové vybavení ............................................................48

7.1 Pix4D...................................................................................................................49 7.2 Aerogis.................................................................................................................49 7.3 Icaros....................................................................................................................50 7.4 Dronemapper........................................................................................................50

V. FOTOGRAMMETRICKÁ MISE - PROVEDENÍ.........................................................52 1. Kalibrace fotoaparátu.................................................................................................52

1.1 Kalibrace pomocí testovacího pole......................................................................52 1.2 Letecká kalibrace ................................................................................................54 1.3 Porovnání výsledků kalibrací...............................................................................57

2. Nalezení vhodné lokality a stanovení letových parametrů.........................................58 3. Trajektorie snímkového letu.......................................................................................59 4. Zaměření vlícovacích a kontrolních bodů..................................................................61 5. Kalibrace modelu, předletová kontrola parametrů a fotoaparátu...............................61

6. Let - sběr dat...............................................................................................................62 7. Výběr snímků a jejich úprava.....................................................................................63

7.1 Připojení prvků vnější orientace ke snímkům......................................................63 VI. VYHODNOCENÍ DAT A JEJICH PREZENTACE .....................................................65

1. Vyhodnocení průběhu letové mise..............................................................................65 2. Zpracování snímků a vyhodnocení přesnosti.............................................................66

2.1 Pix4D...................................................................................................................66 2.2 Aerogis.................................................................................................................68 2.3 Icaros....................................................................................................................68 2.4 Dronemapper........................................................................................................69

3. Výsledky kalibrací......................................................................................................69 4. Vyhodnocení v geografických informačních systémech............................................70

4.1 Ortofoto snímek...................................................................................................70 4.2 Výškový model....................................................................................................75 4.3 3D model..............................................................................................................80

5. Zhodnocení výsledků..................................................................................................81 VII. ZÁV ĚR........................................................................................................................83 VIII. SEZNAMY.................................................................................................................85

1. Použitá literatura a prameny.......................................................................................85 2. Obrázky......................................................................................................................89 3. Tabulky.......................................................................................................................90 4. Přílohy........................................................................................................................91

I. ÚVOD_________________________________________________________________________

I. ÚVOD

1. Úvod

Z historického hlediska bylo letecké a družicové snímkování doménou státních

orgánů, především vojenských. Dostupnost kvalitních leteckých snímků byla v dřívější

době nulová, snímky podléhaly přísnému vojenskému utajení a jejich získání nebylo

možné. Během posledních dvaceti let jsou tato data dostupná veřejnosti prostřednictvím

archivů či on-line mapových serverů, jakými jsou např. google maps či mapy.cz. Mapy

jsou pravidelně aktualizovány, určité družicové snímky je možné získat dokonce zdarma -

družice Landsat, nebo si objednat vysoce kvalitní snímkování z komerčních družic přímo

pro požadované zájmové území. Pokud však potřebujeme tato data rychle a levně, není

mnoho způsobů, jak je získat. Přestože stále roste nabídka firem, které se zabývají

leteckým snímkováním, jsou pro menší projekty a výzkumné práce největší překážkou

potřebné finance a aktuálnost dat.

Vhodným prostředkem pro mapování menších oblastí z malých výšek se stávají

bezpilotní prostředky, které jsou díky pokroku na poli elektroniky a řídících systémů

dostupné široké veřejnosti. Své uplatnění tak nacházejí i mimo válečné nasazení.

2. Cíle práce

Tato práce má za cíl představit reálné aplikace bezpilotních prostředků a jejich

potenciál ve fotogrammetrii. Bezpilotní nosiče budou klasifikovány podle známých

a zaběhlých atributů. Část práce bude věnována legislativní problematice bezpilotních

prostředků. Praktická ukázka využití bude provedena se systémem Mikrokopter. Práce si

také klade za cíl ukázat možnosti využití levných kompaktních fotoaparátů při podrobném

a přesném mapování. V práci budou představeny dvě metody kalibrace fotoaparátu, jejíž

výstupy byly pro zpracování použity. Na příkladu tvorby ortofoto snímku bude přiblížena

problematika snímkování a plánování mise. Prezentovány budou přední zpracovatelské

programy pro tvorbu ortofoto snímků a digitálních modelů. Závěr práce bude věnován

prezentaci výsledků v geografických informačních systémech, ve kterých budou také

provedeny analýzy pro určení přesnosti zpracování.

- 9 -

II. BEZPILOTNÍ PROST ŘEDKY_________________________________________________________________________

II. BEZPILOTNÍ PROST ŘEDKY

1. Definice bezpilotního prostředku

Bezpilotní létající prostředek UAV je zkratkou anglického Unmanned Aerial

Vehicle. Již z názvu je zřejmý hlavní rozdíl od klasických létajících strojů s lidskou

posádkou a to ten, že pilot není fyzicky na palubě stroje. Slovem bezpilotní je zde myšlena

situace, kdy pilot není přímo na palubě stroje, ale na vzdáleném stanovišti či je stroj řízen

částečně nebo plně automatizovaně podle předem definované mise nebo pomocí

složitějších dynamických autonomních systémů. [1]

Není tedy bezpodmínečně nutné, aby se letoun řídil sám. V mnoha případech je za

trajektorii letu zodpovědný pilot a posádka, která však není fyzicky na palubě (Everaerts,

2008) [2]

Podle úřadu pro civilní letectví (ÚCL) je bezpilotní letadlo definováno jako

„Letadlo určené pro provoz bez pilota na palubě“. Bezpilotní systém je definován jako

„Systém skládající se z bezpilotního letadla, řídící stanice a jakéhokoliv dalšího prvku

nezbytného k umožnění letu, jako například datového spoje pro řízení a kontrolu a prvku

pro vypuštění a návrat.“

Pojem UAV se vyskytuje ve více vědních oborech. Jsou jimi např. umělá

inteligence, vojenské a počítačové systémy, dálkový průzkum Země, fotogrammetrie.

První užití pojmu UAV se datuje do let 1970 a 1980, kdy bylo použito v souvislosti

s vývojem bezpilotních bojových letounů ministerstvem obrany Spojených států

amerických.

Bezpilotní prostředky v sobě zahrnují mnoho typů létajících strojů. Kromě

klasických letadel a vrtulníků zde budou také představeny balóny, vzduchodě, drak či

v poslední době velice rozšířené vícemotorové vrtulníky, tzv. multikoptéry. Podle ÚCL je

za bezpilotní letadlo považován jakýkoliv typ létajícího prostředku (balón, vrtulník atd.),

který přesáhne hmotnost 20 kg nebo pokud je i při hmotnosti nižší než 20 kg využíván

k jiným než rekreačním a sportovním účelům, tzn. např. k experimentálním

a komerčním. Bližšímu seznámení se s problematikou legislativního omezení je věnována

část II.7.

- 10 -


V současné době počet oficiálních bezpilotních systémů překročil hranici 800 typů,

počet výrobců 312 a počet zemí vyrábějících UAV 48. U moderních UAV se nejedná pouze

o samotný létající prostředek, ale také nezbytný software, bez kterého by řada strojů vůbec

nevzlétla nebo ani nevěděla kam letět a jak se v určitých situacích chovat. Jedná se o řídící

software, který je součástí jednotky na palubě stroje a v pozemních řídících centrech. Práce

s bezpilotním prostředkem v sobě zahrnuje kromě vlastního letu i předletovou přípravu

a plánování mise, ale také získávání dat. Poslední fází použití je vyhodnocení získaných

údajů. Součástí jsou tedy jak práce v terénu, tak i postprocessing v kanceláři.

2. Historie bezpilotních prostředků

Samotná historie UAV sahá do druhé poloviny 19. století, ještě do doby před

prvním pilotovaným letem bratří Wrightů. Za první bezpilotní prostředek je považován

horkovzdušný balón, který byl označován jako unmanned aerial bomber. Ten byl vybaven

závěsným košem s výbušninou a časovým mechanismem pro spoušť. Balón byl poté

vypouštěn nad území nepřítele a zde působil škody. Souběžně s rozvojem balónů, draků

a raket byly mimo jiné i pokusy s holuby, kteří na svém těle měli připevněn fotoaparát.

Nasazení draků a balónů ke špionážním účelům, především ke sledování postupu

nepřátelských vojsk, má své počátky v době první světové války.

V průběhu 30. let a celé 2. světové války se objevují i první rádiem řízená letadla,

která byla schopna opakovaného použití. Za UAV lze považovat také nacistické střely V-1.

Po skončení 2. sv. v. dochází k zakládání specializovaných pracovišť pro vývoj

bezpilotních vojenských prostředků. V 60. letech, v průběhu války ve Vietnamu, jsou již

naplno využívány americkou armádou. Jedná se např. o letoun D-21, či velice úspěšný

letoun Firebee, který byl i v následujícím desetiletí několikrát upravován. Kromě USA se

vývojem nejintenzivněji zabýval Izrael. V 80. letech je nejpoužívanějším spojeneckým

UAV Izraelem vyvinutý Pioneer a Scout, vybavený pokročilými sledovacími funkcemi,

radary a on-line přenosem videa.

Do této doby byly bezpilotní letouny využívány především pro špionážní,

pozorovací a plánovací mise. Až do současné doby dochází k jejich stále většímu

vyzbrojování. Letouny Reaper nebo Predator však prokázaly schopnost ničit taktické cíle.

Svými funkcemi a manévrovatelností si tak nezadají se skutečnými bitevníky. Ovládány

- 11 -


z letadlových lodí, či základny v USA, jsou schopné zaútočit na druhé straně planety.

Jak je z výše uvedené historie patrné, hybatelem pokroku byla vojenská síla.

Potřeba neustále zdokonalovat zbraňové systémy a minimalizovat počty obětí znamenaly

pro toto technické odvětví značný pokrok ve vývoji. Část těchto sofistikovaných

technologií je pak v různých úpravách dostupná i pro civilní využití. Vývoj se proto

soustřeďuje nejen na konstrukci a hnací jednotku, ale samozřejmě také na jeho systém

řízení a dálkového ovládání, zpracování (digitalizace obrazů, kompresi dat) a přenos

informací.

[3][36]

2.1 Aplikace bezpilotních prostředků

1. vojenské aplikace - sledování objektů, zneškodňování statických a pohyblivých cílů

2. obrazová dokumentace - mapování, sledování potrubí, elektrického vedení,

liniových staveb, dokumentace památek, hledání archeologických nalezišť

3. sběr dat pokročilými senzory - meteorologie, geologie, zemědělství

4. monitorování katastrof - snímání chemického složení, sběr informací z dat

v oblastech zamořených radioaktivitou, sledování záplav, lesních požárů

5. on-line dozor, vymáhání práva - monitorování dopravy, demonstrací a shromáždění,

pobřežní, námořní či hraniční hlídky, dozor na stadionech

6. pátrání a záchrana v nebezpečných oblastech, v nebezpečných podmínkách, během

a po živelných katastrofách

7. shazování a přeprava nákladu, doručování zásob

8. hašení požárů, hnojení polí, humanitární zásilky

9. přesné zemědělství

UAV není pouze samotný létající model. Pod tímto pojmem jsou zahrnuty následující

komponenty:

• model letadla, vrtulníku

• kontrolní stanice s pilotem

• software

• komunikační přenosová soustava

- 12 -


• nesené vybavení

• potřebné vybavení pro obsluhu a údržbu

3. Historie využití bezpilotních prostředků ve fotogrammetrii

V této kapitole bude prezentována historie využití bezpilotních prostředků pro

fotogrammetrické účely. Pojem UAV fotogrammetrie je zaveden až v roce 2008.

(Eisenbeiss, ETH Zurich). Historie využití je však mnohem delší. První letecká fotografie

byla pořízena z uvázaného horkovzdušného balónu v roce 1858 G. P. Tourchanem v Paříži.

Tímto byla odstartována éra dálkového průzkumu Země z létajících prostředků, které

neměly pilota na palubě (Newhall, 1982). V roce 1882 se kromě balónu začínají využívat

i draci. Anglický meteorolog E. D. Archibald, který draka používal jako nosič fotoaparátu,

tím položil základy tzv. KAP metodě (Kite Aerial Photography), která se s oblibou používá

dodnes.

Obr.č. 1 : Drak použitý E. D. Archibaldem.

Nové metody fotografování Země z výšky byly zavedeny na přelomu 19. a 20.

století souběžně s rozvojem letectví daném prvním pilotovaným letem bratří Wrightů.

Němec Alfred Maul představil raketu, která po vystřelení fotografovala Zem. Po několika

pokusech však bylo od tohoto nespolehlivého nosiče fotoaparátů upuštěno. Mezi další

- 13 -


netradiční způsoby jak pořizovat letecké snímky patří pokus německé inženýra Julia

Neubronnera, který v roce 1903 provedl pokus s fotoaparátem zavěšeným na hrudi holuba.

Fotoaparát byl vybaven funkcí pro kontinuální snímkování po celou dobu letu.

Obr.č. 2 : Raketa A. Maula [A. Maul, 1904].

Obr.č. 3 : Holub s fotoaparátem [Neubronner, 1903].

- 14 -


První fotografie z letadla byla pořízena v roce 1906 L. P. Bonvillianem, který byl

pasažérem v letadle W. Wrighta, když létali blízko francouzského Le Mans. V následujícím

období první a druhé světové války došlo k mohutnému rozvoji i mimo vojenskou oblast.

Využití pilotovaných letadel pro dálkový průzkum Země se stalo běžnou činností.

První cílené využítí UAV pro mapování a archeologickou dokumentaci uskutečnil

v roce 1967 Whittlesley. Jako nosič zvolil uvázaný balón, který na speciálně zhotoveném

závěsu nosil tehdejší fotogrammetrickou kameru Hasseblad El 500.

Obr.č. 4 : Uvázaný balón s kamerovým závěsem [Whittlesley, 1967].

První využití UAV s pevným a rotujícím křídlem se datuje do 80. let 20. století.

Civilní využití pro mapování provedli Przybilla a Wester-Ebbinghaus v roce 1979 se svým

modelem letadla, obrázek č. 5. Pro archeologickou dokumentaci sestrojili model dlouhý

3 m o rozpětí 2.6 m. Maximální užitná nosnost byla 3 kg. V kombinaci s klasickými

pozemními fotografiemi byly takto pořízené letecké snímky užitečným doplněním údajů

pro celkovou dokumentaci archeologického naleziště.

V roce 1980 Wester-Ebbinghaus použil jako první model vrtulníku (Verhoeven

2009). Základem byl běžně dostupný modelářský vrtulník, který byl doplněn o speciální

závěs kamery eliminující vibrace od rotoru a motoru, viz.obrázek č. 6.

- 15 -


Obr.č. 5 : Snímkovací model letadla [Przybilla, 1979].

Obr.č. 6 : Model vrtulníku [Westr-Ebbinghaus, 1980].

Přestože se neustále zdokonaluje letecká a vrtulníková technika, je využítí balónů

a draků stále populární. Svoje uplatnění mají především díky jednoduché konstrukci

a cenové dostupnosti. Nedávná historie a současný stav bude přiblížen v následující

literární rešerši a v kapitole zabývající se klasifikací UAV.

[4][5]

4. Literární rešerše

Krátká rešerše se zaměřuje na vybrané práce s tématikou využití bezpilotních

prostředků ve fotogrammetrii. Představené práce byly prezentovány zahraničními

odborníky v oboru a vysokými školami na konferenci UAVg v Curychu nebo již dříve

prostřednictvím jiných konferencí a formou závěrečných prací. Přestože je historie využití

bezpilotních prostředků pro fotogrammetrické účely dlouhá, nejvýznamnější rozvoj je

datován až od roku 2000. Vyjmenovávat všechny práce a poznatky z této vědecké

disciplíny je nad rámec této práce, proto jsou následující odkazy pouze reprezentativní

a mají za cíl ukázat směr vývoje v oblasti UAV fotogrammetrie v ČR a především ve světě,

kde je toto téma mnohem diskutovanější.

- 16 -


[ Henri Eisenbeiss, ETH Curych, Švýcarsko 2009 ] ve své disertační práci nazvané UAV

Photogrammetry prezentuje historii využití UAV ve fotogrammetrii a svůj dlouholetý

výzkum v této oblasti. Na několika příkladech představuje různé letecké nosiče a metody

zpracování. Jedná se o nejkomplexnější práci daného tématu.

[ Francisco Agüera et al., University of Almería, Španělsko 2011 ] ve své práci prezentuje

výsledky z porovnání měření dusíku obsaženém v zemědělských plodinách klasickými

pozemními metodami a metodou dálkového průzkumu z bezpilotního čtyřrotorového

vrtulníku a kamery Tetracam. V závěru práce hodnotí metodu pro rozpoznání stavu

vegetace jako úspěšnou, ale jako velice limitující co se do rozlohy zkoumané plochy týče.

[ Guido Heinz et al., FH Mainz, 2010 ] představuje kompilaci studentských projektů,

bakalářské a magisterské práce věnované tématu využití UAV při archeologickém

mapování. Pořízené snímky zpracovává do 3D modelu v různých open-source programech

a porovnává jejich výstupy podle kvality a výpočetní náročnosti.

[ M. Manyoky et al., ETH Curich, 2011 ] ve své práci poukazuje na možnost využití UAV

pro katastrální učely. V práci porovnává klasické geodetické metody s novými postupy

s využitím bezpilotního vrtulníku. V závěru hodnotí metodu jako velice vhodnou, která

svojí přesností splňuje kritéria pro využití dat v katastru.

[ Jakub Miřijovský, Univerzita Palackého v Olomouci, 2011] ve své disertační práci

shrnuje poznatky o využití bezpilotních zařízení při sběru geodat. S využitím motorového

padákového kluzáku představuje několik případových studií.

[Przybilla, Bochum university, 2011] ve své studii zkoumá přesnost GPS navigace

a barometrického senzoru v jednotce Mikrokopter. Pomocí automatického tachymetru

Trible a hranolu připevněného na osmirotorovém vrtulníku zjišťuje přesnost v držení

pozice výšky. V závěru prezentuje dosažené výsledky.

- 17 -


[F. Remondino, 3DOM research unit, 2011], přední odborník na dokumentaci památek

a využití UAV ve fotogrammerii, prezentuje své výsledky v několika studiích. Představuje

výsledky svých projektů zabývajících se dokumentací archeologických nalezišť. Kromě

praktických výsledků pojednává také o využití levných IMU v UAV systémech při

určování prvků vnitřní a vnější orientace a následném zpracování.

[Jan Wendel et al., Universität Karlsruhe, 2006] prezentuje studii o využití GPS/MEMS

navigačních systémů pro autonomní vrtulník. Zabývá se zpracováním dat ze senzorů

a jejich filtrací pomocí Kalmanova filtru a následnou integrací do automatického řízení.

[Masahiko Nagai, The University of Tokyo, 2008] zmiňuje ve své práci zkušenosti se

souběžným využitím několika snímačů na bezpilotním vrtulníku. Pro snímání velkého

území a dosažení potřebného překrytu umístil na letecký nosič dva digitální fotoaparáty

a dva speciální IR snímače. Díky vlastní IMU dokázal určovat velice přesně prvky vnější

orientace již během pořizování dat. Výsledky práce hodnotí jako velmi kvalitní a snadno

dosažitelné v porovnání s družicovými a leteckými daty. Bezpilotní prostředek je velice

vhodným nosičem i pro větší počet senzorů nesených zároveň.

[Daisuke Hongoh et al., Chiba University, 2001] prezentuje ve své práci zkušenosti

s využitím dálkově řízeného vrtulníku Rmax Yamaha pro mapování stavu lesního porostu.

Zkoumá změny stavu vegetace zjišťováním spektrálních charakteristik plochy listů pomocí

spektrometru a digitálních kamer.

5. Způsoby využití bezpilotních prostředků ve fotogrammetrii

Bezpilotní prostředek slouží jako nosič nejrůznějších snímacích zařízení, která se

ve fotogrammetrii a dálkovém průzkumu Země používají. Každý z typů UAV má své

určité výhody a nevýhody, vždy především záleží na konkrétní aplikaci, na zadaném úkolu,

pro který má být použit. Stroje jsou nejčastěji vybaveny fotoaparáty, v dnešní době

především digitálními kompakty a zrcadlovkami, videokamerami, termálními či infra

kamerami nebo složitějšími systémy, jako např. snímačem LIDAR.

- 18 -


Využití UAV ve fotogrammetrií pro tvorbu:

• fotomozaik a ortofoto snímků

• 3D modelů a určování kubatur

• šikmých snímků

• fotoplánů

Využití UAV ve fotogrammetrii může být chápano jako další nástroj, který otevírá

nové možnosti pořizování dat pro řadu oblastí výzkumu. Kombinace letecké a blízké

fotogrammetrie přináší zcela nové aplikace. Současné bezpilotní prostředky mohou být

využívány pro velká i malá území. Cena jednotlivých systémů se odvíjí především od

funkcionality, kterou nabízejí. S cenami od 10 000 do několika miliónů korun mohou být

srovnány s cenou klasického letadla.

[5]

Tabulka č. 1 : Porovnání letecké, blízké a UAV fotogrammetrie [6].

Parametr Letecká Blízká UAV

Plánování Polo automatické Ruční Automatické, ruční

Získávání dat Asistované, manuální Autonomní, asistované,ruční

Autonomní, asistované,ruční

Velikost snímané oblasti km² cm² - m² m² - km²

Obrazové rozlišení cm - m mm - dm mm - m

Vzdálenost od objektu 100 m - 10 km cm -~ 300m m - km

Přesnost cm - dm mm - m cm - 10m

Velikost bloku, počet snímků 10 - 1000 1 - 500 1 - 1000

Využití Mapování velkýchoblastí (úroveň města až

státu), 3D modelyúzemí

Malé oblasti a objekty(archeologickáa památková

dokumentace, tvorba3D modelů objektů)

Malé a velké oblasti(archeologickádokumentace,monitorovánía snímkování

rozsáhlejších oblastí,tvorba 3D modelůobjektů a území)

- 19 -


6. Výhody a nevýhody bezpilotních prostředků oproti konvenčním

leteckým nosičům

Jak již bylo v úvodu práce zmíněno, hlavní výhodou bezpilotních prostředků je

bezpečnost při práci v prostředí pro lidskou posádku nebezpečném či nepřístupném, jako

jsou např. území zasažená živelnou pohromou, horské či vulkanické oblasti, území

zamořená radioaktivitou nebo území, kde není možné létat z bezpečnostních důvodů-

rafinerie atd. Je možné snímat v místech, kde by let se skutečným letadlem nebyl možný

např. kvůli překážkám, povolení, dostupnosti, počasí, neboť UAV mohou létat

i velice nízko, pod mraky, tedy tam, kde skutečná letadla z bezpečnostních důvodů létat

nemohou. Výhodou nízké výšky je velký detail snímaného území. Pokud je potřeba

nasnímat jen malé archeologické naleziště, je mnohonásobně levnější využít UAV než

speciální letadlo, či vrtulník. Ve specifických případech mohou být snímaná data okamžitě

přenášena na pozemní stanoviště a zpracovávána. Otevírá se tak prostor pro nejrůznější

využití v mnoha oblastech lidské činnosti, např. při záchranářských či vojenských akcích,

ale také při fotogrammetrických aplikacích.

Mezi přednosti patří také menší náklady na pořízení a provoz stroje, ovšem to

neplatí pro všechny UAV, kde některé svojí cenou převyšují klasická letadla využívaná pro

snímkování. Pokud je potřeba snímkovat malé území, pro které by se nevyplatilo využít

klasických metod, je bezpilotní prostředek ideální volbou. Mnoho systémů je možno

používat i za nepříznivého počasí, kdy by bylo pro posádku příliš riskantní létat. Využití

UAV s tzv. rotujícím křídlem (vrtulníky, multikoptéry) přináší další výhodu a tou je kolmý

start a přistání. Zde je velký potenciál ve využití v silně urbanizovaných územích, kde není

dostatečně velká plocha pro bezpečný start a přistání.

7. Technická a legislativní omezení bezpilotních prostředků

7.1 Technická omezení

UAV, a především ty levné, jsou velice omezeny hmotností, kterou jsou schopné

uvézt. Jejich vybavením se tak nejčastěji stávají obyčejné kompaktní kamery, u těch

dražších pak profesionální zrcadlovky. Díky své velikosti a malému výkonu nejsou ovšem

konvenční UAV schopné nahradit klasická letadla. To samozřejmě neplatí o vojenských

- 20 -


bojových speciálech využívaných ve válečných konfliktech na Blízkém východě, kde jsou

tyto bezpilotní stroje plnohodnotnými bitevníky.

I přes rychlý vývoj elektronických senzorů a programového vybavení umožňující

automaticky vyhodnocovat krizové situace, nedokáží počítačové systémy zcela nahradit

lidské rozhodování. Bezpilotní prostředky se neobejdou bez lidské obsluhy, ať již během

předletového nastavení letového úkolu nebo on-line řízením během letu. Stejně jako

skutečná letadla a vrtulníky i bezpilotní prostředky podléhají přísným regulím. Bezpilotní

prostředky nejsou zatím akceptovány v běžném leteckém prostoru, především kvůli

absenci bezpečnostních systémů proti vzniku kolizí. Kromě vojenských misí je lety možné

provádět pouze v „odděleném vzdušném prostoru“ nebo se zvláštním povolením.

Odděleným prostorem se myslí prostor, který není v přímé blízkosti letišť a je omezen

maximální letovou výškou.

7.2 Legislativní omezení v ČR

S ohledem na rozvoj letectví v oblasti bezpilotních systémů a leteckého modelářství

a z důvodu potřeby dalšího posilování úrovně bezpečnosti letového provozu, osob

a majetku na zemi byla ve spolupráci Ministerstva dopravy, Úřadu pro civilní letectví

a dalších subjektů státní správy, zástupců leteckého průmyslu a letecké veřejnosti,

vypracována koncepce regulace bezpilotních systémů. Ta vychází z platné legislativy

a mezinárodních standardů a doporučení a je zaváděna v několika krocích. Základní

pravidla vychází z předpisu L2 - Pravidla létání, který definuje mezinárodní standardy

o létání. Zde jsou však definována pouze obecná pravidla létání, bez hlubšího zaměření na

problematiku UAV. V roce 2005 byl vydán Řízením letového provozu ČR oběžník

s označením AIC C 13/08. Ten byl reakcí na připravované doplnění předpisu L2, tzv.

doplňku X, který nabyl platnosti 1.3.2012 a kterým se do předpisu L2 zapracovávají

zásady pro létání s bezpilotními prostředky.

Podle oběžníku AIC se za bezpilotní prostředek považuje letadlo, které je

konstruováno pro provoz bez pilota - člověka na palubě. Nesmí však dojít k omylu, že

bezpilotní prostředek nemá pilota. Pilot je ten, kdo je za bezpilotní prostředek odpovědný

a nepohybuje se vůči zemi, tzn. že není na palubě jiného létajícího objektu, ze kterého

bezpilotní prostředek řídí.

- 21 -


Za bezpilotní systém se považuje systém skládající se z bezpilotního prostředku,

řídicí stanice a jakéhokoliv dalšího prvku nezbytného k umožnění letu, jako například

komunikačního spojení nebo prvku pro vypuštění a návrat. Bezpilotních prostředků,

řídících stanic nebo prvků pro vypuštění a návrat může být v rámci bezpilotního systému

více.

Podle ustanovení doplňku předpisu L2, Pravidla létání, který právě prochází

veřejným připomínkovým řízením, je za bezpilotní systém považován i model letadla,

včetně vybavení nezbytného pro jeho provoz. Tato specifikace byla zavedena na základě

nutnosti zabezpečit jednotnost regulace všech UAV, ať jsou používány pro profesionální

(komerční) účely a nebo rekreační a sportovní účely a rovněž bere v úvahu mezinárodní

vývoj regulačních požadavků. Vzhledem k nutnosti zajistit bezpečnost civilního letectví,

osob a majetku na zemi jako celku byla přijata forma regulace všech bezpilotních

prostředků bez ohledu na jejich hmotnost a využití. Doplněk X je strukturován podle

obrázku č. 7.

Obr.č. 7 : Struktura Doplňku X [20].

- 22 -


Z výše uvedené struktury je patrné základní a podrobné členění doplňku. Dělení

podle hmotnosti je už pouze jakýmsi rozšířením základních pravidel platných pro všechny.

S různou hmotností UAV jsou rozdílné požadavky, jako např. nutnost provozovat model

pod dohledem, s vykonanými zkouškami ÚCL, pojištěním atd. Tabulka omezení

a povinností pilota je uvedena v příloze této práce.

Současně s přijetím platnosti tohoto dokumentu - doplňku X vyšly také postupy pro

vydávání povolení k létání letadla bez pilota. Kromě seznamu nutných technických

a teoretických znalostí pro udělení oprávnění pro pilota a stroj jsou zde uvedena i kritéria,

kdy je oprávnění nutné:

• pokud má model letovou hmotnost pod 20 kg a je využíván ke sportovním

a rekreačním účelům, není oprávění nutné,

• pokud má model letovou hmotnost nad 20 kg, je nutné oprávnění pro jakýkoliv

způsob použití,

• model jakékoliv hmotnosti, který je využíván k vědeckým a komerčním účelům,

podléhá registraci a nutnosti získat oprávnění.

V následujícím odstavci jsou uvedena základní pravidla pro provoz UAV na území ČR:

• let bezpilotního letadla smí být prováděn jen takovým způsobem, aby nedošlo

k ohrožení bezpečnosti létání ve vzdušném prostoru, osob a majetku na zemi

a životního prostředí,

• s výjimkou provozu bezpilotního prostředku mimo dohled pilota musí pilot trvale

udržovat vizuální kontakt s bezpilotním prostředkem, přičemž prostředek musí

zůstat pro pilota viditelný i bez vizuálních pomůcek ve všech fázích letu.

Za vizuální pomůcky se nepovažují brýle a kontaktní čočky na lékařský předpis,

• provoz bezpilotního prostředku mimo dohled pilota je možný pouze

v rezervovaných nebo vyhrazených vzdušných prostorech. Žadatel o využití

takového vzdušného prostoru postupuje v souladu s postupy uvedenými v Letecké

informační příručce ČR, části ENR 1.1.9,

- 23 -


• bezpilotní prostředek se nesmí použít k přepravě nebezpečných látek nebo zařízení,

které by mohly způsobit obecné ohrožení,

• bezpilotní prostředek se nesmí použít ke shazování předmětů za letu,

• lety bezpilotních prostředků se nesmí provádět v noci,

• s výjimkou provozu bezpilotního prostředku mimo dohled pilota se nesmí lety

bezpilotních prostředků provádět ve výšce větší než 100 m nad zemí,

• s výjimkou, kdy tak povolí Úřad na základě předchozího souhlasu příslušného

správního orgánu či oprávněné osoby, se lety bezpilotního prostředku nesmí

provádět v ochranných pásmech, zejména pak v ochranných pásmech:

◦ podél nadzemních dopravních staveb

◦ podél tras nadzemních inženýrských sítí

◦ podél tras nadzemních telekomunikačních sítí

◦ v okolí vodních zdrojů

◦ podél hranic zvláště chráněných území

◦ v okolí nemovitých kulturních památek, památkových rezervací, památkových

zón

◦ v blízkosti přírodních léčivých zdrojů a zdrojů nerostného bohatství.

[7][8][19][20]

- 24 -

III. KATEGORIZACE BEZPILOTNÍCH PROST ŘEDKŮ_________________________________________________________________________

III. KATEGORIZACE BEZPILOTNÍCH

PROSTŘEDKŮ

UAV je možné dělit do několika kategorií. Nejčastěji se dělí na stroje lehčí a těžší

než vzduch nebo pak dále na stroje s rotačním, pevným či stavitelným křídlem, s pohonem

nebo bez pohonu, a samozřejmě také dle velikosti. V následující tabulce je shrnuto

základní rozdělení UAV.

Tabulka č. 2 : Rozdělení UAV [21].

Lehčí než vzduch Těžší než vduch

Stavitelnékřídlo

Pevné křídlo Rotační křídlo

Bez pohonu Balón Rogalo Větroň

Paraglide

Drak

S pohonem Vzducholoď Paraglide smot.

Letadlo Vrtulník

Coaxiální vrt.

Multikoptéry

Tabulka č. 3 : Třídení UAV podle velikosti a dalších letových parametr ů [22].

Označení Kategorie Dolet[km]

Výška [m]

Letová doba[hod]

Hmotnost[kg]

µ Mikro <10 250 1 <5

Mini Mini <10 350 <2 <30

CR Close Range 10-30 3000 2-4 25-150

SR Short Range 30-70 3000 3-6 50-250

MR Medium Range 70-200 3-5000 6-10 150-500

MRE MR Endurance >500 8000 10-18 500-1500

LADP Low Alt. Deep Penetration >250 50-9000 0.5-1 250-2500

LALE Low Alt. Long Penetration >500 3000 >24 15-25

MALE Medium Alt. LongPenetration

500-750 5000-8000

24-48 1500

HALE High Alt. Long Penetration >250 20 000 24-48 2500-5000

UCAV Unm. Combat AerialVehicle

400 <20 000 2 10 000

- 25 -


Další možné rozdělení je podle způsobu využití:

• vojenské využití, označení UCAV

◦ opakovaně využitelné

◦ jednorázové nebo sebevražedné (suicidal UCAV)

• terčové letouny pro nácvik střelby a návnady pro zmatení nepřátel (target drones

a decoy drones )

• bezpilotní stroje pro elektronický boj

• stroje určené pro logistické účely

• výzkumné a univerzitní systémy-UAV fotogrammetrie, nosiče senzorů, testování

UI

• civilní UAV, pro policejní a záchranné složky

[9][10]

1. Typy bezpilotních prostředků

V následující části práce budou brány v úvahu pouze civilně dostupné stroje,

vojenské a experimentální nebudou do přehledů a porovnání zařazeny. Také budou

zmíněny pouze stroje, které byly v minulosti někdy použity pro dálkový průzkum Země či

fotogrammetrii nebo jako nosiče jiných snímacích zařízení, a jejich využití je tak

podloženo dosaženými výsledky.

1.1 Letadla

Letadla jsou nejčastěji využívanými bezpilotními prostředky. Jsou často používaná

především díky svému dlouhému doletu a výdrži. V malých měřítkách má letecký nosič

výhodu v bezpečnosti. Pokud dojde k poruše motoru, je letadlo schopné doletět do určité

vzdálenosti. Také průběh letu je stabilnější a hladší než např. u vrtulníků. Letadla mohou

být nejrůznějších konstrukcí, od těch klasických po dvouplošníky či delta-křídla, někdy

také označována jako samokřídla. Každá z konstrukcí má své výhody a nevýhody.

- 26 -


V dnešní době, kdy je cena modelářského vybavení na historickém minimu, a je tak

dostupná široké veřejnosti, může využít model letadla jako nosič fotoaparátu téměř

kdokoliv. Pokud model nebude řízen pouze manuálně, ale také pomocí autopilota, je

možné vybírat z široké škály různých automatických systémů.

Vyjmenovávat všechna pro a proti jednotlivých typů je nad rámec této práce. Přesto

je vhodné představit několik zástupců speciálně vyvinutých fotogrammetrických systémů.

Příkladem bezpilotních letadel jsou modely Pteryx UAV, Mavinci nebo samokřídlo

Swinglet CAM od firmy SenseFly.

Obr.č. 8 : Pteryx UAV [11]. Obr.č. 9 : Swinglet CAM [23].

Všichni tito zástupci patří do kategorie profesionálních výrobků. Kromě samotného

letadla a autopilota jsou jejich součástí i vyspělé pozemní řídící systémy umožňující

plánování, sledování modelu a korekci parametrů letové mise.

[11][23]

- 27 -


1.2 Balóny a vzducholodě

Vzducholoď je letadlo lehčí než vzduch naplněné plynem lehčím než vzduch, dnes

především heliem. Vzducholodě a balóny mají velkou výhodu v možnosti déle setrvat ve

vzduchu než jiné nosiče. Díky svému pomalému pohybu jsou velice vhodné pro

snímkování a on-line přenosy videa. Největší limitací těchto strojů je jejich špatná

manévrovatelnost za nepříznivého počasí. Z bezpečnostních důvodů jsou v současné době

vzducholodě plněny heliem. Tento inertní plyn je v porovnání s vodíkem, který byl pro

plnění vzducholodí používán v minulém století, velice drahý. Na obrázku je vzducholoď

firmy Skive, která ji využívá pro živé televizní přenosy.

Obr.č. 10 : Zpravodajská vzducholoď Skive [vlastní foto].

Obr.č. 11 : Detail gondoly s kamerou [vlastní foto].

- 28 -


Balóny jsou pro pořizování dat využívány především meteorology. Snímkovat

a měřit je pak možné z výšek několika desítek kilometrů. Mezi zajímavé projekty,

zabývajícími se fotografováním z malých výšek, patří projekt americké MIT univerzity,

tzv. “Grassroots Mapping”. Přestože koncept využití balónu pro fotografování není nový,

je tento unikátní svojí jednoduchostí a dostupností. Principem metody je zavěšení

obyčejného digitálního fotoaparátu s kontinuálním snímkováním na heliem plněný balón.

Díky této metodě je možné získávat letecké snímky za cenu do dvou tisíc korun. Na jejich

webových stránkách je možné získat bezplatně spoustu návodů a videí na sestrojení

vlastního balónu či draka. Pokud je člověk méně zručný, je možné zakoupit kit, který

obsahuje vše potřebné. Pro spojení snímků v celistvou mozaiku je pak určen jednoduchý

bezplatný software MapKnitter. Je založen na principu ruční transformace snímků na

podkladě ortofoto snímku, např. z google maps. Není tak vhodný pro zpracování velkých

oblastí a pro přesné mapování. Nejsou zde také uvažovány parametry zkreslení

fotoaparátu, ale pro vytvoření fotomozaiky aktuálního stavu zcela dostačují. [12]

1.3 Drak

Mezi nepsané pravidlo patří: vítr do 4,5 m/s je vhodný pro balón, vítr nad 4,5 m/s je

lepší pro kite/draka. Fotoaparát je stejně jako u balónu zavěšen pod drakem. Fotografování

probíhá nejčastěji pomocí funkce kontinuálního snímkování, u draků s větší nosností může

být soustava vybavena ještě soupravou pro bezdrátový přenos obrazu na zem a radiovou

spouští. Na následujících obrázcích je typický drak využívaný jako nosič fotoaparátu

a prstenec, na kterém je nesen fotoaparát. Drak je jako nosič používán např. americkými

archeology.

- 29 -


Obr.č. 12 : Drak využitý pro fot. Dokumentaci. Obr.č. 13 : Detail stabilizovaného závěsu.

[37]

1.4 Paraglide

Paraglide je velmi vhodným bezpilotním nosičem. Základem je paraglidingové

křídlo a gondola obsahující motor, ovládací jednotku a snímkovací zařízení. Výhodou je

stabilní a klidný let, který nevyžaduje složité elektronické systémy na řízení a stabilizaci.

Díky své velikosti a úspornému letu je model schopný operovat ve vzduchu několik hodin.

Velkou výhodou oproti jiným UAV systémům je bezpečenost - nízká rychlost, při vysazení

motoru stále letí a je možné ho řídit. Nevýhodou je nutnost kvalitní a dlouhé startovací

dráhy, hlučnost spalovacího motoru a horší manévrovatelnost.

Příkladem využití toho typu stroje je model Susi, vyvinutý technickou univerzitou

v Bonnu. Model je řízen manuálně nebo automatizovaně pomocí autopilota. Záběr kamery,

údaje o poloze a letových parametrech jsou on-line přenášeny operátorovi na zem.

Ovládání senzorů je manuální nebo automatické, ke každému snímku jsou přiřazeny GPS

souřadnice. Je vybaven dvoutaktním motorem se startérem a celková hmotnost stroje

je 8 - 12 kg. Užitná nosnost tak činí až 5 kg. Letový čas je až 3 hodiny. Maximální letová

- 30 -


výška je 4500 m a vzdálenost od operátora kolem 6 km. Model byl nasazen v mnoha

misích a má nelétáno v několika modifikacích tisíce letových hodin. Za zmínku stojí

především snímkování v Africe s využitím fotoaparátu Hasselblad. [25]

Obr.č. 14 : Paraglide Susi [vlastní foto]. Obr.č. 15 : Susi: gondola s kamerou [vlastní foto].

1.5 Vrtulníky

Vrtulník nebo též helikoptéra je letadlo těžší než vzduch s poháněnými horizontálně

rotujícími nosnými plochami [13]. Díky své schopnosti kolmého startu a přistání jsou

vrtulníky velice často používanými bezpilotními prostředky. Nutnost pouze malého

prostoru pro operování je vhodná pro práce menšího rozsahu s velkými terénními

složitostmi. Svoje uplatnění tak nacházejí v zastavěných či horských oblastech. Bezpilotní

vrtulník byl pro fotogrammetrické účely použit např. na univerzitě ETH v Curychu, kde

sloužil jako nosič laserového skeneru Riegl. Vrtulník s označením Copter 1B je výrobkem

francouzské firmy Survey Copter [33]. Svou velikostí a nosností 5 kg je tak ideálním

leteckým nosičem pro fotogrammetrickou dokumentaci.

- 31 -


Obr.č. 16 : Survey Copter [33].

1.6 Mutikoptéry

Pojmem multikopter je označen vícerotorový vrtulník, který má více než dva nosné

rotory. Nejčastěji je jejich počet 4, 6 a 8. Hlavním rozdílem oproti klasickým vrtulníkům je

samotná podstata řízení. Let vrtulníku je řízen změnou úhlu natočení listů, jak u hlavního,

tak i vyrovnávacího rotoru. U multikopterů, jak jsou někdy vícerotorové vrtulníky

označovány, se tak děje změnou otáček jednotlivých motorů a s tím souvisejícím vztlakem,

který vrtule vytvoří. Vrtule jsou většinou pevné, s předem definovaným stoupáním. Tato

odlišnost je výhodou tohoto typu konstrukce, neboť ve srovnaní s klasickym vrtulníkem je

kromě samotné konstrukce také jednodušší výroba a údržba mechaniky stroje. Reakční

moment nosného rotoru, který je u vrtulníku kompenzován ocasní vrtulí, je u multikoptérů

vyrovnáván automaticky, použitím levo i pravotočivých vrtulí. Reakční momenty od

jednotlivých rotorů se tak vzájemně vyruší a model při stejné rychlosti všech rotorů

zůstává v klidovém stavu. Na následujících obrázcích jsou nejčastěji používané letové

konfigurace.

- 32 -


Obr.č. 17 : Quadro kopter [24]. Obr.č. 18 : Hexa kopter [24].

Nespornou výhodou oproti klasickým vrtulníkům je jejich mechanická

jednoduchost. Stroj není vybaven žádným složitým mechanismem na změnu náběhu listů

ani vyrovnávacím rotorem. Vrtule je umístěna přímo na hřídeli motoru, bez použití

převodovky. U vícerotorových strojů hraje z bezpečnostního hlediska velkou roli

redundance. Pokud dojde k selhání motoru, zlomení vrtule, či z jiných důvodů přestane

fungovat motor, je model díky elektronice schopen bezpečně přistát, protože potřebný

výkon pro let je přebrán ostatními motory. Pokud však dojde k výpadku všech motorů, ať

již z důvodů vybití baterií nebo poruše, stává se model neovladatelný. To je nevýhoda

oproti vrtulníku, který je i po výpadku motoru schopen přistát pomocí autorotace.

Multikoptéry byly použity pro fotogrammetrické účely např. Technickou

univerzitou v Almerii (Španělsko, F. Agüera, M. Pérez). Nasazen byl model Microdrone

MD4-200. Jako snímací zařízení byla použita kamera pro snímání v blízkém

infračerveném spektru pro zjišťování stavu zemědělských plodin.

Aplikací UAV pro katastrální účely a tvorbou 3D modelů se zabývá univerzita ETH

v Curychu. Používají model osmirotorového multikopteru AscTec Falcon 8. Výstupy jejich

tvorby dokázaly splnit požadavky na přesnost pro katastrální aplikace.

- 33 -


Obr.č. 19 : Microdrone MD4-200 [14]. Obr.č. 20 : AscTec Falcon 8 [vlastní foto].

2. Mikrokopter

Mikrokopter je německý projekt vícerotorového vrtulníku. Byl vynalezen dvěma

elektrotechnickými inženýry v Německu roku 2006. Původně byl projekt vyvíjen jako

open-source, později byl však kvůli bezpečnostním hlediskům a patentové problematice

změněn na uzavřený. Základní zdrojový kód je přístupný k nahlédnutí, avšak pokročilé

řídící funkce pro autonomní let jsou skryty, jako např. navigační funkce. V cenové relaci

od 1000 do 4000 euro je možné získat stroj, který je svými parametry a funkcionalitou

předurčen právě pro využití fotografy, filmaři a výzkumníky. Mikrokopter je modulární

systém, kde je možné doplňovat základní řídící jednotku o další funkcionality. Je také

možné model dovybavit dalšími motory a zvýšit tak jeho letovou nosnost. Nejčastěji je pro

účely fotografování v konfiguraci šesti a osmirotorový. Elektronika stroje se skládá

z několika základních částí.

2.1 Součásti mikrokopteru

Flight-Ctrl

Hlavní řídící deska, která zajišťuje základní řízení a stabilizaci modelu.

V současné době je nejnovější verze 2.1, která je vybavena gyroskopy, akcelerometry

a barometrickým čidlem. Díky použití kvalitních analogových gyroskopů typu MEMS je

- 34 -


model velice stabilní i za nepříznivých povětrnostních podmínek a odolný nedokonalým

konstrukcím nosiče a tím způsobeným vibracím.

Navi-Ctrl

Nadstavbový modul, který rozšiřuje funkcionalitu hlavní desky. Je vybaven

pokročilým 32 bitovým procesorem ARM9 a tříosým magnetometrem pro určování

směrového vektoru pro stanovení absolutní polohy vůči světovým stranám. Ten je nutné

znát pro přesné stanovení polohy modelu, pokud je v klidu a není možné určit z letu

směrový vektor z dat GPS.

MK-GPS

Deska obsahující GPS přijímač. Rozšiřuje Navi-Ctrl modul. Po osazení se stává

model plně autonomní. Modul zpracovává GPS signál přijatý externí anténou.

Mikrokopter je vybaven GPS přijímačem u-block LE-6S GPS. Jedná se o 50ti kanálový

přijímač schopný přijímat signál z družic GPS, Glonass a SBAS (satellite based

augmentation system), tedy WAAS, EGNOS a MSAS zajišťující ionosférické korekce. Pro

Evropu se jedná o družice AOR-E a IOR-W. Podle servisního protokolu je i hardwarově

připravena na systém Galileo.

BL-Ctrl

Je řídící jednotka, která obstarává chod motorů. Protože je model vybaven

speciálními střídavými motory, je nutná pro převod stejnosměrného proudu na střídavý

a regulaci otáček. Každý motor má tuto svoji jednotku. Zabudované senzory měří

proudové charakteristiky a teplotu a jsou on-line zpracovávány hlavní řídící jednotkou

a odesílány pomocí telemetrického modulu na zem.

[24]

- 35 -


Obr.č. 21 : Elektronika Mikrokopter, Flight Ctrl, Navi C trl, MK-GPS [24].

2.2 Funkcionality mikrokopteru

Mikrokopter je díky pokročilé řídící jednotce vybavené high-end senzory

schopný mnoha pokročilých funkcí. Vlastní elektronika obsahuje integrované senzory

a měřené veličiny jsou on-line přenášeny na zem do vysílače vybaveném externím

displayem. Mezi tyto údaje patří: absolutní a relativní poloha, výška, rychlost, napětí

a spotřebovaná kapacita baterie, výkon motorů, teplota elektroniky, údaje

z GPS-počet satelitů, síla signálu, poloha, poloha modelu vůči světovým stranám, údaje

o magnetickém poli Země - inklinaci a deklinaci. Protože vývoj na funkcionalitách

neustále pokračuje, vztahuje se tento popis k verzi 0.86, vydané v září 2011.

Model je vybaven barometrickým čidlem, které doplňuje navigační jednotku. Díky

němu je model schopný udržet danou výšku v rozmezí jednoho metru. V místě startu dojde

k nastavení nulové výškové hodnoty. Problém nastává s určením relativní výšky vůči zemi.

V průběhu letu se může vlivem teplot nastavit posun a hodnoty zobrazené telemetrickým

modelem mohou být posunuté o určitou hodnotu.

2.3 Popis Mikrokopteru použitém pro tuto práci

Pro účely této práce byl zakoupen profesionální model šestirotorového vrtulníku

obr. č. 22. Základem je německá elektronika Mikrokopter, již detailně popsaná výše, a rám

z hliníku a sklolaminátu. Model je vybaven šesti motory s celkovou užitnou nosností cca

1.5 kg. Aby mohl model sloužit jako nosič fotoaparátu, bylo nutné ho vybavit držákem.

Ten je vyroben ze sklolaminátu, uhlíku a duralu. O jeho stabilizaci se starají dva

- 36 -


modelářské servo motory, které jsou přímo napojeny na řídící elektroniku

a v průběhu letu srovnávají fotoaparát do roviny. Váha držáku je cca 300 g, souprava pro

bezdrátový přenos obrazu na zem společně s eletronickou či mechanickou spouští

fotoaparátu váží dohromady dalších 150 g. Nesená zátěž je s 200 g fotoaparátem 650 g.

Celková letová hmotnost modelu je kolem 3 kg. Jako každý bezpilotní systém, i tento tvoří

kromě letecké části i část pozemní a programové vybavení.

Obr.č. 22 : Hexakopter s dálkovým ovládáním [vlastní zpracování]

Ovládání modelu

Model je bezdrátově ovládán osmikanálovou RC soupravou s označením MX-16

od německé firmy Graupner, obr. č. 22. Ta je vybavena českým vysílacím modulem

Duplex od firmy Jeti Model, který slouží pro přenos povelů směrem k modelu a zpětným

přenosem telemetrie na zem, do externího displaye. Digitální obousměrná komunikace

pracuje na frekvenci 2.4 GHz.

- 37 -


Start i přistání je nutné provést manuálně, pomocí dálkového ovladače. Ten ovládá

základní funkce modelu nutné pro kontrolovatelný let a těmi jsou klonění, klopení,

přídání/ubrání plynu, otáčení kolem své osy. Protože je ovládací souprava osmipovelová,

jsou dalším čtyřem kanálům přiřazeny funkce pro držení výšky, držení pozice, návrat

domů, ovládání náklonu fotoaparátu a spouště. Při létání podle misí je místo ovládání

fotoaparátu přiřazena funkce tzv. care free, po jejíž aktivaci přejde model do autonomního

módu a let probíhá podle předem stanovené mise.

Veškeré funkcionality modelu se nastavují přes program MK Tool. Jedná se o GUI

pro správu nastavení a plánování misí. V programu jsou desítky parametrů pro individuální

nastavení, jako citlivosti gyroskopů, nastavení ovládacích prvků, GPS, barometrického

senzoru atp.

Pro snadnější a cílené fotografování především v manuálním módu je fotoaparát

doplněn o modul pro bezdrátový přenos náhledu hledáčku na zem. Modul pracuje na

frekvenci 5.8 GHz a má dosah přibližně 500 m. Pro jeho zobrazení je na vysílači

instalován LCD panel o velikosti 7''. Pro on-line nastavování a správu leteckých misí byl

model doplněn o telemetrický přenos, který zajišťuje přídavný modem Xbee Pro, pracující

na frekvenci 2.4 GHz, s dosahem kolem 1.5 km (v EU je dosah snížen na 750 m.). Tento

modul nahrazuje klasické kabelové připojení elektroniky k počítači, které je nutné pro

systémové aktualizace, nastavení letových parametrů a plánování misí.

Letový čas modelu

Model je poháněn LiPol baterií o napětí 14.4 V a kapacitě 6600 mAh. V následující

tabulce je průměrný letový čas s nákladem, představující např. digitální fotoaparát

s držákem a soupravou na videopřenos náhledu hledáčku, tedy vybavení o hmotnosti

přibližně 1 kg. Letový čas závisí kromě zátěže také na teplotě prostředí, ve kterém je

model provozován a především na letovém stylu. S klesající teplotou klesá i využitelnost

kapacity baterie, prudkou akcelerací a rychlým letem se zvyšuje odebíraný proud a tím i se

zkracuje letový čas. Pokud vezmeme v úvahu tyto faktory, vychází průměrný letový čas

podle tabulky č. 4.

- 38 -


Tabulka č. 4 : Letový čas v závislosti na velikosti zátěže [vlastní zpracování].

Zátěž [kg] Letový čas[min]

0 25

0.5 18

1 12

1.5 8

Testování bylo provedeno v simulovaných podmínkách při smíšených letových

stylech. Zátěž představovaly olověné válečky a akumulátor byl vyčerpán na 80% své

kapacity, jak doporučuje výrobce.

Na obrázku č. 23 je zobrazen vliv zatížení modelu na výsledný letový čas. Graf byl

zpracován v simulačním programu Flight time calculator: Ver. 3.0. Tři křivky představují

tři rozdílné letové styly. Snímkovací let je svoji charakteristikou kombinací visení

(hovering) s normálním letem. Je vidět, že vlastní naměřené hodnoty odpovídají

teoretickým, a je tak podle křivky možné odhadovat letový čas a plánovat let

s požadovaným fotoaparátem.

Obr.č. 23 : Teoretický výpočet letového času modelu [vlastní zpracování].

- 39 -

IV. ZPRACOVÁNÍ FOTOGRAMMETRICKÉ MISE-TEORETICKÝ ÚV OD_________________________________________________________________________

IV. ZPRACOVÁNÍ FOTOGRAMMETRICKÉ MISE-

TEORETICKÝ ÚVOD

Předletová příprava modelu spolu s dobrým naplánováním mise jsou základem

úspěchu celého projektu snímkování. Pro zpracování této práce byla vybrána základní

fotogrammetrická úloha a tou je tvorba orotofo snímku. Každá fotogrammetrická mise za

použití bezpilotních prostředků se skládá z několika dílčích částí. Na následujícím

diagramu jsou uvedeny hlavní body.

1. Stanovení požadovaného rozlišení snímků

Z požadovaného měřítka daného projektu a parametrů použitého fotoaparátu se určí

výška letu a přibližné měřítko snímku ,

kde h je výška letu a f je konstanta komory. Velikost snímaného území se určí ze vztahu

,

kde s' je rozměr snímače. Velikost území není čtvercová, ale obdélníková. Je to dáno

tvarem snímače fotoaparátu. Je možné nastavit i čtvercový formát výsledných snímků,

ovšem na úkor rozlišení, tedy ztráty informací.

- 40 -

s=s'∗ms

ms=hf


Důležitou součástí plánování je stanovení překrytu jednotlivých snímků. Volí se

podélný a příčný překryt. Podélný překryt se volí podle typu snímaného území od 60% do

80%. Příčný překryt se volí min. 40 %.

Pro zajištění požadovaného překrytu je nutné stanovit vzdálenost mezi jednotlivými

body, na kterých má být pořízena fotografie, tedy středy snímků. Vzdálenost se vypočte

podle vzorce:

Znázornění situace je na následujícím obrázku.

Obr.č. 24 : Schéma snímkovacího letu [vlastní zpracování].

kde:

t0 = čas v době pořízení snímku

t0+dt = čas v době pořízení druhého snímku

vg = dopředná rychlost modelu

FOV (field of view) = úhel záběru fotoaparátu

Hg = letová výška

d = vzdálenost mezi středy snímků

p = podélný překryt

[26][27]

- 41 -

d=s∗1−p

100


2. Manuální versus autonomní let

V poslední době se systém ubírá od manuálního ovládání k plně automatickému. Je

však mnoho systémů, především těch levnějších a experimentálních, které je možné řídit

pouze manuálně. Manuální let je také vyžadován v určitých oblastech, kde by mohlo dojít

např. ke stínění signálu GPS. Většina dnešních bezpilotních systémů umí létat v obou

režimech nebo v různých poloautomatických, kdy je operátorem ovládán jen např. směr

letu nebo snímací zařízení. Na základě letových vlastností a stylu letu se odvíjí

charakteristika pořízených dat.

Obr.č. 25 : Ukázka rozmístění snímků při automatickém a manuálním letu [Forestry

department Mecklenburg-Western Pormania].

Z obrázků je vidět, že při automatickém letu je dosaženo větší pravidelnosti

překrytu. Snímky jsou přesně seřazeny ze stejné výšky a úhlu záběru. Následné zpracování

bude jednodušší na výpočet. Naopak při manuálním letu není nutné mít důsledně

připravenou trajektorii letu a místa pořízení snímků. Je celkově jednodušší, ale pro

rozsáhlejší a přesné projekty zcela nevhodná.

3. Rozmístění a geodetické zaměření vlícovacích a kontrolních bodů

Vlícovací body slouží k určení orientace, k transformaci do geodetického systému

a k určení měřítka objektu. Vlícovací body musí být dobře viditelné na měřičských

snímcích a musí mít známé souřadnice v geodetickém souřadnicovém systému.

- 42 -


Při rozmísťování vlícovacích bodů je třeba dbát na to, aby vlícovací body obklopovaly

rovnoměrně celé snímané území. Vždy je vhodné zaměřit vlícovacích bodů více než je

nezbytně nutné, protože i při pečlivé volbě jejich umístění nemusí být nakonec použitelné

pro vyhodnocení, případně mohou vykazovat značné odchylky. Pro přesné polohové určení

jsou nutné minimálně tři vlícovací body. Kontrolní body slouží ke kontrole a stanovení

přesnosti zpracovaných snímků.

Vlícovací a kontrolní body musí splňovat dvě podmínky:

• musí být dobře identifikovatelné na měřických snímcích,

• musí mít jednoznačně definovanou polohu pro geodetické zaměření.

Vlícovací body mohou být signalizované:

• přirozeně - zejména body na stavebních objektech,

• uměle - různé terče.

Při volbě vlícovacích bodů je třeba vzít v úvahu i další faktory, zejména dostatečně

kontrastní pozadí bodů a dobrou viditelnost vlícovacích bodů z různých stanovisek,

respektive dobrou konfiguraci snímků.

4. Předletové nastavení fotoaparátu

Pro získání kvalitních a ostrých snímků, které jsou podmínkou pro přesné

zpracování, je nutná příprava fotoaparátu daným podmínkám. Po několika zkušebních

snímcích je dobré je vyhodnotit a zvolit nejvhodnější expozici pro samotný let. Hlavním

parametrem přesného mapování je zachovat stejnou ohniskovou vzdálenost po celou dobu

letu. Je nutné znát prvky vnitřní orientace. Díky fotografování do RAW formátu je možné

upravit vyvážení bílé a expozici i po letu. Nevýhodou snímkování v RAW je velký objem

dat a časová prodleva při ukládání takto velkých souborů na paměťovou kartu.

Z mnoha testovacích letů bylo zjištěno, že ostrost fotky neovlivňuje tolik smaz

způsobený dopředným pohybem jako vibrace celého modelu. Ty jsou způsobené chodem

motorů a pohybem fotoaparátu ve stabilizovaném držáku. Část vibrací lze odstranit

vhodným izolačním materiálem mezi fotoaparátem a modelem. Maz fotek ovlivňuje nejen

rychlost závěrky, ale celkové nastavení fotoaparátu včetně ostření.

- 43 -


Je nutné dodržet tyto zásady:

• manuální zaostření na nekonečno,

• zvolit vyšší ISO hodnotu: 200-400,

• rychlost závěrky 1/500s a kratší,

• clonové číslo co nejvyšší možné-kvůli hloubce ostrosti a raději snímky lehce

podexponované než přeexponované bez textur,

• u zoom objektivů zajistit páskou pohyblivou část,

• vypnout stabilizaci obrazu (pokud to fotoaparát umožnuje).

U modelu je nutné dodržet tyto zásady:

• vyvážit všechny pohyblivé části-vrtule, rotující plášť motoru-staticky na

vyvažovačce nebo dynamicky např. pomocí osciloskopu,

• použít silentbloky pro odtlumení držáku fotoaparátu.

Zjednodušeně se dá konstatovat, že vibrace jsou v průběhu letu dvojího typu. Ty

s vysokou frekvencí jsou způsobené motory a vrtulemi, ty s nízkou jsou vlivem větru

a náklonu modelu. Vhodnější je odstranit zdroj vibrací než se je snažit utlumit.

4.1 Typ snímkování

Snímkování daného území je možné provést dvěma metodami. Základní metodou

je využití předem vypočítaných bodů (waypointů), na kterých model automaticky vyfotí

dané území. Nevýhodou tohoto způsobu je pomalost, protože model se musí na každém

z bodů zastavit na předem stanovený čas a vyfotit oblast. Největším omezením je

limitovaná licence u řídící jednotky Mikrokopter, která umožnuje autonomní lety

s maximálně třiceti body. Naopak výhodou je, že je model při pořizování snímků v klidové

poloze a díky známým souřadnicím všech bodů je možno relativně přesně vybrané snímky

pořídit opakovaně, např. při špatně nastavené expozici.

Druhou variantou je plánování mise přes waypointy, které jsou umístěné vždy na

krajích daného území. Model tak létá v řadách vedle sebe a vzdálenost řad je dána

požadovaným překrytem. Snímkování je prováděno automaticky fotoaparátem, bez

- 44 -


vnějšího zásahu elektroniky modelu. Kontinuální snímkování je umožněno funkcemi ve

fotoaparátu. Výhodou tohoto řešení je možnost nasnímání velkého území, protože již

nejsme tolik limitování počtem wayipointů a za daný letový čas, který je model schopen

operovat, je uražená vzdálenost větší. Faktorem, který není možné opomenout, je

i nastavení rychlosti závěrky fotoaparátu. Je totiž nutné zvolit nejkratší možný expoziční

čas, aby nedošlo k mazu fotky způsobeném dopředným pohybem modelu. Vzdálenost

uražená modelem během pořízení jedné fotografie by neměla být větší než ½ rozlišení na

1 pixel (Krzysztof Bosak, 2011). Model je nastaven tak, aby v automatickém módu létal

rychlostí cca 3 m/s. V následující tabulce jsou nejdelší hodnoty expozičního času pro

jednotlivá rozlišení na jeden pixel.[28]

Tabulka č. 5 : Nejdelší možný expoziční čas v závislosti na rozlišení při rychlosti 3 m/s.

Rozlišení[cm/pix]

Nejdelší možný expoziční čas[s]

2 1/300

3 1/200

4 1/150

5 1/120

10 1/60

20 1/30[vlastní zpracování]

Pokud to tedy světelné podmínky dovolí, je vhodné nastavit krátký expoziční čas.

Hodnotu expozičního času tedy ovlivňuje požadované rozlišení (tím stanovená letová

výška) a rychlost modelu. U letadel je nutné ještě uvažovat rychlost větru, pokud model

letí ve směru jeho proudění. Výsledná rychlost vůči zemi je tak vyšší.

Pokud zvolíme variantu s kontinuálním snímkováním, je také nutné vzít v úvahu

nastavení času mezi jednotlivými snímky. Pro zachování 80% překrytu dvou po sobě

jdoucích snímků je v grafu č. 26 zobrazen čas v závislosti na letové výšce. Tento vztah

není možné při mapování opomenout. Z grafu č. 27 je patrný průběh závislosti překrytu na

letové výšce. Rychlost je konstantní v celé fázi letu. Např. pro požadované rozlišení 2 cm

na pixel, letovou výšku 60 m nad zemí a požadovaný překryt 80% je nutné zvolit čas pro

kontinuální snímkování na maximální hodnotu 4 s. Pokud ještě vezmeme v úvahu reakční

dobu fotoaparátu, je vhodné zvolit hodnotu ještě o jednu menší, tedy 3 s.

- 45 -


Obr.č. 26 : Závislost času mezi pořízením dvou snímků na letové výšce při 80 % překrytu

a rychlosti 3 m/s [vlastní zpracování].

Obr.č. 27 : Hodnota překrytu dvou snímků v dané výšce při rychlosti 3m/s

[vlastní zpracování].

- 46 -

40 60 80 100 120 140 160 180 200

0

2

4

6

8

10

12

14

16

výška [m]

ča

s [s

]

40 60 80 100 120 140 160 180 200

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Překryt při 3s Překryt při 4s Překryt při 5s

Výška [m]

Pod

éln

ý pře

kryt

[%]


5. Určení prvků vnitřní orientace

Znalost vnitřní a vnější orientace fotoaparátu jsou dva základní předpoklady pro

úspěšnou rekonstrukci a následné zpracování obrazu. Kalibrace kamery byla vždy jednou

ze základních úloh fotogrammetrie. Rozdělení těchto dvou úkonů je vhodné při požadavku

na větší přesnost. V aplikacích, kde není kladen velký důraz na výslednou přesnost, je

možné provést kalibraci a orientaci snímků v jednom kroku pomocí tzv. self calibration-

bundle adjustment. V letecké fotogrammetrii je tento proces zpracování nazýván AAT -

automatic aerial triangulation. V blízké fotogrammetrii se jedná o komplexnější problém

a to především díky velkému měřítku snímků, nepravidelnému překrytu snímků, silným

geometrickým a radiometrickým změnám. V mnoha případech jsou snímky z UAV

systémů svými charakteristikami řazeny spíše do blízké fotogrammetrie, než do letecké.

(Remondino, 2011). Je tedy vhodné provést samostatnou kalibraci fotoaparátu, především

pokud se jedná o obyčejný běžně dostupný neměřičský fotoaparát. [15]

S rozvojem digitálních fotoaparátů a jejich využití v blízké fotogrammetrii vyvstává

nutnost určovat prvky vnitřní orientace. Je nutné zjistit konstantu komory, souřadnice

hlavního snímkového bodu a distorze objektivu. Distorze je obecně dvojího tytu:

tangenciální a radiální. Tangenciální distorze je dána konstrukcí objektivu – použitou

soustavou čoček. Vliv tangenciální distorze se většinou neuvažuje. Při kalibraci se určuje

radiální distorze, jde o posun bodu na snímku o radiální vzdálenost.

Nevýhodou neměřičských fotoaparátů je především jejich objektiv, který je často

typu „zoom“, tedy s volitelnou ohniskovou vzdáleností. Definování prvků vnitřní orientace

se provádí pro základní polohu objektivu při manuálním zaostření na nekonečno. Protože

u těchto neměřičských komor není zajištěna stálost parametrů, je nutné kalibraci provádět

opakovaně. Jako největší problém při využití tohoto typu objektivu se jeví zajištění stálosti

parametrů, především ohniskové vzdálenosti po celou dobu letu. [26]

6. Prvky vnější orientace

Pro přesné vyhodnocení leteckých snímků je nutno znát alespoň přibližné hodnoty

prvků vnější orientace. Těmi jsou poloha a natočení snímku vůči souřadnicovému systému

na povrchu. V moderní digitální fotogrammetrii jsou tyto přibližné prvky určovány pomocí

- 47 -


GPS modulu a inerciální jednotky. Přesný výpočet je proveden díky vlícovacím bodům se

známými souřadnicemi. Teoreticky je potřeba minimálně 3 body na každý snímek. Protože

by to bylo v praxi obtížně realizovatelné, přistupuje se ke společné orientaci více snímků

za pomoci tzv. svazkového vyrovnání.

Aerotriangulace, zvláště pak měření spojovacích bodů, je jednou z činností, kde se

naplno ukazují výhody digitálních postupů. Spojovací body se namísto zdlouhavých

manuálních měření generují automaticky na základě korelace leteckých snímků a na

operátorovi zůstává teoreticky pouze vyhledání a zaměření vlícovacích bodů. [16]

Přesnost vlícovacích bodů je kritická pro přesnou vnější orientaci. Vlícovací body

nejsou nutné pouze pro geometrické vyhodnocení prvků vnější orientace, ale slouží také

k přesnému zasazení výsledného projektu do požadovaného souřadnicového systému. Jako

kontrolní body jsou nejčastěji voleny přirozeně signalizované body nebo umělé terče. Část

těchto bodů je vhodné použít jako kontrolní, které nevstupují do přímého výpočtu, ale jsou

použity pro kontrolu přesnosti. Pro správné rozeznání terče na zemi by měla být jeho

velikost 3-5 krát větší než je rozlišení snímku. [29] Pro plánované rozlišení 2-3 cm/pixel

by to mělo být kolem 10-15 cm. V našem případě měly použité terče rozměr středového

znaku 15 cm.

7. Požadované výstupy a programové vybavení

S rozvojem bezpilotních prostředků v posledních letech vyvstala nutnost přesného

vyhodnocení pořízených dat. Jak již bylo zmíněno, data pořízená UAV jsou svým

charakterem blíže pozemní fotografii. Díky použití levných neměřičských komor a méně

přesných inerciálních jednotek je nutné ke zpracování přistupovat odlišně, než u klasických

leteckých snímků s přesnou znalostí všech požadovaných prvků. Programy na tvorbu

ortofot, které jsou vhodné pro rozsáhlé projekty na úrovni krajů či celých států, jakými jsou

např. Geomatica 12, nejsou pro tato data určená.

Při zpracování obrazových dat z UAV se setkáváme s těmito problémy:

• určování prvků vnější orientace - absence kvalitní GPS/IMU,

• určování prvků vnitřní orientace - použití neměřičských komor,

• nestandardní data - snímky často upravené již v sw. fotoaparátu,

- 48 -


Pro zpracování leteckých snímků z bezpilotních prostředků existuje v současné

době na trhu několik specializovaných programů. Všechny jsou komerční.

7.1 Pix4D

Pix4D je jedním z předních programů pro zpracování leteckých dat z bezpilotních

prostředků. Dosažení přesných výsledků i z méně kvalitního fotoaparátu bez znalostí

vnitřní a vnější orientace je umožněno díky velkému překrytí fotografií, tedy nadbytečným

údajům. Pix4D je koncipován jako klient - server aplikace. Hlavní výpočetní operace se

kvůli jejich náročnosti odehrávají na straně serveru.

Zpracování je plně automatické a nepotřebuje ruční zásah v průběhu výpočtu. Ten

je nutný pouze při tvorbě projektu a při konfiguraci vstupních dat. Vstupem jsou letecké

snímky o maximálním počtu 1000. Pro každý snímek je nutné zadat přibližné souřadnice

místa, ve kterém byl pořízen. Dalšími parametry, ne však nutnými, jsou letová výška,

natočení vůči zeměpisným stranám a parametry náklonu kamery.

Hlavním výstupem je georeferencované ortofoto a digitální model terénu.

Zpracování je možné bez kontrolních bodů, zvaných GCP- Ground Control Point. Pro

zvýšení přesnosti je však vhodné zvolit dostatečný počet těchto bodů.

Průběh zpracování dat je následující: Program prohledá všechny snímky a snaží se

najít vhodné vlícovací body. Tyto body, společně s údaji, které byly k fotkám připojeny,

jsou použity pro tzv. svazkové vyrovnání (bundle adjustment) k rekonstrukci pozice

a orientace kamery pro každý snímek. V následujícím kroku dojde na podkladě předešlého

vyrovnání k výpočtu 3D souřadnic vlícovacích bodů. Tyto body jsou poté proloženy TIN

sítí (triangulated irregular network). Výsledný digitální výškový model slouží

k ortorektifikaci snímků, které jsou následně spojeny do mozaiky. Cena za zpracování 103

snímků je za ortofoto 60 euro, za verzi profi, kdy je součástí i digitální model terénu, je

cena 240 euro. [31]

7.2 Aerogis

Aerogis je programem německé společnosti GisCat. Jedná se opět o webovou

službu, kde jsou veškeré výpočty provedeny na straně serveru. Celý software je založen na

Open Source technologiích, kdy je zkomponováno několik výpočetních programů

- 49 -


a algoritmů, pro nejrůznější zpracování obrazu, do sebe pomocí skriptu napsaném v jazyce

Python.

Základem zpracování je open source algoritmus zvaný Bundler, který dokáže

z neorientovaných snímků provést 3D rekonstrukci objektu. Díky nadbytečným měřením,

tedy velkému překrytu snímků, je program schopen rekonstruovat kromě prvků vnější

orientace i prvky vnitřní orientace použitého fotoaparátu. Bundler je použit pro tvorbu 3D

modelu, který je nutný pro tvorbu ortofoto snímku. Tento algoritmus je základem mnoha

jiných komerčních i nekomerčních programů na zpracování dat z UAV.

Mezi další technoligie, použité v sw. Aerogis patří:

• PMVS / CMVS (nadstavba Bundleru)

• GRASS GIS (přední open source GIS)

• SAGA GIS (analytický GIS)

• Nvidia CUDA (technologie pro distribuci procesů výpočtu)

Aerogis nemá své grafické okno. Pro zpracování snímků je nutné nahrát na úložiště

a celý výpočet je proveden pracovníkem Aerogisu. [30]

7.3 Icaros

Icaros je izraelskou společností vyvíjející fotogrammetrický software. Mimo jiné

produkují vlastní fotogrammetrické komory. Kromě klasické letecké fotogrammetrie se

zaměřují i na UAV nosiče, pro které poskytují online službu na zpracování dat. Cena

zpracování se odvíjí od počtu snímků. Za každý je účtována cena 2 euro, minimální

objednávka je za 100 euro. Proces zpracování není zcela automatický a vyžaduje také

vstup jejich pracovníků.[17]

7.4 Dronemapper

Dronemapper je nejmladším ze zníměných programů. Je vyvíjen jedním člověkem

se snahou o vytvoření softwaru na tvorbu ortofoto snímků a leteckých mozaik, který by byl

dostupný široké veřejnosti za nízký poplatek. Za necelý půlrok vývoje byl autor schopen

vytvořit aplikaci, která je velice podobná sw. Aerogis, tedy alespoň technologiemi, které

- 50 -


jsou pro zpracování použity. Zatím neumí pracovat s využitím vlícovacích bodů. Často má

také problém se složitější zástavbou. Lze se však domnívat, že pokud autor udrží tempo

vývoje, stane se Dronemapper jedním z významných zpracovatelských programů na trhu.

Ortofoto a digitální model nebyly z důvodů absence vlícovacích bodů uvažovány

ve vzájemném porovnání s ostatními programy. Výstupy jsou uvedeny v příloze.

Tato diplmová práce sloužila pro beta testování tohoto projektu. Díky úzkému

kontaktu s autorem zde může být popsána funkcionalita a princip výpočtu. Lze využít dvou

typů zpracování a to mód Mosaika a tzv. Letecký mód.

Mód Mosaika

• nahrání snímků s/bez leteckých parametrů (přibližných prvků vnější orientace),

• automatické vytvoření náhledové mozaiky prostým spojením snímků,

• výpočet aero-triangulace a svazkové vyrovnání->DEM,

• ortorektifikace jednotlivých snímků,

• spojení ortorektifikovaných snímků pomocí spojovacích bodů,

• vytvoření 3D mračna bodů z DEM a překrytí ortofotem-texturovaný 3D model,

Letecký mód

• snímky jsou nahrány společně s letovými parametry a dojde k připojení informací

k jednotlivým snímkům

• vytvoření OpenCV 2D mozaiky

• využití knihovny Gdal pro tvorbu georeferencované mozaiky

• vytvoření souborů KML, KMZ

[35]

- 51 -

V. FOTOGRAMMETRICKÁ MISE - PROVEDENÍ_________________________________________________________________________

V. FOTOGRAMMETRICKÁ MISE - PROVEDENÍ

1. Kalibrace fotoaparátu

Pro zjištění PVO byly použity dvě kalibrační metody. První z nich je kalibrace za

využití testovacího pole, druhou je kalibrace pomocí nalétnutí kalibračního pole v terénu.

Obě metody byly zpracovány v sw. Photomodeler. Photomodeler je software vyvinutý

kanadskou firmou EOS System Inc. Skládá se z několika modulů, které slouží pro různé

fotogrammetrické vyhodnocení. Jeden z obsažených modulů je určen právě pro kalibraci

neměřičských komor. Fotoaparát byl kalibrován na svoji nejkratší ohniskovou vzdálenost,

ekvivalent ke kinofilmu 24 mm. [32]

1.1 Kalibrace pomocí testovacího pole

Kalibrace byla provedena pomocí rovinného kalibračního pole, obr. č. 28, které

obsahuje kódové značky pro automatické zpracování. Pro určení polohy bodu v prostoru je

nutné, aby určovaný bod byl viditelný alespoň na třech snímcích. Během snímkování je

nutné dodržet zásady průsekové fotogrammetrie, jako je konvergence os, pozice

stanovisek, natáčení kamery o 90° pro fixaci polohy hlavního snímkového bodu. Ke

kalibraci v laboratoři bylo potřeba nasnímkovat kalibrační pole ze všech 4 stran, přičemž

na každé straně byly pořízeny 3 snímky. Po vyfotografování prvního snímku se přístroj

otočil o 90° kolem osy záběru a vyfotografoval se další snímek. Během snímkování je také

nutné dodržet základní pravidla nastavení fotoaparátu, nejlépe takové, které bude

odpovídat nastavení při snímkování daného objektu. Kalibrační pole musí být přes celou

plochu snímku. Pro získání kvalitních výsledků je nutná i dostatečná obrazová kvalita

snímků. Ty by měly být ostré, s vhodně nastavenou expozicí.

Fotoaprát byl manuálně zaostřen na nekonečno, vypnuto bylo automatické

doostřování a stabilizace obrazu. Clona byla nastavena na nejvyšší hodnotu, v našem

případě bylo clonové číslo F=8.0. Expoziční doba byla nastavena na 1/200 s, ISO hodnota

na 320. Protože v laboratorních podmínkách nebyl dostatek světla, byl použit blesk.

Jednotlivé snímky byly foceny do formátu RAW, který obsahuje minimálně zpracovávaná

data ze senzoru. Snímky byly následně zpracovány v programu Canon Digital Photo

Professional, kde byly odstraněny ostřící filtry a redukce šumu. Snímky byly poté

exportovány do formátu JPEG v nejvyšší možné kvalitě.

- 52 -


Obr.č. 28 : Kalibrační pole s kódovými značkami [vlastní foto].

Výpočet kalibračních parametrů v sw. Photomodeler

Po vytvoření nového kalibračního projektu v modulu Camera Calibration

následovalo načtení snímků a samotná kalibrace, která byla provedena poloautomaticky.

Po načtení snímků dojde díky čtyřem řídícím značkám k automatickému rozpoznání

ostatních bodů kalibračního pole. Výsledkem byl protokol o přesnosti a automatická

orientace snímků mezi sebou. Následovalo ruční čištění nepatřičných bodů a přidávání

chybějících. Body, které nejsou automaticky dostatečně přesně určeny a zhoršují výslednou

přesnost, je nutné manuálně zaměřit na středy značek. Poté byl opět spuštěn výpočet

parametrů. Nyní však bez automatického rozpoznávání bodů a referencování snímků. Pro

dosažení kvalitních výsledků byla kontrolována maximální chyba, s jakou je bod

automaticky lokalizován, tzv. marking residual, neboli tzv. zbytkové označení. To

představuje zbytkové chyby při nesprávném ručním nebo automatickém označení bodu na

snímku. Jedná se o rozdíl mezi místem, které je označeno a které mělo být označeno. Tato

veličina by v kalibračním projektu neměla překročit hodnotu 1 pixelu. Hodnota

vypočítané ohniskové vzdálenosti je pouze relativní ve vztahu k velikosti snímače.

- 53 -


1.2 Letecká kalibrace

Pro dosažení přesných výsledků je vhodné provést kalibraci v podobných

podmínkách, v jakých bude probíhat samotné měření (M. Peréz, 2010).

Návrh kalibra čních bodů a jejích rozmístění

Vhodné zvolení umělých vlícovacích bodů je klíčové pro jejich přesné nalezení na

pořízených snímcích. Bylo navrhnuto a vyzkoušeno několik typů terčů. Následně byly

provedeny letové zkoušky pro určení viditelnosti a rozlišení terčů v terénu. Na obrázku

č. 29 je kódový terč používaný např. sw. Photomodeler vyfocený z výšek přiližně 30, 40

a 50 m, obr. č. 30.

Obr.č. 29 : Schéma kódového terče [vlastní zpracování].

Obr.č. 30 : Viditelnost terčů při letové výšce 30, 40 a 50 metrů [vlastní foto].

Je zřejmé, že rozlišovací schopnost pro zpracovaní kalibračního projektu nebyla

dostatečná. Kvalitnější terče byly nutností. Pro zpracování této práce byly zapůjčeny

profesionálně vyrobené terče určené ke kalibraci fotoaparátů z autonomní vzducholodě. Ty

jsou z tvrdého kartonu o velikosti A3 a středovým terčem o průměru 15 cm.

- 54 -


Obr.č. 31 : Kalibrační terče [vlastní foto].

Kalibrační pole bylo zvoleno na rovné ploše, kterou bylo bývalé fotbalové hřiště

o rozloze přibližně 40x40 m, rozmístěno bylo 50 kontrolních terčů. Protože má fotoaparát

na nejkratší ohniskové vzdálenosti velmi široký úhel záběru, bylo nutné zvolit letovou

výšku na 40 m, aby bylo celé kalibrační pole v záběru. Snímky byly pořízeny ze všech

stran a z různých úhlů, viz. obrázek č. 32.

Obr.č. 32 : Photomodeler - pozice kamer [vlastní zpracování].

- 55 -


Obr.č. 33 : Letecké kalibrační pole [vlastní foto].

Zpracování pořízených záběrů bylo provedeno opět v sw. Photomodeler. Tentokrát

však nemohla být použita automatická kalibrace, ale jednotlivé body byly lokalizovány

ručně. Následně byla provedena tzv. Full field calibration.

- 56 -


1.3 Porovnání výsledků kalibrací

Tabulka č. 6 : Výsledky kalibrací [vlastní zpracování].

Testovací pole chyba Letecká kalibrace chyba

Ohnisková vzdálenost5.405703 mm 3.6e-004mm

5.440419 mm 0.004 mm

Velikost snímače 7.450114 mm 7.450114 mm

5.588000 mm 5.588000 mm

Hlavní snímkový bod 3.683388 mm 2.4e-004mm

3.683407 mm 9.3e-004mm

2.731006 mm 2.8e-004mm

2.692291 mm 0.003 mm

Radiální distorzeK1 1.770e-003 7.7e-006 1.361e-003 1.9e-005

K2 -1.624e-005 2.2e-007 -3.159e-006 9.3e-007

K3

Tangenciálnídistorze

P1 3.514e-004 2.5e-006 3.358e-004 9.5e-006

P2 -5.603e-004 2.7e-006 -8.055e-004 2.5e-005

Tabulka č. 7 : Přesnost kalibračního projektu [vlastní zpracování].

Testovací pole Letecká kalibrace

Final total error (pix) 1.467 1.198

Largest marking residual (pix) 0.76 0.75

Overall RMS (pixel) 0.189 0.202

Výsledná ohnisková vzdálenost nemá sama o sobě žádnou vypovídací hodnotu,

proto se může v různých projektech lišit. Důležité je uvažovat ji společně s rozměrem

obrazového snímače.

Střední hodnota kvadratické chyby (RMS) kalibračního projektu zpracovaném

v sw. Photomodeler určuje kvalitu daného projektu, není ji však za daných podmínek

možné mezi oběma projekty srovnávat. Její hodnotu totiž určuje kromě samotné přesnosti

lokalizace středu značky také nastavení apriorní přesnosti, s jakou je tato značka

lokalizována. Jsou rozdílné hodnoty pro značky lokalizované ručně nebo sub-pixelově

(automaticky, nebo pomocí ruční sub-pixelové lokalizace). Během kalibrace pomocí

testovacího pole byly všechny body lokalizovány sub-pixelově, v polní kalibraci byla

- 57 -


přibližně 1/3 bodů lokalizována ručně. Pokud by měla být celková chyba obou projektů

porovnávána mezi sebou, bylo by nutné lokalizovat všechny body v obou projektech

stejným způsobem. Jak je z tabulky č. 6 patrné, chybové hodnoty „laboratorní“ kalibrace

jsou v případě koeficientů distorze o řád nižší.

Dalším parametrem pro posouzení kvality je Photo Point Coverage - bodové

pokrytí fotografie, které by mělo být vyšší než 80 %. Zatímco v případě „laboratorní“

kalibrace to bylo 90 %, při letecké kalibraci pouze 80 %. Vliv tohoto zaplnění na kvalitu

projektu však vylučuje ve své diplomové práci „Využití digitálního fotoaparátu

v kartografické reprodukci“, Ondřej Vala, 2011, který v rámci praktických pokusů došel

k závěru, že není důležité samotné zaplnění snímku, jako postupné pokrytí snímače při

konfiguraci snímků.

Posledním kontrolovaným parametrem byla hodnota Total Error. Ta představuje

souhrn různých chyb a nastavení programu Photomodeler. Jedná se o bezrozměrnou

veličinu. Měla by nabývat maximální hodnoty 2.0, které se podařilo v obou projektech

dosáhnout. [32]

Protože jsou výsledky velmi podobné, byly v dalších výpočtech použity hodnoty

získané z polní kalibrace. Svým charakterem se tato kalibrační metoda nejvíce přibližuje

podmínkám skutečné fotogrammetrické mise. Pro většinu programů však tyto hodnoty

byly použity pouze jako přibližné a kalibrace probíhala přímo během výpočtu digitálního

modelu.

2. Nalezení vhodné lokality a stanovení letových parametrů

Součástí kvalitní přípravy mise je i vhodné seznámení se s terénem. Především je

nutná znalost výškových poměrů, orientace vůči světovým stranám, bezpečnostní rizika

v podobě překážek tvořených vedením vysokého napětí, stromů atd. Před hlavním

snímkovacím letem bylo provedeno několik menších projektů ve vybrané oblasti, pro

kontrolu nastavení modelu, plánování mise a možnosti zpracování. Pro prezentaci

možností UAV v oblasti tvorby ortofota byla vybrána lokalita ležící v katastru obce

Vojkovice v okresu Mělník. Lokalita je významná pro svou dřívější povrchovou těžbu

písku, nyní je pískovna zatopená a slouží k rekreačním účelům. Vybrané území je terénně

rozmanité, obsahující kromě zástavby v podobě bývalého zemědělského objektu i černou

skládku a rekreační objekt. Zájmová oblast je na obrázku č. 34. Povětrnostní podmínky

- 58 -


byly v době snímkování proměnlivé, od bezvětří až po nárazový vítr 4 m/s. Po celou dobu

bylo slunečno s teplotou od 12 do 20 °C.

Obr.č. 34 : Zájmové území na dostupném ortofotu ČÚZK [ČÚZK].

3. Trajektorie snímkového letu

Software pro plánování misí MK Tool, představen v kapitole III.2, sice obsahuje

nástroje pro správu a tvorbu letových bodů, není však koncipován pro plánování

fotogrammetrické mise, kde je nutné brát v úvahu parametry fotoaparátu a měřítko snímku.

Plánování trajektorie fotogrammetrické mise bylo provedeno ve vlastním programu

napsaném v Matlabu. Vstupními parametry jsou údaje o použitém fotoaparátu-ohnisková

vzdálenost, rozměry a rozlišení snímače. Po stanovení požadovaného rozlišení fotografie

v centimetrech na 1 pixel, podélného a příčného překrytu a souřadnic zájmového území,

proběhne výpočet dráhy letu. Požadované území se do programu vkládá pomocí třech

rohových souřadnic, levého horního rohu a levého a pravého dolního rohu. Souřadnice se

zadávají v souřadnicovém systému WGS-84.

Program ze zadaných parametrů nejprve vypočte výšku, ve které má model letět,

aby bylo dosaženo požadovaného rozlišení. Následně podle požadovaného podélného

překrytu určí vzdálenosti mezi body, ve kterých má model pořídit snímek. Tímto způsobem

se vypočtou souřadnice bodů, přes které má model letět. Po dokončení první řady jsou

vypočteny další, vždy s požadovaným příčným překrytem mezi sebou, viz. obrázek č. 35.

Výsledné souřadnice dráhy letu jsou exportovány v požadovaném formátu do textového

- 59 -


souboru, který je načten do řídící jednotky modelu. Kromě samotných souřadnic bodů

program také definuje výšku bodů a orientaci modelu vůči světovým stranám

v jednotlivých fázích letu. Výstupem programu je kromě bodové dávky i protokol o misi.

Ten obsahuje mimo jiné informace o počtu bodů, letové výšce, předpokládané délce trvání

mise a velikosti území. Misi lze pomocí tohoto skriptu naplánovat i opačným způsobem, se

vstupním parametrem, kterým je zvolená letová výška. Tento způsob plánování je vhodné

zvolit v místech, kde platí legislativní omezení maximální možné výšky pro let

bezpilotních prostředků. Např. se jedná o letový prostor v řízeném okrsku letiště, kde je

maximální letová hladina, bez předchozího povolení z ÚCL, 100 metrů nad zemí.

Vytvořený program je ve své první verzi konzolovou aplikací, bez vstupního

grafického rozhraní. Ukázková bodová dávka a výstupní protokol jsou uvedeny v příloze.

Rozloha požadované plochy byla určena na cca 5 ha. Podélný překryt 80 %, příčný 60 %.

Letová výška byla stanovena podle požadovaného rozlišení 2.6 cm na 75 m. Vzhledem

k členitosti terénu se výsledná hodnota rozlišení předpokládá kolem 3 cm/pixel.

Obr.č. 35 : Ukázková trajektorie letové mise [vlastní zpracování].

- 60 -


Obr.č. 36 : Trajektorie jedné letové mise načtená v sw. MKTool [vlastní zpracování].

4. Zaměření vlícovacích a kontrolních bodů

Zaměření pozemních bodů bylo provedeno pomocí RTK (Real Time Kinematic)

GPS přístroje značky Topcon FC-100 využívající služby kategorie VRS (virtuální

referenční stanice) k výpočtu korekcí dat z více stanic sítě CZEPOS. Ten byl pro tuto práci

zapůjčen Stavební fakultou ČVUT. Přístroj je schopen přijímat korekce z permanentních

stanic sítě Czepos. Dvoufrekvenční aparatura GPS je schopná přijímat a zpracovávat

korekce v reálném čase s mobilním internetovým připojením GPRS (korekce jsou

přijímány přes síťový protokol NTRIP). Měřen byl střed terčové značky, který má v daném

místě malou díru pro jeho přesnou lokalizaci. [18]

Vybraná lokalita je díky své odlehlosti velice špatně dostupná mobilnímu datovému

signálu. Během měření byl problém zafixovat pozici. Některé body, především v západní

části oblasti, nebyly z tohoto důvodu zaměřeny vůbec. Díky těmto problémům se podařilo

změřit pouze 16 bodů. Pro hodnocení přesnosti ortofoto snímků bylo 10 zvoleno jako

vlícovacích a 6 jako kontrolních.

5. Kalibrace modelu, předletová kontrola parametrů a fotoaparátu

Před snímkovacím letem bylo nutné zkontrolovat správné nastavení modelu,

proběhla tzv. kontrola pohledem, zkouška letových funkcí a parametrů, které byly předtím

nastaveny pro dané povětrnostní podmínky. Při transportu modelu na větší vzdálenost je

- 61 -


vhodné provést kalibraci magnetometru. Před každým startem je nutné provést kalibraci

gyroskopů, na které jsou napojeny servomotory stabilizovaného držáku fotoaparátu.

Předletové nastavení fotoaparátu bylo provedeno podle dřívejších zkušeností a postupů

popsaných v kapitole IV.4.

6. Let - sběr dat

Vzhledem k plánovanému rozsahu snímkovaného území 5 ha byl sběr dat rozdělen

do 4 samostatných letů. Ty byly postupně nahrány na paměťovou kartu a vloženy do řídící

jednotky modelu. Model byl odstartován ručně. Poté byl přepnut do automatického režimu,

ve kterém nejprve nastoupal do požadované letové výšky a následně letěl na první

stanovený bod. Následoval automatický let z bodu na bod, na kterém model vždy 7 vteřin

počkal, aby byl čas pro pořízení několika snímků.

Na obrázku č. 37 je znázorněn průběh jedné části snímkového letu. Jedním ze

vstupních parametrů pro každý z bodů je tzv. radius, který udává průměr kruhu kolem

souřadnice bodu trasy. Pokud se model dostane do oblasti kolem tohoto bodu, považuje ho

za dosažený. Tento parametr je velice vhodný nastavit především během větrného počasí,

kdy má model problém přesně dosáhnout daných souřadnic bodu letové trasy.

Obr.č. 37 : Průběh letové mise na sw. MK OSD, se kterým je model online spojen


- 62 -


7. Výběr snímků a jejich úprava

Foceno bylo ve formátu RAW a snímky byly upraveny pomocí sw. Canon Digital

Photo Professional, aby odpovídaly nastavení při kalibraci. Nadbytečné snímky byly

odstraněny a převedeny z formátu RAW do JPG. Pro zpracování tohoto

fotogrammetrického projektu bylo z celkového počtu 270 snímků vybráno 103. Velký

nadbytek byl dán díky několikanásobnému pořízení snímku na každém bodě.

7.1 Připojení prvků vnější orientace ke snímkům

Znalost přibližných prvků vnější orientace je pro některé fotogrammetrické

softwary jednou ze vstupních podmínek pro další zpracování. Model v průběhu

snímkování ukládá letové parametry na mikro SD kartu. Formát uložených dat je tzv. GPX

soubor, do kterého jsou každou vteřinu zaznamenávány hodnoty o rychlosti, výšce, poloze,

náklonu atd. Tyto údaje bylo nutné přiřadit ke každému pořízenému snímku. Protože na

trhu není dostupný nástroj, který by dokázal přiřadit ke snímkům tyto údaje, byl napsán

skript v matlabu.

Vstupními údaji do skriptu jsou jednotlivé snímky a GPX soubor se záznamem

letových parametrů. Následně skript díky porovnání času pořízení fotografie a času ze

záznamu letu přiřadí každé fotografii příslušné parametry. Čas pořízení fotografie je uložen

v metadatech každé fotky, v tzv. exif formátu. Pro správné přiřazení je nutné sjednotit čas

zadaný ve fotoaparátu s GPS časem nebo alespoň znát časový posun mezi nimi. Program

následné porovná časy pořízení snímků s letovým záznamem a každé fotografii přiřadí

požadované parametry, lišící se podle typy programu, do kterého budou použity.

Pro zpracování projektu je nutná přibližná znalost prvků vnější orietace každého

snímku. Protože je však model vybaven stabilizovaným držákem fotoaparátu, který udržuje

během náklonu modelu fotoaparát ve stejné poloze, byly třem úhlům náklonu přiřazeny

hodnoty 0. Na následujícím obrázku jsou na podkladě snímané oblasti zobrazeny tyto

údaje: zelené křížky jsou vlícovací body, modré jsou kontrolní body, červené tečky jsou

přibližné středy fotografií.

- 63 -


Obr.č. 38 : Přibližné středy snímků a umístění měřených bodů [vlastní zpracování].

- 64 -

VI. VYHODNOCENÍ DAT A JEJICH PREZENTACE _________________________________________________________________________

VI. VYHODNOCENÍ DAT A JEJICH PREZENTACE

1. Vyhodnocení průběhu letové mise

Průběh letové mise společně s ostatními letovými parametry je zaznamenáván na

paměťovou kartu, z té byly kromě prvků vnější orientace pro každý snímek exportovány

i letové parametry pomocí vytvořených skriptů.

Zobrazení letové mise bylo provedeno pomocí vytvořeného skriptu v prostředí

Matlabu. Na následujících dvou obrázcích je ukázka trajektorie letu v porovnání

s plánovanou trasou. Podle skutečné letové trasy je patrné, že byl let modelu ovlivněn

větrem při trase mezi body. Je vidět vychýlení z kurzu při letu mezi body. Je patrné

i drobné kolísání ve výšce. Přesnou výšku modelu nelze spolehlivě z daných hodnot určit.

Obr.č. 39 : Skutečná vs. plánovaná trajektorie mise [vlastní zpracování].

- 65 -


Obr.č. 40 : Skutečná vs. plánovaná trajektorie mise, pohled zhora [vlastní zpracování].

2. Zpracování snímků a vyhodnocení přesnosti

2.1 Pix4D

Software, jako jediný z testovaných programů, umožňuje uživateli přímo vstup do

procesu zpracování pomocí grafického rozhraní. Na následujícím obrázku je zpracovávaný

projekt. V levé části jsou informace o snímcích a souřadnicovém systému. V pravém okně

je wms google-ortofoto snímek se zobrazenými středy snímků. Přibližné parametry vnější

orientace se načítají z textového souboru, který byl vytvořen vlastním skriptem, viz.

kapitola V.7.

- 66 -


Obr.č. 41 : Pix4D, grafické okno programu [vlastní zpracování].

Následuje ruční lokalizace vlícovacích bodů. Minimální počet pro georeferencování

projektu jsou tři body. Každý bod je vhodné lokalizovat na co nejvíce ostrých snímcích.

Minimum pro každý bod jsou tři snímky.

Obr.č. 42 : Pix4D, identifikace vlícovacích bodů [vlastní zpracování].

- 67 -


Po vyznačení všech vlícovacích bodů je projekt se snímky nahrán na server Pix4D,

kde dojde ke zpracování. Po několika hodinách je připraven náhled výsledného ortofota

s rozlišením 50 cm a zpráva o výpočtu, kde je zahrnuta přesnost vyhodnocení a lokalizace

snímků. Tato část je zcela zdarma. Uživatel má pak volbu, zda zvolit základní službu, kde

je výstupem pouze ortofoto snímek, nebo profesionální zpracování, kde je ortofoto

doplněno o výškový rastr a 3D model. Pix4D nabízí trial licenci pro bezplatné profi

zpracování třech projektů.

Pro zjištění závislosti počtu vlícovacích bodů na přesnosti ortofota a digitálního

modelu bylo celkem zpracováno pět projektů. Počet snímků byl vždy stejný, měnil se však

počet vlícovacích bodů. Byly použity všechny měřené body, tzn. 16 vlícovacích bodů., dále

pak 13, 10, 7 a 4. Zbytek bodů byl považován za kontrolní. Přehled rozmístění vlícovacích

bodů je uveden v příloze.

Výstupní soubory byly všechny v souřadnicovém systému UTM v poledníkovém

pásu 33 st.

2.2 Aerogis

Druhým z použitých programů pro zpracování pořízených snímků byl Aerogis. Ten

nemá uživatelské rozhraní pro nahrání a správu projektů. Zpracování projektu pro tuto

diplomovou práci bylo po domluvě s autorem projektu, dr. Thomasem Krammerem, zcela

zdarma. Snímky společně s přehledovou mapou oblasti s rozmístěnými měřenými body

a soubory s prvky vnitřní a vnější orientace a souřadnicemi vlícovacích bodů byly nahrány

na FTP server. V tomto případě nebylo možné nijak zasáhnout do výpočtu a identifikace

bodů na snímcích. Zpracování bylo provedeno pracovníky firmy Aerogis. Výstupem byl

ortofoto snímek společně s výškovým modelem a výpočetním protokolem.

2.3 Icaros

Zpracování snímků bylo provedeno po nahrání dat na FTP server automaticky

s ručním zásahem pracovníky společnosti. Poskytnutá data byla stejná jako v případě

Aerogisu. Zajímavý je poskytnutý přehled časové nářočnosti zpracování.

- 68 -


Tabulka č. 8 : Výsledky kalibrací v porovnání s hodnotami ze zpracovatelských programů .

Proces Časová náročnost Automatické / ruční zpracování

Příprava dat - vnitřní, vnější o. 1 hodina ruční

Match-Me - extrakcespojovacích bodů

7 minut - 4 vteřiny/snímek automatické- 2654 určených bodů

Připojení vlícovacích bodů 30 minut ruční

Svazkové vyrovnání 5 hodin 90 % automatické, 10 % ruční volbaparametrů pro zvýšení přesnosti

DEM 45 minut automatické

Ortorektifikace 1.5 minuty automatické

Stitch me - spojení snímků domozaiky

2.18 minuty automatické

Ruční editace linií a odstraněníchyb

30 minut ruční s automatickými nástroji

Celkem 8 hodin 75 % automatické, 25 % ruční,vhodným workflow je možnédosáhnout až 90 % automatického.

[vlastní zpracování]

2.4 Dronemapper

Zpracování snímků bylo provedeno autorem projektu. V současné době má

program již svoje grafické rozhraní pro nahrání a správu dat.

3. Výsledky kalibrací

V následující tabulce je porovnání dvou provedených kalibrací s hodnotami, které

byly určeny přímo ze snímků samotnými programy. Aerogis, který použil jako vstupní

hodnoty údaje z polní kalibrace, své výsledné hodnoty poskytl v jiném kalibračním

modelu, proto nebyly do následující tabulky uvažovány. Výpočetní protokol z Icarosu

neobsahoval kalibrační parametry. V následující tabulce jsou tak uvedeny pouze hodnoty

získané vlastní kalibrací a údaje z protokolů z projektů Pix4D.

- 69 -


Tabulka č. 9 : Výsledky kalibrací v porovnání s hodnotami ze zpracovatelských programů

Laboratorní Polní Pix4D (16GCP) Pix4D (10GCP)

Ohnisková vzd. 5.405703 mm 5.440419 mm 5.384703 mm 5.386654 mm

Velikost snímače 7.450114 mm 7.450114 mm 7.442200 mm 7.442200 mm

5.588000 mm 5.588000 mm 5.581650 mm 5.386654 mm

Hlavní snímkový bod3.683388 mm 3.683407 mm 0.000624 mm 0.000970 mm

2.731006 mm 2.692291 mm 0.072672 mm 0.072665 mm

Radiální d.K1 1.770e-003 1.361e-003 -5.04e-007 -4.57e-007

K2 -1.624e-005 -3.159e-006 1.04e-007 1.02e-007

K3 0 0 0 0

Tangenciální d.P1 3.514e-004 3.358e-004 -1.23e-004 -1.23e-004

P2 -5.603e-004 -8.055e-004 1.22e-005 1.11e-005

[vlastní zpracování]

4. Vyhodnocení v geografických informačních systémech

Výstupem z použitých programů byly ortofoto snímky a digitální výškové modely.

Tato data byla dále použita pro analýzy v prostředí geografických informačních systémů.

Zpracování všech dat bylo provedeno v programu ArcGis 10 v licenci ArcInfo

a tabulkovém procesoru Open Office org Calc. Souřadnicový systém pracovní plochy

modulu ArcMap byl nastaven na UTM 33. Rastr ortofoto snímku ze sw. Aerogis, který měl

zeměpisné souřadnice, byl přetransformován. Poté byla vytvořena geodatabáze pro uložení

měřených bodů. Do té byly uloženy souřadnice vlícovacích a kontrolních bodů ze všech

rastrů. Po identifikaci všech bodů a naplnění geodatabáze byly hodnoty exportovány do

tabulkového procesoru.

4.1 Ortofoto snímek

Hlavním výstupem z pořízených snímků je barevné ortofoto s parametry viz.

tabulka č. 10. Hodnota rozlišení udává nejnižší rozlišení v dané oblasti. Místa s vyšším

rozlišením byla převzorkovaná na tuto hodnotu. Zpracované ortofoto snímky jsou uvedeny

v příloze. V této kapitole budou popsány hlavní rozdíly v grafickém zpracování

- 70 -


a charakteristiky přesnosti. V tabulce č. 10 je uvedena základní charakteristika výsledných

snímků.

Tabulka č. 10 : Základní charakteristiky výsledných ortofoto snímků s 10 vlícovacími body.

Pix4D Aerogis Dronemapper Icaros

Rozlišení [cm/pix] 2.7 3 3 10

Počet použitých snímků 103 103 103 103

Rozloha [ha] 6.03 6.31 6.00 6.10

Standardní cena [euro] 240 neuvedeno 45 206[vlastní zpracování]

Z ortofoto snímků byly odečteny rovinné souřadnice UTM souřadnicového

systému. V tabulce č. 11 je porovnání souřadnicových rozdílů mezi referenčními

hodnotami, naměřenými v terénu, a souřadnicemi odměřenými na snímcích. V úvahu je

nutné brát i přesnost lokalizace středu značky. Lokalizace byla provedena s maximální

pečlivostí.

Rozbor přesnosti kontrolních bodů

Přesnost kontrolních bodů byla vypočítána pomocí tzv. kvadratického průměru –

RMS (root mean square = odmocnina průměru čtverce).

RMSX=∑1

N

Xobs−X mea2

N

chyba souřadnice X

RMSY=∑1

N

Yobs−Ymea2

N

chyba souřadnice Y

RMSZ=∑1

N

Zobs−Zmea2

N

chyba souřadnice Z

RMSXY=RMSX2RMSY

2

chyba v poloze

- 71 -


RMSXYZ=RMSXY2 RMSZ

2

chyba celková

Tabulka č. 11 : Chyby v poloze a výšce ortofoto snímků z Pix4D s různými počty GCP.

Pix4D

(GCP/CHKP) 13/3 10/6 7/9 4/12

Emax X 0.047 0.046 0.050 0.069

EmaxY 0.045 0.042 0.044 0.060

EmaxZ 0.042 0.041 0.071 0.151

RMSxy 0.039 0.039 0.039 0.052

RMSz 0.017 0.019 0.030 0.054

RMStotal 0.043 0.043 0.049 0.075[vlastní zpracování]

Obr.č. 43 : Graf vývoje chyby v poloze, výšce a celkové chyby polohy bodů


V následující tabulce jsou uvedené statistické veličiny dat s deseti vlícovacími

a šesti kontrolními body, která byla zpracována ve třech různých programech. Jak je

z tabulky patrné, velikost chyby v poloze je v případě Aerogisu a Pix4D velice podobná.

- 72 -

13 10 7 40,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

RMSz

RMSxy

RMStotal

Počet vlícovacích bodů

RM

S [m

]


Výslednou hodnotu RMS tak nejvíce ovlivňuje chyba ve výšce, která v případě sw.

Aerogis dosahuje téměř 11 mm.

Tabulka č. 12 : Chyby v poloze a výšce kontrolních bodů na zpracovaných ortofotech.

Pix4D vs Aerogis vs Icaros

Emax X EmaxY EmaxZ RMSxy RMSz RMStotal

Pix4D 6 CHKP 0.037 0.041 0.041 0.035 0.019 0.040

Aerogis 6 CHKP 0.034 0.054 0.107 0.036 0.083 0.090

Icaros 6 CHKP 0.099 0.142 - 0.101 - -[vlastní zpracování]

Vizuální porovnání ortofoto snímků

Na obrázcích č. 44 a 45 jsou ukázky rozdílnosti ve zpracování mezi sw. Aerogis

a Pix4D. Největší odchylky jsou mezi zpracováním budovy. Nevyhlazenost krajů budovy

je dána nepřesným digitálním modelem, viz. příloha. Ortofoto z Icarosu je se svým

výsledným rozlišením 10 cm/pixel daleko za ostatními programy. Není známo, zda je takto

malé rozlišení způsobeno trial licencí nebo zda se jedná o standardní zpracování. Přesto se

jedná o graficky kvalitní výstup s velmi přesným vyhodnocením budov a ostatních objektů,

které převyšují okolní terén.

- 73 -


Příklady rozdílností ve zpracování

Obr.č. 44 : Ortofoto Pix4D s 10 vlícovacími body - špatně vyhodnocený okraj budovy


Obr.č. 45 : Ortofoto Aerogis - správně vyhodnocený okraj budovy [vlastní zpracování].

- 74 -


4.2 Výškový model

Jedním z výstupů při tvorbě ortofoto snímku je i digitální výškový model (DEM).

DEM zobrazuje povrch terénu a vrchní plochy všech objektů na něm (střechy, koruny

stromů apod.) Každý z modelů se nepatrně lišil v oblasti, kterou pokrýval. Pro další

porovnání bylo nutné vybrat tu část, která je obsažena ve všech modelech. Byla vytvořena

polygonová vrstva, podle které byly všechny rastry oříznuty. Výstupní model ze sw.

Aerogis obsahoval mnoho pixelů, kde byly hodnoty NULL nebo mimo skutečný rámec

reálných hodnot jako např. 999999. Pro nápravu byla vytvořena maska, kde byly tyto

hodnoty reklasifikovány na hodnotu nula. Zbylým pixelům byla přiřazena hodnota 1. Touto

rastrovou maskou byl vynásoben původní rastr. Ovlivnění hodnot tímto krokem je

nezanedbatelné, protože do statistických výpočtů vstupují hodnoty 0, vzhledem k jejich

počtu je však vliv menší, než pokud by byly zachovány původní hodnoty.

Výškové modely byly vytvořeny v programu Pix4D na podkladě různého počtu

vlícovacích bodů. Poté byly porovnávány rozdíly mezi rastrem s největším počtem

vlícovacích bodů a ostatními. Využita byla funkce Raster calculator a rastry byly mezi

sebou odečteny v absolutní hodnotě. Snahou bylo zjistit, jak počet vlícovacích bodů

ovlivní přesnost a změny digitálního modelu. V závěru této kapitoly jsou mezi sebou

porovnávány i rastry vytvořené s deseti vlícovacími body vytvořené v Pix4D a Aerogis.

Rastr z Icarosu nebyl kvůli svému rozlišení 3 m použitelný.

Tabulka č. 13 : Pix4D - porovnání DEM vytvořených s různým počtem vlícovacích bodů.

Počet GCP 16-13 16-10 16-7 16-4

Max [m] 6.988 6.504 6.877 8.852

Průměr [m] 0.065 0.066 0.071 0.108

Směr. odchylka [m] 0.196 0.206 0.206 0.209[vlastní zpracování]

Z tabulky statistických údajů je zřejmé, že maximální hodnoty jsou u všech

rozdílových rastrů velice podobné. Průměrná hodnota rozdílu nabývá hodnot kolem

0.07 m, pouze v případě rozdílu rastru vytvořeném ze šestnácti vlícovacích bodů s rastrem

se čtyřmi body má hodnotu 0.108 m. Průběh vývoje průměrných rozdílů je zachycen na

následujícím grafu.

- 75 -


Obr.č. 46 : Vývoj průměrné hodnoty rozdílu rastrů [vlastní zpracování].

Pro určení velikosti změn mezi modely byly udělány rastrové rozdíly. V tabulce

č. 14 jsou tyto rozdíly uvedeny. Je patrné, že s ubývajícími vlícovacími body se nezvyšuje

rozdíl průměrné hodnoty rozdílu mezi rastry. Rozdíl prudce roste až v případě rastru se

sedmi a čtyřmi vlícovacími body.

Tabulka č. 14 : Pix4D - porovnání DEM vytvořených s různým počtem vlícovacích bodů.

Počet GCP 16-13 13-10 10-7 7-4

Max [m] 6.988 8.258 6.694 8.711

Průměr [m] 0.065 0.067 0.063 0.102

Směr. odchylka [m] 0.196 0.213 0.167 0.212[vlastní zpracování]

- 76 -

Pix16-13 Pix16-10 Pix16-7 Pix16-4

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

Rastr

prů

mě

rná

ho

dn

ota

roz

dílu

[m]


Obr.č. 47 : Procentuální zastoupení ploch rozdílových rastrů Pix4D [vlastní zpracování].

Na obrázku č. 47 je zobrazeno rozdělení plochy rozdílových rastrů. Rastr

s nejvyšším počtem vlícovacích bodů byl brán jako výchozí. Od něj byly odečteny všechny

ostatní. Rastry byly následně reklasifikovány do jedenácti tříd vždy po deseti centimetrech.

Poslední třída obsahuje rozdíly větší než 1m. Jak je z grafu procentuálního zastoupení

patrné, nejvíce plochy rozdílových rastrů zaujímá třída s hodnotou <0-10) cm.

S ubývajícím počtem vlícovacích bodů klesá i zastoupení v ní na úkor ostatních tříd,

především třídy <10-20) cm a <20-30) cm.

Z obrázků č. 48 je patrná změna hodnoty rozdílových rastrů vypočítaném z dig. el.

modelů 16 a 13 vlícovacími body, a rastru vypočítaném z modelů 16 a 4 vlícovacích bodů,

obr. č 49. V obou případech je patrný významný rozdíl v oblasti kolem budovy a v místech

se vzrostlými stromy a keři. Zde jsou rozdíly větší než 1 m. Na obrázku je patrný nárůst

především ve třídách 0.2 m až 0.4 m v západní části území. Díky rozložení použitých

vlícovacích bodů v rastru, který byl odečítán od toho referenčního, a výsledné podobě

rozdílového rastru, je zřejmé, že v této části došlo k deformaci 3D modelu. Na ortofoto

snímku však tato defomace není vizuálně patrná. Vlícovací body, které jsou vyznačené na

obrázcích, jsou ty, které byly použity jako vlícovací u rastru, který byl od toho

nejpřesnějšího odečten.

- 77 -

0-0.1 0.1-0.2 0,2-0,3 0.3-0.4 0.4-0.5 0.5-0.6 0.6-0.7 0.7-0.8 0.8-0.9 0.9-1 1<

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Pix16-4

Pix16-7

Pix16-10

Pix16-13

rozdíl rastrů [m]

plo

cha

[%]


Obr.č. 48 : Rozdíl rastrů DEM Pix4D 16GCP a Pix4D 13GCP [vlastní zpracování].

Obr.č. 49 : Rozdíl rastrů DEM Pix4D 16GCP a Pix4D 4GCP [vlastní zpracování].

- 78 -


Pro porovnání dat z různých sw. byl stejným způsobem reklasifikován i rastr

vytvořený v sw Aerogis. Na obr. č. 51 je rozdíl digitálního výškového modelu Aerogis

a Pix4D, oba vytvořené s použitím 10 vlícovacích bodů. Na grafu č. 50 je procentuální

zastoupení rozdílových tříd na celkové ploše rastru. Stejně jako v předešlých ukázkách tak

i na tomto rastru jsou největší hodnoty ve výškově nestejnorodých oblastech kolem budov

a vegetace. V rovinné části území je nejčetnější třída 0-0.1m rozdílu. V těchto oblastech

provádějí programy tvorbu digitálního modelu podobně.

Tabulka č. 15 : Rozdíly DEM [vlastní zpracování].

10 GCP Pix4D-Aerogis

Max [m] 220.277

Průměr [m] 0.139

Směr. odchylka [m] 0.503

Obr.č. 50 : Procentuální zastoupení ploch rozdílového rastru Pix4D 10GCP a Aerogis 10GCP


- 79 -

0-0.1 0.1-0.2 0,2-0,3 0.3-0.4 0.4-0.5 0.5-0.6 0.6-0.7 0.7-0.8 0.8-0.9 0.9-1 1<

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

rozdíl rastrů [m]

plo

hca

[%]


Obr.č. 51 : Rozdíl rastrů DEM Pix4D 10GCP a Aerogis 10GCP [vlastní zpracování].

4.3 3D model

Pokud jsou pořízené snímky dostatečně kvalitní s velkým překrytem, je možné

kromě ortofota vytvořit také 3D model. Použit byl software německé firmy ArcTron zvaný

Aspect3D. Jedná se o grafickou nadstavbu softwaru, jehož základem je Bundler. Ten je

složen z algoritmů, které vytvořil prof. Noah Snavely. Je šířen jako open source.

Některé programy, jako např. Aerogis přímo využívají systému Bundler pro

vytvoření digitálního modelu k následné ortorektifikaci snímků. Bundler dokáže na

podkladě souboru snímků rekonstruovat 3D pozici kamery v době pořízení každého

snímku. Kromě prvků vnější orientace je schopen obrazovou korelací určit také prvky

vnitřní orientace. Parametry jsou poté převzaty tzv. PMVS/CMVS (Patch-based Multi-

view Stereo Software/Clustering Views for Multi-view Stereo) algoritmy, které jsou ze

snímků schopné získat jednotlivé body objektu. Ze všech pořízených snímků, tj. 270, bylo

programem vytvořeno obarvené mračno bodů, to bylo dále zasíťováno a oříznuto.

- 80 -


Výsledný model je uveden v příloze.

Na obr. č. 52 je vyrenderovaný výstup z programu s ukázkou pozic kamer v době

pořízení snímků.

Obr.č. 52 : Mračno bodů s pozicemi kamer [vlastní zpracování].

5. Zhodnocení výsledků

Přesnost v poloze v případě ortofoto snímků s deseti vlícovacími body je

srovnatelná mezi Pix4D a Aerogis. Hodnota chyby v poloze je v obou případech cca

0.035 m, pokud vezmeme v úvahu rozlišení ortofoto snímků, které je u Pix4D 2.7 cm

a u Aerogis 3 cm na pixel je chyba 1.4 pixelu, resp. 1.17 pixelu. Ve výšce je rozdíl větší.

Hodnota z Pix4D je 0.019 m, u Aerogis to je 0.083 m. Pix4D má lepší přesnost při tvorbě

digitálního modelu, na přesnosti v poloze to však nemá vliv a ani po grafické stránce, kdy

je ortofoto z Aerogisu na lepší úrovni než z Pix4D. Ortofoto snímek z programu Icaros je

po grafické stránce na velmi dobré úrovni, je však patrný ruční zásah zpracovatelů. Hlavní

rozdíl oproti zbylým programům je výsledné rozlišení, s jakým byl snímek zpracován. To

činí 10 cm. Chyba v poloze je podle měření na kontrolních bodech také 10 cm.

- 81 -


Přesnost ortofota závisí na kvalitě a počtu vlícovacích bodů. V práci byla

porovnána přesnost bodů odměřených na snímcích s různým počtem vlícovacích bodů. Byl

potvrzen předpoklad, že s ubývajícím počtem těchto bodů klesá přesnost především ve

výšce. Polohová přesnost byla zhoršena jen při použití čtyř vlícovacích bodů.

Standardními výstupy jsou společně s ortofoto snímky také digitální výškové

modely. Ty byly také porovnávány mezi sebou. Na kontrolních bodech byl nepřesnější

model z Pix4D. Pro zjištění vývoje změn při použití různého počtu vlícovacích bodů byly

porovnávány hodnoty mezi pěti výslednými rastry z Pix4D. Ukázalo se, že podstatné

rozdíly mezi výchozím rastrem s 16 vlícovacími body jsou až při použití 7 a 4 vlícovacích

bodů. Pro zajímavost bylo provedeno zpracování v sw. Pix4D se 13 body znovu. Podle

původního výpočetního protokolu byl výpočet proveden ve verzi (Pix4UAV version

v1.11609) dne 7.4.2012, o cca měsíc později, tj. 10.5.2012 ve verzi (Pix4UAV version

v1.11707). Výsledek je překvapující s nečekaně vysokými hodnotami rozdílového rastru,

viz. příloha. Grafická podoba a především polohová přesnost však zůstala téměř

nezměněna. Digitální model z Icarosu nebyl vzhledem ke svému rozlišení 3 m do

porovnání zahrnut.

Pro ukázku dalších možností jak vyhodnotit pořízené snímky byl použit program

Aspect3D, ve kterém bylo vytvořeno mračno bodů. To bylo následně zasíťováno do 3D

modelu, viz. příloha.

- 82 -

VII. ZÁV ĚR_________________________________________________________________________

VII. ZÁV ĚR

Cílem této diplomové práce bylo ukázat možnosti využití bezpilotních prostředků

ve fotogrammetrii. V úvodu práce byly představeny základní poznatky z oblasti

bezpilotních prostředků a způsoby jejich využití. Zdrojem informací pro úvodní části této

práce byly technické dokumentace a vědecké články z výzkumných projektů světových

univerzit zabývajících se touto problematikou. Podstatná část informací byla také získána

z českých a zahraničních modelářských diskuzních fór, neboť stavba

a řízení těchto strojů s modelářstvím úzce souvisí. Cenné materiální podklady a zkušenosti

byly také získány na prvním ročníku konference o využití bezpilotních prostředků ve

fotogrammetrii, uskutečněné na podzim 2011 ve švýcarském Curychu. Při zpracování

přípravy letové mise a praktické části této práce bylo čerpáno především z osobních

zkušeností z předešlých projektů podobné tématiky.

Pro zpracování této práce byla vybrána jedna ze základních úloh fotogrammetrie,

jakou bezesporu tvorba ortofota je. Jedná se o jednu z nejkomplexnějších

fotogrammetrických úloh. Tvorba ortofoto snímku z bezpilotního prostředků není ničím

novým, ale použití multikopteru pro takto rozsáhlou plochu však podle dostupných

informací nebylo ještě publikováno. Také doposud chyběla práce, která by porovnávala

výstup z několika programů zároveň.

Bezpilotní prostředek je velice limitován svojí nosností, a proto použití lehké

neměřičské komory s sebou nese také nutnost její kalibrace, neboli určení prvků vnitřní

orientace. Kalibrace byla provedena dvojího typu, klasická, rychlá metoda pomocí

testovacího pole, a letecká kalibrace s využitím pozemních terčů rozložených na

fotbalovém hřišti. Oběma metodami byly dosaženy kvalitní výsledky.

Problematice přípravy a provedení letové mise byla věnována kapitola IV. Pro

přesné naplánování letu byl vytvořen program v Matlabu, jehož výstupem je bodová dávka

pro řídící elektroniku vrtulníku. Několik výpočetních skriptů umí po načtení

telemetrických dat z vrtulníku kromě plánování mise i její základní grafické vyhodnocení.

Zpracování pořízených dat bylo provedeno pro porovnání v několika programech.

Z uživatelského hlediska se jako nejvíce přívětivý jevý Pix4D, který díky grafickému

rozhraní na straně klienta umožňuje získat přehled o zpracování. Lokalizace měřených

- 83 -

VII. ZÁV ĚR_________________________________________________________________________

bodů je oproti jiným programům provedena ručně a ne třetí osobou. Aerogis používá více

intenzivní ostřící filtry na výslednou ortomozaiku. Výsledek je ostřejší, s vyšším

kontrastem.

Protože Pix4D umožnil díky své trial verzi několikanásobné zpracování, byl

výpočet proveden pětkrát, vždy s rozdílným počtem vlícovacích bodů. Následně byly tyto

ortofoto snímky vzájemně porovnány. Mezi další použité programy patřil Aerogis a Icaros.

V obou byla data zpracována pouze jednou a to s deseti vlícovacími body. Protože byl

během tvorby této práce navázán úzký kontakt s autorem nového projektu Dronemapper,

byly snímky zpracovány i v něm. Podle informací autora byl díky této diplomové práci

a především poskytnutým datům podstatně urychlen vývoj tohoto programu. Poskytnutá

data byla zpracována více než stokrát, dokud se výsledky kvalitativně nevyrovnaly

dosavadním programům. Protože Dronemapper zatím neumí pracovat s vlícovacími body,

nebyl do porovnání přesnosti zahrnut. Grafická kvalita je však na velmi vysoké úrovni, viz.

příloha.

Použití dat z UAV se pro potřeby mapování v krajině ukázalo jako velmi vhodné.

Oproti ostatním metodám umožňuje získání nových informací, zejména týkajících se

prostorového umístění. Při fotogrammetrickém mapování se s každým snímkem sbírají

milióny bodů, s kvantitativní informací je také získána i kvalitativní informace pro

výslednou interpretaci objektu. Díky efektivitě sběru a zpracování dat je využití

bezpilotních prostředků nesrovnatelně levnější oproti klasickému mapování při velmi

dobré přesnosti.

Práce s bezpilotním prostředkem proběhla bez větších problémů, bez havárie.

Interpretace výsledků byla provedena v prostředí geoinformačních systémů, které

představují v současné době důležitý nástroj pro zpracování dat v oblasti mapování

a územního plánování. Při práci ve vybraných programech se nevyskytly žádné problémy.

- 84 -

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________

VIII. SEZNAMY

1. Použitá literatura a prameny

[1] UAV Types. The UAV: Unmanned Aerial Vehicle [online]. [cit. 2012-03-12]. Dostupné

z: http://www.theuav.com/

[2] EVERAERTS, J. The use od unmanned aerial vehicles (UAVS) for remote sensing and

mapping. 2008.

Dostupné z: http://www.isprs.org/proceedings/XXXVII/congress/1_pdf/203.pdf

[3] A Short History of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). Draganfly [online]. 2012 [cit.

2012-03-17]. Dostupné z: http://www.draganfly.com/news/2009/03/04/a-short-history-of-

unmanned-aerial-vehicles-uavs/

[4] VERHOEVEN, GEERTJ.J. Providing an Archaeological Bird’s-eye View – an Overall

Picture of Ground - based Means to Execute Low-altitude Aerial Photography (LAAP) in

Archaeology. 2009. DOI: 10.1002/arp. Dostupné z:

http://lbi.academia.edu/GeertVerhoeven/Papers/403479/Providing_An_Archaeological_Bir

ds-eye_View_-_an_Overall_Picture_of_Ground-based_Means_to_Execute_Low-

altitude_Aerial_Photography_LAAP_In_Archaeology

[5] Fotografie ze vzduchu. Wikipedia [online]. 2009 [cit. 2012-03-19]. Dostupné z:

http://cs.wikipedia.org/wiki/Fotografie_ze_vzduchu

[6] EISENBEISS, Henri. The Potential od Unmanned Aerial Vehicles for Mapping. 2011.

Dostupné z: http://www.ifp.uni-stuttgart.de/publications/phowo11/140Eisenbeiss.pdf

[7] ČESKOMORAVSKÁ MODELÁŘSKÁ ASOCIACE [online]. 2012 [cit. 2012-04-12].

Dostupné z: http://cmma.cz/

[8] MACEK, Pavel. Doplňující informace ÚCL k návrhu Doplňku X leteckého předpisu L

2. 2011. Dostupné z:

- 85 -

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________

http://www.volny.cz/pavel.macek/regulace/UCL_soubory/Doplnujici_informace.pdf

[9] VISINGR, Lukáš. Bezpilotní vzdušné prostředky. 2006. Dostupné z:

http://www.google.cz/url?sa=t&rct=j&q=suicidal

%20ucav&source=web&cd=2&ved=0CCoQFjAB&url=http%3A%2F

%2Flvisingr.czweb.org%2Fstazeni%2Fatm

%2Fuav.rtf&ei=ZQVIT6TIC8HM0QXN6ZiIDg&usg=AFQjCNHZZIucCtsIiwX6pR3rURl

s7CX-PA&cad=rja

[10] SCHWARZ, David. Využití bezpilotních létajících prostředků pro telemetrické účely.

2006, roč. 5, III. Dostupné z: http://pernerscontacts.upce.cz/19_2010/Schwarz.pdf

[11] Trigger Composites Pteryx UAV. Troybuiltmodels [online]. 2012 [cit. 2012-04-22].

Dostupné z: http://www.troybuiltmodels.com/items/PTERYX-UAV.html

[12] MapKnitter: Combine aerial photos into a map [online]. [cit. 2012-04-20]. Dostupné

z: http://mapknitter.org/

[13] Vrtulník. Wikipedia [online]. 2012 [cit. 2012-04-20]. Dostupné z:http://cs.wikipedia.org/wiki/Vrtuln%C3%ADk

[14] Microdrones [online]. [cit. 2012-05-9]. Dostupné z: http://www.microdrones-

turkey.com/urun/md4-1000.html

[15] REMONDINO, F. UAV Photogrammetry for mapping and 3D modeling: Current

status and future perspectives. 2011.

Dostupné z: http://www.isprs.org/proceedings/XXXVIII/1-C22/papers/remondino.pdf

[16] Fotogrammetrie. Geodis [online]. [cit. 2012-04-25].

Dostupné z: http://www.geodis.cz/sluzby/fotogrametrie

[17] Icaros: Mapping Above & Beyond [online]. 2010 [cit. 2012-05-01].

Dostupné z: http://www.icaros.us/

- 86 -

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________

[18] Czepos: Informace o službách a produktech. [online]. [cit. 2012-04-29]. Dostupné z:

http://czepos.cuzk.cz/_servicesProducts.aspx

[19] Česká Republika. DOPLNĚK X – BEZPILOTNÍ SYSTÉMY. In: Hlava 3, ust. 3.1.12.

2008. Dostupné z:

http://lis.rlp.cz/predpisy/predpisy/dokumenty/L/L-2/data/effective/doplX.pdf

[20] Česká Republika. Směrnice SLS: Postup pro vydání povolení k létání letadla bez

pilota. In: Praha, 2012, č. 1. Dostupné z: http://www.caa.cz/file/5965

[21] EISENBEISS, Henri. UAV Photogrammetry. Curych, 2009. DISS. ETH NO. 18515.

Dostupné z: http://www.igp-data.ethz.ch/berichte/Blaue_Berichte_PDF/105.pdf. Disertační

práce. ETH Curych

[22] BLYENBURGH, Peter van. Unmanned Aircraft Systems: The Current Situation.

Dostupné z:

http://www.acrtucson.com/Presentations_n_Publications/pdf/6_UVS_International.pdf

[23] SenseFly: Autonomous flying sensors [online]. Curych, 2011 [cit. 2012-05-03].

Dostupné z: http://www.sensefly.com/

[24] Mikrokopter [online], 2011 [cit. 2012-05-03]. Dostupné z: http://www. mikrokopter.de /

[25] THAMM, H.P. Susi 62: Robust and safe parachute UAV with long flight time and

good payload. 2011. Dostupné z: http://www.isprs.org/proceedings/XXXVIII/1-

C22/papers/thamm.pdf

[26] PAVELKA, Karel. Fotogrammetrie 10. 2. vyd. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2003.

ISBN 80-01-02649-3

[27] PAVELKA, Karel. Fotogrammetrie 20. 2. vyd. Praha: Vydavatelství ČVUT, 2006.

ISBN 80-01-02762-7

- 87 -

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________

[28] BOSAK, Krzystof. Secrets of Photomapping. 1st ed. Pteryx, 2011

[29] ABER, James, MARZOLFF, Irene and RIES, John. Small-Format Aerial

Photography Principles, techniques and geoscience applications. 1st ed. Amsterdam :

Elsevier Science, 2010. 268p. ISBN 0444532609

[30] GisCat: Consulting-Application-Training [online]. 09.10.2010 [cit. 2012-05-14].

Dostupné z: http://www.giscat.com/

[31] Pix4D UAV [online]. 2012, 11.5.2012 [cit. 2012-05-14].

Dostupné z: http://www.pix4d.com/

[32] Photomodeler: Measuring & Modeling the Real World [online]. 2010 [cit. 2012-03-

01]. Dostupné z: http://www.photomodeler.com/

[33] PÜSCHEL, Hannes. Set up of a photogrammetric test field for UAV-platforms. Zürich,

2009. Dostupné z:

http://www.igp.ethz.ch/photogrammetry/people/photogrammetry/people/dnovak/projects_d

avid/UAV_Testfield_klein.pdf. Master thesis. ETH Zürich.

Vedoucí práce Henri Eisenbeiss, David Novák.

[34] PERÉZ, M., AGUERA a F. CARVAJAL. Digital camera calibration using images

taken from an unmanned aerial vehicle. 2011

[35] Dronemapper: UAV Flight Tracking and Imagery Processing [online]. 2012 [cit.

2012-03-02]. Dostupné z: http://dronemapper.com/

[36] Nova: Time Line of UAVs. Nova: Science programming on air and online [online].

2002 [cit. 2012-03-16]. Dostupné z: http://www.pbs.org/wgbh/nova/spiesfly/uavs.html

[37] Photogrammetry Meets Kite Aerial Photography (KAP). The Fiducial Mark [online].

2009 [cit. 2012-04-16]. Dostupné z:

http://fiducialmark.blogspot.com/2009/03/photogrammetry-meets-kite-aerial.html

- 88 -

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________

2. Obrázky

Obr.č. 1 : Drak použitý E. D. Archibaldem. ........................................................................13Obr.č. 2 : Raketa A. Maula [A. Maul, 1904]. .....................................................................14Obr.č. 3 : Holub s fotoaparátem [Neubronner, 1903]. .........................................................14Obr.č. 4 : Uvázaný balón s kamerovým závěsem [Whittlesley, 1967]. ...............................15Obr.č. 5 : Snímkovací model letadla [Przybilla, 1979]........................................................16Obr.č. 6 : Model vrtulníku [Westr-Ebbinghaus, 1980].........................................................16Obr.č. 7 : Struktura Doplňku X [20].....................................................................................22Obr.č. 8 : Pteryx UAV [11]. Obr.č. 9 : Swinglet CAM [23]............................................27Obr.č. 10 : Zpravodajská vzducholoď Skive [vlastní foto]..................................................28Obr.č. 11 : Detail gondoly s kamerou [vlastní foto]............................................................28Obr.č. 12 : Drak využitý pro fot. Dokumentaci. Obr.č. 13 : Detail stabilizovanéhozávěsu...................................................................................................................................30Obr.č. 14 : Paraglide Susi [vlastní foto]. Obr.č. 15 : Susi: gondola s kamerou [vlastnífoto]......................................................................................................................................31Obr.č. 16 : Survey Copter [33].............................................................................................32Obr.č. 17 : Quadro kopter [24]. Obr.č. 18 : Hexa kopter [24]..........................................33Obr.č. 19 : Microdrone MD4-200 [14]. Obr.č. 20 : AscTec Falcon 8 [vlastní foto]...............................................................................................................................................34Obr.č. 21 : Elektronika Mikrokopter, Flight Ctrl, Navi Ctrl, MK-GPS [24]........................36Obr.č. 22 : Hexakopter s dálkovým ovládáním [vlastní zpracování]...................................37Obr.č. 23 : Teoretický výpočet letového času modelu [vlastní zpracování].........................39 Obr.č. 24 : Schéma snímkovacího letu [vlastní zpracování]...............................................41Obr.č. 25 : Ukázka rozmístění snímků při automatickém a manuálním letu [Forestrydepartment Mecklenburg-Western Pormania]......................................................................42Obr.č. 26 : Závislost času mezi pořízením dvou snímků na letové výšce při 80 % překrytua rychlosti 3 m/s [vlastní zpracování]...................................................................................46Obr.č. 27 : Hodnota překrytu dvou snímků v dané výšce při rychlosti 3m/s.......................46Obr.č. 28 : Kalibrační pole s kódovými značkami [vlastní foto].........................................53 Obr.č. 29 : Schéma kódového terče [vlastní zpracování]...................................................54Obr.č. 30 : Viditelnost terčů při letové výšce 30, 40 a 50 metrů [vlastní foto]....................54Obr.č. 31 : Kalibrační terče [vlastní foto].............................................................................55Obr.č. 32 : Photomodeler - pozice kamer [vlastní zpracování]............................................55Obr.č. 33 : Letecké kalibrační pole [vlastní foto].................................................................56Obr.č. 34 : Zájmové území na dostupném ortofotu ČÚZK [ČÚZK]...................................59Obr.č. 35 : Ukázková trajektorie letové mise [vlastní zpracování]......................................60Obr.č. 36 : Trajektorie jedné letové mise načtená v sw. MKTool [vlastní zpracování]........61Obr.č. 37 : Průběh letové mise na sw. MK OSD, se kterým je model online spojen...........62Obr.č. 38 : Přibližné středy snímků a umístění měřených bodů [vlastní zpracování]..........64Obr.č. 39 : Skutečná vs. plánovaná trajektorie mise [vlastní zpracování]............................65Obr.č. 40 : Skutečná vs. plánovaná trajektorie mise, pohled zhora [vlastní zpracování].....66Obr.č. 41 : Pix4D, grafické okno programu [vlastní zpracování]........................................67Obr.č. 42 : Pix4D, identifikace vlícovacích bodů [vlastní zpracování]................................67Obr.č. 43 : Graf vývoje chyby v poloze, výšce a celkové chyby polohy bodů....................72Obr.č. 44 : Ortofoto Pix4D s 10 vlícovacími body - špatně vyhodnocený okraj budovy....74Obr.č. 45 : Ortofoto Aerogis-správně vyhodnocený okraj budovy [vlastní zpracování].....74

- 89 -

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________

Obr.č. 46 : Vývoj průměrné hodnoty rozdílu rastrů [vlastní zpracování]...........................76Obr.č. 47 : Procentuální zastoupení ploch rozdílových rastrů Pix4D [vlastní zpracování]..77Obr.č. 48 : Rozdíl rastrů DEM Pix4D 16GCP a Pix4D 13GCP [vlastní zpracování].........78Obr.č. 49 : Rozdíl rastrů DEM Pix4D 16GCP a Pix4D 4GCP [vlastní zpracování]...........78Obr.č. 50 : Procentuální zastoupení ploch rozdílového rastru Pix4D 10GCP a Aerogis10GCP..................................................................................................................................79Obr.č. 51 : Rozdíl rastrů DEM Pix4D 10GCP a Aerogis 10GCP [vlastní zpracování].......80 Obr.č. 52 : Mračno bodů s pozicemi kamer [vlastní zpracování].......................................81

3. Tabulky

Tabulka č. 1 : Porovnání letecké, blízké a UAV fotogrammetrie [6].................................19Tabulka č. 2 : Rozdělení UAV [21].....................................................................................25Tabulka č. 3 : Třídení UAV podle velikosti a dalších letových parametrů [22]..................25Tabulka č. 4 : Letový čas v závislosti na velikosti zátěže [vlastní zpracování]..................39Tabulka č. 5 : Nejdelší možný expoziční čas v závislosti na rozlišení při rychlosti 3 m/s..45Tabulka č. 6 : Výsledky kalibrací [vlastní zpracování].......................................................57Tabulka č. 7 : Přesnost kalibračního projektu [vlastní zpracování].....................................57Tabulka č. 8 : Výsledky kalibrací v porovnání s hodnotami ze zpracovatelskýchprogramů .............................................................................................................................69Tabulka č. 9 : Výsledky kalibrací v porovnání s hodnotami ze zpracovatelských programů ..............................................................................................................................................70Tabulka č. 10 : Základní charakteristiky výsledných ortofoto snímků s 10 vlícovacímibody......................................................................................................................................71Tabulka č. 11 : Chyby v poloze a výšce ortofoto snímků z Pix4D s různými počty GCP.. .72Tabulka č. 12 : Chyby v poloze a výšce kontrolních bodů na zpracovaných ortofotech... .73Tabulka č. 13 : Pix4D - porovnání DEM vytvořených s různým počtem vlícovacích bodů...............................................................................................................................................75Tabulka č. 14 : Pix4D - porovnání DEM vytvořených s různým počtem vlícovacích bodů. ..............................................................................................................................................76Tabulka č. 15 : Rozdíly DEM [vlastní zpracování].............................................................79

- 90 -

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________

4. Přílohy

Příloha č. 1 : Rozdíl DEM ...................................................................................................92Příloha č. 2 : Porovnání digitálních modelů v oblasti kolem zemědělské budovy [vlastnízpracování]...........................................................................................................................93Příloha č. 3 : Porovnání ortofoto snímků: 1. Pix4D, 2. Aerogis, 3. Dronemapper, 4. Icaros[vlastní zpracování]..............................................................................................................94Příloha č. 4 : Ortofoto snímek, Aerogis 10 GCP..................................................................95Příloha č. 5 : Ortofoto snímek, Pix4 10 GCP.......................................................................96Příloha č. 6 : Ortofoto snímek, Dronemapper .....................................................................97Příloha č. 7 : Ortofoto snímek, Icaros..................................................................................98Příloha č. 8 : Digitální model povrchu, Dronemapper ........................................................99Příloha č. 9 : 3D model (Aspect3D)...................................................................................100Příloha č. 10 : Přehled různé konfigurace vlícovacích bodů během zpracování v programuPix4D..................................................................................................................................101Příloha č. 11 : Ukázka bodové dávky letové mise a letových parametrů...........................102Příloha č. 12 : Měřené body...............................................................................................103

- 91 -

VIII. SEZNAMY

Příloha č. 1 : Rozdíl DEM

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________________________________________________________

Příloha č. 2 : Porovnání digitálních modelů v oblasti kolem zemědělské budovy [vlastní zpracování]

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________________________________________________________

Příloha č. 3 : Porovnání ortofoto snímků: 1. Pix4D, 2. Aerogis, 3. Dronemapper, 4. Icaros [vlastní zpracování]

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________________________________________________________

Příloha č. 4 : Ortofoto snímek, Aerogis 10 GCP

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________________________________________________________

Příloha č. 5 : Ortofoto snímek, Pix4 10 GCP

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________________________________________________________

Příloha č. 6 : Ortofoto snímek, Dronemapper

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________________________________________________________

Příloha č. 7 : Ortofoto snímek, Icaros

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________________________________________________________

Příloha č. 8 : Digitální model povrchu, Dronemapper

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________________________________________________________

Příloha č. 9 : 3D model (Aspect3D)

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________________________________________________________

Příloha č. 10 : Přehled různé konfigurace vlícovacích bodů během zpracování v programu Pix4D

VIII. SEZNAMY

Příloha č. 11 : Ukázka bodové dávky letové mise a letových parametrů

[General]

FileVersion=2NumberOfWaypoints=30UsePOI=0POI_CAM_NICK_CTRL=0[POI]Altitude=15Latitude=50.2782619Longitude=14.3756938[Waypoint1]Latitude=50.291937Longitude=14.367955Radius=3Altitude= 75ClimbRate=30DelayTime=7WP_Event_Channel_Value=100Heading= 86[Waypoint2]Latitude=50.291952Longitude=14.368161Radius=3Altitude= 75ClimbRate=30DelayTime=7WP_Event_Channel_Value=100Heading= 86

PROTOKOL MISE

=========================

Fotoaparat=Canon S100Podelny prekryt= 80 Pricny prekryt= 60 Letova vyska= 75m Rozliseni= 2.6 cm/px Delka uzemi= 147.72m Sirka uzemi= 61.42m Delka uzemi z jednoho snimku= 78.00m Sirka uzemi z jednoho snimku= 104.00m Pocet waypointu celkem= 33 Max pocet waypointu pro MK= 30 Podelna vzdalenost mezi stredy snimku= 15.6mPricna vdalenost mezi stredy snimku= 41.6m

VIII. SEZNAMY_________________________________________________________________________________________________________________________

Příloha č. 12 : Měřené body

Číslo body Latitude Longitude H RMS sat Pdop h RMS v RMS1 50,29211802 14,36848675 215,519 0,0056 9 1,720 0,003 0,0052 50,29216802 14,36884294 215,664 0,0064 9 1,718 0,004 0,0053 50,29203587 14,36972136 216,170 0,0066 8 1,980 0,004 0,0064 50,29185330 14,36875489 215,871 0,0073 8 2,167 0,004 0,0065 50,29186591 14,36927392 215,927 0,0069 7 2,175 0,004 0,0066 50,29186576 14,36956104 215,956 0,0073 7 2,176 0,004 0,0067 50,29138037 14,36867827 215,704 0,0054 11 1,600 0,003 0,0048 50,29136450 14,36920863 215,803 0,0076 11 1,507 0,005 0,0069 50,29145916 14,36960029 215,755 0,0050 11 1,639 0,003 0,00411 50,29123576 14,37004673 213,494 0,0057 9 1,712 0,003 0,00512 50,29194529 14,37033323 215,557 0,0084 9 1,712 0,005 0,00713 50,29171556 14,36828602 216,024 0,0056 9 1,868 0,003 0,00515 50,29214329 14,36930158 216,658 0,0067 9 1,794 0,004 0,00616 50,29183042 14,37090666 210,835 0,0072 9 1,710 0,004 0,00620 50,29162230 14,36987978 215,667 0,0065 10 1,567 0,004 0,00522 50,29158371 14,37004923 215,988 0,0064 10 1,567 0,004 0,005

Date post:	02-Mar-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	9 times
Download:	0 times

Využití bezpilotních prost ředk ů ve...

Documents