فتوگرامتری در نقشه برداری

فتوگرامتری (Photogrammetry) یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین شاخه‌های علوم ژئوماتیک و نقشه‌برداری نوین است که امروزه نقشی کلیدی در تولید داده‌های مکانی دقیق ایفا می‌کند. این علم با استفاده از تصاویر دوبعدی، اطلاعات سه‌بعدی از اشیاء، زمین و عوارض مختلف استخراج می‌کند و به‌عنوان پلی میان تصویربرداری و اندازه‌گیری مهندسی شناخته می‌شود.

فتوگرامتری چیست؟

فتوگرامتری یا تصویرسنجی، علم اندازه‌گیری مشخصات هندسی المان‌های سه‌بعدی از روی تصاویر دوبعدی است. این علم، در حوزه‌های مختلفی نظیر نقشه‌برداری، مهندسی، کشاورزی، رباتیک، هنر و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. فتوگرامتری به معنای عملیات اندازه گیری روی عکس می‌باشد که شامل عکسبرداری از اشیا، اندازه گیری تصاویر اشیا روی عکس ظاهر شده و تبدیل این اندازه‌ها به شکلی قابل استفاده (مثلا نقشه‌های توپوگرافی) می‌شود. به عبارتی دیگر، تصویرسنجی فرایند اندازه‌گیری مختصات هندسی اجسام از روی عکسهای هوایی است و عبارتست از هنر، دانش و فن تهیه ی اطلاعات درست عوارض از طریق اندازه‌گیری، ثبت و تفسیر بر روی عکس یا سایر مدارکی که در بر دارنده اثری از انرژی الکترومغناطیس بازتابیده شده باشد. عکس مهم‌ترین منبع اطلاعاتی در این علم می‌باشد و اصول کار در فتوگرامتری بر روی عکسهای هوایی است. فتوگرامتری به عنوان یک روش غیرتماسی برای اندازه‌گیری و مدل‌سازی سه‌بعدی، امکان جمع‌آوری داده‌های دقیق از مناطق وسیع یا اشیاء پیچیده را فراهم می‌کند. این فناوری با پیشرفت‌های اخیر در دوربین‌های دیجیتال و نرم‌افزارهای پردازش تصویر، به ابزاری ضروری در صنایع مختلف تبدیل شده است. برای مثال، در نقشه‌برداری، فتوگرامتری اجازه می‌دهد تا نقشه‌های توپوگرافی با دقت بالا تولید شود بدون نیاز به دسترسی مستقیم به زمین. همچنین، در مهندسی، می‌توان از آن برای نظارت بر سازه‌ها و تشخیص تغییرات ساختاری استفاده کرد. فتوگرامتری نه تنها دقت بالایی دارد، بلکه هزینه‌های عملیاتی را نیز کاهش می‌دهد، زیرا نیاز به نیروی انسانی زیاد در میدان را کم می‌کند.

مقاله نحوه کار با جی پی اس در نقشه برداری را هم مطالعه کنید.

فتوگرامتری بر پایه اصول هندسی و نوری استوار است. نور بازتابیده از اشیاء توسط دوربین ثبت می‌شود و سپس با تحلیل این تصاویر، ابعاد سه‌بعدی بازسازی می‌گردد. این فرآیند شامل مراحل مختلفی از جمله کالیبراسیون دوربین، تناظریابی نقاط و مثلث‌بندی است. با توسعه پهپادها (UAV) ، فتوگرامتری هوایی آسان‌تر و ارزان‌تر شده و امکان پوشش مناطق وسیع با رزولوشن بالا را فراهم کرده است. در ادامه، به بررسی جزئیات بیشتری از این علم می‌پردازیم.

 تصویرسنجی چیست ؟

تصویرسنجی یا فتوگرامتری، دانش و فناوری استخراج اطلاعات مربوط به زمین و محیط پیرامون آن از تصاویر گرفته‌شده یا حسگرهای دیگر از طریق اندازه‌گیری و پردازش و تحلیل و نمایش آن‌ها است. عکسهای هوایی امروزه حداقل در دو رشته بزرگ علمی یعنی فتوگرامتری به معنی کلی تهیه نقشه از عکس‌های هوایی و دیگری تفسیر به معنی شناسایی و تشخیص عوارض و اشیاء از روی تصویر به کار می‌روند. فتوگرامتری عبارت است از هنر، علم و تکنولوژی تهیه اطلاعات قابل اعتماد از اشیاء فیزیکی و محیط از طریق فرآیند ثبت، اندازه گیری و تفسیر تصاویر و الگوهای تصویر دیجیتال. تصویرسنجی به دو شاخه تصویرسنجی متریک و تصویرسنجی تفسیری تقسیم‌بندی می‌کنند. در تصویرسنجی متریک، اندازه‌گیری‌های کمی مطرح است، یعنی با استفاده از اندازه‌گیری‌های دقیق نقاط از طریق عکس می‌توان فواصل حجم، ارتفاع و شکل زمین را تعیین کرد، که معمولترین کاربردهای این شاخه از تصویرسنجی تهیه نقشه‌های مسطحاتی و توپوگرافی از روی عکسهاست. اما تصویرسنجی تفسیری خود به دو شاخه تفسیر عکس و سنجش از دور تقسیم می‌شود. تصویرسنجی به عنوان یک ابزار قدرتمند، امکان تحلیل داده‌های بصری را فراهم می‌کند و در زمینه‌هایی مانند نظارت محیطی، مدیریت منابع طبیعی و حتی پزشکی قانونی کاربرد دارد. این فناوری با ترکیب با GIS (سامانه اطلاعات جغرافیایی)، قدرت تحلیل را افزایش می‌دهد.

مقاله همه چیز در مورد سامانه شمیم را هم مطالعه نمایید.

 تاریخچه فتوگرامتری به چه زمانی باز می گردد ؟

فتوگرامتری، قدمتی نزدیک به عکس‌برداری دارد. البته برخی از کارشناسان معتقدند که تاریخچه فتوگرامتری، به پیش از اختراع عکس‌برداری باز می‌گردد. 350 سال قبل از میلاد (بیش از 2300 سال پیش)، ارسطو، به فرآیندی برای نمایش سه‌بعدی تصاویر دوبعدی اشاره کرده بود. با این وجود، کاربرد گسترده فتوگرامتری به اوایل قرن 20 میلادی (اواخر قرن 13 شمسی) بازمی‌گردد. در این دوران، تصویرسنجی زمینی به طور موفق مورد استفاده قرار گرفت. در سال 1851 پایه گذاری علم فتوگرامتری به وسیله لائوسدت ( Laussedat) صورت گرفت و در سال 1858 ایشان اولین عکس هوایی به وسیله بالن را تهیه و سپس از آن نقشه توپوگرافی تهیه کرد. تاریخچه فتوگرامتری برد کوتاه به سال های 1840 بر می گردد؛ زمانی که اولین عکس‌های زمینی برای اندازه‌گیری معماری گرفته شد. با پیشرفت فناوری‌های دیجیتال، فتوگرامتری در دهه ۱۹۷۰ به یک ابزار استاندارد در باستان‌شناسی تبدیل شد. این پیشرفت‌ها فتوگرامتری را از یک ابزار ساده اندازه‌گیری به یک فناوری پیشرفته تبدیل کرده است.

 ریشه لغت فتوگرامتری چیست ؟

فتوگرامتری، از سه عبارت یونانی زیر گرفته شده است: «فتوس» (Photos): نور؛ «گراما» (Gramma): رسم؛ «مترون» (Metron): اندازه‌گیری. این سه عبارت در کنار یکدیگر، اصطلاح فتوگرامتری (اندازه‌گیری با نور یا تصاویر) را تشکیل می‌دهند. کلمه‌ی “فتوگرامتری” (Photogrammetry) از سه بخش تشکیل شده است: فتو (Photo): این بخش از کلمه به معنای “نور” یا “عکس” است. بنابراین، این بخش به فرایند ثبت نور و تبدیل آن به تصویر یا داده اشاره دارد. گراما (Gramma): این بخش به معنای “رسم” یا “طرح” است. “Gramma” از ریشه‌ی یونانی “γράμμα” (گراما) گرفته شده است که به معنای چیزی که نوشته یا کشیده شده است، اشاره دارد. متری (Metry): این بخش به معنای “اندازه‌گیری” است. “Metry” از ریشه‌ی یونانی “μέτρον” (متری) به معنای “اندازه‌گیری” گرفته شده است. ریشه کلمه Photogrammetry از سه کلمه یونانی فتوس یعنی نور ، گراما یعنی نوشته شده و مترون یعنی اندازه گیری ، گرفته شده است. این اصطلاح به معنای اندازه‌گیری نور ثبت شده، تفسیر و معنی می‌شود. این نام‌گذاری نشان‌دهنده ماهیت فتوگرامتری است که بر پایه ثبت نور و اندازه‌گیری از تصاویر استوار است.

 هدف فتوگرامتری چیست ؟

هدف اصلی فتوگرامتری، اندازه‌گیری دقیق مشخصات سه‌بعدی اشیا و عوارض زمین از روی عکس‌های دوبعدی است. فتوگرامتری یکی از روش‌های پیشرفته مهندسی معکوس است که امکان اندازه‌گیری دقیق و سه‌بعدی اشیا و عوارض زمین را از روی عکس‌های دوبعدی فراهم می‌کند. هدف فتوگرامتری علم و هنر تعیین موقعیت، اندازه و شکل اشیاء از طریق تحلیل نتایج بدست آمده از تصاویر آنالوگ و دیجیتال میباشد. فتوگرامتری برخلاف روش‌های سنتی به برداشت نقطه‌ ای وابسته نیست و با استفاده از تصاویر هوایی، مدلهای سه‌ بعدی و نقشه‌ های دقیق از مناطق وسیع را تولید می‌ کند. این فناوری امکان مستندسازی دقیق، نظارت بر تغییرات و تحلیل داده‌های مکانی را فراهم می‌کند. در نهایت، هدف آن تولید اطلاعات قابل اعتماد برای کاربردهای عملی است.

معرفی گیرنده Rayvision

Rayvision، پیشرفته‌ترین گیرنده GNSS ساخت شرکت دانش‌بنیان رایمند، با تلفیق فناوری­های GNSS، فتوگرامتری، IMU و بینایی کامپیوتری و با هدف پاسخ‌گویی به نیازهای کاربران در تمامی پروژه­های نقشه‌برداری اعم از کاداستر، GIS، خطوط لوله، توپوگرافی، کشاورزی، شهرسازی، معدن، هیدروگرافی ، زمین شناسی، راهسازی، ساخت و ساز و … در ایران طراحی و تولید شده است. این دستگاه با اتکا به بیش از 15 سال تجربه صنعتی رایمند، حاصل تحقیق، توسعه و نوآوری در بستر سخت‌افزاری و نرم‌افزاری بومی است که با استانداردهای جهانی رقابت می‌کند.

RayVision نه‌تنها یک گیرنده GNSS، بلکه یک پلتفرم چندمنظوره برای موقعیت‌یابی دقیق، برداشت از راه دور، مدلسازی سه‌بعدی، مستندسازی تصویری و اتوماسیون عملیات میدانی است. تعیین موقعیت دقیق به روش RTK با استفاده از کاملترین منظومه‌ها و فرکانس‌های GNSS، به همراه امکان استفاده از مودم داخلی GSM و همچنین رادیوی داخلی UHF برای ارسال و دریافت تصحیحات RTK، RayVision را تبدیل به ابزاری حرفه‌ای برای مهندسان نقشه‌بردار کرده است که از آن هم به عنوان Rover و هم به عنوان Base می‌توانند استفاده کنند. با وجود سنجنده IMU در این گیرنده، نیازی به تراز گرفتن ژالون وجود ندارد و زاویه‌ی به وجود آمده نسبت به حالت قائم به صورت خودکار با اعمال ارتفاع ژالون می‌تواند تصحیح گردد. دوربین فتوگرامتری نصب شده بر روی RayVision، این گیرنده را به تبدیل به محصولی خاص کرده است که توانایی تعیین موقعیت را در ترکیب RTK با تصویربرداری با دقت بالا فراهم می‌کند.

یکپارچگی با سامانه ابری  Ray3Dبه‌عنوان نرم‌افزار تحت وب پیشرفته برای پردازش تصاویر، تولید مدل‌های سه‌بعدی زمین‌مرجع، ساخت مش سه‌بعدی، نمایش، تحلیل و خروجی‌گیری از داده‌ها را به‌صورت سریع و کاربرپسند میسر می‌سازد. همچنین اتصال به سامانه ابریRayCloud  بستر امن و یکپارچه‌ای برای جمع‌آوری، پشتیبان‌گیری، کنترل کیفیت و مدیریت داده‌های مکانی در پروژه‌های میدانی فراهم می‌کند. توسعه تمام‌بومی این محصول به رایمند این امکان را داده تا خدمات پس از فروش، تأمین قطعات، ارتقاء و سفارشی‌سازی نرم‌افزاری و سخت­افزاری را در سریع‌ترین زمان ممکن انجام دهد. خدمات پشتیبانی حرفه‌ای،  RayVision را به انتخاب اول جامعه مهندسی ایران به عنوان ابزاری مطمئن، دقیق و آینده‌نگر تبدیل کرده است.

ترکیب RTK و فتوگرامتری در گیرنده Rayvision

دوربین Global Shutter با وضوح 1920 در 1080  پیکسل تعبیه شده در RayVision ، با تلفیق تعیین موقعیت RTK با فتوگرامتری برد کوتاه، امکان تعیین موقعیت دقیق عوارض از روی تصاویر را فراهم می‌سازد. در شرایطی که تعیین موقعیت RTK به صورت مستقیم امکان‌پذیر نبوده یا دارای دقت کافی نباشد؛ کاربر می‌تواند با گرفتن چند تصویر دارای همپوشانی از عارضه مورد نظر از فاصله 2 تا 15 متری، از قابلیت RayVision در استفاده از الگوریتم‌های فتوگرامتری بُرد کوتاه در نرم افزار داخلی خود استفاده کند تا برآوردی با دقت مطلق بهتر از 5 سانتی‌متر از مختصات عارضه به دست آورد. این ویژگی در نقاطی که استقرار ژالون دشوار، خطرناک یا غیرممکن است – مانند لبه دیوار، داخل گودال، زیر پل یا حاشیه پرتگاه – عملکرد بی‌نظیری ارائه می‌دهد. این فناوری به‌طور ویژه برای نیازهای نوین نقشه‌برداری شهری،GIS  و پروژه‌های زیرساختی طراحی شده و RayVision  را از سایر گیرنده‌های GNSS متمایز می‌سازد. گیرنده Rayvision با اتصال یکپارچه به سامانه ابری Ray3D، فرایند مدل‌سازی سه‌بعدی را به ساده‌ترین شکل فراهم می‌آورد. این سامانه با بهره‌گیری از الگوریتم‌های پیشرفته فتوگرامتری و بینایی ماشین و تنها با ثبت چند تصویر، قادر است مدل‌های سه‌بعدی با دقت سانتی‌متری تولید نماید. کاربران می‌توانند تصاویر را در سرور بارگذاری نموده و بدون نیاز به هیچ نرم‌افزار اضافی، مدل نهایی را مشاهده، اندازه‌گیری و خروجی را دریافت کنند.

معرفی گیرنده Rayhand Pro

RayHand Pro، نسل جدید گیرنده‌های دستی شرکت مکان‌پرداز رایمند، یک گیرنده دستی GNSS چندمنظومه‌ای و چندفرکانسه با قابلیت RTK و تعیین موقعیت مبتنی بر تصویر است که برای نقشه‌برداری میدانی و پروژه‌های GIS سازمانی طراحی شده و در حالت دستی با آنتن هلیکس یا همراه با آنتن ژئودتیک روی ژالن قابل استفاده می‌باشد. این دستگاه با رادیوی UHF داخلی چندپروتکل و قابلیت دریافت تصحیحات RTK از طریق رادیو یا NTRIP، عملکردی پایدار در مناطق فاقد اینترنت فراهم می‌کند. RayHand Pro با بهره‌گیری از دوربین داخلی و روش‌های فتوگرامتری، امکان تعیین موقعیت دقیق نقاط در مناطق دشوار یا غیرقابل دسترس را ارائه داده و از طریق یکپارچگی با سامانه‌های ابری Ray3D و RayCloud، فرآیند پردازش، مدیریت، کنترل کیفیت و تحلیل داده‌های مکانی را سریع و یکپارچه می‌سازد.