UTILIZAREA DRONELOR FOLOSITE CA INSTRUMENTE DE MĂSURARE APLICATE ÎN FOTOGRAMMETRIE [309678]

CAPITOLUL I. ETAPELE ACTUALE CONȚINÂND UN SCURT ISTORIC ÎN DOMENIUL TEHNOLOGIILOR MODERNE DE MĂSURARE APLICATE ÎN FOTOGRAMMETRIE

1.1 Scurt istoric

Pentru a înțelege cât mai bine evoluția fotogrammetriei și a metodelor aplicate de aceasta este necesară o incursiune în istoria ei destul de îndelungată.

Perioada premergătoare apariției fotogrammetriei

În jurul anului 300 î.c., [anonimizat], definind lumina ca fiind o calitate nu o [anonimizat] a fost ea considerată mult mai târziu. Aristotel a observat că unele obiecte au o rată de transparență dar care se manifestă doar în prezența luminii. Astfel, el a [anonimizat].

În secolul XI (în anul 1038), [anonimizat], enunță și explică principiul camerei obscure (figura 1.1). El construiește o cameră obscură pe care o utilizează la observarea eclipselor de soare.

Figura 1.1 – Principiul și schema camerei obscure realizată de matematicianul Al Harez în anul 1038

Plecând de la principiile enunțate în anul 1038, camerele obscure au fost îmbunătățite continuu și au fost utilizate o perioadă îndelungată de timp.

În anul 1490, Leonardo da Vinci descrie în detaliu principiile care stau la baza camerei obscure ([anonimizat]).

În anul 1492 Leonardo da Vinci a început să pună bazele proiecțiilor perspective (centrale) utilizând pentru aceasta invenția sa care se numea „Lanterna Magică” [Gruner, 1977]. Principiile geometriei perspective și cele ale geometriei proiective enunțate de către Leonardo da Vinci stau la baza dezvoltării teoriei fotogrammetrice.

Mulți dintre artiștii contemporani lui Leonaro da Vinci au contribuit la înțelegerea geometriei proiective prin prisma graficii realizată în perspectivă.

[anonimizat] i-au continuat munca în a dezvolta partea matematică a geometriei perspective. Astfel, în anul 1525, Albrecht Düerer, utilizând legile perspectivei, a construit un instrument (figura 1.2) ce a putut fi utilizat pentru a crea un desen cu adevărat realizat în perspectivă [Gruner, 1977].

Figura 1.2 – [anonimizat] 1666, [anonimizat], atunci când străbate o [anonimizat]: roșu, orange, galben, verde, albastru, indigo și violet (figura 1.3). Cu ajutorul unei a [anonimizat]. Dispozitivul construit de Newton pentru descompunerea luminii albe solare trece lumina printr-o fantă, evidențiind succesiunea culorilor.

Figura 1.3 – [anonimizat] 1759, în Tratatul „Perspectiva Liber” (Perspectiva liberă), a dezvoltat principiile matematice ale imaginii perspective utilizând retrointersecția spațială pentru a găsi un punct în spațiu din care se poate realiza imaginea. J. H. Lambert a fost primul care a emis o [anonimizat] (în anul 1827).

Raportul dintre geometrie și fotogrammetria proiectivă a [anonimizat] R. Sturms și Guido Hauck în anul 1883, în Germania [Doyle, 1964] (figura 1.4).

Figura 1.4 – Perspectiva fotogrammetrică așa cum a fost demonstrată de Hauck

Primele ridicări fotogrammetrice datează de la mijlocul secolului trecut, fiind condiționate de apariția și dezvoltarea fotografiei.

Odată cu publicarea, în 1851, de către Skott Archer a modului de obținere a imaginii fotografice prin procedeul coloidului umed (stratul fotosensibil se prepară și se întinde pe placa de sticlă înainte de fotografiere, iar expunerea și developarea se face în timpul cât stratul sensibil este umed) s-a deschis posibilitatea de aplicare a fotografiei în numeroase ramuri ale științei și tehnicii, inclusiv în domeniul măsurătorilor terestre.

Termenul de fotogrammetrie a fost creat de către geograful german Otto Kersten, împreună cu inginerul constructor german Albrecht Meydenbauer și a fost utilizat pentru prima oară în anul 1867, ca titlu al unui articol semnat și publicat de către cel de al doilea în „Jurnalul Societății de Arhitectură din Berlin” (Wochenblatt des Architektenvereins zu Berlin).

În românește, termenul a fost preluat din franceză (photogrammétrie) și își are originea în compunerea cuvintelor din limba greacă: phos-lumină, gramma-înregistrare și metron-măsură.

Prin definiția dată de Societatea Americană de Fotogrammetrie și Teledetecție (ASPRS-American Society for Photogrammetry and Remote Sensing), în anul 1987: fotogrammetria este denumită ca fiind: „arta, știința și tehnologia de a obține informații fiabile despre obiecte fizice și mediul înconjurător, prin intermediul proceselor de înregistrare, de măsurare și de interpretare a imaginilor și a modelelor fotografice, a energiei electromagnetice radiante și a altor fenomene”.

În Manualul de fotogrammetrie, ediția a IV-a, publicat de ASPRS în anul 1980, termenul de „artă” atribuit fotogrammetriei este explicat prin faptul că informațiile obținute prin metode fotogrammetrice se datorează experienței specialiștilor din domeniu, care execută lucrările respective.

Fotogrammetria poate fi considerată, de asemenea, ca ansamblu al metodelor geometrice, matematice și fizice care utilizează imaginea 3D a unui obiect fizic sau a mediului înconjurător pentru a-l transpune în spațiul 2D (sub formă de plan sau hartă) sau 3D (în cazul exploatării analitice sau digitale) prin reconstituirea fidelă și fiabilă a obiectului și/sau a spațiului real.

Primul care a venit cu idea folosirii fotografiilor aeriene ale suprafeței terestre în scopuri topografice a fost fotograful francez Gaspar Felix Tournachon, denumit și Nadar, care în anul 1858 obține prima fotografie aeriană dintr-un balon captiv de la înălțimea de 80 de metri deasupra Parisului (imaginea de mai jos).

Figura 1.5. Gaspar Felox Tournachon deasupra Parisului

Folosirea acestui procedeu în aer s-a dovedit mai complicată decât pe pământ și de aceea dezvoltarea aerofotogrammetriei s-a produs abia după o jumătate de secol.

În timp se dezvoltă tehnicile și tehnologiile fotografice atât pe linia fixării imaginii cât și a opticii fotografice.

În 1871 se descoperă metoda de fabricație a emulsiei sensibile cu strat uscat de bromură de argint și gelatină. Aceasta putea fi folosită pentru fotografii instantanee și nu necesita o expunere îndelungată, lucru important în cazul fotografiei aeriene.

În 1887 – 1889 s-au creat posibilități ca suportul emulsiei să nu mai fie sticla ci peliculele de celuloid, cu impact direct asupra dezvoltării fotografiei aeriene și a aerofotogrammetriei.

La sfârșitul secolului XIX s-au construit camere fotografice multiple de preluare a fotografiilor aeriene din baloane dirijabile denumite panoramograf, printre care cele construite de Thiele, Cailletet și Tribaule, Scheimpflung, Templer etc.

Cu toate experiențele izolate, mai mult sau mai puțin reușite, aerofotografierea nu s-a dezvoltat până la apariția avionului, care a permis transportul rapid, comod și ieftin a camerei fotoaeriene deasupra suprafeței de ridicat.

Dezvoltarea aviației în deceniul 2 al secolului XX a dus la succese în aerofotogrammetrie. Experimentările în folosirea avionului la ridicări fotoaeriene încep înainte de primul război mondial, când este folosită fotografia aeriană în operațiunile militare de recunoaștere.

După primul război mondial metodele de ridicare fotoaeriană se extind continuu. Folosirea avionului a impus folosirea unui timp de expunere mic.

Aceasta a impus la rândul său construirea unor obiectivi cu luminozitate mare, lipsiți pe cât posibil de distorsie, cu obturatoare care să funcționeze rapid și sigur, precum și a unor dispozitive mecanice de acționare a camerei în timpul lucrului.

Dintre principalele camere aeriene construite și folosite, cele mai importante sunt RMK, MRB (Germania), RC-5 (Elveția), AFA (U.R.S.S.), Santoni (Italia), T 11 (S.U.A.) și SOM (Franța). Aceste aparate construite în prezent în variante moderne, reflectă orientarea către folosirea tehnicilor și tehnologiilor moderne digitale pentru determinarea pe cale automată a datelor necesare prelucrării fotogramelor, precum și realizarea unor mecanisme automate de transmisie și comandă.

În țara noastră, dezvoltarea ridicărilor aerofotogrammetrice este legată de apariția aviației. Între anii 1910 – 1914 s-au făcut experimentări ale fotografiei din avion folosind avioanele construite în țara noastră și cele cumpărate din străinătate. Pregătirile pentru primul război mondial orientează și fotografia aeriană pentru folosirea în scopuri militare.

Astfel primele lucrări de ridicare fotoaeriană din avion s-au făcut în aprilie 1916, de către serviciul fotoaerian creat în cadrul flotilei de aviație de la Cotroceni, utilizând la început camere fotoaeriene simple, construite din lemn, de formatul 9×12 cm.

În august 1916 acest serviciu s-a dezvoltat prin înființarea a 6 secții fotoaeriene afectate escadrilelor de aviație care erau dislocate la Tâlmaci, Brașov, Murfatlar, Piatra Neamț, Cotroceni și una mobilă. La început nu s-au obținut rezultate notabile datorită lipsei de experiență. Ulterior, în timpul refacerii trupelor din Moldova, s-au adus aparate și materiale fotografice noi, precum și un laborator cu care au fost înzestrate secțiile fotoaeriene.

S-a început o activitate intensă al cărei randament a fost apreciat în luptele de la Mărășești, când s-au cunoscut înainte de începerea luptelor tipul și felul organizării inamice.

În timpul primului Război Mondial, Serviciul Geografic al Armatei și celelalte secții fotoaeriene trimiteau pe front hărțile topografice completate cu date despre inamic folosind în acest scop fotografiile aeriene.

În urma experienței căpătate, ofițerii în rezervă (ingineri silvici) Aurel Cernătescu și Victor Ivănceanu întocmesc în 1918 un „Studio asupra restituirii fotografiilor aeriene” în care se prezentau mijloacele folosite în exploatarea conținutului fotografiilor aeriene.

Prin conferințe și publicații este propagată ideea aplicării ridicărilor fotoaeriene în întocmirea de planuri și hărți.

În unele instituții superioare de învățământ sunt introduse noțiuni de fotografie aeriană.

În mod sporadic s-au făcut încercări de aplicare a ridicărilor fotoaeriene și în scopuri civile. Astfel în 1924 s-a create o „Diviziune de cadastru aerian” pe lângă Direcțiunea Aviației Civile, care pentru prima dată în țara noastră utilizează fotografia aeriană în lucrări de măsurători terestre pentru nevoi civile. Primele lucrări ale acestui serviciu au fost executarea unor fotoasamblaje pentru întocmirea planului de sistematizare a orașelor Bacău și Curtea de Argeș.

Aceiași specialiști au executat ulterior planul fotografic al Aeroportului Băneasa, prima lucrare la noi în țară întocmită pe baza premarcajului pe teren a punctelor de triangulație și a reperilor fotogrammetrici.

Publicațiile de specialitate care apar în perioada 1924 – 1926 sunt: Metrofotografia, Studiul fotografiei aeriene, Stereoscopia și aerofotografia de cpt. Gonta Constantin și Fotografia aeriană a locotenentului aviator Iacobescu Gheorghe.

În anul 1926 a avut loc la Berlin al doilea congres al Societății Internaționale de Fotogrammetrie la care au participat și delegați din România. Congresul I a avut loc în 1913 la Viena, unde se fondase în anul 1907 prima „Societate Națională de Fotogrammetrie”.

Raportul făcut de delegați conducerii armatei aatras atenția asupra diverselor aplicații ale aerofotogrammetriei și al avantajelor pe care le prezintă, mai ales în actualizarea hărții.

În anul 1929 s-a înființat o secție fotogrammetrică pe lângă Direcția Superioară a Aeronauticii și o secție fotogrammetrică pe lângă Direcția Cadastrului Minier. Personalul angajat a fost pregătit teoretic și practic pentru lucrări de restituție timp de un an de către specialiști aduși din străinătate, iar după aceea o parte din ingineri au fost trimiși în străinătate pentru perfecționare la Dresda, Berlin, și Jena (Zeiss).

Secțiile de fotogrammetrie din cadrul Direcției Cadastrului Minier și din cadrul Direcției Aeronauticii au executat în perioada 1929 – 1937 o serie de lucrări care au demonstrat avantajele metodei.

După 1950, cerințele impuse inițial de aderarea la Tratatul de la Varșovia și apoi de cooperativizarea agriculturii și ulterior de industrializarera socialistă au impus întocmirea într-un timp scurt a unui mare volum de ridicări topografice.

Această situație a ridicat în mod serios problema creării de noi sectoare fotogrammetrice și înzestrarea acestora cu aparatură modernă de înaltă productivitate.

Fostul „Institut Geografic Militar” s-a transformat în „Direcția Topografică Militară” în cadrul căreia a luat ființă o unitate aerofotogrammetrică. Pentru zbor s-a înființat „detașamentul aerofotogrammetric”, care a reușit ca într-un timp scurt să execute aerofotografierea întregului teritoriu al țării la diferite scări, pentru realizarea hărților și planurilor de localități și ulterior pentru actualizarea periodică a acestora.

De remarcat aerofotografierile executate în perioada 1950 – 1952 pentru întocmirea și actualizarea hărții țării la scara 1:25.000, din perioada 1959 – 1962 pentru întocmirea hărții de bază la scara 1:50.000 și din perioada 1970 – 1974 pentru întocmirea hărții de bază la scara 1:25.000.

Începând cu 1980 s-au executat aerofotografieri pentru realizarea planurilor localităților la scara 1:5.000 și 1:10.000 și din 1985 pentru actualizarea periodică, la interval de 5 ani, a hărții de bază la scara 1:50.000 pe întreg teritoriul țării.

În anul 1997, în conformitate cu prevederile Legii cadastrului și publicității imobiliare nr.7/1996, s-a înființat Oficiul Național de Cadastru, Geodezie și Cartografie (ONCGC), instituție publică în subordinea Guvernului României sub directa coordonare a Primului Ministru, care îndrumă, controlează și realizează activitatea de geodezie, fotogrammetrie, teledetecție, cartografie și cadastru la nivelul întregii țări. În subordinea Oficiului Național de Cadastru, Geodezie și Cartografie funcționează Institutul de Geodezie, Fotogrammetrie, Cartografie și Cadastru precum și 42 de Oficii de Cadastru, Geodezie și Cartografie județene și cel al municipiului București.

În 2002 – ONCGC trece în subordinea Ministerului Administrației și Internelor iar din 2004 se înființează Agenția Națională de Cadastru și Publicitate Imobiliară (ANCPI) prin reorganizarea ONCGC și preluarea activității de publicitate imobiliară de la Ministerul Justiției.

1.2. Drona, o nouă tehnologie modernă și evoluția ei în România

Măsurătorile topografice ofereau, în urmă cu câțiva ani, informații legate de suprafața, vecinătățile și deschiderile unui teren. În momentul de față, tehnologia permite obținerea unor date mult mai complexe, ce constau în prelucrarea imaginilor în format digital, accesibile tuturor persoanelor interesate de acest domeniu. Acest proces poate fi realizat cu ajutorul unei drone.

Figura 1.6 Drona folosită în cercetare model Parrot Bebop

Noua tehnologie oferă proprietarilor de terenuri sau clienților interesați de astfel de achiziție: metode simple prin care cu ajutorul ortofotoplanurilor aceștia pot obține informații clare și obiective despre o anumită zonă. Nu oricine putea avea acces la astfel de date până acum, procedurile fiind extrem de costisitoare, deoarece metodele clasice implicau zborul de avioane încărcate cu echipament de fotogrammetrie sofisticat. Din cauza costurilor, materiale de acest tip erau disponibile doar marilor companii sau instituțiilor cu bugete generoase.

Ortofotoplanurile sau hărți foto, care prezintă detaliat situația unui teren, sunt adesea confundate cu clasicele imagini aeriene, însă specialiștii atrag atenția că este o mare diferență între cele două: ortofotoplanul este o hartă, iar în orice punct am privi imaginea este perfect perpendiculară, datorită softului ce corectează fiecare imagine (proces numit ortocorecție). În schimb, pe o imagine aeriană nu s-ar putea face măsurători, iar imaginea nu este perpendiculară în orice punct, astfel că vom vedea și clădiri din lateral.

„Ortofotoplanurile sunt hărți foto cu un avantaj major: prezintă situația din teren din momentul prezent. Cu ajutorul sistemului nostru putem produce ortofotoplanuri și modele digitale de elevație, acestea din urmă fiind reprezentarea digitală a topografiei terenului – practic, fiecare pixel conține o coordonată în trei dimensiuni. Pe ortofotoplanuri poți măsura cu precizie coordonatele, suprafețele, distanțele, perimetrele și unghiurile (practic, orice măsurătoare în două dimensiuni) iar pe modelul digital de elevație (DEM) poți măsura înălțimi, volume, pante, profile de teren (terenul în secțiune), linii de contur” (Lucian Vuicin, 2013).

Astfel de măsurători oferă informații valoroase și eficientizează activitatea celor care au nevoie de planuri detaliate ale unei anumite zone, fiind utile în nenumărate domenii, de la arhitectură și construcții, până la agricultură, transporturi sau turism. În timp ce companiile din mediul privat se folosesc de tehnologiile prezentului, autoritățile de la noi sunt încă reticente și continuă să aloce un buget similar unor sisteme vechi de zeci de ani.

Întregul proces de preluare de datelor pare desprins dintr-un film SF al secolului trecut.

Ceea ce în urmă cu câteva decenii părea o idee fantezistă, astăzi este o realitate cotidiană: măsurătorile se realizează cu ajutorul unui aparat de zbor fără echipaj uman, denumit „dronă”, care se deplasează autonom, conform unui plan de zbor prestabilit. Pentru o acuratețe centimetrică, înaintea zborului pe zona țintă se stabilesc niște puncte de control, măsurate cu aparatură topo, care apoi se marchează. Aceste markere trebuie să apară în imagini pentru că în faza de procesare coordonatele acestora se declară softului ca și etalon, explică specialiștii.

Se determină zona țintă și se creează planul de zbor, care se încarcă în autopilot;

În timpul zborului, drona capturează imagini care se suprapun 70% una peste cealaltă și înregistrează poziția geografică a fiecărei capturi;

După aterizare, se downloadează imaginile și datele din autopilot, după care se corelează, cu ajutorul unui soft de pre-procesare;

Procesarea imaginilor se face cu ajutorul unor programe de ultimă generație și implică trei pași importanți: alinierea imaginilor cu ajutorul punctelor comune între acestea (rezultatul fiind un nor de puncte); reconstrucția geometrică prin care se calculează poziția tridimensională a fiecărui punct (rezultatul fiind un model tridimensional); exportarea rezultatelor în formate compatibile cu softurile de analiză/proiectare;

Sistemul este eficient pentru suprafețele sub 100 kmp și, fiind de înaltă rezoluție, oferă o calitate inaccesibilă pe piața civilă, până acum. Beneficiile incontestabile ale acestei metode de măsurare sunt date de calitatea și cantitatea datelor topografie, precum și înalta rezoluție a hărții foto. Cu metodele de măsurare topo clasice, pentru a obține astfel de cantitate și calitate de date (dar fără imagini) pentru 1 kilometru pătrat, ar fi nevoie ca stația GPS să fie pusă în aproximativ 10 milioane puncte, ceea ce este imposibil, subliniază specialiștii.

1.3 Funcția de autopilotare a unui multicopter

1.3.1 Introducere

Pentru a oferi o înțelegere intuitivă a multicopterelor, figura 1.7 prezintă combinația și conectarea unui sistem la multicopter. După cum se arată în figură 1.7 transmițătorul RC, receptorul RC, pilotul automat (cunoscut și sub denumirea de regulator de zbor), receptorul GPS și stația de comandă la sol (GCS) aparțin sistemului de comandă și control. Mai mult decât atât, un sistem multicopter include sistemul de acostare și sistemul de propulsie.

Figura 1.7 Componentele unei drone

1.3.2 Bateria

Bateria este utilizată pentru a furniza energie motoarelor multicopterului. O problemă de multe ori întâlnită la acestea este timpul de aduranță, deoarece este puternic dependent de capacitatea bateriilor. Acum, există mai multe tipuri de baterii: LiPo (Lithium Polymer), NiMH acestea sunt cele mai frecvent utilizate, datorită performanțelor superioare și a prețului scăzut.

Figura 1.8 Baterie multicopter

1.3.2.1 Parametrii bateriei

Parametrii de bază ai bateriei includ tensiunea, capacitatea de descărcare, rezistența internă și rata de descărcare.

Tensiunea nominală a unei singure celule a bateriei LiPo este de 3,7V; când este complet încărcată ea poate atinge 4,2V. Pentru a se asigura capacitatea și tensiunea bateriei, se pot adăuga mai multe celule ce pot fi asamblate împreună. Într-un proces real, tensiunea rămasă este scăzută treptat odată cu descărcarea bateriei. Conform acestor dată precizate în stadiul final de descărcare tensiunea poate scădea brusc, ceea ce poate duce la pierderea rapidă a împingerii de la sol a multicopterului. Pentru a asigura că un multicopter are suficientă putere de a se întoarce acasă înainte ca bateria transportată să rămână fără curent, trebuie să setăm un prag de tensiune optim pentru baterie. În plus, tensiunea de ieșire va scădea pe măsură ce curentul de descărcare va fi crescut din cauza unei tensiuni mai mari alocate rezistenței interne. Trebuie remarcat faptul că bateria nu trebuie descărcată complet, deoarece putem risca o deteriorare a acesteia ireversibilă.

1.3.2.2 Capacitatea bateriei

Capacitatea bateriei este măsurată în „mAh” sau amper oră „Ah”. Acesta este un indice tehnic ce arată cât de mult este încărcătura electrică dintr-o anumită baterie. De exemplu capacitatea de 3000 mAh a unei baterii LiPo semnifică faptul că descărcarea bateriei va dura o oră la 3000 mA (curentul consumat de dronă), atunci când tensiunea unei singure celule este scăzută de la 4,2 la 3,0 V. Cu toate acestea capacitatea de descărcare va fi scăzută împreună cu procesul de descărcare, iar tensiunea de ieșire va scădea. Ca rezultat, capacitatea rămasă nu este o funcție liniară a timpului de descărcare. În practică există două modalități de a detecta dacă capacitatea rămasă a unei baterii poate susține zborul:

Detectarea tensiunii bateriei de către senzori în timp real;

Estimarea valorii de încărcare a bateriilor.

1.3.2.3 Rezistența

Rezistența unei baterii nu este o valoare constantă și variază în funcție de starea de alimentare și durata sa de viață. Rezistența unei baterii reîncărcabile este relativ mică în starea inițială, cu toate acestea după o perioadă îndelungată de utilizare datorită epuizării electrolitului și a scăderii activității substanței chimice a acesteia, rezistența internă va crește treptat până la o anumită măsură în care energia din baterie nu poate fi eliberată, urmând ca aceasta să nu mai poată funcționa.

1.3.2.4 Densitatea energiei bateriei

Densitatea de energie este cantitatea de energie stocată într-un anumit sistem sau regiune de spațiu, aceasta fiind denumită în final energie specifică. În general unitățile pentru densitatea energetică și pentru energia specifică sunt (Watt x Oră)/sau Wh/kg. Bateriile cu o densitate mai mare de energie sunt mai populare datorită contradicției dintre volumul (greutate) și rezistență pentru un produs specific. Bateria litiu-ion devine din ce în ce mai populară și este utilizată pe o scară largă în multe aplicații. Densitatea acesteia este de două ori mai mare decât cea de NiMH adică de la 240 la 300 Wh/KG.

1.3.3 Capacitățile dronei de autopilotare

Pilotul automat al multicopterului este un sistem de control al zborului folosit pentru a controla altitudinea, poziția și traiectoria unui multicopter. Poate fi semi-automat (necesită comenzi de la maneta de control) sau complet automat. Pilotul automat are un cadru de control care se bazează deseori pe controllere PID, lăsând parametrii să fie reglați pentru diferite tipuri de multicoptere.

1.3.3.1 Componente

Pilotul automat al multicopterului poate fi divizat în două componente, cea software și cea hardware. Componenta software este utilizată ca fiind creierul nulticopterului și este utilizat pentru a trimite informația, în schimb componenta hardware în general are următoarele componente:

Receptor GPS – utilizat pentru a obține locația multicopterului;

Unitate de măsurare a inerției (IMU) – include: accelerometru cu trei axe, giroscop cu trei axe și busolă electronică. Este folosită pentru a obține informații despre altitudinea unei drone. În general, IMU cu șase axe este combinația dintre un accelerometru cu trei axe și a unui giroscop cu trei axe; un IMU cu nouă axe este combinația unui accelerometru cu trei axe, a unui giroscop cu trei axe și a unui magnetometru cu trei axe și o a zecea axă este combinația unui IMU cu nouă axe și a unui barometru;

Senzor de înălțime – barometrul și aparatul de căutare cu ultrasunete sunt folosite pentru a obține înălțimea absolută (altitudinea) și înălțimea relativă (distanța față de sol);

Procesorul – acționează ca o platformă pentru a primi informații și a rula algoritmi pentru a produce comanda de control;

Interfața – acționează ca o punte între procesor și celelalte dispozitive, cum ar fi senzorii și maneta de control.

1.3.3.2 Funcții

Percepția. Este folosită pentru a rezolva problema locației. Receptorii GPS, IMU și senzorii de înălțime pot avea anumite turbulențe de comunicare, iar rata lor de reîmprospătare diferă. De exemplu, rata de reîmprospătare a receptorului GPS este de 5 Hz, în timp ce rata de reîmprospătare a accelerometrului poate fi de 1000 Hz. O sarcină în plus a pilotului automat este aceea de a îmbina aceste informații împreună pentru a obține o poziție și o altitudine exactă;

Controlul. Controlul există pentru a putea rezolva problema „modului în care multicopterul zboară într-o poziție dorită”. În funcție de poziția și altitudinea măsurată, procesorul generează comenzi transmise motoarelor multicopterului pentru a putea obține poziția dorită;

Decizia. Se referă viteza de reacție raportată la unitatea de timp, între panoul de control (telecomandă, tabletă, PC, etc) și multicopter. Acestea acționează în mod diferit ținâdu-se cont de următorii factori:

Factori climatici și anume:

Temperatura

Umiditatea

Viteza vântului

Factori fizici reprezentați de interacțiunea dintre panoul de comandă și multicopter, influențată de frecvența emițătorului.

1.3.4 Autopilot cu sursă deschisă

În prezent, există foarte multe aplicații de autopilotare a multicopterelor ce includ totodată și plăcile de comandă.

Tabel 1.1 „Website-uri pentru aplicația de autopilot”

Figura 1.9 Plăci de comandă

1.3.5 Radiotelemetrie

Radiotelemetria se referă la utilizarea tehnologiei de procesare digitală a semnalului (DSP) pentru a transmite date cu o precizie ridicată prin tehnologia radio.

Spre deosebire de radiotelemetria analogică, ce este alcătuită din model și stația de modulare analogică, temeletria digitală prin radio oferă o interfață transparentă RS232 a cărei viteze de transmisie este de 19,2 Kbps. Aceasta este capabilă să trimită și să primească date în mai puțin de 10 ms. Datele transmise cuprind:

Intensitatea câmpului

Temperatura

Tensiunea

Statisticile de eroare

Gestionarea rețelei.

Ca mijloc de comunicare telemetria radio are o arie specifică de aplicații. În anumite condiții speciale, aceasta poate furniza transmisii de date în timp real și fiabil. Tehnologia radiotelemetriei este potrivită pentru orice mediu geografic deoarece are costuri reduse de instalare și întreținere.

Un capăt al telemetriei radio este conectat la un software GCS, iar celălalt capăt este conectat la multicopter. Comunicarea dintre acestea două se realizează utilizând anumite protocoale de comunicare bidirecționale ale acestora.

Figura 1.10 Software GCS

Protocolul de comunicare este numit și regulamentul de comunicare, referindu-se la convenția de trasmitere a datelor de ambele părți. Convenția include reguli uniforme privind formatul de date, metoda sincronă, rata de transmisie, procedura, verificarea erorilor și corectarea și definirea caracterelor de control, ce trebuie înregistrate de ambele părți ale comunicării. Se mai numește totodată și regulamentul de control al legăturilor.

Formularea protocolului de comunicare este avantajos în separarea GCS-ului și a autopilotului, atâta timp cât se respectă protocoalele de comunicare, aplicația GCS poate fi compatibilă cu diferite surse libere de autopilot.

Protocolul de comunicare MAVLink reprezintă o bibliotecă de fișiere ce este proiectată pentru drone și pentru aeronavele de mici dimensiuni. Acesta se bazează pe Licența Publică Generală și poate încorpora eficient structura datelor C printr-un port serial de transmitere a pachetelor de date către GCS. Acest protocol de comunicare este testat pe o scară largă cum ar fi:

– PX4

– APM

– Parrot AR.Drone.

De exemplu aplicația Openpilot adoptă protocolul UAVTalk pentru a comunica cu GCS-ul.

1.3.6 Concluzii

Compoziția unui multicopter poate sprijini zborul complet autonom al unui multicopter. Pentru multicopterul pilotat semi-autonom, unele componente pot fi eliminate, cum ar fi giroscopul și receptorul GPS.

Pentru a alege componente mai bune și pentru a îmbunătăți performanța sau a afla cauzele eșecului, este necesar să avem o înțelegere mai profundă și cuprinzătoare a multicopterelor. De exemplu, prin ajustarea parametrilor de control al vitezei și alegerea elicelor adecvate, performanța zborului poate fi îmbunătățită; luând în considerare compatibilitatea modului de control al vitezei motoarelor, unele accidente pot fi evitate.

1.4 Elemente de fotogrammetrie și aerofotogrammetrie

O prezentare sintetică a stadiului actual de dezvoltare a fotogrammetriei și teledetecției, pe baza realizărilor cunoscute până în prezent, permite aprecierea realistă a posibilităților și limitelor acestui mijloc de investigare. Revista americană de specialitate, denumită „Photogrammetric Engineering and Remote Sensing” definește fotogrammetria astfel: „ Fotogrammetria este arta, știința și tehnologia de obținere a informațiilor sigure despre obiecte fizice și mediul înconjurător prin prelucrarea înregistrărilor, măsurarea și interpretarea imaginilor fotografice, a metodelor de energie radiantă electromagnetică și a altor fenomene”.

O teorie mai generalistă a fotogrammetriei spune că aceasta este știința care se ocupă cu obținerea datelor de bază sub forma fotogramelor, recunoașterea și identificarea înregistrărilor obiectelor, determinarea formei și dimensiunilor acestora și materializarea rezultatelor sub formă analogică, dar și sub formă digitală.

În mare parte, obiectivul fotogrammetriei este acela de a studia proprietățile geometrice și fizice ale reprezentărilor metrice, cu ajutorul fotogramelor exploatate separat sau în cuple stereoscopice, denumite stereograme.

Scopul fotogrametriei este efectuarea determinărilor metrice riguroase, în plan și spațiu, asupra unui obiect oarecare, cum ar fi suprafața Pământului, un fenomen meteorologic sau morfologic, o construcție sau un element al construcției supus deformării, folosind înregistrările acestora.

O aplicație convențională a fotogrammetriei este elaborarea de hărți topografice cu curbe de nivel, bazate pe măsurători și informații obținute de pe fotografii aeriene și spațiale cu instrumente analogice optice, dar și cu calculatoare analitice.

Fotograma este o fotografie specială (metrică) pe care se pot executa măsurători de precizie. Ea este aptă pentru măsurători și reconstituiri, atunci cînd se cunosc elementele funcție de pe care se poate reconstitui fasciculul de raze (din spațiul obiect) ce a dat imaginea.

Aceste elemente ce definesc poziția fotogramei față de centrul ei de perspectivă se numesc elemente de orientare interioară. Ele sunt:

distanța principală, numită și constanta camerei, adică distanța de la centrul de proiecție O la planul imaginii (fotogramei);

punctulprincipalH, adicăproiecțiacentruluideperspectivăOpeplanulfotogramei.

Pentru o perfectă cunoaștere a perspectivei este necesar să se cunoască și distorsiunile (curba), însă din punct de vedere practic acestea sunt eliminate în procesul de prelucrare a imaginilor fotogrammetrice.

Din punct de vedere practic, distanța principală se asimilează cu distanța focală F, iar punctul principal cu punctul mijlociu M ce se găsește la intersecția indicilor de referință (simetrici) h h' și v v' ai fotogramei ce se pot găsi la mijlocul laturilor (figura 1.7) sau la colțuri.

Figura1.11 Fotograma

Fotointerpretarea constă în identificarea pe fotodocumente a elementelor și fenomenelor referitoare la teren (elemente topografice, planimetrie, de relief, vegetație, hidrografie, etc.). Procesul de studiere și de culegere a informațiilor necesare identificând diferitele caracteristici artificiale și naturale este numit fotointerpretare. Fotointerpretarea este știința localizării, descrierii și determinării obiectelor dintr-o imagine fotografică.

Spre deosebire de o hartă, trăsăturile de pe o fotografie aeriană nu sunt generalizate sau reprezentate prin simboluri. Aerofotogramele înregistrează toate caracteristicile vizibile pe suprafața Pământului dintr-o perspectivă globală.

Deși caracteristicile spațiului obiect sunt vizibile, ele nu sunt întotdeauna ușor de identificat. Cu o interpretare atentă, aerofotogramele sunt o excelentă sursă de date spațiale pentru studiul mediului înconjurător.

Factorii importanți la identificarea unor trăsături sunt: forma, modelul (pattern), mărimea, culoarea sau tonul, umbra, textura, asocierea, timpul și perspectiva stereoscopică.

Forma unui obiect pe o fotografie aeriană ajută la identificarea obiectului. Formele uniforme regulate adesea indică o intervenție umană. Modelul este similar cu forma, aranjarea spațială a obiectelor (de exemplu rândul de culture față de pășune) este de asemenea util pentru a identificarea unui obiect și a utilizării lui. Mărimea este o măsură a suprafeței obiectului. Caracteristicile culorii unui obiect față de alte obiecte pe fotogramă: spre exemplu nisipul are un ton deschis strălucitor, în timp ce apa, de obicei, are un ton închis. O umbră furnizează informații despre înălțimea obiectului, forma și orientarea. Textura furnizează informații despre caracteristicile fizice ale obiectului, etc.

Fotointerpretarea se întemeiează pe studiul caracteristicilor imaginii fotografice. În mod curent acestea sunt cuprinse în două mari grupe: caracteristici calitative și caracteristici cantitative. Cele calitative sunt acelea care nu se masoară în sens uzual al cuvântului, dar pot fi evaluate subiectiv: textura, modelul, tonul și forma. Fotointerpretarea calitativă poate fi ajutată cu chei, teste și ghizi. Caracterisitcile cantitative sunt acelea care pot fi măsurate în accepțiunea largă a cuvântului ca: suprafețe, distanțe, unghiuri verticale sau orizontale, înălțimi și diametre de coronae, ca și gradul de acoperire a terenului.

Aceste caracteristici pot fi bine valorificate în procesul de fotointerpretare dacă se cunosc foarte bine obiectele de fotointerpretat și însușirile lor, felul cum apar în imagine, dacă imaginea este redată la o scară convenabilă și este de bună calitate (pot fi sesizate și detaliile, eventual și culorile) și dacă imaginile se examinează și stereoscopic, când percepția formelor poate fi hotărâtoare.

Ridicarea fotogrammetrică începe cu proiectarea.

Proiectantul trebuie să cunoască suprafața de ridicat care se delimitează pe o hartă la scara 1:100 000 sau 1:50 000 (în general la o scară 2:1 față de scara la care urmează a se realiza planul sau harta prin metode aerofotogrammetrice). Totodată trebuie să cunoască scopul ridicării, modul de exploatare a fotogramelor și precizia de atins pentru a se putea întocmi proiectul de aerofotografiere care trebuie să precizeze: camera fotogrammetrică (distanța focală, formatul fotogramelor), scara fotogramelor (este funcție de natura rezultatului, scara planului, performanțele ansamblului camera-film-aparate de exploatare și precizia ce se urmărește), înălțimea de zbor deasupra terenului (se calculează funcție de distanța focală f a camerei și scara fotogramelor), traseele de zbor trasate pe hartă ( distanța dintre ele se ia cu cca. 66 % din L pentru a se asigura o acoperire transversală între benzi de 33 %), acoperirea longitudinală a fotogramelor, adică în lungul benzii (se ia 33% pentru exploatarea fotogramelor pe cuple independente și de 66% pentru stereorestituție), bineînțeles natura filmului (pancromatic pentru scopuri metrice obișnuite) și timpul de expunere maxim pentru ca în condițiile date (viteza de zbor) să nu se producă trenarea imaginii.

După efectuarea zborului se developeanză filmul, se usucă și se fac copiile fotografice pozitive pe hârtie, cu ajutorul cărora se întocmește un mozaic, adică fotogramele sunt suprapuse după detalii. Pe mozaic se constată dacă s-au obținut acoperirile longitudinale și transversale proiectate și dacă întreaga suprafață a fost acoperită.

Totodată se verifică calitatea negativelor, claritatea imaginilor, se concluzionează asupra eventualelor completări și calea cu care vor fi realizate.

Urmează proiectarea punctelor de reperaj fotogrammetric și determinarea acestora pe cale topografică, la teren. În general sunt necesare minim patru puncte pe fiecare fotogramă, respectiv stereogramă, care să fie bine identificabile pe teren și fotograme, pentru a permite transformarea din sistemul fotogrammetric în sistemul geodezic.

Cu ocazia executării reperajului la teren se execute și completarea fotointerpretării sau se execute descifrarea completă a fotogramelor, folosind atlasul de semen convenționale al hărții la care urmează a se realiza planul.

Urmează lucrările de aerotriangulație și apoi lucrările de restituție, obținându-se în final planul (harta) topografică prin mijloace fotogrammetrice.

1.5 Aplicații ale dronelor în fotogrammetrie

Fotogrammetria UAV este o metodă alternativă la fotogrammetria clasică, ce se ocupă cu înregistrarea aeriană cu ajutorul unei drone a datelor terestre de la înălțimi mici și mijlocii. Cu ajutorul tehnologiei UAV se pot obține date pe o suprafață mare în timp scurt, inclusiv asupra suprafețelor greu accesibile sau imposibil de accesat terestru, în condiții de siguranță.

Produsele realizate cu tehnologia UAV sunt: planuri topografice cu curbe de nivel, calculul volumelor, studii cadastrale, diverse hărți tematice, evaluarea suprafețelor cultivate, verificarea integrității utilajelor sau instalațiilor aflate în zone greu accesibile sau la înălțimi mari.

Numele UAV acoperă toate vehiculele care zboară în aer fără nici o persoană la bord cu capacitatea de control al aeronavei. Acest termen este folosit în mod obișnuit în informatică și comunități de inteligență artificială, dar termeni precum Vehicul pilotat prin telecomandă (RPV), Aeronave Operate de la distanță (ROA), elicopter controlat de la distanță (RC-elicopter), Sistemele de vehicule fără pilot (UVS) și elicopterul model sunt adesea folosite, de asemenea. Elicopterele RC și elicopterele model sunt clar definite de Asociația Internațională a Vehiculelor fără Echipaj, ca mini UAV cu rază scurtă și medie în funcție de mărimea lor, rezistență, rază de acțiune și altitudinea de zbor. UAV-uri ca Pegasus (Everaerts, 2004) sunt descrise ca UAV– uri cu rezistență îndelungată.

Tabelul 1.2 Extract de categorii de UAV definite de UVS International

În categoria mini UAV numerele depind de domeniul de aplicare al diferitelor țări.

Dezvoltarea vehiculelor aeriene fără pilot a fost motivată puternic de aplicațiile militare. După al doilea război mondial, unele națiuni au fost căutate pentru vehiculele aeriene, care aveau capacitatea de supraveghere, recunoaștere și de penetrare a terenului ostil, fără detașarea ființelor umane în zonele de risc ridicat. Cerințele tehnice pot fi definite prin autonomie de decolare, de zbor și de aterizare (Eck, 2001).

Przybilla și Wester-Ebbinghaus (1979) au făcut primele experimente cu vehicule aeriene fără pilot în aplicații fotogrametrice. Pentru zborurile de imagine într-o scară de 1: 1000 sau mai mult, cu o viteză de declanșare de 1/1000 s, viteza avionului a fost prea mare pentru a obține mișcarea acceptabilă a imaginii. La acea vreme, rezultatele nu au fost suficiente, din cauza vibrațiilor provocate de rotor, care a dus la mișcarea imaginii.

Primele teste realizate cu ajutorul unui model de avion au fost realizate de compania Hegi. Avionul a fost de 3 m lungime și a avut o lungime de aripă de 2,6 m. Avionul ar putea transporta o sarcină utilă de maxim 3 kg. Echipamente de navigație de la Lindhof Technika au fost folosite pentru a naviga avionul.

Figura 1.12 Model de avion al firmei Hegi, Przybilla. 1979

În 1980, Wester-Ebbinghaus a utilizat prima data un model de elicopter în scopuri fotogrametrice. Elicopterul a fost un model de la Schlueter Bell 222, cu o sarcină utilă maximă de 3 kg. Pereții din polistiren au fost instalați pentru a suprima eficiența de strângere pe elicopter pentru a compensa vibrațiile. Camere de format mediu, cum ar fi SLX Rolleiflex sau Hasselblad MK 20 ar putea fi montate pe sistemul de elicopter. Pentru operarea de zbor, au fost necesare un pilot și un navigator. Pilotul a controlat decolarea, aterizarea și zborul. Navigatorul avea de controlat altitudinea și de activat declanșatorul camerei prin intermediul link-ului de radio. Elicopterul a avut un interval de înălțime de la 10 m și 100 m și înălțimea prezisă poate fi menținută între 90%, folosind același echipament de navigație ca modelul avionului.

Vehiculele aeriene fără pilot (UAV), dotate cu sisteme de navigație și capacitate video, sunt utilizate pentru misiuni de inteligență, recunoaștere și supraveghere. O misiune de interes special implică estimarea și calculul locației pentru obiectivele detectate de senzorii de la bord. Combinarea estimărilor UAV cu informații culese de la senzorii de imagine duce la măsurători de legătură care pot fi folosite pentru a determina locația țintei. Singura problemă de estimare a acestei legături 3D este metoda filtrelor neliniare și tradiționale care produc estimări părtinitoare și nesigure, ceea ce duce uneori la instabilitatea filtrului. Selecția atentă a locațiilor de măsurare îmbunătățește performanța filtrului, motivează dezvoltarea traiectoriei UAV care minimizează eroarea de estimare a locației țintă și îmbunătățește convergența filtrului.

Principala aplicație a UAV-urilor ar putea fi definită ca: observație, întreținere, supraveghere, monitorizare, teledetecție și sarcinile de securitate.

Nimeni nu știe ce sisteme există deja pentru aplicații fotogrametrice, prin urmare, o privire de ansamblu despre proiectele recente vor fi afișate.

În ultimii ani, tot mai multe aplicații ale sistemelor UAV în fotogrammetrie au devenit comune. Această evoluție poate fi explicată prin răspândirea combinației low-cost a sistemelor de GPS/INS, care sunt necesare pentru a naviga un elicopter cu mare precizie către punctele de achiziție prezise. Unele sisteme sunt utilizate fără sisteme GPS /INS, mai ales pentru capturarea acoperișurilor pentru combinarea cu măsurătorile terestre. Pentru aplicațiile care utilizează numai UAV-uri și pentru reducerea numărului de puncte de control, poziționarea GPS ar trebui să ajungă la o precizie decimetrică.

Pornind de la necesitatea unor costuri reduse pentru implementare și întreținere, a luat naștere o tehnologie mai eficientă nu numai din punct de vedere economic ci și calitativ.

UAV-ul poate fi văzut deci, ca un supliment sau înlocuitor al fotogrammetriei terestre și al domeniilor anexe precum topografia sau cadastrul.

Comparativ cu alte tehnologii, cea UAV asigură o acoperire foarte mare în scurt timp (100 ha/oră) și cu o marjă de distribuție a preciziei cuprinsă între valori centimetrice și metrice, în funcție de produsul dorit.

Figura 1.13 Precizia fotogrammetriei UAV

Zischinsky colab. (2000) a folosit imagini luate de la un model de elicopter în parte pentru generarea unui model 3D al unui laminor istoric. Pentru documentarea clădirii, 82 de imagini au fost luate de la sol și suplimentar 38 imagini din elicopter pentru a închide lacunele în model. Camera amatoare de format mic montată pe elicopter a luat în principal imagini ale acoperișurilor și curților. Pentru orientarea exterioară a modelului, 120 punctele de control au fost determinate.

Modelul de Elicopter Yamaha este dezvoltat și utilizat pentru aplicarea sa în agricultură, cum ar fi controlul dăunătorilor din câmpurile de orez, soia și grâu în primul rând. Primul sistem, RCASS, a fost construit în 1980. Mai târziu, în 1990, elicopterul R50 a avut o sarcină utilă de 20 kg și un sistem laser pentru determinarea înălțimii. În anul 1997, tipul Rmax a ieșit și 3 ani mai târziu a fost echipat cu un sistem GPS de senzori de azimut și diferențial (Yamaha, 2004).

Sistemul UAV Rmax de Yamaha a fost folosit ca un sistem de măsurare adevărat la sol (Hongoh, 2001). Măsurarea adevărată la sol este utilizată pentru a determina acoperirea vegetației. Prin urmare, senzorul ia imagini din diferite unghiuri de vizualizare, care este cel mai important aspect al măsurătorilor de reflexie bidirecționale.

În același an un elicopter a fost folosit pentru măsurători ale cetății chinezești. Institutul de Arheologie Miyatsuka din Japonia a vrut să facă imagini de înaltă rezoluție ale acestei părți imense din cetate (3 km x 4 km). În mod normal, străinii nu au voie să folosească avioane sau elicoptere pentru a lua imagini aeriene în alte țări. Elicopterul controlat de la distanță nu acoperă nici una dintre categorii și pentru acest motiv sistemul UAV a fost utilizat cu aparate foto metrice și non-metrice.

Figura 1.14 WITAS- Vehicul aerian fără pilot- Yamaha RMAX Aero Robot

În 2002, elicopterul Yamaha Rmax a fost utilizat în zboruri fotogrametrice peste două situri – teste din Suedia, pentru a analiza acuratețea GPS/INS în scop fotogrammetric cu mod de zbor automat și manual. Rezultatele arată că stabilitatea camerei, montarea, vibrațiile sunt cauzate de principalele rotoare și acuratețea GPS sunt părți importante ale unui elicopter UAV (Eisenbeiss, 2002 și 2003). Aceste zboruri au fost efectuate în colaborare cu WITAS – Laboratorul de cercetare dinWallenberg privind tehnologia informației și sistemelor autonome (Universitatea Linköping, Suedia) și Institutul de Fotogrammetrie și Teledetecție (TU-Dresden).

La congresul ISPRS 2004, din Istanbul, au fost publicate două lucrări despre elicoptere UAV și trei despre avioane UAV. Primul este un sistem care integreaza scannerul cu laser și CCD-camere cu datelor INS/GPS pentru construirea modelului de suprafață digital. Acest sistem folosește un elicopter Subaru cu o sarcină utilă de 100 kg și un diametru al rotorului principal de 4,8 m. Sisteme similare pentru elicoptere au fost clasificate înainte de către sistemul mini UAV. Acest elicopter mai mare nu este acoperit de sistemul UAV micro-mijlociu, din cauza masei de 330 kg. Dar uitându-te la gamă și altitudine, elicopterul poate fi definit ca un mini UAV sau unul de un interval apropiat (Nagai, 2004).

Al doilea sistem prezentat este un mini elicopter UAV, care a fost folosit ca un sistem fotografic pentru supravegherea turnurilor antice și site-uri templu. Elicopterul trebuie să înlocuiască camerele pe trepiede, care sunt neeconomice în costuri și timp. Elicopterul Hirobo & Eagle 90 are un diametru al rotorului principal de 1,8 m și o capacitate a sarcinii utilă de 8,5 kg. Elicopterul a luat imagini din partea de sus a templului din toate părțile. Imaginile din partea inferioară au fost luate de la sol. Elicopterul poate duce diferite sisteme de camere, precum camera în format miniatură (35 mm), mediu (6 cm x 4,5 cm) și panoramă (6 cm x 12 cm) și camere video. Un cardan a fost conceput ca un tampon care poate absorbi zgomotele, precum vibrațiile. La bordul sistemului, o camera video mică este instalată de asemenea, care este conectată la stația de la sol pentru a transmite imaginile pe un monitor în timp real (Sik, 2004).

Academia Chineză de topografie și cartografiere dezvoltă o mini aeronavă UAV care este folosită pentru a extrage o imagine și o bază de date în modele 3D GIS 2D al clădirilor. Din cauza vântului a fost dificil de a controla vehiculul să ia imagini pe punctele de achiziție prezise. Dezvoltatorii au avut unele probleme pentru a obține imagini stereo (Wang, 2004).

Fotogrammetria UAV poate fi percepută ca fiind o nouă unealtă sau ramură a fotogrammetriei clasice. UAV deschide noi perspective în domeniul înregistrărilor realizate de la distanțe mici și mijlocii, dar de asemenea face introducerea și către noi alternative.

Figura 1.15 Precizia fotogrammetriei UAV în raport cu alte tehnologii moderne de măsurare

CAPITOLUL II. METODOLOGIA CERCETĂRII

Prin luarea de date de imagini ale unei ținte la sol din mai multe locații diferite de vehicule, o estimare a locației țintă poate fi calculată prin triangulație. Procesarea imaginii pentru recunoașterea țintă presupune și procesul de obținere a unei „măsurători” formată din găsirea locul pixelat din imaginea care corespunde cu centrul de greutate al obiectivului. Apoi, folosindu-se poziția autovehiculului, altitudinea, unghiul de indicare a camerei în raport cu vehiculul, prin amplasarea pixelată a țintei măsurătoarea furnizează un vector de poziție relativ de la vehiculul țintă.

Magnitudinea acestui vector, totuși, nu este cunoscută și măsurătoarea rezultată este un purtător către țintă.

Figura 2.1. Ilustrarea localizării țintei folosind viziunea UAV

Cele mai multe UAV-uri mici moderne sunt dotate cu capabilități GPS și senzori inerțiali, dar sunt concepute pentru a fi ieftine și, prin urmare, să includă senzori de calitate scăzută și slabă filtrare a algoritmilor de navigare, ceea ce duce la estimarea inexactă a erorilor standard a vehiculului. Având în vedere aceste erori mari de navigare este dificil să se atingă un nivel înalt de precizie în estimarea locației țintei deoarece erorile standard a vehiculului se propagă în algoritmii de direcționare.

Rezultată, eroarea de estimare țintă, este o combinație de erori asupra poziției autovehiculului, orientării vehiculului și sensor de zgomot. Pentru simplificarea ipotezei se implică corelații ale zgomotului, ecuația pentru eroarea de estimare a țintei poate fi descrisă, într-un sens brut, astfel:

σ2TOTAL=σ2×1,NAV+σθ,NAVR2+σx,SEN+σθ,SENR2+σΔTV2+σΔTR2ω2

unde:

R este intervalul relativ către țintă,

V este viteza relativă între vehicul și țintă,

ω este viteza unghiulară a vehiculului.

Primii doi termeni sunt contribuții din cauza erorilor de estimare standard a vehiculului, în timp ce următorii doi termeni se datorează erorilor de senzori, iar ultimii doi sunt termeni de erori de integrare în estimarea standard a țintei.

Erorile standard din poziția vehiculului se propagă direct în estimarea țintei, în timp ce contribuția erorii direcționate din cauza erorilor în orientarea vehiculului este o funcție a intervalului în raport cu ținta. Prin urmare, erorile de altitudine a vehiculului duc la erori din ce în ce mai mari, localizând creșterea erorilor relative dintre vehicul și țintă.

2.1 Descrierea proiectului de cercetare

2.1.1 Perioada de cercetare

În intervalul iulie – decembrie 2016 am efectuat câteva zboruri experimentale cu ajutorul dronei de tip Parrot Bepop ca parte a misiunii de a studia și de a proteja mediul înconjurător pentru generațiile viitoare.

Principalele probleme pe care le ridică observația în fața cercetătorului sunt: ce observăm (continuțul observației), care sunt formele observației (ocazională, sistematică, continuă, discontinuă, integrală, selectivă, directă, indirectă), ce anume influențează calitatea observației, care sunt condițiile unei bune observații, cum pot fi înlăturate anumite obstacole în calea observației, care sunt avantajele și limitele observației.

De exemplu, condițiile unei bune observații se referă la:

1. stabilirea clară a scopului, obiectivului cercetării;

2. selectarea formelor optime de observație;

3. selectarea condițiilor și a mijloacelor necesare;

4. elaborarea unui plan riguros de observație (a sistemului conceptual și de ipoteze de la care se va pleca);

5. stabilirea cu strictețe a locului și timpului de efectuare;

6. consemnarea imediată a celor observate;

7. efectuarea unui număr optim de observații;

8. alegerea unor repere de control și a unor modalități de evaluare a observațiilor făcute, etc.

2.1.2 Locația privind studiul de cercetare

Aria naturală protejată de importanță comunitară ROSCI0128 Nordul Gorjului de Est este situată pe teritoriul administrativ al localităților Vaideeni din județul Vâlcea și Polovragi, Baia de Fier, Novaci, Crasna, Mușetești și Bumbești-Jiu din județul Gorj.

Legături cu alte situri Natura 2000.

Au fost efectuate zboruri în perioada 20 decembrie 2016, cu ajutorul dronei Parrot Beebop.

Husnicioara este o comună în județul Mehedinți, Oltenia, România, formată din satele Alunișul, Bădițești, Borogea, Celnata, Dumbrăvița, Husnicioara (reședința), Marmanu, Oprănești, Peri, Priboiești și Selișteni.

Un alt zbor s-a efectuat în data de 22 Decembrie 2016, în localitatea Gârnița, jud. Mehedinți. Gârnița este un sat în comuna Prunișor din jud. Mehedinți, Oltenia, România. Coordonate sat Gârnița (latitudine, longitudine): 44.61, 22.92

2.2 Descrierea unui sistem UAV

2.2.1 Descrierea dronei de tip Parrot Bebop Area 4

Drona utilizată în acest studiu este o dronă de tip Parrot Beebop Area 4. Aceasta dronă a fost înregistrată la Autoritatea Aeronautică Civilă Română, având seria de identificare YR-D0260.

S-a zburat peste câmpuri cu ajutorul unei drone de tip Parrot Bepop, pentru a colecta imagini vizibile la o rezoluție foarte mare, drona fiind echipată de producător cu un aparat foto de tip ”Fisheye” cu lentile 180 ° 1 / 2,3 " : 6 elemente optice și 14 mega pixeli senzor.

2.2.2 Caracteristici tehnice ale unei drone de tip Parrot Bebop Area 4

Figura 2.2 Specificații tehnice dronă Parrot Bepop

Sursa: http://yournewsticker.com/2014/05/parrot-announced-new-model-drones-quadrocopter-ar-drone-3-0.html

Drona este echipată cu un senzor de flux optic, cameră de stabilizare verticală (la fiecare 16 milisecunde, o imagine a solului este luată și în comparație cu cel precedent pentru a determina viteza de Bebop Drone), senzor de ultrasunete (analizează altitudinea de zbor până la 8 metri), senzor de presiune ( MS 5607 )

Drona este echipată cu un aparat de fotografiat în zona frontală, care captează imagini de tip full HD de 14 megapixeli. Cu toate că drona Bebop a folosit un obiectiv fisheye, ceea ce o face puțin vulnerabilă în caz de prăbușire a aparatului, aceasta tinde să se lovească în obiectiv, totuși are avantaje, în sensul că, numai porțiunea centrală a cristalinului a fost înregistrată în video pentru a minimiza distorsiunile. Se pot lua imagini statice în intervalul de timp (în jur de 5 secunde) pentru scopul propus. Prin urmare, s-a decis să înregistreze RHHM în modul video și extrage cadre individuale de imagini statice din videoclipuri pentru a construi un model 3D. Figura 2.2 prezintă unele imagini statice extrase din videoclipuri Bebop.

Coordonatele GPS ale secțiunilor la sol au fost atent înregistrate pentru comparație cu imaginile georeferențiate preluate de dronă, aparatul fiind setat la aprox. 40 m altitudine, așa cum se vede și în imaginea din figura nr. 2.2.

Pentru realizarea unui zbor este necesar să se aibă în dotare un software de monotorizare, link-uri de comunicare, sistem de determinare a zborului, suport la sol și echipament de întreținere, generator de curent, îndemânare, echipament de depozitare și transport și o legătură video pentru monitorizarea preluării de imagini luat ca și un control manual.

Un sistem de planificare a zborului a fost dezvoltat astfel încât punctele predefinite să poată fi încărcate în sistem de control și ilustrat pe o hartă digitală în vizualizatorul de software de control. Poziția dronei și orientarea sunt afișate pe hartă, de asemenea. Prin urmare, operatorul este în măsură să controleze poziția și orientarea sa.

Cu software-ul de control este posibil să se încarce o misiune de zbor. Punctele de oprire pentru achizițiile de imagini și ruta pot fi definite și după aceea, calea de zbor va fi arborată în mod automat.

Figura nr. 2.2 Imagini statice extrase din videoclipuri Bepop

S-au realizat studii privind întreținerea pajiștilor de înaltă valoare, ce se realizează atât prin cosit cât și prin pășunat. O ipoteză a testului de câmp este faptul că datele aeriene de înaltă rezoluție pot fi utilizate pentru a evalua starea de sănătate a animalelor, care sunt condiționate de calitatea hranei, fără a face o operațiune costisitoare și consumatoare de timp efectuat pe teren pe fiecare domeniu. Datele sunt încă analizate, dar primele rezultate sunt încurajatoare.

2.3 Aplicația Freeflight 3

Aplicația numită Freeflight 3 a fost descărcată de pe magazinul Google Play pentru a controla drona, aplicație ce este dezvoltată de producătorul de drone Parrot. Aplicația se instalează gratuit pe smartphone și are rolul de a controla de la distanță drona. Controlul este relativ ușor, iar stabilitatea (stabilizarea pe 3 axe) a dronei a fost remarcabilă.

Figura nr. 2.3

Figura 2.4

În figura nr 2.4 vom observa o activitate agricolă greșită în ceea ce privește protecția ecosistemului, deoarece s-a efectuat un suprapășunat.

Suprapășunatul, conform definiției pe wikipedia „este un fenomen de distrugere a covorului vegetal dintr-un ecosistem ca urmare a procesului de pășunare intensivă de către animalele erbivore15. Suprapășunatul poate fi definit ca o paștere a unui număr mare de animalele erbivore (domestice sau sălbatice) pentru o perioadă lungă de timp pe un teren incapabil de a reconstitui vegetația sa sau pașterea animalelor erbivore pe terenuri (de ex. pante) care nu sunt adaptate pentru pășunat, din cauza unor parametri fizici . Pășunatul excesiv de multe ori duce la eroziunea solului, distrugerea vegetației, deșertificare și alte probleme asociate cu aceste procese.15

Figura 2.5

În această imagine, s-au captat imagini cu un aparat foto digital. La prima vedere s-ar putea spune că nu ar putea fi identificabile anumite probleme privind pășunatul pe o pajiște permanentă de înaltă valoare, însă comparând cu imaginea preluată cu ajutorul dronei, putem identifica exact consecințele și impactul asupra mediului înconjurător.

Figura 2.6

Se poate observa în imaginea colectată cu ajutorul dronei, modul cum fermierii exploatează în mod diferit atât felul cum se realizează cositul, dar și pășunatul pe aceleași tipuri de sol.

2.4 Analiza SWOT

Pentru a avea o idee de ansamblu asupra implementării unei noi oportunități bazată pe inovatie și tehnologie, mi-am propus să fac o analiză SWOT cu privire la utilizarea dronelor ce monitorizează și pot avea un impact asupra mediului înconjurător.

În Uniunea Europeană s-au efectuat cercetări pentru utilizarea dronelor în scopul monitorizării modului de utilizare a subvențiilor de către agricultori, unde conform legilor comunitare trebuie inspectate anual cel puțin 5% din suprafețele cultivate cu ajutorul acestor fonduri.

Dacă inițial aceste inspecții erau efectuate de personal autorizat, tot mai multe țări au apelat la imaginile din satelit pentru a verifica dacă fermierii îndeplinesc condițiile pentru acordarea subvențiilor și apoi dacă le folosesc conform condițiilor stabilite. Inspecțiile din satelit sunt de 3 ori mai ieftine decât cele efectuate la fața locului de inspectori, astfel că în 2010 peste 70% dintre verificări au fost realizate cu ajutorul imaginilor surprinse de sateliți. Acestea pot fi uneori înșelătoare, fiind totodată greu de obținut în țările cu vreme în general nefavorabilă.

Cu ajutorul unei drone se pot obține informații importante în timp real, se pot descărca imaginile direct pe smartphone.

Tabelul 2.1: Analiza SWOT privind utilizarea dronelor cu implementare în protecția mediului

Figura 2.7

În figura nr 2.7, se poate vedea diversitatea florei și modul cum sunt utilizate și întreținute aceste pajiști.

Figura 2.8

În aceasta histogramă sunt prezente detalii despre zborul efectuat, altitudinea aparatului, nivelul încărcării acumulatorului, coordonate GPS, durata zborului.

2.5 Histograma

Histograma este un instrument util în analiza imaginilor digitale. O imagine digitală de m x n pixeli este memorată ca 4 matrice L, R, G, B, elementele fiecărei matrici luând valori discrete în intervalul [0,255].

Histograma este reprezentarea grafică a unei distribuții de frecvențe – Df aparținând unui set de date – D, ce are N înregistrări numere reale.

Într-o histogramă, pe axa X (axa orizontală) sunt reprezentate intervalele de valori iar pe axa Y (axa verticală) sunt reprezentate valorile frecvențelor corespunzătoare intervalelor de valori.

Figura 2.9

2.6 Harta topografică

În figura alăturată se poate vedea traiectoria dronei, reprezentată de o linie roșie, punctul de decolare și punctul de aterizare.

Relieful prezintă un dublu rol în mediu, de element structural de bază al peisajului geografic și de reglator topo și microclimatic al scurgerii superficiale și subterane, precum și al bilanțului transportului grosier. Pentru perioade scurte de timp, relieful constituie un factor static în peisaj, care influențează celelalte componente de mediu, în mod areal prin declivitate, iar liniar prin aliniamentul rupturilor de pantă, al văilor, muchilor de versant etc., cu rol de regionare a proceselor actuale. În acest context, relieful trebuie abordat sub aspect funcțional, respectiv al relațiilor pe care le implică în celelalte elemente. Scara de abordare ridică, în primul rând, problema delimitării spațiale și necesitatea evidențierii trăsăturilor de relief: văi, versanți, interfluvii de un anumit ordin de mărime.

Analiza se referă în principal la compoziția, forma și dinamica obiectului de studiu. Ca metode analitice specifice în cercetarea geografică, amintim analiza hărților generale și a celor tematice.

Figura 2.10. Traseul parcurs de dronă pentru culegerea de imagini aferente studiului

Drona a parcurs o distanță de 938 m pe lungime, având o viteză de 6,2 m/s, având o altitudine maximă de 75,9 m.

Aceasta a cules informații privind zonele de interes referitoare la întreținerea culturilor, zonelor care au fost incendiate, precum și situația terenurilor neproductive.

În imaginea de mai jos este ilustrată fotografia realizată în timpul zborului din comuna Husnicioara, jud. Mehedinți.

Figura 2.11 Imagine preluată de dronă la înălțimea de 75,9 m, comuna Husnicioara, jud. Mehedinți

Un alt zbor s-a efectuat în data de 22 decembrie 2016, în localitatea Gârnița, jud. Mehedinți.

Figura 2.12 Traseul parcurs de dronă în comuna Prunișor, jud. Mehedinți împreună cu histograma zborului

Drona a parcurs o distanță de 1425 m pe lungime, cu o viteză de 6,0 m/s, având o altitudine maximă de 91,00 m.

Figura 2.13 Imagine preluată de dronă la înălțimea de 91 m, comuna Prunișor, jud. Mehedinți

2.7 Vulnerabilități

Studiile au arătat că bovinele sunt o componentă esențială pentru menținerea pășunilor sănătoase. Cu toate acestea, modul în care sunt gestionate exploatațiile agricole este de-a dreptul critică.

Vulnerabilitatea sitului este dată de următorii factori:

este parțial cosit în perioade nepotrivite și pășunat;

mici porțiuni de teren sunt continuu introduse în agricultură distrugându-se covorul vegetal original;

este afectat de fenomene de eroziune.

Acest sit este important pentru specii de floră și faună rare, vulnerabile și protejate pe plan național și european.

Metoda analizei hărții topografice

Harta topografică este instrumentul fundamental de lucru în geografie pentru că ne „aduce pe birou”, la scară redusă, o suprafață reală, pentru a putea fi cuprinsă cu privirea. Acest artificiu este necesar pentru a corecta insuficiența vederii călătorului, transformând intuiția directă și succesivă într-o intuiție indirectă și simultană. (…) aproape toate imaginile de care se servește astăzi geograful cu privire la continente, oceane, lanțuri de munți, fluvii etc. n-au fost și nici nu puteau fi dobândite prin intuiția directă a naturii, ci sunt împrumutate din hărți (Mehedinți, 1994, p.108, citat din Armas, 2006).

Metoda analizei aerofotogrammelor

Folosirea fotografiei aeriene vine în completarea analizei hărții topografice. Aceasta, deoarece harta topografică își pierde repede actualitatea, mai ales într-o regiune cu relief tânăr și cu o dinamică mare (de exemplu, Delta Dunării, luncile marilor râuri, versanții afectați de alunecări active etc.). Totodată, într-un alt fel apar fenomenele geografice în funcție de anotimp, ceea ce harta topografică nu poate surprinde.

2.8 Vehiculul platformă

Micile vehicule aeriene fără pilot avute în vedere sunt echipate cu sisteme de navigație rudimentare care implică un grad scăzut de senzori inerțiali și receptoare GPS. Ele au, de asemenea la bord senzori de imagine (atât IR și EO), actuatori controlabili (lifturi și cârme) și capabilitatea de prelucrare și de comunicare la baza bordului.

Obiectivele de cel mai mare interes în domeniul de aplicare actual al proiectului includ mici ținte terestre staționare și obiective mici lente la sol. UAV-urile mici operează la o altitudine între 30 și 150 m deasupra nivelului solului. Limita inferioară este din cauza restricțiilor de radar la orizont care fac comunicarea dificilă între UAV și stația aflată la 30 m sub pământ.

Obiectivele staționare sunt simple pentru a fi luate în considerare și vor fi folosite pentru a analiza capacitățile de bază și performanțele algoritmilor de optimizare. Mutarea înceată a obiectivelor stocastice poate muta în orice direcție aleatoare dar are constrângeri privind gama lor realizabile și accelerația într-o anumită perioadă de timp.

UAV-ul se presupune că ar avea șase grade de libertate (6 DOF), 3 de translație și 3 de rotație. Ținta se presupune să rămână pe teren, cu toate că poziția sa trebuie să fie estimată în spațiul tridimensional. Pentru a obține o măsurătoare este necesar ca, la fiecare măsurare să aibă: poziția și orientarea UAV-ului, unghiul camerei cu privire la UAV, și o imagine a țintei din captură video.

Figura 2.14 Procesul măsurării

Unghiul camerei legat de UAV este tipic bine cunoscut și poate să fie fix sau controlabil pentru o cameră montată pe cardane. Poziția autovehiculului și orientarea sunt preluate din sistemul de navigație al UAV-ului și au, de obicei, erori mari care se propagă în estimării ale poziției țintei.

Erorile de orientare ale vehiculului se proporționează cu distanța relativă către țintă și se produc erori de estimare mari pentru măsurătorile efectuate de departe. Imaginea țintei luată la momentul de măsurare corespunzător poate fi prelucrată pentru a extrage locația pixelată a centrului de greutate al obiectivului. Această locație pixelată poate fi transformată în două unghiuri de rezemare (α1 și α2) de la camera îndreptată către axa unui vector care trece prin țintă și prin punctul focal al camerei.

Folosind o serie de rotații simple (de la rama camerei la rama UAV și de la cadrul UAV la cadrul relativ al pământului), α1 și α2 sunt două unghiuri care pot fi transformate în unghiuri generale azimutale și de elevație (β și φ) între țintă și UAV. Rezultul „măsurării” poate fi modelat ca o linie de la UAV la țintă și unghiurile azimutale și de elevație folosite pentru a face legătura către țintă. Măsurătorile sunt apoi date de:

Următoarele ecuații pot fi folosite pentru a descrie componentele vectorului relativ (r) între țintă și vehicul folosind următoarele unghiuri de legătură:

Un alt considerent major pentru proiectarea traiectoriei vehiculului este asigurarea că ținta rămâne în câmpul visual (FOV) al camerei. O măsurare este valabilă doar în cazul în care obiectivul se încadrează în FOV-ul camerei. Pentru un UAV mic, constrângerile FOV sunt de obicei destul de bune.

Figura 2.15 Azimutul (β) și elevația (φ) dintre vehicul si țintă

Având în vedere rezoluția și specificația FOV al camerei, distanța la țintă trebuie să fie suficient de mică pentru a se asigura că există suficienți pixeli pentru a identifica corect obiectivul.

2.9 Propagarea erorilor

Erorile din estimarea standard a vehiculului și procesul de măsurare se propagă în estimarea locației țintei. Aceasta propagare a erorii este foarte dependentă de geometria traiectoriei vehiculului.

Figura 2.16 Efectul erorilor de navigație a vehiculului asupra locației estimate a țintei

Erorile de poziție a vehiculului se interpretează direct în estimarea locație țintei, dar unghiul de separare sau ortogonalitatea între măsurători controlează cât de mult estimarea este afectată de erorile de poziție a vehiculului. Pentru erorile de orientare a vehiculului, unghiul de separare între măsurători și intervalul față de țintă afectează cu cât de mult eroarea este propagată către locația țintei.

Măsurătorile ortogonale produc o eroare de măsurători mai mică, combinată doar cu cele non-ortogonale, pentru ambele erori de poziție și altitudine. Pentru erorile de poziție a vehiculului, o legătură mai aproape de țintă nu afectează eroarea combinată, dar pentru erorile de altitudine a a vehiculului o reducere a distanței îmbunătățește localizarea țintei.

Erori de poziționare a vehiculului

Erori de altitudine a vehiculului

Figura 2.17 Efectul ortogonalității și distanței asupra măsurătorilor pentru localizarea țintei

Figura 2.18 Traiectorile vehiculului pentru localizarea 3D a țintei

Răspândirea măsurătorilor pe un cerc complet mărește unghiul de separare sau ortogonalitatea între măsurători, îmbunătățind astfel geometria globală pentru estimare. Acest lucru este similar cu diluția geometrică de precizie (GDOP), problemă de multe ori discutată în GPS, unde criteriul GDOP este folosit pentru a găsi configurarea sateliților, care oferă cea mai bună geometrie și rezultate cu cea mai mică eroare de estimare a poziției.

Un pilot este pur și simplu necesar pentru a decola și ateriza în zonele periculoase și pentru susținerea UAV-ului. După decolare, operatorul controlează funcționalitatea sistemului UAV prin butoanele de control (poziția, titlul, legătură radio, GPS, radio RC, baterii). Dacă punctul prezis nu este atins în mod corect, operatorul poate corecta poziția, altitudinea și unghiul de girație al elicopterului prin comenzi pe laptop.

Cu punctele predefinite, poziția efectivă și un stabilizator special, orientarea UAV-ului este corectată automat, chiar dacă o forță ușoară de vânt influențează poziția. Restul vibrației elicopterului poate fi aproape eliminat printr-o montare specială a camerei. Până în prezent, sistemul GPS/INS este folosit pentru navigare și nu pentru georeferențierea directă.

Parametrii sistemului sunt listați în următoarele:

Precizia de poziționare relativă GPS:

– Orizontală: 0.5 m

– Verticală: 0.3 m

Viteza:

Direcția înainte: 20 m/s

Direcția laterală: 5 m/s

Direcția înapoi: 5 m/s

Direcția verticală: 2 m/s

Rata de cotitură verticală: 30 grade/s

Accelerații:

– Orizontală: 1 m/s2

– Verticală: 0.5 m/s2

Înaintea oricărui zbor sunt necesare câteva teste, pentru a testa sistemul. Zborurile de testare arată, de asemenea, că în modul manual, nu este posibilă menținerea punctelor intermediare predefinite. Prin urmare, toate zborurile ar trebui efectuate în mod autonom, excluse de la decolare și aterizare. Pilotul controlează aceste manevre.

Cu sistemul elicopterului UAV folosit, putem acoperi 90 la sută din întreaga zonă, cu doar 5 benzi de imagine și în jur de 100 de imagini. Poziția 3D a centrelor de proiecție poate fi realizată cu o precizie de 2 până la 5 procente din poziția prezisă.

Figura 2.19 Planificarea zborului și punctele de stop stabilite

CAPITOLUL III. MODELARE ȘI SIMULARE DRONE

3.1 Modelare matematică

3.2 Modelare și simulare în Matlab Simulink

CAPITOLUL IV. MODELARE IDENTIFICARE VIZUALĂ

4.1 Modelare matematică

4.2 Modelare și simulare în Matlab

CAPITOLUL V. APLICAȚIA DE IDENTIFICARE A CULTURILOR AGRICOLE CU DRONE

5.1 Modelare și simulare

5.2 Rezultate experimentale – Efectuarea unei măsurători UAV în incinta Stațiunii de Cercetare-Dezvoltare Horticolă Târgu Jiu

5.2.1 Prezentarea zonei

RAPORT DE EVALUARE

Perioada: 2014-2020

1. Datele de autentificare ale unității de cercetare-dezvoltare.

1.1 Denumirea: Stațiunea de Cercetare-Dezvoltare Horticolă Târgu Jiu

1.2 Statutul juridic: Instituție publică

1.3 Actul de înființare: Ordinul nr.309/29.05.1959 al Ministerului Agriculturii și Silviculturii – Legea nr.290/2002

1.4 Numărul de înregistrare în Registrul Potențialilor Contactori: –

1.5 Director: ing.dr. Călinoiu Ion

1.6 Adresa: loc. Târgu-Jiu, str. Calea București, nr.71, jud. Gorj, cod 210149

1.7 Telefon: 0253-212471; 0253-212609; Fax: 0253-212471, e-mail: pomicola@intergorj.ro

2. Domeniu de specialitate: cercetare-dezvoltare în științe fizice și naturale

2.1 Conform clasificării UNESCO:3107.04; 3107.05

2.2 Conform clasificării CAEN: 7310

5.2.2 Starea Stațiunii de Cercetare-Dezvoltare Horticolă Târgu Jiu

Stațiunea de Cercetare-Dezvoltare Horticolă din Târgu Jiu a fost preluată de către Universitatea „Constantin Brâncuși” din Târgu Jiu.

Figura 5.1 Terenuri agricole aparținând Stațiunii de cercetare și dezvoltare horticolă Târgu Jiu

Figura 5.2 Imagini teledetecție aparținând stațiunii de cercetare și dezvoltare horticolă Târgu Jiu

De asemenea, planul rezultat în urma măsurătorilor cu ajutorul tehnologiei moderne (PARROT UAV) e utilizat și de studenții Facultății de Agricultură, specializarea Măsurători terestre și cadastru, în vederea construirii unui model 3D a campusului universitar.

Se are în vedere întocmirea unui GIS pentru întreaga stațiune de cercetare, întocmirea unor hărți tematice, planuri topografice, precum și o bază de date cu categoriile de teren pe care Universitatea „Constantin Brâncuși” le are în administrare.

Datele suport rezultate în urma măsurătorilor cu drona sunt:

date de tip raster: sunt structuri matriciale bidimensionale, ale căror elemente sunt valori de culoare; acestea pot fi planuri topografice scanate, mozaicuri, DEM-uri, DSM-uri, DTM-uri, hărți tematice;

date de tip vectorial: sunt reprezentări ale primitivelor geometrice: puncte, linii, poligoane care prezintă avantajul că pot stoca informații textuale ca atribut;

date de tip atribut: sunt datele textuale introduse în baza de date; în acest format se pot stoca informații referitoare la poziția echipamentelor, căi de acces în zonă, alte rețele ce traversează regiunea, elemente specifice reliefului local, planuri topografice vectorizate, curbe de nivel.

Figura 5.3 Date rezultate din măsurători

Drona utilizată (Parrot Bebop) a fost achiziționată în regie proprie, realizându-se o măsurătoare cu scop didactic și de cercetare.

5.2.3 Detalii despre drona Parrot Bepop

5.2.3.1 Caracteristici tehnice ale unei drone de tip Parrot Bebop Area 4

Drona este echipată cu un aparat de fotografiat în zona frontală, care captează imagini de tip full HD de 14 megapixeli. Cu toate că drona Bebop a folosit un obiectiv fisheye, ceea ce o face puțin vulnerabilă în caz de prăbușire a aparatului, aceasta tinde să se lovească în obiectiv, totuși are avantaje, în sensul că, numai porțiunea centrală a cristalinului a fost înregistrată în video pentru a minimiza distorsiunile. Se pot lua imagini statice în intervalul de timp (în jur de 5 secunde) pentru scopul propus. Prin urmare, s-a decis să înregistreze RHHM în modul video și extrage cadre individuale de imagini statice din videoclipuri pentru a construi un model 3D.

5.2.3.2 Controlul dronei prin smartphone

Figura 5.4 Controlul dronei prin smartphone

Drona Parrot Bebop își generează propria arie Wi-Fi hotspot. Telefonul mobil comunică cu drona, inclusiv cu camera acesteia la o distanță maximă de 300 m în camp deschis, pe o frecvență de 5,8 GHz, ceea ce înseamnă că se evită interferențele cu rețelele Wi-Fi obișnuite care comunică în frecvențe de 2,4 GHz.

5.2.3.3 Imagini privind pregatirea dronei Parrot Bebop pentru efectuarea zborului

Figura 5.5 Drona Parrot Bepop

Imagini privind pregătirea dronei pentru efectuarea zborului

Figura 5.6 Drona în timpul decolării

Figura 5.7 Drona Parrot – ridicare altitudine

Figura 5.8 Drona Parrot în timpul efectuării zborului și capturarea imaginilor

GPS-ul montat pe drona Parrot Bebop utilizează date ionosferice de corectare a transmisiunii, deja existente precum WAAS, MSAS și EGNOS, care sunt transmise prin satelit. Poate urmări până la 22 din maxim 66 sateliți achiziționați simultan când pornesc, precizia fiind de 2,5 m cu rata de actualizare de 10 Hz.

Precizia GPS și IMU nu reprezintă un factor de definire a succesului sistemului UAV de cartare. Are capacitatea de a furniza fotografii clare, contrastante, nedistorsionate cu grad ridicat de suprapunere care oferă precizia geometrică și datele înălțimii.

Figura 5.9 100 m altitudine tipică de zbor – Număr mare de măsurători GPS corespunzând caracteristicilor terenului; furnizează precizie ridicată

Figura 5.10 Rețea GPS de precizie ridicată

Peste o mie de caracteristici leagă fiecare imagine una de alta creând o hartă de precizie geometrică global sub-pixel. Opțional, 3 – 4 puncte de control pot mișca harta, reducând eroarea de la câțiva metri la precizia GPS-ului staționar (aproximativ 10 cm).

UAV-ul poate furniza hărți de calitate superioară acolo unde un avion la scară largă ar deranja. UAV-ul operează local, dar acoperă zone inaccesibile anumitor soluții aeriene ocazionale, inclusiv planoare, instalații de avion RC ad-hoc sau zmee.

Pteryx Pro are un aparat foto integrat de 10 MPIX, cu lentile standard. Acest fapt se traduce printr-un unghi orizontal de observație de 66 grade. Utilizatorul determină altitudinea de zbor în vederea:

Evitării obstacolelor cu cel puțin 80 m interstițiu/degajare;

Asigurării unei distanțe unghiulare optime între obstacole (contact vizual);

Respectării legii;

Precizia geometrică este asigurată de multitudinea de poze care acoperă orice unghi astfel dând precizie. Rezoluția texturii proiecției de sol va scădea în regiunile de munte.

Tabel 5.1 Date pentru aparatul foto digital de 14 MPIX

Pentru ca pozele să iasă clare, timpul de expunere trebuie să rămână constant, balansul la alb stabil sau să se folosească un format RAW, să fie permisă selecția deschiderii automată și focalizarea să fie fixată la infinit.

Tabel 5.2 Setările camerei foto și timpul de expunere (pentru o viteză de 50 km/h)

5.2.3.4 Traseu de zbor tipic pentru UAV

Figura 5.11 Model de traseu de zbor

Tot ce se află între sol și orbita satelitului apare pe hartă. De data aceasta apare o replică a unui bombardier din al doilea război mondial în mijlocul unui oraș din Anglia. Dacă am avea de-a face cu date UAV, pur și simplu s-ar șterge o poză.

Imaginile suprapuse provenind de la un UAV duc la eliminarea automată a unor obiecte întâmplătoare – o mașină în mișcare vizibilă doar în toate cele 4 poze consecutiv, dar pe harta finală este vizibilă doar dacă trece cel mai aproape de axa optică. Odată cu dezvoltarea metodelor de procesare va fi posibilă eliminarea oricărui tip de trafic folosind exact aceleași date de intrare.

Balansul la culori are de suferit, dar contrastul și detaliile sunt încă bine definite din moment ce aparatele foto din comerț conferă adâncimea culorii mai bună decât scanner-ul oricărui avion de scară largă.

Imaginile disponibile furnizate de sateliți pot fi recente, dar chiar și cea mai universală hartă va prezenta culori arbitrare. Totuși, granițele dintre hărțile furnizate în perioade diferite sunt greu de utilizat.

În realitate, lumea se schimbă semnificativ de la anotimp la anotimp. Cheia succesului este de a realiza o hartă a obiectului dorit la momentul potrivit.

Figura 5.12 Sediul Stațiunii de cercetare și dezvoltare horticolă Târgu Jiu

5.2.3.5 Suprața, forma hărții și altitudinea de zbor

Figura 5.13 Dublarea suprafeței acoperite

În momentul în care se cartografiază o suprafață liniară, prin dublarea altitudinii se dublează automat și suprafața acoperită.

Figura 5.14 Realizarea a două zboruri

Dacă se dorește realizarea a două zboruri, în speranța îmbunătățirii geometrice, datorită cerințelor de suprapunere, zborul înalt reduce doar cu o treime timpul de zbor, deoarece regiunile din exterior au un bitmap valid, dar geometrie proastă.

Figura 5.15 Realizarea a 4, respectiv 8 zboruri

La forma obișnuită a hărții și zboruri multiple, dacă zborul este de două ori mai înalt se înjumătățește numărul necesar de zboruri și se asigură o suprafață mai mare la marginea hărții. Însă suprafața cartată ar trebui să fie plană, deoarece nu se pot cumula informații multi-unghiulare în vederea ortonormalizării obiectelor înalte localizate la marginile hărții.

5.2.3.6 Importanța stabilității aparatului foto

Din moment ce suprapunerile din timpul misiunii sunt costisitoare, foarte important este mai ales în zonele urbane, drona Parrot Bepop utilizează o cameră fixă, de tip fisheye care se rotește și are un design aerodinamic care reușește să atenueze cu success oscilațiile axelor laterale (de tangaj) și transversale (de girație).

Utilizarea unui camere fixe crește suprafața utilă pe timpul virajelor și crește rata succesului procesării datorită unor proprietăți foto previzibile.

Din păcate toate aparatele mici de zbor, oricât de avansate, sunt mici în raport cu dimensiunea unei celule tipice de turbulențe din aer, de aceea rulajul și tangajul depind mai mult de condițiile de vânt. Controlul automat rigid al micilor platforme aeriene cu suprafețe active de control, duce la mișcări semnificative pe termen scurt, cauzând neclaritatea ocazională a fotografiilor. O camera foto fixă și un corp aerodinamic special cu proprietăți excepționale de atenuare pot fi de mare ajutor.

Figura 5.16 Suprapunere garantată la viraje având o cameră fixă

Figura 5.17 Deviații tipice unei camere instabile

Cu o cameră instabilă deviațiile tipice de câteva grade deja necesită o planificare extra a unor procente de suprapunere. Aceasta ia din timpul de zbor, situația înrăutățindu-se în caz de vreme proastă.

5.2.3.7 Inventarul de coordonate

Tabel 5.3 Inventarul coordonatelor măsurătorii

5.2.3.8 Carnetul de teren Stațiunea de Cercetare și Dezvoltare Horticolă Târgu Jiu, jud. Gorj

Job Information

Coordinate System Information

GPS Coordinates

5.2.3.9 Carnetul de teren Aerodromul Drobeta com. Prunișor, jud. Mehedinți

Fieldbook Report

22/12/2016 16:00

Referință zbor nr.14

Job Information

Coordinate System Information

GPS Coordinates

5.2.3.10 Carnetul de teren comuna Husnicioara, jud. Mehedinți

Fieldbook Report

20/12/2016 10:00:30

Job Information

Coordinate System Information

GPS Coordinates

CAPITOLUL VI. CONCLUZII ȘI PROPUNERI

Necesitatea de dezvoltare a dus la introducerea pe piață a unui nou tip de măsurare, mult mai ușor și mai practic pentru utilizatori. În ultimii ani importanța evoluției a dus la inventarea unui sistem compact de măsurare, lăsând la o parte stațiile totale și alte aparate „învechite”. Parcurgând lucrarea de față se poate observa trecerea în revistă a evoluției fotogrammetriei din anii 1851, când Aimé Laussedat a prezentat primul fototeodolit, când Gaspard Félix Tournachon a realizat primul zbor deasupra Parisului preluând astfel prima imagine fotogrammetrică a unei zone.

Oamenii sunt întotdeauna deschiși unei evoluții, de aceea introducerea vehiculelor aeriene fără pilot a fost binevenită. În ultimii ani, tot mai multe aplicații ale sistemelor UAV în fotogrammetrie au devenit comune. Această evoluție poate fi explicată prin răspândirea combinației low-cost a sistemelor de GPS/INS, care sunt necesare cu ajutorul unei drone.

Metodele de măsurare aero-fotogrammetrice ce sunt folosite se bazează pe o inovație în domeniul fotogrammetric, utilizând imagini preluate cu aparate de tip UAV. Inovația constă în mai multe elemente și anume:

Zborul se face cu drone de mici dimensiuni, ceea ce implică costuri mult mai mici. De asemenea zgomotul redus este unul dintre motivele pentru care sistemele UAS/RPA se pretează foarte bine când este vorba de zboruri fotogrammetrice de joasă altitudine.

O altă inovație o constituie camera „fotogrammetrică” care este o camera foto cu capacitate HD, cu un minim de 24 Mpix. Această camera profesională corelată cu înălțimea mica de zbor (100-200 metri) face ca rezoluția imaginilor să fie foarte mult îmbunătățită (de ordinul centimetrilor).

Sistemele UAS/RPA sunt dotate cu toate echipamentele clasice ce compun un sistem aeropurtat fotogrammetric (platformă girostabilizatoare, IMU, INS, DGPS). Acest lucru reprezintă un alt punct forte al sistemelor UAS/RPA datorită faptului că pot zbura foarte precis pe traseele de zbor.

Calitatea foarte mare a imaginilor, precum și acoperirea între imagini și între benzi fac ca după efectuarea aerotriangulației să se obțină o precizie foarte mare în cazul stereorestituției. Un alt aspect important ce rezultă din calitatea imaginilor și a acoperirilor o reprezintă faptul că aerotriangulația se poate realiza în mod semiautomat.

Pentru folosirea imaginilor preluate în scopul obținerii unei baze de date corelate de tip GIS, se vor măsura repere (premarcaje amplasate la sol) prin metode topo-geodezice, ce vor avea coordonate în sistemul național, dar la care se vor citi apoi coordonatele corespondente și în sistemul imagine.

Măsurătorile au fost realizate cu un vehicul aerian fără pilot, numit PARROT BEBOP. În urma măsurătorilor a rezultat foaia de inventar, carnetul de teren cu toate măsurătorile executate în incinta Stațiunii de Cercetare Dezvoltare Horticolă Târgu Jiu, aeroportul Drobeta, com. Prunișor, jud. Mehedinți, com. Husnicioara, jud. Mehedinți, com. Baia de Fier, jud.Gorj.

Drona PARROT BEBOP UAV are un GPS montat care utilizează date ionosferice de corectare a transmisiunii, deja existente precum WAAS, MSAS și EGNOS, care sunt transmise prin satelit. Poate urmări până la 22 din maxim 66 sateliți achiziționați simultan când pornesc, precizia fiind de 2,5 m cu rată de actualizare de 10 Hz.

6.1. Produse rezultate

În urma măsurătorilor anumitor parcele, realizate cu tehnologii moderne au rezultat hărți tematice, spre exemplu:

Hărți tematice prezentând incinta Stațiunii de Cercetare Dezvoltare Horticolă Târgu Jiu, cu toate detaliile rezultate în timpul măsurătorilor.

Figura 6.1Hartă tematică Stațiunea de Cercetare Dezvoltare Horticolă Târgu – Jiu

Figura 6.2 Hartă tematică a drumurilor din interiorul Stațiunii de Cercetare Dezvoltare Horticolă Târgu Jiu afectată de construirea șoselei de centură a orașului

De asemenea și baza de date de tip GIS este un produs al aero-fotogrammetriei, fiind unul dintre cele mai importante produse ale preluării de imagini cu sisteme UAS/RPA.

6.2 Ortofotogramă

Ortofotograma este cel mai simplu produs al aero-fotografierii și are la bază un principiu simplu dar important: preluarea ortogonală a imaginilor. Astfel se obțin imagini ce se numesc ortofotograme, ce au proprietatea că dimensiunile obiectelor rămân nedeformate. De preferat este ca aceste imagini să fie preluate în orele în care soarele se află la zenit, pentru a reduce influența umbrelor și a luminozității reduse.

6.3 Ortofotoplan

Ortofotoplanul este produsul complex obținut din alăturarea tuturor ortofotograme-lor preluate în teren. Realizarea ortofotoplanului se bazează pe orientarea imaginilor și compensarea aerotriangulației. Imaginile preluate sunt unite prin mozaicare și astfel se realizează fotoplanul zonei respective. Pentru realizarea ortofotoplanului, acesta se va corecta de efectele de trenare, de eventualele umbre și de influența reliefului din teren.

Un alt produs fotogrammetric ce se poate obține din exploatarea imaginilor achiziționate cu UAV-uri este planul de situație al zonei de interes. Acesta se poate realiza prin vectorizare directă pe baza ortofotoplanului sau prin stereorestituție pe baza modelelor stereoscopice obținute prin suprapunerea fotogramelor, cu parametrii obținuți în urma aerotriangulației. De obicei, planul de situație este realizat pentru inventarierea grafică și contextuală, ținând cont și de toponimia zonei. Planul de situație este de regulă corelat, alături de ortofotoplan, cu baza de date a speciilor de plante, rezultând sistemele de tip GIS.

Preluarea imaginilor cu UAV-uri pentru exploatări fotogrammetrice

Au fost analizate ariile de zbor în funcție de mărimea lor, specificitate (specii de interes prezente în ariile respective și criteriile de observație urmărite pentru fiecare) și în raport cu autonomia aparatului și atitudinile de zbor necesare pentru acoperirea bună a zonelor respective. Au fost executate misiuni cu payload foto – video, atât pentru observație vizuală, fotografie și filmări, cât și pentru fotogrammetrie și realizarea de hărți. S-au testat scenarii de operare în care s-a efectuat atât observație prin fotografiere verticală, cât și fotografie oblică și orizontală, la punct fix.

Prelucrarea fotogrammetrică și fotointerpretarea

Imaginile achiziționate în teren au fost descărcate pe calculator și prelucrate radiometric pentru a contrasta detaliile fotogramei. Cu ajutorul unui soft, imaginile astfel obținute se încarcă pentru a fi prelucrate din punct de vedere fotogrammetric. Prelucrarea fotogrammetrică se bazează pe elementele de orientare de la bordul UAV -ului, dar mai ales pe tehnica corelării automate a imaginilor imediat adiacente.

Datorită faptului că imaginile sunt de o calitate foarte bună, iar acoperirea – atât cea longitudinală, cât și cea transversală – sunt foarte mari, aceasta îi permite softului să găsească foarte multe puncta de legătură între imaginile ce se suprapun. Multitudinea acestor puncte de legătură (de ordinul sutelor) determină o calitate foarte bună a ortofotoplanurilor ce se obțin.

Fotointerpretarea imaginilor culese se bazează pe cunoașterea formei și a aspectului diverselor obiecte, pentru a le putea recunoaște pe imaginile preluate.

Fotointerpretarea și recunoașterea formelor se bazează foarte mult pe experiența utilizatorului uneori nefiind îndeajuns doar câteva aspecte tehnice despre acestea.

6.4 Documentația privind fluxul tehnologic de obținere a imaginilor ortofoto

Principalele etape de lucru sunt: măsurarea punctelor de legătură între modele și compensarea în bloc a fotogramelor, realizată prin aerotriangulație.

Aerotriangulația conține ambele etape și este necesară pentru rectificarea imaginii și obținerea imaginii ortofoto. Legarea imaginilor prin punctele de legătură (realizate manual sau automatic) realizează orientarea inițială a imaginilor în raport cu fiecare în parte.

Ca funcție de sprijin un model digital de elevație (DEM) se calculează după ajustarea imaginilor în bloc, iar corecțiile spectrale pot fi aplicate în diferite etape ale procesului.

Punctele măsurate la sol îmbunătățesc acuratețea rezultatului final, dar acestea sunt opționale în cazul în care nu se dorește realizarea unei ortofotograme cu coordonate în sistemul național. Producția de mozaicuri finale se poate realiza din imaginile orto-rectificate sau din imaginile originale.

Exportul final poate fi realizat sub format *.tiff, *.sdw sau chiar sub format *.kml pentru a fi direct vizibile în Google Earth. Fluxul de lucru pentru obținerea imaginilor ortofoto este următorul: introducerea parametrilor de orientare a camerei, corelarea automata a imaginilor (a punctelor de legătură, tie points) sau manuală, introducerea reperilor și compensarea în bloc a imaginilor (realizarea aerotriangulației), calcularea modelului digital de elevație (DEM), corectarea individuală a imaginilor și mozaicarea acestora pentru a obține ortofotoplanul zonei fotografiate.

În concluzie, putem afirma că utilizarea dronei este din ce în ce mai practicată atât în țări străine, cât și la noi în țară deoarece oferă posibilitatea utilizatorului să pătrundă în zone inaccesibile, dificile sau periculoase pentru operatorii umani.

Privind siguranța personalului, aceasta este asigurată prin efectuarea de măsurători de la o distanță sigură. Măsuratorile se fac printr-o manieră non-invazivă, dronele nelăsând urme sau emisii de orice natură, în timpul sau după efectuarea măsurătorilor.

Măsurătorile sunt efectuate într-o perioadă scurtă de timp și cu o rezoluție temporală ridicată.

Grație vitezei reduse de zbor și a posibilității de a plana, combinată cu un traseu de zbor programabil, se pot studia zone de interes ce acoperă suprafețe relativ mari.

Autopilotul, integrat perfect cu aeronava, poate respecta cu acuratețe planul de zbor prestabilit, controlând camera în așa fel încât să se obțină acoperirea întregii suprafețe studiate.

O prezentare sintetică a stadiului actual de dezvoltare a fotogrammetriei și teledetecției, pe baza realizărilor cunoscute până în prezent, permite aprecierea realistă a posibilităților și limitelor acestui mijloc de investigare.

Planificarea zborului și măsurătorile au arătat că aceast sistem UAV oferă avantaje mari în înregistrarea patrimoniului cultural, comparativ cu metodele tradiționale.

Majoritatea așa-numitelor sisteme de cartografiere UAV curente sau sistemele de cartografiere utilizând dronele folosesc tehnologia autonomă, modernă și sofisticată pentru zbor; și totuși surprinzător ele duc fotogrammetria cu 50 de ani în urmă și mai mult!

Cu toate acestea, prin abordarea adecvată a problemelor de eroare și de punere în aplicare fundamentele pentru a obține o precizie adevărat fotogrammetrică, putem face un salt înainte în fotogrammetria precisă utilizând drone!

Recunoașterea numeroaselor surse potențiale de erori, iar apoi tratamentul adecvat pentru eliminarea sau cel puțin măsurarea acestora, va fi cel mai important factor de discriminare între sistemele de cartografiere cu ajutorul dronelor. Informațiile de rezistență și sarcinile utile sunt de o relevanță mică pentru cartografiere exactă și fotogrammetrie. Sistemele care specifică clar preciziile de cartografiere din X și Y, precum și în înălțime, ar trebui să fie sistemele de cel mai mare interes pentru cartografierea fotogrammetrică, folosind diferite tipuri de drone. Aceste precizii trebuie să se precizeze definitiv, cu informații clare cu privire la fiabilitatea și repetabilitatea unor astfel de precizii.

Prin proiectul de fotografiere a Stațiunii de Cercetare Dezvoltare Horticolă Târgu Jiu, cu ajutorul tehnologiei moderne (dronă) au rezultat planuri de situație care sunt utilizate de către studenți în cadrul laboratorului de fotogrammetrie, GIS și teledecție (vectorizare, calcul suprafețe terenuri, calcul suprafețe zone verzi, determinarea drumurilor de acces, etc.). De asemenea aceste planuri care au rezultat în sistem Stereografic 70 pot fi utilizate la întocmirea documentației topocadastrale în vederea notării în cartea funciară a terenului și construcțiilor aferente Stațiunii de Cercetare Dezvoltare Horticole Târgu Jiu. Precizia de determinare a planurilor față de metodele topografice clasice este de ordinul centimetrilor.

Tot cu ajutorul planurilor rezultate din măsurătorile cu ajutorul dronelor se pot stabili numărul de nivele ale construcțiilor, tipul de acoperiș (tip terasă sau șarpantă) precum și culoarea și textura fațadelor. Pentru terenurile cu destinație de parcuri se pot stabili tipul arborelui, vegetația solului și aplicarea unui GIS pentru fiecare tip de sol în parte.

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

Cărți și lucrări de autor în edituri

Baltsavias, E. P. – A comparison between photogrammetry and laser scanning, ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 54, 1999, 83-94.

Chițea, Gheorghe., Kiss, Arpad., Vorovencii, Iosif – Fotogrammetrie și Teledetecție, Editura Universității Transilvania din Brașov

Dima, N. – Teoria erorilor și metoda celor mai mici pătrate, Editura Petroșani, 1992

Dima, N. – Geodezie, Editura Lito. Inst. de Mine Petroșani, 1985

Dima, N., Herbei, O., Vereș, I. – Teoria erorilor și metoda celor mai mici pătrate, Editura Universitatea Petroșani, 2012

Dragomir, L. – Fotogrammetrie Curs, Editura Focus, Petroșani, 2011

Herbei, M., Ular, R. – Întocmirea și redactarea planurilor și hărților topografice, Editura Dalami, Caransebeș, 2011

Herbei, M. – Sisteme Informaționale Geografice, Editura Universitatea Petroșani, 2013

Popescu, G. – Bazele geometrice ale fotogrammetriei, Editura Academiei Române, București, 2000

Popescu, C., Ciolac, L., Ciolac, V., Fazakas, P. – Topografie, Fotogrammetrie și Teledetecție, Editura Eurobit, Timișoara, 2005

Popescu, C., Copăcean, L., Herbei, M. – Teledecție Note de curs, Editura Timișoara, 2014

Wester-Ebbinghaus, W. – Aerial Photography by radio controlled model helicopter, The Photogrammetric Record, London, England, Vol. X No. 55, 1980

Studii și articole în reviste de specialitate sau prezentate la conferințe

România în pas cu tehnologia, MEDIA.IMEDIA.RO, Editura IMEDIA.RO, 2015

Servicii de fotogrammetrie UAV, International Partner Buro, 2014, Editura IparterBuro, 2014

UAV Technology Push – GEO Informatics – Magazine for Surveying, Mapping & GIS Professionals no. 8, Editura CMedia, 2014

Resurse în format electronic

Homepage

http://delta.aerocontrol.ro/Raport%20Stiintific%20Etapa%201%20-%202012%20UAS-BIRDD.pdf

https://media.imopedia.ro/stiri-imobiliare/romania-in-pas-cu-tehnologia-masuratorile-topo-realizate-cu-ajutorul-unor-aparate-de-zbor-in-miniatura-21057-print.html

https://ro.scribd.com/document/40520329/Revista-de-Geodezie-Cartografie-%C5%9Fi-Cadastru-2009-numerele-1-2

http://www.scribd.com/

http://www.scrigroup.com/educatie/fizica/ELEMENTE-DE-FOTOGRAMMETRIE-INT63329.php