Drone DJI untuk Survey Topografi

Drone DJI untuk survey topografi DJI P4RTK digunakan di area pesisir, hasilnya akan menjadi acuan bahwa drone tersebut layak digunakan di area lain.

Drone DJI untuk survey topografi dan mapping dengan drone DJI Phantom 4 RTK, telah berkembang pesat beberapa tahun terakhir. Sistem akuisisi pencitraan dengan drone telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir.

Dalam pemetaan aplikasi, pengenalan ground control point (“GCP”) memungkinkan rekonstruksi akhir dari model frame skala besar. Karena survei GCP umumnya memerlukan penggunaan base station atau penerima GNSS di Real Time Kinematic (RTK), baik dengan atau tanpa pendekatan jaringan (NRTK), operasi di tempat ini sangat memakan waktu. Selain itu, kurangnya point yang dapat dikenali gambar dengan jelas dapat memaksa penggunaan penanda buatan (GCP bersinyal) setiap kali tidak ada figur yang tersedia di lapangan., sehingga terjadi pemborosan dalam mengumpulkan data pemetaan, padahal seharusnya data bisa dipantau pengumpulannya secara realtime.

Baru-baru ini, pabrikan pesawat drone DJI untuk survey topografi telah mengintegrasikan kemampuan RTK on-board pada drone mereka dengan sedemikian rupa, agar berpresisi tinggi dalam menghasilkan pemetaan dari udara.

Sistem GNSS memungkinkan deteksi posisi 3D kamera pada saat setiap pengambilan dalam beberapa sentimeter. Dalam pekerjaan ini, kami menguji drone DJI Phantom 4 RTK untuk survei topografi bagian pantai di Laut Adriatik Utara (Italia). Penerbangannya dilakukan pada ketinggian 80 m untuk memastikan Ground Sample Distance (“GSD”) sekitar 2 sentimeter. Lokasi pengujian membujur sepanjang 2 kilometer.

Kenapa Harus Drone Survey Topografi Phantom 4 RTK?

Drone DJI untuk survey topografi Phantom 4 RTK mengkonfirmasi bahwa pendekatan RTK di atas kapal benar-benar mempercepat pemetaan pesisir yang tepat wilayah dan bahwa satu GCP mungkin diperlukan untuk membuat estimasi panjang fokus yang andal.

Dalam beberapa tahun terakhir, perolehan citra udara dengan drone DJI untuk survey topografi DJI Phantom 4 RTK mengalami peningkatan yang pesat. Citra sangat tinggi yang resolusinya tercapai seratus meter dari tanah memastikan rekonstruksi model yang detail. Meskipun skala absolut dari model tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan jarak yang diketahui, untuk banyak aplikasi pemetaan tanah, sistem referensi umumnya sama pentingnya dengan skala.

Kapan pun georeferensi yang tepat diperlukan, penggunaan Ground Control Points (“GCPs”) dengan drone survey topografi drone DJI Phantom 4 RTK akan memungkinkan untuk melakukan transformasi Helmert dengan mempertimbangkan terjemahan foto dan faktor skala.

Algoritma visi komputer modern melakukan Bundle Block Adjustment (“BBA”) dari drone survey topografi tersebutlah yang memperkirakan parameter orientasi kamera interior dan eksterior menggunakan titik pengikat yang dicocokkan dengan dua gambar atau lebih dan GCP.

Meskipun tie point memberikan batasan tambahan untuk BBA, penggunaan GCP umumnya merupakan cara yang lebih kuat untuk memastikan produksi model yang andal. Untuk mencapai akurasi terbaik, beberapa penulis (Martínez-Carricondo et al., 2018) menunjukkan bahwa GCP harus ditempatkan di sekitar tepi area yang disurvei untuk akurasi horizontal terbaik, sementara distribusi bertingkat diperlukan untuk kontrol vertikal.

Georeferensi langsung (Gabrlik, 2015, Gabrlik et al., 2016) adalah cara alternatif untuk rekonstruksi model yang tepat yang dibingkai dalam sistem referensi yang diberikan.

Teknik ini membuat tidak perlu (Rabah et al., 2018) penggunaan GCP apa pun. Penggunaan penerima GNSS on-board baik dalam mode RTK atau NRTK memungkinkan pengumpulan posisi drone yang tepat pada saat setiap pengambilan.

Oleh karena itu penting bagi sistem seperti itu untuk Penulis yang sesuai dengan segera merekam saat gambar diambil, mungkin dalam referensi waktu yang sama dari data GNSS (biasanya waktu GPS). Berkat kalibrasi (Heipke, 2000, Cramer, Stallmann, 2001) maka dimungkinkan untuk menghitung lokasi kamera dengan menerapkan koreksi untuk offset antara Pusat Fase Antena (APC) dan pusat perspektif kamera. Kemiringan drone juga diperhitungkan berkat Unit Pengukuran Inersia (“IMU”) on-board.

Ketersediaan drone komersial baru-baru ini dengan penerima dual-frequency multi-constellation (“GNSS”) terintegrasi dengan biaya yang lebih murah menjadikan pendekatan georeferensi langsung menjadi cara yang lebih terjangkau untuk melakukan survei udara dengan drone.

Memang, biaya keseluruhan sistem yang lebih tinggi dibandingkan dengan drone standar diimbangi dengan waktu yang dihemat untuk survei GCP. Selain itu, percepatan perolehan data di lapangan membuat pendekatan ini lebih produktif. Aspek terakhir ini sangat penting setiap kali sebagian besar harus dipetakan melalui drone dengan akurasi tertinggi dan secepat mungkin.

Selain itu, georeferensi langsung gambar dengan akurasi tinggi sangat penting setiap kali area yang tidak dapat diakses, dijaga atau bahkan berbahaya harus dipetakan.Untuk semua alasan di atas, dalam karya ini kami memutuskan untuk menguji drone survey topografi dan mapping DJI Phantom 4 RTK untuk pemetaan topografi di sepanjang wilayah pesisir pantai.

Pengenalan wilayah pesisir di wilayah Emilia–Romagna (Italia) mencakup sekitar 120 km garis pantai dan karenanya sangat penting untuk menggunakan teknik pemetaan yang menggabungkan perolehan data yang cepat dan produk akhir yang dapat diandalkan.

Secara khusus, artikel ini menyoroti akurasi yang dapat dicapai dengan survei dan strategi pemrosesan yang berbeda satu sama lain (Padró et al., 2019) untuk penggunaan atau tidak dari beberapa GCP, untuk asumsi kalibrasi kamera, untuk penggunaan gambar nadiral atau miring dan untuk akurasi yang ditentukan untuk RTK.

Material dan Metodologi

Koordinat yang diatur untuk stasiun pangkalan memastikan bahwa seluruh model akan dibingkai dalam sistem referensi yang sama dari koordinat tersebut.

Dengan demikian, dalam semua pengujian berikut, Mobile Station D–RTK 2 dipasang pada target yang posisinya sebelumnya ditentukan oleh survei NRTK selama 30 detik.

Layanan NetGEO (TopCon Positioning Italy) digunakan untuk penerapan koreksi diferensial yang ditransmisikan secara real time dari jaringan stasiun referensi yang terus beroperasi yang dibingkai dalam sistem referensi nasional (Shen et al., 2015). Dengan demikian, koordinat dikenakan ke Stasiun Bergerak D–RTK 2 dengan mengatur garis lintang, garis bujur, dan ketinggian. Yang terakhir ini sudah memperhitungkan ketinggian instrumen.

Lokasi yang dipilih untuk pengujian terletak di sepanjang pantai wilayah Emilia–Romagna (Italia). Membentang hingga 2 km ke arah Utara-Selatan antara kota Marina Romea dan Porto Corsini, di Provinsi Ravenna (Gbr. 2).

Bentangan pantai ini sangat cocok untuk pengujian yang dilakukan dengan menggunakan drone mapping seperti DJI Phantom 4 RTK yang berkemampuan RTK karena panjangnya yang lebar dan lebar yang relatif terbatas dan merupakan perwakilan yang baik dari keseluruhan morfologi pantai yang dapat ditemukan di sepanjang garis pantai Emilia–Romagna.

Selain itu, jarak base-rover hingga 1,2 km memungkinkan kami untuk menilai pemeliharaan solusi RTK tetap dalam kondisi operasi pemetaan pantai. Tabel 1 melaporkan jangkauan dan akurasi sistem yang disusun oleh stasiun Mobile DJI D–RTK dan DJI Phantom 4 RTK.

Setelah disurvei, penerima geodetik GNSS dalam mode NRTK (yang sama digunakan untuk menentukan posisi target di mana stasiun pangkalan didirikan). Sekitar 40 control point disurvei di sepanjang seluruh bagian pantai, di kisaran jarak 100-150 m.

Di daerah kritis, seperti di sepanjang garis pantai, control point ditandai sebagai beberapa persilangan independen. Nilai 40 control point yang disebutkan sebelumnya sebenarnya mengacu pada semua sinyal satelit, termasuk yang ganda.

Control point selanjutnya dianggap sebagai GCP aktual atau dalam beberapa kasus, sebagai titik pemeriksaan (“CP”) untuk memvalidasi keakuratan rekonstruksi model. Koordinat control point dikumpulkan dalam sistem referensi resmi Italia, sesuai dengan Sistem Referensi Terestrial Eropa ETRS89 dalam realisasinya ETRF2000 (2008.0).

Model pemisahan geoidal ITALGEO 05 akhirnya digunakan untuk mengubah ketinggian elipsoidal GCP/CP menjadi elevasi ortometrik, sementara koordinat geografis diproyeksikan dalam kartografi UTM–zona 32 Timur dan Utara.

Setelah GCP dan CP diberi sinyal dan disurvei, misi penerbangan yang berbeda direncanakan dan dilaksanakan. Secara khusus, yang pertama terdiri dari akuisisi gambar mengikuti rencana grid tunggal, sehingga mengumpulkan gambar sepanjang satu arah saja. Dalam hal ini dataset terdiri dari citra nadiral dan seluruh bagian pantai dipetakan, dalam luasan 2 km.

Kemudian misi kembali dilanjutkan dengan mengganti baterai drone mapping drone DJI Phantom 4 RTK dengan baterai kedua. Aspek ini secara otomatis diperhitungkan oleh perencana penerbangan dan tidak mewakili masalah untuk pemetaan area skala besar dalam aplikasi mapping topografi wilayah pesisir.

Misi penerbangan kedua dilakukan menggunakan rencana jaringan ganda di wilayah yang lebih kecil dari area sebelumnya. Dalam hal ini gambar diperoleh sepanjang dua arah ortogonal dan kamera diatur dengan sudut pitch 30°.

Selama operasi di lapangan, satu set titik independen juga disurvei dengan penerima GNSS yang sama dalam mode NRTK. Titik validasi (VP) ini, tidak ditandai di pantai, adalah dikumpulkan langsung di atas pasir (Gbr. 4) dengan menggunakan piring di ujung kutub bawah.

Berkat pandangan ke depan ini, nilai bias secara vertikal dapat dicegah karena tidak ada objek seperti tiang atau obstacle lain yang ditampilkan selama operasi survei. Jumlah titik tersebut berjumlah 119 dan 98 di antaranya merupakan kesamaan antara citra nadiral dan oblique imagery rencana penerbangan.

Setelah akuisisi, semua data diproses melalui perangkat lunak Agisoft Metashape Professional untuk menyelaraskan citra. Software ini mewakili versi terbaru dari Agisoft Photoscan Professional yang populer.

Untuk menghindari perbedaan dalam pemrosesan data karena pengenalan target secara manual pada setiap gambar di mana mereka muncul, tugas ini dilakukan terlebih dahulu, sehingga sebelum melanjutkan dengan estimasi akhir orientasi eksterior dan interior.

Proyek template disimpan dan dimodifikasi setelahnya. Opsi “reset alignment” digunakan untuk menginisialisasi ulang semua estimasi orientasi. Dengan cara ini spesifikasi target pada gambar menjadi invarian dari pengolahan data selanjutnya yang dilakukan dan tidak mempengaruhi hasil. Gambar 5 menunjukkan salah satu awan tipis (tie point) yang dihasilkan untuk dataset citra miring.

Jumlah gambar yang diperoleh, luasan yang dicakup dan parameter rencana penerbangan lainnya dirangkum dalam rencana flight plant diatas. Menggunakan dataset citra nadiral, total 12 proyek dibuat.

Parameter yang divariasikan terdiri dari: menetapkan akurasi global untuk koordinat RTK sama dengan
5 cm atau menggunakan nilai rekaman Exifif, idak menggunakan GCP dengan kalibrasi yang diketahui oleh Exif atau melakukan kalibrasi sendiri; menggunakan satu set GCP dengan kalibrasi yang disediakan Exif yang diketahui atau melakukan kalibrasi sendiri;
hanya menggunakan satu GCP baik barycentric atau perimetric dan melakukan kalibrasi sendiri.

Demikian pula, 12 proyek yang sama dibuat dengan dataset citra miring. Agar notasi yang ringkas untuk penyajian hasil lebih lanjut, singkatan berikut akan digunakan pada Tabel 3 dan Tabel 4:

Untuk citra nadiral dan miring dan untuk akurasi kamera rekaman global dan Exif, kasus yang dipertimbangkan masing-masing adalah: N–S, N–E, 1B–S, 1P–S, Y–S, Y–E.

Untuk proyek-proyek yang memberikan keuntungan dalam hal penyederhanaan pekerjaan (misalnya penggunaan GCP tunggal, bukan kumpulan GCP), masih memastikan akurasi yang baik dari hasil akhir, Model Elevasi Digital (DEM) juga dibuat untuk tambahan menilai presisi vertikal sebenarnya dari model. VP akhirnya digunakan untuk perhitungan akhir perbedaan elevasi dengan ekspresi:
H = HGNSS HDEM (3)

Bagaimana Hasilnya?

Pemrosesan data yang dilakukan oleh Agisoft Metashape Professional memungkinkan estimasi akurat lokasi kamera (orientasi eksterior) dan parameter model kamera (orientasi interior) dengan melakukan BBA dan prosedur kalibrasi mandiri. Variasi dalam alur kerja ini diwakili oleh pengaturan akurasi posisi kamera yang berbeda (5 cm global atau nilai rekaman Exif) dan menggunakan kalibrasi kamera yang diketahui yang disimpan dalam metadata Exif gambar. Juga jumlah GCP yang harus dipertimbangkan untuk penyelarasan gambar bervariasi.

Biaya keseluruhan sistem pemetaan ini menurun dengan cepat dan banyak bidang aplikasi dapat mengambil keuntungan dalam menggunakan solusi yang lebih baru ini. Dalam pekerjaan ini kami menguji drone survey dan mapping dengan drone DJI Phantom 4 RTK yang dikombinasikan dengan penerima dasarnya sendiri, D–RTK 2 Mobile Station. Sistem ini praktis siap digunakan oleh operator UAV dan memungkinkan mereka memperoleh gambar RTK frekuensi ganda yang akurat. Selain itu, koordinat yang disimpan dalam metadata sudah dikoreksi baik untuk offset antara APC dan pusat perspektif kamera serta untuk kemiringan drone selama penerbangan.

Kami menyoroti keakuratan model dengan menggunakan citra nadiral dan miring, mengikuti strategi yang berbeda. Opsi pemrosesan data yang dipertimbangkan termasuk:

kekurangan Titik Kontrol Tanah, penggunaan GCP tunggal untuk meningkatkan estimasi panjang fokus dan penggunaan parameter kalibrasi yang diketahui yang disediakan dalam metadata Exif.

Penilaian pertama dilakukan berdasarkan titik kontrol yang terdiri dari penanda bersinyal yang disurvei melalui penerima GNSS dalam mode NRTK, mirip dengan pengumpulan koordinat GCP. Analisis yang lebih mendalam dilakukan melalui serangkaian titik validasi yang tidak diberi sinyal, tetapi hanya disurvei di pantai menggunakan pelat di bawah tiang untuk mencegah offset vertikal. Dalam hal ini, DEM dibuat untuk kasus yang terbukti menguntungkan dalam hal operasi kecil di tempat dan/atau akurat berdasarkan CP.

Pelajari selengkapnya tentang drone DJI Enterprise dan base station EMLID.

Questions? Please let us know how we can help. 
Connect further with us by filling the contact form below, or at:
Email: enterprise@halorobotics.com
WhatsApp: +62811-8549-888