Depónia földtömeg meghatározása

A földmunka monitorozás és térfogatmérés hagyományosan időigényes és igen költséges folyamat volt a bányászati és építőipari területeken, azonban a dróntechnológia ebben az iparágban való alkalmazásával jelentős előrelépés látható, ugyanis lehetővé teszik igen rövid idő alatt a hatékony adatgyűjtést és a pontos információk szolgáltatását. Ez az esettanulmány bemutatja, hogy hogyan járul hozzá a drónalapú fotogrammetria a földmunka monitorozáshoz.

 

A fotogrammetria alapvetően olyan technika, amely lehetővé teszi a térbeli pozíciók és alakok meghatározását fényképek alapján.

 

A terepi modell előállítás folyamata a következő főbb lépésekből áll össze:

• Felvétel készítése: A drónok különböző szögekből és eltérő magassági helyzetekből készítenek légi felvételeket a területről, megfelelő felbontással és magas pozitív átfedéssel.
• Pontok azonosítása: Az azonosított pontok, referenciapontok alapján kalibrálják a felvételeket, figyelembe véve a kamerapozíciót és orientációt.
• Pontfelhők generálása: A felvételeket feldolgozzák számítógépes szoftverek segítségével, és pontfelhőket generálnak, amelyek tartalmazzák a térbeli koordinátákat és a felvételeken látható pontok magasságát.
• Terepi Modell felépítése: A pontfelhőkből létrehozzák a terepi modellt, amely tartalmazza a terület topográfiáját és domborzatát. Ez a modell részletes és pontos reprezentációja a földfelszínnek.
• Térfogatmérés: A terepi modell alapján térinformatikai szoftverek felhasználásával megfelelő kijelölési és számolási technikával, illetve a terepi adottságok ismeretével meghatározzuk a térfogati értéket.

 

Gyakorlati példa: Hogyan mérjük egy depó térfogatát drónnal?

A felmérések logikája mindig két lépcsőből áll össze: minőségi adatgyűjtés és hatékony adatfeldolgozás.

A feldolgozási folyamatot a repülés előzi meg. Repülés előtt pedig ajánlom az alábbi cikkünket, avagy mire figyeljek repülés előtt?

 

Repülés során tervezetten és manuálisan is készítünk anyagot a területről. Általában a kiindulási alapot egy ortofotó, azaz felülnézeti kép adja, amelyet tervezetten szoktunk repülni, ugyanis a legalapvetőbb küldetéstervezési szoftverek, például DJI Pilot, Pilot2, Pix4D, DroneDeploy…stb. biztosítja számunkra ezt a funkciót, általában ipari területeket akadályoktól függően, de 35 – 40 méteres repülési magassággal repüljük, mert ez már általában 1.5 vagy az alatti GSD értéket szokott jelenteni. Ugyanakkor az így előállított fényképes adathalmaz korántsem elég egy 3D modell összeállításhoz. 3D modellnél nem elég egy felülnézeti kép, hisz az objektumoknak az oldalnézeti információjára is szükségünk van, ezért a depókat nagyon alacsony magasságból más irányszögből manuális jelleggel körbefotózzuk úgy, hogy annak minden pontja legyen rajta a felvételen, mert, ha nincs, akkor az algoritmus természetesen automatikusan köti össze a pontokat, de kevés pont esetén a modell torzulhat.

 

 

Ábrán látható egy szimpla felülnézeti a kép a mérendő területről.

 

A második lépés a képek betöltése, feltöltése (attól függően, hogy online vagy offline kiértékelő alkalmazással van dolgunk), majd az összeállított anyagon való elemzések elvégzése. A képekből létrehozott modellen gondos odafigyeléssel és türelmesen jelöljük körbe a mérendő anyagot, mert, ha nem pontos a kijelölés, akkor az eredmény is pontatlan lesz.

Térinformatika egyik alapszabálya, hogy ha hibás a bemenet, akkor a visszacsatolt információ is hibával terhelt lesz.

Az alap koncepció az az, hogy minden oldalról jól látom a depót, a talaj vízszintes és megfelelően körbe tudom jelölni, az ábrán látható módon, ekkor a térfogatmérés viszonylag egyszerű, a kijelölési pontokat a rendszer átlagolja és egy tökéletes 3D síkot képez, amellyel elvágja a teljes modellt, így két térfogati eredményem lesz (sík feletti és sík alatti), ebből pedig a jelen depóra kalkulált eredmény: 1496.77 m3.

Kijelölésnél figyelnünk kell a területi adottságokra. Fontos kérdés az, hogy minden oldalról jól rálátunk a depóra? Van-e valamilyen takarási tényező, esetleg egy fal? Vízszintes talajon található a depó vagy egy ferde talajon? Ezek a kérdések rettentően fontosak, mert területi adottságoktól függően más-más korrekciós térfogatmérési technikát alkalmazunk.

Az alábbi példán látható, hogy a depó két oldala között szinteltérés van, ilyenkor az a kérdés, hogy mi adja a referenciát? A és B oldal között egy vonalméréssel meg tudom mondani, hogy van 0,3 méter szintkülönbség, ami azt jelenti, hogy a B oldalon a depót körülbelül 30 cm-es szintig föld takarja, tehát nem látok rá minden pontban úgy, mint az előző képen. Semmi gond, a térfogatmérésnél említettem, hogy vannak korrekciós tényezők a térinformatikában, tehát ebben az esetben ugyanúgy kijelölöm a depót szép lassan, mint eddig, de más számolási módszert fogok alkalmazni, ami ezt a takarást korrigálja. Hasonló módon számolok egy mérési eredményt: 190.88 m3

 

Mi térinformatikusok sokszor megkapjuk azt a kritikát, hogy ezek a korrekciós tényezők nem megbízhatók, mert ez a „honnan tudod?…” kérdés jön mindig elő. Fejlesztőként erre azt tudom mondani, hogy ezek a rendszerek nem véletlen kaptak hivatalos elismerést és jóváhagyást, borzalmas mennyiségű munka és felépített mesterséges intelligenciát alkalmazó háttér áll mögötte, másrészt pedig olyan szintű matematikai fokozatos közelítésekkel, interpolációs módszerekkel dolgozhatunk, amik emberi agy számára már szinte felfoghatatlanok, így bátran állítom több éves gyakorlati tapasztalattal, hogy a speciális programok, amik képesek térfogatmérésre, azok megbízhatóak. Ezen felül pedig fel szoktam tenni azt a kérdést a kivitelezőknek, hogy akik kihúzható mérőszalaggal állnak oda és hozzávetőleges mérési adatokat rögzítenek, akkor ott milyen hozzáadott értékről és pontosságról beszélünk?

 

 

Gyakorlati példa: Hogyan mérjük egy 3 oldalú tárolóban található anyagkészlet térfogatát drónnal?

Az előzőekben megbeszéltük, hogy egy átlagos, legtöbb építkezési területen előforduló depó térfogatát milyen technikával és milyen pontossággal tudjuk mérni drónnal.

 

Igen ám, csak ezek olyan depóniák voltak, amelyekről minden oldalról volt elég referenciapont ahhoz (tehát minden pontjáról készült adat, jól körbe tudtuk fotózni és elegendő mennyiségű fénykép készült), hogy egy összeilleszthető 3D modellt készítsünk belőle és szabályos, precíz kijelöléssel egy térfogatmérést végezzünk.

 

Munkáink során sokszor előfordul, hogy nem feltétlen egy építkezési területen kell mérést végezni, hanem bányaipari területeken kell megszámolni a rendelkezésre álló készlet mennyiségét.

 

Egy bányaipari területen a depóniák sok esetben három oldalú tárolókban találhatóak, ez pedig azt jelenti, hogy lesznek olyan pontjai ennek a mérendő objektumnak, amelyre a drón nem lát rá, tehát ezekről a részekről nem lesz referencia pont. Gondolok itt például azokra a részekre, amelyeket a három oldalú tároló fala teljes mértékben takarásban tart.

Ugye említettük azt, hogy akkor a legpontosabb a 3D modell, ha megfelelő a mintavételezési arány, magas a relatív pontosság, minden pontjáról készült megfelelő számú és minőségű adat. Egy három oldalú tárolóról ezt nem mondhatjuk el, például a fallal eltakart részt abszolút nem tudjuk befotózni. Jogos a kérdés, hogy akkor ezt drónnal nem tudjuk megmérni?

 

A válaszom az, hogy de, természetesen egy pár százalékkal nagyobb mérési hibával, de elég hatékonyan és gyorsan tudunk eredményt szolgáltatni. Az a szerencsénk, hogy a mérendő anyag „4. oldal”-át teljesen belátjuk szabad szemmel is, tehát drónnal  is, így innen rengeteg referencia pont fog rendelkezésre állni.

A mérési technika pedig hasonló egyébként az előzőekhez. Az elkészült 3D modellen körbe jelöljük ott a depóniát, ahol a valóságban is rálátunk. Tehát szépen elindulunk alulról (általában földszint), majd a fal mentén lerakjuk a jelölő pontokat.

 

A térfogatmérés esetében több mérési módszer, mérési algoritmus is rendelkezésünkre áll. A három oldalú tárolók esetében az úgynevezett „Lowest Point”, vagyis a legalacsonyabb pont mérési módszert alkalmazzuk. Ez azt jelenti, hogy a bejelölt mérendő objektum legalacsonyabb térbeli pontjához egy egyenest húz és ezen egyenes felett fog kalkulációt végezni, erre a síkra pedig a kijelölt pontokból húzott egyenesek merőleges lesznek, így vágjuk el a modellünket. Ezért a fal vonalában fog véget érni a mérés, igaz nem látunk rá, de a rendszer a kijelölés alapján nagyon jó közelítéssel kikalkulálja nekünk a depó térfogat értéket.