Hva er en ortomosaikk? Slik lages, sjekkes og flys et ortofoto med drone

Ortomosaikk, ortofoto og flybilde

Et flybilde er en sentralprojeksjon: alt sees fra ett punkt, så hustakene lener seg ut fra midten, åser blir større enn daler, og et skrått kamera strekker den ene siden av bildet. Du kan se på det, men ikke måle i det.

Et ortofoto fjerner disse effektene. USGS beskriver ortofoto som et bilde med flyfotoets innhold og kartets geometri: et bilde med lik målestokk der forskyvningene er rettet opp ved hjelp av passpunkter, kameraets kalibrering og en høydemodell. Opprettingen kalles ortorektifisering.

En ortomosaikk er et ortofoto bygd av mange bilder samtidig, skjøtet sammen til ett bilde. For droner brukes ordene om samme fil: ODM kaller den orthophoto, Pix4D og DroneDeploy orthomosaic. Et ortofoto fra fly eller satellitt over en hel kommune er ofte ett bilde per rute; et droneområde trenger hundrevis.

Slik lages en ortomosaikk fra drone

Først overlapp. Hvert punkt på bakken må være med i flere bilder, så programmet finner samme detalj fra ulike vinkler. Overlapp forover er mellom bildene langs en flylinje, overlapp til siden er mellom naborader.

Structure from motion (SfM) kobler så tusenvis av detaljer på tvers av bildene og regner ut hvert kameras posisjon og retning, pluss en tynn punktsky. Tett bildematching fyller den ut til en tett punktsky, og av den lager programmet en digital overflatemodell (DSM): høyden på øverste flate, med tak og trær. En terrengmodell (DTM) er bakken med dem fjernet.

Ortorektifiseringen projiserer hvert bilde rett ned på DSM-en, så hver piksel havner på sin kartposisjon, og mosaikksteget velger det beste bildet for hvert område og glatter ut skjøtene. Der DSM-en er ujevn, ved takkanter, trær og ledninger, kan bildet bli utsmurt eller få doble kanter: det er overflatemodellen, ikke kameraet.

Minste overlapp forover og til siden etter Pix4Ds veiledning for bildeinnsamling, og standarden Skyplanr planlegger med. Vann uten land i bildet lar seg ikke rekonstruere.

Slik flyr du for en ortomosaikk

En plan for et jorde eller en byggeplass med en DJI Fly-drone, fra oppløsningen til prosesseringen.

1. 01

   Velg GSD-en jobben trenger

   Start med det minste kartet må vise: en kantstein, en sprekk, et fastmerke. Målet er en piksel som er flere ganger mindre. 2 cm/px er et vanlig valg for en byggeplass.

2. 02

   Regn ut høyden

   GSD øker med høyden. Med en Air 3S i 12 MP-modus gir 2 cm/px omtrent 57 m over bakken; kartleggingsguiden har tabellen for hver DJI Fly-drone. I skrånende terreng blir pikslene større der bakken faller unna.

3. 03

   Sett overlappen etter terrenget

   80 % forover og 70 % til siden er en god standard for bygg og blandet terreng. I 57 m med en Air 3S gir det et bilde omtrent hver 12 m og rader omtrent 25 m fra hverandre. Øk den over skog, åker, snø og sand, der detaljene gjentar seg eller beveger seg.

4. 04

   Fly et rutenett rett ned

   Kameraet på -90°, rader langs den lange siden av området, og én eller to rader utenfor kanten så kanten får like mye overlapp som midten. Bildene tas mens dronen svever eller flyr sakte nok til å unngå bevegelsesuskarphet.

5. 05

   Hold lyset og eksponeringen jevn

   Fly i jevnt lys, helst overskyet eller med høy sol, og lås eksponering og hvitbalanse der appen lar deg. Skyskygger som flytter seg og en sol så lav at skyggene blir lange, gir skjøter og hull i mosaikken.

6. 06

   Legg til passpunkter og kontrollpunkter hvis posisjonen teller

   For et kart som skal stemme med landmålingsdata, merker og måler du inn passpunkter med en RTK-mottaker eller totalstasjon, og holder av minst 20 til som kontrollpunkter prosesseringen aldri ser. For et visuelt kart over et område er relativ nøyaktighet ofte nok.

7. 07

   Prosesser og les rapporten

   Sjekk andelen bilder som ble koblet, oppnådd GSD mot planlagt, og dekningen av området. Det gjennomgåtte eksempelet viser en ekte rapport satt opp mot kravene.

Nøyaktighet: relativ og absolutt

Relativ nøyaktighet er hvor godt avstander og former inne i kartet stemmer med hverandre. En ortomosaikk fra drone med god overlapp henger som regel sammen innenfor noen få piksler, så en målt lengde eller et areal kan stemme godt selv om hele kartet ligger feil.

Absolutt nøyaktighet er hvor langt kartet ligger fra de virkelige koordinatene. En drones vanlige GNSS plasserer hele mosaikken omtrent 1-3 m feil sideveis, og høyden kan bomme med mye mer. Passpunkter (GCP) eller en RTK-drone knytter kartet til koordinater; kontrollpunkter, målt inn på samme måte, men holdt utenfor prosesseringen, viser hvor mye resultatet bommer.

Den amerikanske standarden NSSDA krever minst 20 kontrollpunkter spredt over området, fra en uavhengig kilde med høyere nøyaktighet, og oppgir horisontal nøyaktighet med 95 % konfidens som 1,7308 × RMSEr når feilene i x og y er like store. ASPRS-standarden, Edition 2, krever 30 kontrollpunkter og oppgir RMSE. Oppgi nøyaktighet sammen med testen bak den, aldri GSD-en.

Filformater: GeoTIFF og COG

En ortomosaikk leveres nesten alltid som GeoTIFF: et TIFF-bilde med koordinatsystemet og posisjonen til hver piksel lagret inni, standardisert av OGC. QGIS, ArcGIS, AutoCAD og de fleste landmålingsprogrammer åpner den direkte. OpenDroneMap skriver den som odm_orthophoto.tif, med DSM og DTM som GeoTIFF ved siden av.

En Cloud Optimized GeoTIFF (COG) er en vanlig GeoTIFF organisert i interne ruter og oversikter med lavere oppløsning, så et nettkart kan hente bare den delen som vises, med HTTP range-forespørsler. OGC vedtok den som standard i 2023. Et GIS-program åpner en COG som en hvilken som helst GeoTIFF.

• GeoTIFF eller COG: kartbildet med koordinatene, for GIS og CAD.
• DSM og DTM som 32-bits GeoTIFF: høyder for volumer, profiler og koter.
• KMZ eller kartfliser: en lettere kopi for Google Earth eller et nettkart, ikke for måling.
• En kvalitetsrapport: bilder brukt, GSD, overlapp og, med passpunkter, restavvikene.

Spørsmål

Flere guider

• Kartlegging med drone i DJI Fly: planlegg rutenettet, og lag ortofotoet

  Dronekartlegging med Mini 4 Pro, Air 3S og andre DJI Fly-droner: rutenettet som KMZ, bakkeoppløsning, 80/70 % overlapp, flyturer, nøyaktighet og ortofoto.

• LoD og GSD: hva en bestilling på LoD3 betyr, og hvordan du flyr den

  LoD er 3D-modellens geometriske detaljnivå, GSD er pikselstørrelsen, og ingen av dem er nøyaktighet. Slik gjør du LoD2 eller LoD3 om til en plan i DJI Fly.

• En kartleggingsjobb med drone, krav for krav: planen, ODM-rapporten og det som er uverifisert

  Én kartleggingsjobb med drone som krav mot resultat: bestilling, leveranse, dokumentasjon, og hva som er oppfylt, ikke oppfylt eller uverifisert.

Kilder

Skyplanr er ikke tilknyttet guidene fra andre som er lenket her.

1. USGS: High Resolution Orthoimagery (data.gov metadata, 2019): uniform scale, corrected for displacement, from ground control, sensor calibration and a DEM (catalog.data.gov)
2. Pix4D: selecting the image acquisition plan type (overlap for the general case, fields, forest, snow and sand) (support.pix4d.com)
3. FGDC: National Standard for Spatial Data Accuracy (FGDC-STD-007.3-1998), 20 checkpoints, 95 % confidence (fgdc.gov)
4. LIDAR Magazine: The ASPRS Positional Accuracy Standards, Edition 2 (30 checkpoints, RMSE) (lidarmag.com)
5. OGC: GeoTIFF Standard 1.1 (OGC 19-008r4) (docs.ogc.org)
6. OGC: Cloud Optimized GeoTIFF Standard 1.0 (OGC 21-026, 2023) (docs.ogc.org)
7. OpenDroneMap documentation: outputs (GeoTIFF orthophoto, DSM and DTM) (docs.opendronemap.org)
8. DJI Developer: DJI WPML overview (the KMZ format DJI Fly reads) (developer.dji.com)
9. DJI: Air 3S specifications (camera, flight time, weight) (dji.com)