Современные технологии позволяют получать детализированные цифровые модели объектов и местности с высокой точностью. Среди наиболее распространенных и эффективных методов — фотограмметрия и лазерное сканирование (LiDAR). Оба подхода активно применяются в геодезии, строительстве, экологии и других отраслях, однако различаются принципами работы, точностью и областью применения. В этой статье рассмотрим ключевые возможности и отличия технологий.
Что такое фотограмметрия?
Фотограмметрия — это метод получения пространственной информации на основе фотографий с высоким разрешением, включающий построение трехмерных моделей местности. БАС выполняет серию снимков с перекрытием, обеспечивая множественные ракурсы каждой точки поверхности. Это позволяет вычислять глубину и формировать детализированную 3D-модель с точной текстурой, цветом и рельефом. Процесс аналогичен стереоскопическому зрению человека: система анализирует одну и ту же точку с разных ракурсов, создавая пространственную карту.
Что такое лазерное сканирование?
Технология LiDAR расшифровывается как обнаружение и определение дальности с помощью света («light detection and ranging»). Метод использует лазерные импульсы для измерения точного времени их возврата и интенсивности отражения, чтобы построить детализированную модель местности. Эта технология существует уже много десятилетий, но только недавно стала доступна в размерах и мощности, пригодных для использования на дронах, и ее развитие стремительно продолжается.
Сравнение методов
Ключевое различие между фотограмметрией и лазерным сканированием заключается в их сильных и слабых сторонах. Лидар обеспечивает высокоточную модель рельефа, поскольку лазерные импульсы проходят сквозь густую растительность и фиксируют поверхность земли, тогда как фотограмметрия создает реалистичные и детализированные изображения с точными ракурсами. Понимание этих особенностей позволяет эффективно комбинировать методы в сложных проектах.
| Параметр | Фотограмметрия | Лазерное сканирование |
| Тип данных | Фотографии с координатной информацией | Облако точек лазерного сканирования |
| Точность по горизонтали | До 1 см | До 1 см |
| Точность по вертикали | До 2–4 см | До 1–3 см |
| Стоимость | Доступнее, так как используются камера и программное обеспечение для обработки изображений | Оборудование обычно дороже из-за сложности технологии |
| Применение | Картография, архитектура, археология, мониторинг территорий, 3D-моделирование | Геодезия, лесное хозяйство, археология, инженерные изыскания |
| Ограничения | Трудности при съемке однородных, гладких, затененных и скрытых растительностью поверхностей, зависимость от освещения и качества камеры | Менее эффективен в условиях сильного дождя, тумана или пыли. Необходимость ресурсозатратной обработки данных |
Что лучше — фотограмметрия или лазерное сканирование?
Фотограмметрия требует лишь камеры и модуля GNSS, которые совместно обеспечивают съемку и точную координатную привязку изображений на основе данных спутниковых систем, что делает процесс относительно простым. В отличие от нее, лазерное сканирование задействует более сложную бортовую систему с активным излучением: лидар фиксирует миллионы точек и их активность, опираясь на точную информацию о местоположении. Хотя активное зондирование сложнее в реализации, современные технологии делают оба метода более доступными и удобными для применения.
Области применения
Технологии фотограмметрии и лазерного сканирования используются в различных областях для решения широкого спектра задач. Так, фотограмметрические методы эффективны в архитектуре, геологии и дорожном хозяйстве.
- Сохранение архитектурного наследия
В рамках общественной инициативы «Цифровой Сталинград» была разработана методология цифрового сохранения исторических зданий. Фотограмметрия позволила создать точные 3D-модели архитектурных объектов, сохранив научно обоснованный облик исторического центра города для будущих поколений. - Исследование природных памятников
Для анализа эрозионных столбов территории Куклица (Северная Македония) применялись БАС для детальной аэрофотосъемки. Фотограмметрия позволила зафиксировать изменения рельефа и провести мониторинг процессов эрозии. - Дорожное хозяйство
Фотограмметрия и обработка данных в Agisoft Metashape эффективно применяется в трасологической экспертизе ДТП. Метод позволяет точно восстанавливать схемы происшествий и анализировать их обстоятельства. Исследования подтверждают соответствие этой технологии нормативным требованиям и преимущества перед традиционными методами.
Лазерное сканирование, особенно в сочетании с мультиспектральной съемкой, используется для мониторинга природных экосистем и сельскохозяйственных территорий, обеспечивая точные данные о рельефе, растительности и изменениях ландшафта.
- Экологический мониторинг
На территории Ямала лазерное сканирование и мультиспектральная съемка применялись для изучения и мониторинга углерода в тундровых экосистемах. Данные дистанционного зондирования в сочетании с наземными измерениями позволяют создавать детализированные карты для дальнейших климатических исследований. - Сельское хозяйство
В проекте Чеченского государственного университета для реализации регенеративного животноводства лазерное сканирование применялось, чтобы оценить состояние пастбищ и выделить наиболее благоприятные зоны для выпаса. Дополнительно мультиспектральная съемка позволила проанализировать биомассу растений и степень их деградации, что способствовало эффективному управлению пастбищными ресурсами.
Можно ли использовать оба метода одновременно?
Использование фотограмметрии и лазерного сканирования в комплексе стало распространенной практикой, поскольку эти методы успешно дополняют друг друга. LiDAR позволяет получить данные о труднодоступных зонах, скрытых от фотокамер, например под кронами деревьев. В свою очередь, фотограмметрия предлагает карты, которые отображают облако точек лазерного сканирования в реальном времени. Это улучшает визуализацию, обеспечивая цветовую и текстурную информацию.
Совместное использование технологий применяется, например, в горной промышленности для оценки развала горной массы после взрыва и проверки состояния карьера, при мониторинге лесов, а также для комплексного обследования природных ландшафтов в научных и практических целях.
Технологии обеспечивают сантиметровую точность измерений. Совмещать и обрабатывать данные обоих методов можно в ПО Agisoft Metashape. Программа поддерживает работу с RGB- и мультиспектральными снимками, а также с данными воздушного и наземного лазерного сканирования.
Agisoft Metashape преобразует снимки и сканы в плотные облака точек, текстурированные полигональные модели, ортофотопланы и цифровые модели рельефа. Встроенные инструменты постобработки позволяют устранять искажения, автоматически классифицировать облака точек, рассчитывать вегетационные индексы и подготавливать данные для геодезии, картографии и агромониторинга. Благодаря такому комплексному подходу можно добиться максимальной точности и эффективности при построении цифровых моделей местности.
Фотограмметрия и лазерное сканирование — два эффективных метода моделирования, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения. Выбор технологии зависит от конкретных задач, бюджета и условий съемки. В сочетании эти методы позволяют создать наиболее точные и детализированные цифровые модели местности, оптимизируя процессы анализа и планирования.