Ім'я файлу: Зміст курс.docx
Розширення: docx
Розмір: 6170кб.
Дата: 22.12.2023
скачати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЧЕРНІГІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

Навчально-науковий інститут архітектури, дизайну та геодезії

Кафедра геодезії, картографії та землеустрою

КУРСОВА РОБОТА

З ДИСЦИПЛІНИ: ФОТОГРАММЕТРІЯ ТА ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ

НА ТЕМУ: Моніторинг прибережної захисної смуги за допомогою БПЛА

Виконав:

Студент групи ГЗ-201

Кунашенко Є.М.

Перевірив: д. т. н., професор

Сахно Є.Ю.
Чернігів 2023

Зміст

Вступ 3

РОЗДІЛ 1. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ МОНІТОРИНГУ ПРИБЕРЕЖНОЇ ЗАХИСНОЇ СМУГИ

1.1. Поняття прибережної захисної смуги та її значення 5

1.2. Завдання моніторингу прибережної захисної смуги 6

1.3. Методи моніторингу прибережної захисної смуги 7
РОЗДІЛ 2. ВИКОРИСТАННЯ БПЛА ДЛЯ МОНІТОРИНГУ ПРИБЕРЕЖНОЇ ЗАХИСНОЇ СМУГИ

2.1. Переваги застосування БПЛА для моніторингу прибережної смуги 9

2.2. Об’єкт дослідження 10

2.3. Польотне забезпечення та планування місій БПЛА 11

2.4 Техніко-технічні вимоги до аерофотознімання 12

2.5 Сучасні технології обробки цифрових аерознімків 14

2.6 Програмне забезпечення для фотограмметричної обробки аерознімків 16
РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ ТА ОПРАЦЮВАННЯ ДАНИХ МОНІТОРИНГУ ПРИБЕРЕЖНОЇ ЗАХИСНОЇ СМУГИ З ДОПОМОГОЮ БПЛА

3.1. Технології обробки та аналізу зображень і даних, отриманих за допомогою БПЛА 17

3.2. Інтеграція результатів моніторингу з БПЛА з наземними та супутниковими даними 18

3.3. Візуалізація та представлення даних моніторингу прибережної смуги для розробки управлінських рішень 19

Висновки 28

Перелік посилань 30

Вступ

Фотограмметрія та дистанційне зондування землі є важливими методами отримання інформації про поверхню Землі.

Фотограмметрія базується на аналізі та інтерпретації фотознімків, отриманих з літаків та супутників. Основні методи фотограмметрії включають стерeofотограмметрію для отримання 3D моделей місцевості, цифрову фотограмметрію з використанням ГІС для аналізу зображень, а також інфрачервону та радіолокаційну фотограмметрію.

Дистанційне зондування землі також використовує дані аеро- та супутникових знімків, але додатково застосовує інші частини електромагнітного спектру. Поширені методи включають багатоспектральну та гіперспектральну зйомку, термозйомку, радіолокаційну зйомку. Ці дані дозволяють отримувати цінну інформацію про стан рослинного покриву, вологість ґрунтів, наявність корисних копалин.

Останнім часом активно розвиваються методи обробки даних дистанційного зондування з використанням технологій машинного навчання. Це дозволяє автоматизувати процеси дешифрування знімків та отримання тематичних карт місцевості.

Перспективи подальшого розвитку пов'язані зі створенням більш досконалих супутникових систем, розширенням спектрального діапазону зйомки, удосконаленням методів обробки даних. Це дозволить підвищити оперативність, детальність та інформативність даних дистанційного зондування Землі.

Мета курсової роботи: дослідити ефективність використання безпілотних літальних апаратів для моніторингу екологічного стану прибережної захисної смуги річки Десна та надати практичні рекомендації щодо застосування БПЛА для контролю динаміки й оперативної оцінки змін природних та антропогенних процесів в умовах даної прибережної території.

Відповідно до мети в роботі передбачається:

  • розглянути особливості моніторингу прибережної захисної смуги з використанням дронів;

  • висвітлити переваги та методи застосування БПЛА для дослідження прибережжя;

  • проаналізувати ефективність БПЛА для моніторингу екологічного стану заплави Десни.


РОЗДІЛ 1. ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ МОНІТОРИНГУ ПРИБЕРЕЖНОЇ ЗАХИСНОЇ СМУГИ

1.1. Поняття прибережної захисної смуги та її значення

Прибережна захисна смуга є важливим об'єктом екологічного регулювання та охорони. Відповідно до Водного кодексу України, прибережна захисна смуга - це частина водоохоронної зони відповідної ширини вздовж річки, моря, навколо водойм, на якій встановлено більш суворий режим господарської діяльності, ніж на решті території водоохоронної зони [1]. Ширина прибережної смуги вздовж морів, рік, озер та джерел залежить від ухилу рельєфу місцевості та становить від 25 до 300 метрів.

Прибережна смуга виконує ряд важливих екологічних функцій:

  • захист берегів від руйнування та ерозії;

  • попередження забруднення водойм стічними водами та хімічними речовинами;

  • фільтрація поверхневого стоку перед надходженням у водойми;

  • підтримка гідрологічних характеристик малих річок та струмків;

  • збереження рослинного та тваринного світу;

  • регулювання водного балансу та мікроклімату прибережних територій.

З огляду на важливість цих функцій, прибережна захисна смуга підлягає особливій охороні. Моніторинг її стану та розробка природоохоронних заходів є невід'ємними частинами управління водними ресурсами та прибережними територіями.

В Україні питання охорони прибережних захисних смуг регулюється не лише Водним кодексом, але й Земельним кодексом та законами "Про охорону земель" і "Про охорону навколишнього природного середовища". Згідно з цими нормативними актами, в межах прибережних захисних смуг заборонено:

  • будівництво будь-яких споруд, крім гідротехнічних, гідрометричних та лінійних;

  • влаштування полігонів побутових та промислових відходів;

  • застосування добрив та хімічних засобів захисту рослин;

  • випас сільськогосподарських тварин;

  • проведення меліоративних робіт тощо.

Отже, прибережні захисні смуги є об'єктами цілеспрямованого управління та охорони. Активне втручання людини в цих зонах обмежене, а господарське використання повинно бути екологічно збалансованим. Моніторинг дотримання встановлених обмежень є важливим інструментом охорони узбережь, запобігання їх деградації та раціонального використання ресурсів прибережних територій.
1.2. Завдання моніторингу прибережної захисної смуги

Моніторинг прибережної захисної смуги передбачає систематичні спостереження за її станом з метою своєчасного виявлення негативних змін, оцінки ефективності природоохоронних заходів та прогнозування розвитку екологічної ситуації.

Основними завданнями моніторингу прибережної захисної смуги є:

  • визначення антропогенного навантаження та оцінка впливу господарської діяльності на стан узбережжя;

  • контроль дотримання вимог щодо господарського використання прибережних територій;

  • спостереження за процесами берегової ерозії та змін берегової лінії;

  • оцінка ефективності берегоукріплювальних споруд та заходів боротьби з абразією;

  • моніторинг стану рослинного покриву прибережних смуг;

  • визначення ступеня забруднення поверхневих і підземних вод в зоні узбережжя;

  • прогнозування розвитку екологічної ситуації на узбережжі;

Таким чином, дані моніторингу дозволяють приймати науково-обґрунтовані рішення в сфері управління прибережними територіями та охорони водних ресурсів.

Для виконання завдань моніторингу прибережної захисної смуги необхідне комплексне вивчення всіх компонентів узбережної геосистеми:

  • спостереження за гідрологічним режимом прибережних вод (хвилевий режим, коливання рівнів, інтенсивність поверхневого стоку тощо);

  • дослідження геоморфологічних особливостей та рельєфу узбережь;

  • вивчення геологічної будови та літологічного складу берегів;

  • аналіз гідрохімічних показників води та ґрунтів;

  • дослідження стану та продуктивності рослинного покриву;

  • облік тваринного населення прибережної смуги;

  • інвентаризація джерел антропогенного впливу тощо;

Лише за результатами таких комплексних досліджень можливо дати достовірну оцінку екологічного стану узбережжя та розробити обґрунтовані рекомендації щодо його охорони.
1.3. Методи моніторингу прибережної захисної смуги

Для моніторингу прибережної захисної смуги використовується цілий комплекс методів, що можна поділити на 2 основні групи:

1. Дистанційні методи:

- зйомка з БПЛА;

- супутникове сканування у видимому та інфрачервоному діапазонах;

- фото та відеозйомка з цифровою обробкою зображень;

- інфрачервона термографія;

- лазерне сканування узбережжя;

- радіолокаційна зйомка хвилевого режиму;

- мультиспектральна/гіперспектральна зйомка рослинності.

2. Наземні методи:

- геодезичні вимірювання берегової лінії;

- ґрунтові вишукування та вивчення зразків;

- гідрологічні вимірювання (швидкість течії, температура, рН води тощо);

- гідрохімічний аналіз проб води та донних відкладень;

- дослідження рослинності та тваринного населення;

- візуальне обстеження території.

Комбінація даних дистанційного зондування і наземних вимірювань дозволяє отримати найбільш повну інформацію про стан прибережної захисної смуги.

Зйомка з БПЛА дає можливість:

  • оперативно отримати актуальну високодетальну аерофото- та відеоінформацію про стан узбережжя;

  • проводити регулярне спостереження за динамікою берегової лінії, розвитком ерозійних процесів;

  • визначати масштаби антропогенного впливу та порушень режиму господарської діяльності в межах прибережної смуги;

  • аналізувати стан рослинного покриву прибережної зони;

  • створювати ортофотоплани та цифрові моделі рельєфу досліджуваних ділянок узбережжя.

Дані БПЛА можуть ефективно доповнювати супутникову інформацію та результати наземних досліджень в рамках комплексного моніторингу стану прибережної захисної смуги.



Рисунок 1.1 – Приклад зйомки з БПЛА

РОЗДІЛ 2. ВИКОРИСТАННЯ БПЛА ДЛЯ МОНІТОРИНГУ ПРИБЕРЕЖНОЇ ЗАХИСНОЇ СМУГИ

2.1. Переваги застосування БПЛА для моніторингу прибережної смуги

Використання безпілотних авіаційних систем (БПЛА) надає ряд суттєвих переваг для моніторингу прибережних територій у порівнянні з традиційними методами:

  • оперативність отримання актуальної інформації про стан узбережжя при мінімальних витратах часу та ресурсів;

  • можливість детального вивчення локальних ділянок прибережної смуги з високою роздільною здатністю;

  • безпечність застосування у важкодоступних районах та умовах несприятливої погоди;

  • забезпечення регулярності спостережень за динамікою природних та антропогенних процесів в узбережній зоні;

  • отримання різноманітних даних дистанційного зондування (аерофотозйомка, відео, термозйомка, мультиспектральна зйомка) ;

  • можливість інтеграції з іншими даними моніторингу для комплексної оцінки стану прибережної території.

Ще однією важливою перевагою БПЛА є можливість оперативного реагування на раптові зміни обстановки чи надзвичайні ситуації природного або техногенного характеру.

Наприклад, після сильних штормів або паводків зйомка з дронів дозволяє в короткі терміни оцінити масштаби руйнувань і збитків. Це дає змогу оперативно спланувати необхідні заходи реагування та ліквідації наслідків екстремальних подій.

Також слід відзначити технологічну гнучкість БПЛА - існує можливість підбору оптимальних літальних платформ і сенсорного обладнання відповідно до завдань дослідження та умов застосування. Це дозволяє поєднувати зйомку з високою детальністю і регулярні широкомасштабні спостереження.

Отже, використання БПЛА значно розширює можливості спостереження та дослідження прибережних захисних смуг.
2.2. Об’єкт дослідження

Десна - права притока Дніпра, тече територією Росії та України. В межах України її довжина становить 539 км. Річка живиться талими сніговими та дощовими водами. Для Десни характерні паводки навесні та після сильних дощів.

Прибережна захисна смуга Десни представлена: заплавними луками та лісами. Тут розташовані унікальні природоохоронні території - національний парк "Деснянсько-Старогутський", заказники "Літочевський" та "Ялинський".

Основна увага при моніторингу має приділятися контролю гідрологічного режиму річки, стану заплавних водойм, динаміці берегової лінії, а також оцінці рекреаційного навантаження на природоохоронні території.

Річка Десна є важливою водною артерією Чернігівської та Сумської областей, тому контроль стану її прибережної захисної смуги є актуальним завданням. Використання БПЛА надає такі переваги:

  • оперативна оцінка стану берегової лінії та масштабів можливої ерозії річища після весняної повені чи сильних дощових паводків;

  • моніторинг ступеня замуленості заплавних озер та старичних водойм, які є на Десні;

  • спостереження за розвитком ерозійних процесів в окремих локальних ділянках крутих берегів;

  • контроль дотримання режиму землекористування та обмежень господарської діяльності в прибережній захисній смузі.

Таким чином, застосування дронів значно підвищує оперативність та якість моніторингу екологічного стану заплави Десни.

Одним з важливих аспектів є можливість детального вивчення стану заплавних лісів та луків, які відіграють роль природного біофільтру та захищають береги від ерозії. Завдяки високорозрізнювальій аерофотозйомці та зйомці у різних діапазонах спектру з БПЛА можна:

  • проаналізувати породний склад деревостанів прибережної смуги;

  • виявити ознаки ушкодження рослинності, зони всихання дерев;

  • відстежувати сукцесійні зміни рослинного покриву заплави;

  • картувати осередки інвазійних видів, які потребують контролю.

Тобто за допомогою регулярних аеросурвейів з БПЛА можна оперативно оцінювати стан екосистем прибережної смуги Десни та при необхідності розробляти заходи з їх відновлення.


Рисунок 2.1 – Фотогафія річки Десни
2.3. Польотне забезпечення та планування місій БПЛА

Планування місій БПЛА та польотне забезпечення є важливим етапом в організації робіт з моніторингу прибережної захисної смуги за допомогою дронів.

Перед початком виконання робіт необхідно:

  1. визначити райони для аерозйомки та маршрути польотів з урахуванням рельєфу місцевості, характеристик БПЛА, що використовується, та завдань моніторингу;

  2. провести підготовку необхідного обладнання - зарядження акумуляторів БПЛА, перевірка роботи контролера, стабілізатора, датчиків;

  3. здійснити передполітний брифінг з групою польоту про мету місії, маршрути, безпеку польотів;

  4. отримати необхідні дозволи на зону польоту БПЛА, якщо вони вимагаються місцевою нормативною базою.

Під час польотів має забезпечуватись постійний контроль за станом БПЛА та якістю зйомки, з можливістю коригування маршрутів. Після завершення робіт проводиться постполітний аналіз якості отриманих даних та оцінка ефективності місії.

Планування місій БПЛА та польотного забезпечення моніторингу прибережної зони.

  • Вибір типу БПЛА. Для спостереження за великими ділянками доцільно обирати багатокоптери з більш тривалим часом польоту або літакового типу. Для детального обстеження локальних об’єктів підійдуть компактні квадрокоптери.

  • Вибір сенсорного обладнання. Для отримання мультиспектральних знімків рослинності знадобляться відповідні камери. Інфрачервоний діапазон допоможе виявити зони підтоплення.

  • Вибір часу зйомки. Для оцінки стану рослинності оптимальний час - вегетаційний сезон. Моніторинг ерозійних процесів доцільно проводити навесні та після значних опадів.

  • Розробка планів польотів. Маршрути БПЛА повинні забезпечувати повне покриття області зацікавлення, а також перекриття зображень на 80–90% для можливості подальшої фототриангуляції.



2.4 Техніко-технічні вимоги до аерофотознімання

Аерофотознімання є важливим методом отримання просторових даних для створення та оновлення картографічних матеріалів.

До техніко-технічних вимог аерофотознімання висуваються наступні основні вимоги:

  1. точність фотограмметричної зйомки. визначається допустимими значеннями середньої квадратичної похибки визначення координат точок місцевості на знімку;

  2. роздільна здатність аерофотоапаратури. залежить від технічних параметрів камери та висоти фотографування і визначає детальність зображення об'єктів;

  3. висота фотографування та базис фотографування. впливають на площу огляду території та масштаб кінцевих фотопланів;

  4. спектральний діапазон зйомки. залежно від завдань може використовуватись чорно-біла, багатоспектральна або інфрачервона зйомка території;

  5. вимоги до покриття та якості аерознімків. встановлює параметри поздовжнього і поперечного перекриття знімків, допустимий відсоток хмарності тощо.

Задовольняючи вимогу детальнішого розгляду сучасних цифрових аерофотосистем, можна навести наступне:

На сьогодні активно розвивається та впроваджується цифрова аерофотозйомка з використанням професійних цифрових фотоапаратів великого формату з високороздільними матрицями 50-100 Мпікселів. Прикладами таких камер є Phase One IXU-RS1000, Intergraph DMC II, Leica RCD30, VisionMap A3 Edge. Їх перевагами є висока роздільна здатність, технології об'єктивів з компенсацією дисторсії, можливість обробки знімків у польових умовах.



Рисунок 2.2 – Камера Phase One IXU-RS1000

Дуже перспективним є використання безпілотних літальних апаратів (БПЛА) для детального аерознімання на невеликих площах - до квадратних кілометрів. Можливості зйомки з висот 10–300 м дозволяють отримувати знімки з детальністю до 1 см. Такі параметри дуже актуальні для вирішення локальних інженерних чи кадастрових завдань.
2.5 Сучасні технології обробки цифрових аерознімків

Розглядаючи сучасні технології обробки цифрових аерознімків, можна виділити наступне:

  1. ортотрансформування аерознімків - процес усунення викривлень зображення, пов'язаних з рельєфом місцевості та оптичними іскаженнями камери. Виконується в фотограмметричних програмних комплексах Agisoft Metashape, Pix4D, для отримання метрично точного зображення;

  2. створення ортофотопланів - ортотрансформовані аерознімки об'єднуються в єдине цифрове зображення території у заданій проекції без перекривань. Використовується як точна картографічна основа ГІС;

  3. побудова 3D моделей місцевості - на основі стереопар аерознімків виконується автоматизоване визначення координат точок знімків і розрахунок цифрової моделі рельєфу та поверхні. Застосовується в проектних роботах.

Ортотрансформування виконується в таких програмних комплексах, як Agisoft Metashape, Pix4D, Inpho. В основі лежить побудова зв'язку між пікселями зображення та їх координатами на місцевості з урахуванням всіх спотворень. Для цього використовуються дані про положення і орієнтацію камери під час зйомки, координати опорних точок на знімках, ЦМР. Точність ортотрансформування може складати 1-3 пікселі.

При створенні ортофотопланів окремі ортофотознімки "склеюються", усуваються нев'язки яскравості і кольору в зонах перекриття. Кінцевий продукт являє метрично точне зображення місцевості в заданій картографічній проекції.

Для 3D моделювання використовується технологія обробки стереопар - двох або більше знімків з різних точок. На їх основі будується хмара точок із заданими координатами X, Y, Z та формується цифрова 3D модель рельєфу й об'єктів місцевості.

Продовжуючи тему обробки аерознімків, варто більш детально спинитися на можливостях використання тривимірних моделей місцевості, побудованих на основі аерофотознімання.

- 3D моделі дозволяють вимірювати висоти будь-яких об'єктів, об'єми земляних мас, профілі рельєфу. Це дає точну інформацію для проектних розрахунків в будівництві та інженерії.

- Моделі використовуються для аналізу ландшафту, визначення об'ємів зсувів і ярів, розрахунку снігозапасів.

- 3D моделі є основою для планування безпілотних апаратів в заданих зонах за допомогою карт висот, перешкод і напрямків безпечних маршрутів.

- В поєднанні з даними лазерного сканування створюються фотореалістичні 3D моделі місцевості, будівель, споруд, які використовуються у проектуванні, навчанні та моделюванні.

Отже, цифрові 3D моделі на основі аерозйомки мають широкий спектр корисного застосування у різних сферах.

2.6 Програмне забезпечення для фотограмметричної обробки аерознімків

Популярними програмами для обробки аерознімків є:

Agisoft Metashape - професійний фотограмметричний комплекс для побудови ортофотопланів, 3D моделей, карт висот за аерознімками. Має модулі експорту даних.

Pix4D - хмарно орієнтований сервіс обробки даних БПЛА та аерозйомки. Дозволяє отримати широкий спектр геопросторових даних для подальшого аналізу.

ГІС програми (MapInfo, ArcGIS, QGIS) містять модулі інтеграції растрових зображень, у тому числі ортофотопланів, що дає змогу накладати векторні шари на аерознімки.

Також існують спеціалізовані фотограмметричні розширення для ГІС, які дозволяють безпосередньо виконувати обробку аерозйомки та отримувати похідні продукти в єдиному програмному середовищі.

Інтеграція даних аерофотозйомки та геоінформаційних систем відкриває широкі можливості для просторового аналізу та прийняття рішень на основі актуальної та детальної інформації про місцевість.

По-перше, на основі ортофотопланів можуть створюватися та оновлюватися топографічні карти великих масштабів з високою точністю.

По-друге, поєднання аерознімків, даних дистанційного зондування Землі та геодезичних вимірювань надає найповнішу інформацію про території для вирішення прикладних завдань.

По-третє, технології машинного навчання дозволяють на основі аерознімків автоматизувати процеси дешифрування, класифікації земного покриву, виявлення об'єктів заданого типу.

Отже потенціал використання даних аерофотозйомки в поєднанні з ГІС є дуже великим і може значно підвищити ефективність вирішення багатьох прикладних завдань.

РОЗДІЛ 3. АНАЛІЗ ТА ОПРАЦЮВАННЯ ДАНИХ МОНІТОРИНГУ ПРИБЕРЕЖНОЇ ЗАХИСНОЇ СМУГИ З ДОПОМОГОЮ БПЛА

3.1. Технології обробки та аналізу зображень і даних, отриманих за допомогою БПЛА

Існує цілий комплекс методів обробки та аналізу даних, отриманих за допомогою БПЛА під час моніторингу прибережної захисної смуги. Розглянемо основні із них:

  1. фототриангуляція. Після попередньої обробки знімків (згладжування шумів, корекція контрастності), виконується їх зшивка та ув'язка на основі ключових точок місцевості. Далі відбувається геоприв'язка моделі за допомогою наземних опорних точок з відомими координатами. Таким чином будується ортофотоплан та цифрова модель рельєфу;

  2. побудова моделі вегетаційного індексу (NDVI, EVI) на основі мультиспектральних знімків для оцінки стану рослинності прибережної смуги;

  3. дешифрування проводиться шляхом візуального аналізу зображень за допомогою ГІС-програм, накладання шарів карт та додаткової інформації про територію з метою ідентифікації об'єктів та характеру процесів у прибережній смузі;

  4. гіс-аналіз - інтеграція даних БПЛА і наземних вимірів в геоінформаційній системі для комплексного аналізу території;

  5. статистичний аналіз (розрахунок тенденцій, кореляційний аналіз тощо) динаміки показників стану узбережжя;

  6. вимірювання площ та об'ємів. На основі побудованої 3D-моделі можливо обчислення площ зсувів, ярів, підтоплених ділянок, об'ємів знесеного ґрунту тощо. Це дозволяє кількісно оцінити масштаби негативних процесів.


3.2. Інтеграція результатів моніторингу з БПЛА з наземними та супутниковими даними

Ефективний моніторинг прибережної території потребує комплексного аналізу даних дистанційного зондування з різних джерел. Розглянемо основні способи інтеграції результатів безпілотної зйомки з іншою інформацією.

  1. поєднання з супутниковими знімками оптичного та радарного діапазону для регулярного відстеження змін на значних протяжностях узбережжя;

  2. накладення результатів наземних досліджень (геологічних, геоботанічних, гідрометричних) для уточнення та перевірки даних аерозйомки;

  3. використання картографічних матеріалів та даних попередніх спостережень для оцінки динаміки змін прибережної смуги;

  4. обробка у єдиній геоінформаційній системі з можливістю комплексного аналізу різнорідної інформації та побудови тематичних карт і моделей;

  5. статистична обробка часових рядів даних моніторингу різного походження для виявлення закономірностей і трендів змін стану прибережжя;

  6. побудова профілів берегової смуги на основі поєднання даних цифрової моделі рельєфу з БПЛА та гідрологічних вимірів (глибин, швидкостей течії) для аналізу гідродинамічних процесів;

  7. верифікація результатів автоматизованої класифікації знімків БПЛА (виділення типів рослинності, об'єктів) шляхом порівняння з даними наземних досліджень рослинного покриву;

  8. поєднання мультичасових зйомок БПЛА з фенологічними спостереженнями (етапи розвитку рослинності) для оцінки впливу природних циклів та антропогенних чинників на динаміку рослинності прибережної смуги.


3.3. Візуалізація та представлення даних моніторингу прибережної смуги для розробки управлінських рішень

Ефективна візуалізація та представлення даних моніторингу прибережної території є важливим етапом для прийняття управлінських рішень щодо її охорони.

Основні способи візуалізації результатів:

  1. побудова карт-схем, графіків та діаграм, що демонструють динаміку зміни ключових показників стану прибережної смуги;

  2. створення 3D моделей та профілів прибережної території, що дають просторову характеристику процесів;

  3. картографування зон екологічних порушень, ерозійних процесів, деградації рослинності на основі даних БПЛА;

  4. фотореалістична візуалізація динаміки розвитку негативних процесів у прибережній зоні;

  5. інтерактивні ГІС-проекти, що поєднують дані дистанційного зондування, картографічну інформацію та результати наземних досліджень.

Для формування ортофотоплану ділянки річки планується використовувати програму Agisoft PhotoScan. Це програмне забезпечення призначене для створення тривимірних моделей за допомогою набору фотографій. Основні можливості PhotoScan включають вирівнювання знімків, створення хмари точок, генерацію тривимірної моделі, текстурування та створення ортофотопланів.

Запускаємо програму AgisoftPhotoScan та завантажуємо фотографії.



Рисунок 3.1 – Завантажені фотографії в програмі AgisoftPhotoScan

Погана якість фотографій може суттєво позначитися на точності вирівнювання. У програмі PhotoScan вирішується ця проблема завдяки функції автоматичної оцінки якості зображень, яка допомагає виявити та відокремити фотографії низької якості.


Рисунок 3.2 – Оцінка якості зображень



Рисунок 3.3 – Результат оцінки якості зображень
Вирівнювання набору фотографій - це процес вирівнювання положення та орієнтації кожного знімка відносно інших, з метою точного відтворення просторових взаємозв'язків між ними.



Рисунок 3.3 – Вирівнювання набору фотографій



Рисунок 3.4 – Результат вирівнювання набору фотографій

PhotoScan дозволяє створювати та відображати щільну хмару точок. Використовуючи розраховані положення камер, програма обчислює карти глибини для кожної камери та на їх основі формує щільну хмару точок.



Рисунок 3.4 – Налаштування побудови щільної хмари точок

Рисунок 3.5 – Результат побудови щільної хмари точок

3D-модель місцевості в програмі PhotoScan - це цифрове тривимірне подання рельєфу та об'єктів території, побудоване на основі стереопар знімків безпілотного аерофотознімання.



Рисунок 3.6 – Налаштування побудови 3D моделі

Рисунок 3.7 – Результат побудови 3D моделі

Текстурування 3D-моделі в програмі PhotoScan - це процес накладення фотозображення місцевості на поверхню тривимірної полігональної моделі рельєфу для надання їй реалістичного вигляду.



Рисунок 3.8 – Налаштування побудови текстури 3D моделі

Рисунок 3.9 – Результат побудови текстури 3D моделі

Тайлова модель в програмі PhotoScan - це растрове зображення місцевості у вигляді набору окремих фрагментів (тайлів), які при налаштуванні певного рівня деталізації об'єднуються в єдину картину території.



Рисунок 3.10 – Налаштування побудови тайлової моделі



Рисунок 3.11 – Результат побудови тайлової моделі

Побудова ортофотоплану в програмі PhotoScan - це процес трансформування оригінальних аерофотознімків в єдине зображення місцевості з усуненням спотворень, властивих невертикальній аерофотозйомці.



Рисунок 3.12 – Налаштування побудови ортофотоплану

Рисунок 3.13 – Результат побудови ортофотоплану

В результаті побудови ортофотоплану було виявлено, що берегова лінія частини річки Десна перебуває у звичному для її стані.
Висновки

У дослідженні проаналізовано ефективність застосування безпілотних авіаційних систем для спостереження за екологічним станом прибережної території на прикладі р. Десна.

Завдяки високій оперативності, маневреності, регулярності та інформативності зйомок БПЛА дозволяють суттєво підвищити якість моніторингу прибережних зон. Дані дистанційного зондування з дронів при їх інтеграції з наземними спостереженнями забезпечують комплексну характеристику стану прибережної смуги.

Запропоновано методичні рекомендації щодо застосування БПЛА для вивчення гідрологічного режиму Десни, стану її берегів та заплавних комплексів, оцінки антропогенного навантаження на природоохоронні об'єкти. Водночас використання дронів вимагає дотримання певних вимог безпеки та дозвільних процедур.

Таким чином, БПЛА є перспективним доповненням традиційних засобів моніторингу для оптимізації контролю екологічного стану прибережних територій та прийняття своєчасних управлінських рішень щодо запобігання їх деградації.

Крім того, результати дослідження підкреслюють значущість використання технологій безпілотної авіації в сучасному екологічному моніторингу. Впровадження БПЛА дозволяє отримувати дані з високою просторовою та часовою роздільною здатністю, що важливо для точного визначення змін в екосистемі прибережної зони.

Запропоновані методичні рекомендації стосовно використання дронів можуть бути важливим підґрунтям для розробки стратегій управління ресурсами водойм та прибережних територій. Комплексний підхід до збору та аналізу даних, забезпечений використанням БПЛА, сприяє глибокому розумінню взаємодії природних та антропогенних факторів, що впливають на екосистему р. Десна.

Важливо підкреслити, що успішна імплементація безпілотних авіаційних систем вимагає не лише технічної компетентності, але й узгодженої співпраці з відповідними органами регулювання та місцевою громадськістю. Тільки враховуючи всі аспекти, можна досягти максимальної вигоди від використання цих технологій у збереженні та охороні природних ресурсів.

Усе враховуючи, можна стверджувати, що використання БПЛА у моніторингу прибережних територій, зокрема р. Десна, відкриває нові можливості для наукового дослідження, ефективного управління та збереження екосистем, сприяючи сталому розвитку регіону.

Перелік посилань:

  1. Водний кодекс України: {Стаття 1 із змінами, внесеними згідно із Законами № 1990-III від 21.09.2000, № 2740-VI від 02.12.2010, № 4709-VI від 17.05.2012, № 5293-VI від 18.09.2012, № 1641-VIII від 04.10.2016; № 2079-IX від 17.02.2022}станом на 01.10.2023

  2. Основи дистанційного зондування Землі : історія та практичне застосування : навч. посіб. / С. О. Довгий, В. І. Лялько, С. М. Бабійчук, Т. Л. Кучма, О. В. Томченко, Л. Я. Юрків. — К. : Інститут обдарованої дитини НАПН України, 2019. — 316 с.

  3. Дорожинський О. Л., Тукай Р. Фотограмметрія: підручник. Львів:

Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2008. 332 с.

  1. Купріянчик І. П., Бутенко Є. В. Фотограмметрія та дистанційне

зондування: навч. посіб для студ. вищ. навч. закл. К.: МВЦ «Медінформ, 2013. 392 с.

  1. Про Державну службу України з питань геодезії, картографії та кадастру : Постанова Кабінету Міністрів України від 14.01.2015 № 15

  2. Шелковська І. М. Методичні вказівки щодо виконання розрахунково-графічних робіт з навчальної дисципліни «Фотограмметрія та дистанційне зондування» для студентів денної та заочної форми навчання за напрямом 6.080101 – «Геодезія, картографія та землеустрій» (у тому числі скорочений термін навчання). Кременчук, 2009. 26 с.

  3. Шульц Р.В. Аналіз методів та моделей калібрування наземних лазерних сканерів / Р. В. Шульц // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. — 2011. — вип.ІІ.— С. 128-133.

  4. Шульц Р.В. Теорія і практика використання наземного лазерного сканування в задачах інженерної геодезії : автореф. дис. на здобуття наук. Ступеня д-ра. техн. наук : 05.24.01 «Геодезія, фотограмметрія та картографія» / Р.В. Шульц. - Київ : КНУБА, 2012 р. — 36 с.

  5. Bae, К. On-site self-calibration using planar features for terrestrial laser scanners / K. Bae, D. Lichti // The international Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 36 (Part 3/W52) (12-14 Sep. 2007). — Espoo, Finland : 2007. — Р. 14-19.

  6. Reshetyuk, Y. Self-calibration and direct georeferencing in terrestrial laser scanning : Doctoral thesis in Infrastructure : Geodesy / Y. Reshetyuk. - Stockholm: Royal Institute of Technology (KTH), Department of Transport and Economics, Division of Geodesy, 2009. — 173 c.

  7. Козловський Л.М. Дистанційне методи в геокартуванні : навч. посіб. / Л.М. Козловський. – Дніпропетровськ : Національний гірничий університет, 2011. – 88 с.

  8. Дистанційне зондування з основами фотограмметрії : навчальний посібник / В.В. Білоус, С.П. Боднар, Т.М. Курач та ін. упоряд. Т.М. Курач. – К. : Київський університет, 2011. – 367 с.

  9. Дорожинський О.Л. Аналітична та цифрова фотограмметрія : конспект лекцій для студентів базового напрямку "Геодезія, картографія, землевпорядкування" / О. Л. Дорожинський. − Львів, 2000.− 80 с.

  10. Фотограмметрія. Методичні вказівки до лабораторних робіт для студентів спеціальності 6070900 «Землевпорядкування та кадастр» / Укл. А. Ф. Саєнко, І. В. Важенін, І. В. Чедявко. Харківський національний аграрний університет ім. В. В. Докучаєва. – Харків, 2002. – 23 с.

  11. Маркшейдерська справа : навч. посіб. / Ред. Антипенко Г.О. – Дніпропетровськ : НГУ, 2009. – 151 с.

  12. Обиралов А.И. Фотограмметрия / А. И. Обиралов, А. Н. Лимонов, Н. А. Гаврилова. – М. : Колос С, 2004. – 240 с.

  13. Lemmens M. The Fierce Rise of Airborne Lidar: A View on Status, Developments and Trends / Mathias Lemmens // GIM International. – 11.01.2017. [Електронне джерело] Режим доступу: https://www.gim-international.com

  14. Тревого І. Аналіз технологічних можливостей сучасних наземних лазерних сканерів / І. Тревого, А. Баландюк, А. Григораш // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва : зб. наук. праць. – Львів : НУ «Львів. політех.», 2010. – Вип. 1 (19). – С. 170–176.

  15. Глотов В. Технологічні особливості наземного цифрового знімання гідротехнічних споруд. [Електронний ресурс] / В. Глотов, Ю. Голубінка, Т. Ільків. – Електронні текстові дані. – Режим доступу: https://science.lpnu.ua/sites/default/files/journal-paper/2017/may/1734/gka71200938.pdf.

  16. QuickBird Imagery Products. Product Guide [Електронний ресурс]. – Електронні текстові дані. – Режим доступу: http://glcf.umd.edu/library/guide/QuickBird_Product_Guide.pdf,

  17. IKONOS Imagery Products Guide. [Електронний ресурс]. – Електронні текстові дані. – Режим доступа: http://www.geoeye.com/CorpSite/products/products/satellite-imagery/Default.aspx.

  18. Agisoft [Електронний ресурс] : офіційний сайт. – Електронні текстовідані. – Режим доступу: https://www.agisoft.com/.

  19. Pix4D [Електронний ресурс] : офіційний сайт. – Електронні текстові дані. – Режим доступу: https://www.pix4d.com/.

  20. Leica Geosystems [Електронний ресурс] : офіційний сайт. – Електронні текстові дані. – Режим доступу: http://www.leica-geosystems.com/en.

  21. Exelis Visual Information Solutions [Електронний ресурс] : офіційний сайт. – Електронні текстові дані. – Режим доступу: www.exelisvis.com/.

  22. Розробка та дослідження БПЛА для аерознімання [Електронний ресурс] / В. М. Глотов, А. В. Гуніна, В. Б. Колесніченко, О. В. Прохорчук, М. І. Юрків. – Електронні текстові дані. – Режим доступу: https://chmnu.edu.ua/wp-content/uploads/2021/01/6__1.pdf.

скачати

© Усі права захищені
написати до нас