В этот раз гостем нашей рубрики «10 вопросов» стала Юлия Тельтевская. Она работает в Геоскане с 2018 года и занимается фотограмметрической обработкой данных тестовых полетов и обучением новых пользователей ПО Agisoft Metashape.
Мы побеседовали с Юлией и узнали о сферах применения фотограмметрического метода, отличиях ЦММ и ЦМР, а также об обучении и старте в профессии.
Что такое фотограмметрия?
Фотограмметрия — это научная дисциплина, занимающаяся определением размеров, положения, формы и других характеристик объектов по их фотографиям. Появилась она в середине XIX века и в данный момент охватывает больший объем технологий и сфер применения, нежели это было 200 лет назад. Помимо создания географических карт и планов на основе фотоснимков сейчас строят 3D-модели местности и объектов, проводя по ним точные измерения. Также можно комбинировать фотосъемку с лазерным сканированием, видео-, тепловизионной и мультиспектральной съемкой. Это дает очень большой простор для применения фотограмметрического метода.
Где она применяется, кроме обработки данных с БПЛА?
Известно, что беспилотник делает фото- и видеосъемку, после чего на основе полученных данных специалисты строят 3D-модели и карты местности с точным географическим положением. Эта технология применяется, например, в геодезии и маркшейдерии, в сфере строительства и городского планирования. Однако фотограмметрический метод используется, например, и в археологии, криминалистике (речь идет о 3D-моделировании по фотографиям для сохранения реального облика объекта), в медиаиндустрии, в медицине. Это не окончательный список, с каждым годом все больше сфер нуждается в фотограмметрии.
Какое необычное использование фотограмметрического метода ты встречала?
Новые методы использования фотограмметрии очень впечатляют. Например, расследование ДТП. Съемка с воздуха фиксирует не только общую картину, но и повреждения транспорта и инфраструктуры. Это ускоряет процесс расследования и позволяет возвращаться к делу с уточнениями, так как компьютерную модель можно изучать многократно и в любое время. То же самое касается и судебной медэкспертизы: практически любую улику можно хранить в виде цифровой копии.
Еще один интересный случай применения фотограмметрического метода — это создание модели геологического профиля залегания пород. Вместо того чтобы зарисовать конфигурацию слоев горных пород вручную и хранить отдельные фотографии, ученые-исследователи строят в фотограмметрическом ПО единую поверхность вертикального среза горных пород на местности. Затем на этой модели можно измерять линейные объекты, углы залегания пород и изучать по ней геологические процессы.
Чем занимается специалист по фотограмметрии?
Просто ждет, пока компьютер обработает фотографии и построит нужную модель. На самом же деле, для того чтобы у компьютера получилось сделать это качественно, и нужен фотограмметрист. Он анализирует и отбирает подходящие снимки, при необходимости работает с точной географической привязкой данных и выбирает оптимальные настройки, чтобы минимизировать временные затраты. Затем специалист редактирует и сохраняет результаты в читаемом виде или дает заключение на основе их анализа.
Также перед фотограмметристом может стоять задача проанализировать, как тип прошивки или камеры влияет на качество получаемых снимков. Тогда, учитывая особенности компонентов БПЛА, фотограмметрист сам формирует требования к плану полета или сценарий наземной съемки, передает их оператору и получает нужный набор снимков, пригодных для обработки.
Помимо этого чем ты еще занимаешься в Геоскане?
Вместе с БПЛА организации покупают у Геоскана и программное обеспечение Agisoft Metashape для обработки данных аэрофотосъемки. Так как большинству пользователей данное ПО незнакомо, моя задача — обучить их. У каждой компании своя сфера деятельности, цели и задачи, поэтому и программа занятий может меняться.
Специалисты приезжают на обучение в Санкт-Петербург со всей России и стран ближнего зарубежья, но иногда мы проводим занятия и на базе самих организаций. Таким образом, нам уже удалось объехать практически всю Россию: от Ростовской области до Якутии и Дальнего Востока, а еще мы побывали в Казахстане. В этих командировках мы познакомились с большим количеством отличных специалистов и просто хороших людей. Отличный способ совмещать работу и путешествия!
Какое ПО ты используешь?
Сейчас существует множество программ для фотограмметрической обработки, платных и бесплатных, под абсолютно любую задачу. Я использую программу Agisoft Metashape Professional, в которой очень много полезных функций и инструментов, позволяющих обработать большое количество типов данных. ПО совместимо с любой операционной системой, и у него вариативны требования к мощности компьютера. В этой программе можно строить небольшие трехмерные модели на обычном домашнем компьютере, а на кластере из нескольких мощных компьютеров обрабатывать десятки и сотни тысяч снимков для получения сложных ЦМР, ортофотопланов, облаков точек и т.д.
Чем отличается ЦММ от ЦМР?
Цифровая модель местности (ЦММ) и цифровая модель рельефа (ЦМР) — это, грубо говоря, сетка, где каждый пиксель содержит в себе информацию о плановых координатах и о высоте точки поверхности, которой она соответствует.
При аэрофотосъемке местности на снимки попадает не только земная поверхность, но и растительность, здания и элементы дорог. Все эти объекты также становятся частью цифровой поверхности, восстановленной по фотоснимкам. Это как накинуть огромное одеяло на местность, зафиксировать все его изгибы и поднять — так получится цифровая модель местности, то есть комбинация рельефа и всех объектов, расположенных на нем.
Если срезать все объекты, не являющиеся земной поверхностью, и построить цифровую модель, то получится ЦМР.
Можно построить 3D-модель любого объекта?
Да, если этот объект не прозрачный и не отражающий. Вообще для каждого типа объекта (здания, вазы, строительной площадки, человека) существуют определенные сценарии съемки и требования к настройкам и типу фотокамеры, чтобы получить качественный результат.
В Agisoft Metashape Professional есть функция «Планирование маршрута» для построения задания облета объекта в автоматическом режиме. Она полезна, если необходимо создать, к примеру, детальную цифровую модель статуи. Сначала делается обычная площадная съемка на небольшой высоте и без наклона камеры (она направлена в надир). Затем на основе грубых снимков строится первичная трехмерная полигональная модель и сохраняется в Agisoft Metashape. Следующий шаг: оператор на этой модели вручную рисует разрешенную и запрещенную зоны, а также указывает точку взлета. На основе этих данных программа сама рассчитывает полетное задание в зависимости от того, какой БПЛА выбран, какой у камеры наклон, а у статуи — высота и конфигурация. Эта информация передается на дрон, который и облетает объект более подробно. Таким образом получаются более качественные и подробные данные для создания модели с более детальной текстурой.
Насколько точными бывают цифровые модели?
Уже долгое время фотограмметрия идет параллельно со спутниковой геодезией, что позволяет получать очень точные пространственные координаты снимков или в процессе полета, или в постобработке. Уточнить геопривязку можно и с помощью наземных точек с известными координатами, если, например, используется БПЛА без встроенного спутникового приемника.
Если говорить о цифрах, то точность зависит от масштаба аэрофотосъемки: чем меньше высота полета, тем лучшую точность привязки можно ожидать. При высоте полета до 500 м можно получить точность расчета положения модели до 5 см в плане и до 8 см по высоте.
Фотограмметрический метод или лазерное сканирование?
Зависит от поставленной задачи. Лазерное сканирование — это более дорогой и долгий метод, требующий специфической обработки. При этом оно намного точнее и детальнее аэрофотосъемки. Например, с помощью АФС невозможно получить модель рельефа под густым лесом, восстановить рельеф дна водного объекта или захватить тонкие объекты (провода ЛЭП, например), тогда как лидарная съемка позволяет собирать такие данные.
Бонус
Где учат на специалиста по фотограмметрии?
В основном, это вузы, в которых есть факультеты или кафедры геодезии, картографии, дистанционного зондирования Земли, аэрокосмической съемки, геоинформатики. Фотограмметрия в вузах изучается отдельной дисциплиной несколько лет (и в бакалавриате, и в магистратуре). Существуют также и онлайн-курсы по фотограмметрии, но, так как это более прикладная дисциплина, нужно обязательно пройти практические курсы, теории точно будет не достаточно. В данном случае обучение в вузе будет более целесообразным.
Я окончила Санкт-Петербургский государственный университет (Институт наук о земле, кафедра картографии и геоинформатики). Фотограмметрия у меня была отдельной дисциплиной в течение нескольких лет. В Геоскан я пришла работать в 2018 году практически сразу после окончания университета.
Что нужно знать, чтобы начать карьеру?
Нужно понимать, что фотограмметрия не может существовать отдельно. Чтобы работать в этой среде, нужно как минимум иметь базовые знания математики, физики (оптики и лазерной физики, в частности), геодезии (в том числе и спутниковой), геоинформационных систем. Высшее образование по данному профилю будет очень большим плюсом, но фотограмметрия имеет множество связей с другими профессиями, поэтому специалистом в этой сфере можно стать, например, будучи геодезистом, если самостоятельно изучить теорию и получить дополнительные навыки работы в соответствующем ПО.
И как, наверное, в любой современной прикладной профессии нужно постоянно следить за появлением новых методов, программ, технологий, чтобы поддерживать свою квалификацию. От этого будет зависеть в первую очередь уровень вашей зарплаты и количество интересных проектов, в которых вы можете поучаствовать.
#10 вопросов #фотограмметрия #agisoft #афс #аэрофотосъемка #беспилотник #геоскан #3d-модель