Η ραγδαία εξέλιξη που σημειώνει τα τελευταία χρόνια η επιστημονική περιοχή της Φωτογραμμετρίας και η συνέργειά της με εκείνη της Όρασης Υπολογιστών έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη αυτοματοποιημένων μεθόδων και αλγορίθμων που αξιοποιώντας τη γεωμετρία των απλών εικόνων και βίντεο, επιτρέπουν τη γρήγορη τρισδιάστατη αποτύπωση του χώρου με πολύ υψηλή γεωμετρική ακρίβεια και οπτική πιστότητα. Ιδιαίτερα δε η ευκολία και η αμεσότητα καταγραφής εικόνων και βίντεο που παρέχουν οι σύγχρονες πλατφόρμες αυτόνομης πλοήγησης, όπως τα μη επανδρωμένα αεροσκάφη (UAV/drones), έχουν καταστήσει τις αυτοματοποιημένες φωτογραμμετρικές διαδικασίες δημοφιλείς σε ένα ευρύτερο κοινό (όχι κατ’ ανάγκη επιστημονικό) που επιθυμεί να δημιουργήσει ψηφιακά τρισδιάστατα φωτορεαλιστικά αντίγραφα της πραγματικότητας γρήγορα, αλλά και οικονομικά.

Στο πλαίσιο μιας ολοκληρωμένης τρισδιάστατης γεωμετρικής τεκμηρίωσης των εγκαταστάσεων (εξωτερικά) και του ευρύτερου χώρου της Πανεπιστημιούπολης άλσους Αιγάλεω του Πανεπιστημίου Δυτικής Αττικής πραγματοποιήθηκε από το Τμήμα Μηχανικών Τοπογραφίας & Γεωπληροφορικής της Σχολής Μηχανικών (Εργαστήριο Γεωχωρικής Τεχνολογίας, ενότητα Φωτογραμμετρίας) συλλογή και φωτογραμμετρική επεξεργασία εικονιστικών και τοπογραφικών δεδομένων με σκοπό την παραγωγή Γεωχωρικών Υποβάθρων υψηλής ανάλυσης και ακριβείας. Τα τελικά προϊόντα αφορούν 3D νέφος σημείων, ψηφιακό μοντέλο επιφανείας, ορθοφωτομωσαϊκό της κάτοψης, καθώς και ένα φωτορεαλιστικό πλήρες 3D μοντέλο του χώρου.

Διαδικασία

Για τη συλλογή των απαραίτητων κατακόρυφων και πλάγιων αεροφωτογραφιών χρησιμοποιήθηκε τετρακόπτερο (Drone-UAV) με κάμερα ανάλυσης 20 Mpixel και γυροσκοπική βάση, η οποία επιτρέπει την φωτογράφηση με άξονες λήψης διαφορετικών διευθύνσεων.

Οι παράμετροι των λήψεων (ύψος πτήσης, κατά μήκος και πλάτος επικάλυψη, γωνία κλίσης της μηχανής κ.α.) καθορίστηκαν κατά το στάδιο σχεδιασμού τεσσάρων (4) φωτογραμμετρικών πτήσεων με βασικό κριτήριο την επιθυμητή ανάλυση στον χώρο, την μορφολογία του αντικειμένου (ανάγλυφο) και την βέλτιστη γεωμετρική ακρίβεια των τελικών προϊόντων. Οι πτήσεις πραγματοποιήθηκαν από έμπειρο και πιστοποιημένο χειριστή ΣμηΕΑ (Σύστημα μη Επανδρωμένου Αεροσκάφους) κατόπιν έγκρισης των σχεδίων πτήσης από την ΥΠΑ (Υπηρεσία Πολιτικής Αεροπορίας).

Συνολικά πραγματοποιήθηκε η λήψη 660 εικόνων με μέση χωρική ανάλυση τα 2.5 cm.

Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε η φωτογραμμετρική επεξεργασία του μπλοκ των λήψεων μέσω της μεθόδου SFM (Structure From Motion), κατά την οποία αποκαθίσταται η εσωτερική (βαθμονόμηση κάμερας) και η εξωτερική (θέση και στροφές) γεωμετρία που είχε κάθε εικόνα κατά την στιγμή της φωτογράφησης. Ταυτόχρονα, πραγματοποιήθηκε ο απόλυτος προσανατολισμός του μπλοκ στο σύστημα ΕΓΣΑ ’87 μέσω επτά (7) καλά κατανεμημένων φωτοσταθερών σημείων που μετρήθηκαν στο έδαφος με δέκτη GNSS/GPS.

Γεωχωρικά υπόβαθρα

Τα τελικά γεωχωρικά προϊόντα (διανυσματικά και εικονιστικά) που δημιουργήθηκαν από τον τριγωνισμό των ομόλογων ακτίνων για όλα τα pixel διακρίνονται στα ακόλουθα.

3D πλέγμα με αληθή φωτοϋφή (3D textured mesh)

Πρόκειται για την πιο σύγχρονη και ρεαλιστική μορφή τρισδιάστατης ψηφιακής απεικόνισης του χώρου (Ψηφιακό Αντίγραφο Πραγματικότητας) που υπερέχει τόσο σε γεωμετρική πληρότητα (δυνατότητα περιγραφής περίπλοκων επιφανειών) όσο και σε ραδιομετρική πιστότητα (απόδοση πραγματικής υφής από εικόνες). Βρίσκει εφαρμογή σε πλήθος τομέων, όπως Βιομηχανία, Κατασκευές, Μηχανολογία, 3Δ εκτύπωση, GIS, Πολεοδομία, Οδοποιία, Ναυπηγική, Αρχαιολογία, Ιατρική, ΙοΤ και Digital Twins.

Το συγκεκριμένο 3D γεωχωρικό μοντέλο αποτελεί πιστό αντίγραφο της πραγματικότητας και μπορεί να αξιοποιηθεί στο πλαίσιο διαφορετικών σύγχρονων εφαρμογών, όπως στη δημιουργία τοπογραφικών/αρχιτεκτονικών/στατικών σχεδίων (κατόψεις, όψεις, αξονομετρικά), την παρακολούθηση κατασκευών, την επιθεώρηση χώρων και υποδομών, τον εντοπισμό φθορών και αλλαγών, την αποφυγή και αντιμετώπιση καταστροφών μέσω προσομοιώσεων, την εύρυθμη λειτουργία και συντήρηση των δικτύων κοινής ωφέλειας κ.α.

Παρακάτω παρουσιάζεται λεπτομέρεια του 3D μοντέλου (3D mesh) με απεικόνιση των τριγώνων της επιφάνειας και με απόδοση της πραγματικής υφής που αποδεικνύει την υψηλή του οπτική πιστότητα για την αποτύπωση λεπτομερειών.

Πυκνό τρισδιάστατο νέφος σημείων

Μολονότι το 3D πλέγμα τριγώνων με φωτοϋφή περιλαμβάνει το σύνολο της καταγεγραμμένης πληροφορίας με αποτέλεσμα να προσφέρεται για περαιτέρω επεξεργασία και ανάλυση, υπάρχουν περιπτώσεις, κυρίως λόγω αδυναμίας ορισμένων λογισμικών, όπου η διαχείρισή του καθίσταται αδύνατη ή υπερβολικά χρονοβόρα. Για αυτό τον λόγο, στα επιμέρους προϊόντα της παρούσας αποτύπωσης έχει συμπεριληφθεί και το πυκνό τρισδιάστατο νέφος σημείων (point cloud) με πραγματικό χρώμα, ως μια απλούστερη γεωμετρική απόδοση του τρισδιάστατου χώρου.

Ψηφιακό Μοντέλο Επιφανείας DSM και αληθής Ορθοφωτογραφία με χωρική ανάλυση 5 cm

Το Ψηφιακό Μοντέλο Επιφανείας εντάσσεται στα καθιερωμένα γεωχωρικά προϊόντα μιας φωτογραμμετρικής διαδικασίας και αναπαριστά τον χώρο μέσω πυκνού δικτύου σημείων με γνωστά υψόμετρα. Είναι δε η βασική προϋπόθεση για την δημιουργία της αληθούς Ορθοφωτογραφίας, δηλαδή της εικόνας που αποτελεί την ορθή προβολή (κάτοψη) του χώρου σε δεδομένο γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς και με κατάλληλη ανάλυση. Ο συνδυασμός τους μέσω λογισμικών GIS παρέχει στον σύγχρονο μηχανικό την δυνατότητα για άμεση ερμηνεία και μέτρηση των τρισδιάστατων χαρακτηριστικών του χώρου (π.χ. κτίσματα, δρόμοι, ιδιοκτησίες) με σκοπό την τοπογραφική αποτύπωση, το κτηματολόγιο, πολεοδομικές και χωροταξικές μελέτες, γεωλογικές αναλύσεις κ.λπ.

Το αποτέλεσμα της διαδικασίας μπορείτε να το επισκεφθείτε στο κανάλι της «Ερευνητικής Μονάδας Φωτογραμμετρίας» στο YouTube στη διεύθυνση:
https://www.youtube.com/watch?v=5uJe8ytw9rk