Fotogrametria łączy fotografię z pomiarami geodezyjnymi i cyfrowym przetwarzaniem danych przestrzennych. W najprostszym ujęciu polega na odtwarzaniu kształtów, wymiarów oraz wzajemnego położenia obiektów w przestrzeni na podstawie serii nakładających się na siebie zdjęć. Choć pierwsze próby jej wykorzystania sięgają XIX wieku, to rozwój dronów i algorytmów odtwarzania geometrii przeniósł tę metodę z akademickich pracowni wprost na place budowy i do biur projektowych.
Zależnie od odległości aparatu od opisywanej powierzchni technologię tę dzieli się na dwa podstawowe nurty. Fotogrametria bliskiego zasięgu służy do precyzyjnego mapowania z bliska — sprawdza się przy analizie elewacji, detalach architektonicznych czy we wnętrzach. Fotogrametria lotnicza, realizowana z pułapu kilkudziesięciu lub kilkuset metrów, dostarcza natomiast danych dla kartografii, leśnictwa i planowania przestrzennego.
Jak przebiega proces pomiarowy i przetwarzanie zdjęć
Pracę w terenie poprzedza zaprojektowanie nalotu. Kamera na dronie musi zarejestrować dany obszar z odpowiednią nakładką podłużną i poprzeczną (zazwyczaj od 60% do 80%), tak aby ten sam punkt znalazł się na kilku kadrach z lekko przesuniętych perspektyw.
Zebrane fotografie trafiają do oprogramowania (np. Agisoft Metashape, Pix4D, DJI Terra), które automatycznie kalibruje optykę, wyznacza pozycje aparatów i dopasowuje do siebie punkty wspólne. Dalsze etapy obejmują georeferencję (przypisanie współrzędnych geograficznych za pomocą fotopunktów GCP na ziemi) oraz wygenerowanie chmury punktów, siatki trójkątów (mesh) i ostatecznych opracowań, takich jak ortofotomapa.
Warunki atmosferyczne odgrywają tu istotną rolę. Silny wiatr zaburza stabilność lotu, mocne słońce tworzy rzucające cień kontrastowe plamy, a wysoka trawa i liście drzew utrudniają cyfrowe odtworzenie rzeczywistego ukształtowania terenu pod roślinnością.
Gdzie fotogrametria sprawdza się w praktyce
Szybkość pozyskiwania danych sprawia, że fotogrametria zastępuje tradycyjne pomiary fizyczne wszędzie tam, gdzie dostęp do obiektu jest utrudniony lub niebezpieczny.
W budownictwie oraz inżynierii lądowej wykorzystuje się ją do obliczania objętości mas ziemnych, inwentaryzacji hałd, kontroli postępów prac na budowie oraz weryfikacji geometrii wykonywanych wykopów. Architekci i konserwatorzy zabytków stosują z kolei ortoobrazy elewacji, które pozwalają bezstawidłowo ocenić stan fasady, zmapować pęknięcia ścian i zaplanować prace naprawcze bez stawiania rusztowań na etapie ekspertyzy.
Dane fotogrametryczne stanowią również bazę do zasilania numerycznych modeli terenu oraz cyfrowych modeli budynków w środowiskach BIM i GIS.
Drony jako standardowy nośnik aparatów
Upowszechnienie komercyjnych bezzałogowych statków powietrznych (UAV) obniżyło koszt jednostkowy pomiaru. Dron poruszający się po zaplanowanej ścieżce GPS potrafi w kilkanaście minut zebrać materiał zdjęciowy dla obszaru kilku hektarów.
Realizacja misji komercyjnych wiąże się jednak z ograniczeniami formalno-prawnymi. Operator musi posiadać uprawnienia wydane przez Urząd Lotnictwa Cywilnego (kategorie otwarte lub szczególne), zgłaszać loty w systemie PansaUTM oraz przestrzegać stref kontrolowanych wokół lotnisk i obiektów strategicznych.
Wyniki pomiarów: ortofotomapy, chmury punktów i ortoobrazy
Podstawowym produktem wynikowym jest ortofotomapa. W przeciwieństwie do zwykłego zdjęcia lotniczego ma ona usunięte zniekształcenia wynikające z rzutu środkowego aparatu oraz nachylenia terenu, dzięki czemu w każdym jej miejscu zachowany jest jednolicie ortogonalny skala pomiarowa (działa jak mapa rzutowa).
Inne powszechnie stosowane dane to:
- Gęsta chmura punktów – zbiór milionów punktów o znanych współrzędnych X, Y, Z oraz przypisanej barwie RGB, reprezentujący widoczną powierzchnię terenu i obiektów.
- Ortoobrazy elewacji – płaskie, zwymiarowane widoki pionowych ścian budynków stworzone ze zdjęć skorygowanych geometrycznie.
- Numeryczny Model Terenu (NMT) – cyfrowa reprezentacja powierzchni ziemi po wyfiltrowaniu roślinności, budynków i infrastruktury.
Fotogrametria a skanowanie laserowe (LiDAR)
Obie technologie służą do tworzenia cyfrowych odwzorowań przestrzeni, lecz wykorzystują odmienne zjawiska fizyczne. Fotogrametria polega na biernej rejestracji światła widzialnego przez matrycę aparatu, natomiast LiDAR wysyła własne wiązki światła laserowego i mierzy czas ich powrotu od przeszkody.
Główną zaletą fotogrametrii są niższe koszty sprzętowe oraz fotograficzna jakość tekstur na modelach 3D. Jej słabszą stroną jest brak możliwości przenikania przez gęstą roślinność (aparat widzi tylko korony drzew, a nie podłoże) oraz trudności z rekonstrukcją obiektów o jednolitej, gładkiej lub błyszczącej powierzchni (np. biała ściana, szyba, blacha).
Różnice techniczne oraz specyfikę wykorzystania obu metod w terenach o różnym pokryciu opisuje artykuł porównujący skanowanie laserowe LiDAR z tradycyjną fotografią pomiarową.
Kierunki rozwoju technologii
Ostatnie zmiany w branży dotyczą w głównej mierze automatyzacji i integracji z zewnętrznymi bazami danych. Algorytmy uczenia maszynowego są wykorzystywane do automatycznej klasyfikacji chmur punktów (rozpoznawanie budynków, dróg, linii energetycznych czy pojedynczych drzew bez ręcznej edycji operatora).
Innym kierunkiem jest przetwarzanie danych w chmurze obliczeniowej bezpośrednio po zakończeniu lotu oraz bezpośrednia integracja wyników z systemami BIM na budowach, co skraca czas od wykonania nalotu do wydania decyzji inżynieryjnych.