فتوگرامتری چیست
فتوگرامتری چیست؟ شاید این سوال خیلی از علاقه مندان حوزه نقشه برداری و دانشجویانی باشد که به تازگی واردرشته فتوگرامتری شده اند. در ادامه این مقاله از وبسایت مسترپی در مورد علم فتوگرامتری و انواع آن صحبت خواهبم کرد.
کلمه Photogrammetry به چه معناست
کلمه‌ی “فتوگرامتری” (Photogrammetry) از سه بخش تشکیل شده است:
فتو (Photo): این بخش از کلمه به معنای “نور” یا “عکس” است. “Photo” از ریشه‌ی یونانی “φωτός” (فوتوس) به معنای “نور” می‌آید. هر تصویری که ثبت میشود، در واقع نتیجه‌ی برخورد نور با یک سطح حساس به نور است. به عبارت دیگر، تصویری که ثبت می‌کنیم نتیجه‌ی نور بازتاب شده از یک سوژه یا آبجکت به سطح حساس مانند فیلم یا حسگر دوربین است.
گرام (Gramma): این بخش به معنای “نوشته” یا “چیزی که ثبت شده” است. “Gramma” در یونانی به معنای “چیزی نوشته شده یا ثبت شده” به کار می‌رود. بنابراین، این بخش به فرایند ثبت نور و تبدیل آن به تصویر یا داده اشاره دارد.
متری (Metry): این بخش به معنای “اندازه‌گیری” است. “Metry” از ریشه‌ی یونانی “μέτρον” (متری) به معنای “اندازه‌گیری” گرفته شده است. این بخش از کلمه به نقش اندازه‌گیری و استخراج اطلاعات از تصاویر اشاره دارد.
بنابراین، فتوگرامتری به طور کلی به معنای “اندازه‌گیری با استفاده از تصاویر ثبت شده توسط نور” است. نکته‌ای که در بحث فتوگرامتری وجود دارد، این است که در بیشتر موارد، تصاویر مورد استفاده در طیف مرئی نور ثبت می‌شوند، یعنی همان نوری که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است. این موضوع در انواع مختلف تصاویر مانند تصاویر ماهواره‌ای، هوایی و زمینی یا برد کوتاه دیده میشود.
در واقع، فتوگرامتری به بررسی و استخراج اطلاعات از تصاویر به‌خصوص در حوزه‌هایی مانند نقشه‌برداری، مدل‌سازی سه‌بعدی و تحلیل عوارض طبیعی و مصنوعی می‌پردازد. این تصاویر، اطلاعات دقیقی از اشیا و محیط اطراف ارائه می‌دهند که در صنایع مختلف از آنها استفاده میشود.
تعریف فتوگرامتری
اگر بخواهیم یک تعریف کلی از فتوگرامتری ارائه دهیم، می‌توانیم آن را به عنوان یک علم، فناوری و حتی هنر در نظر بگیریم که با هدف اندازه‌گیری و استخراج اطلاعات دقیق از یک جسم، محیط اطراف آن یا حتی یک منطقه بزرگ به کار می‌رود.
این اطلاعات از طریق ثبت، پردازش و تفسیر تصاویر آنالوگ و دیجیتال به دست می‌آیند. به همین دلیل، فتوگرامتری شامل شاخه‌ها و زیرمجموعه‌های متنوعی است که هر کدام کاربردهای خاص خود را دارند.
منظور از علم فتوگرامتری چیست
فتوگرامتری Photogrammetry یا همان تصویرسنجی یک علم است که به ما امکان می‌دهد اطلاعات دقیق و جامعی در مورد اشیاء فیزیکی یا محیط اطراف با استفاده از تصاویر گرافیکی یا الکترومغناطیسی کسب کنیم. این اطلاعات از طریق فرآیندهایی مانند ضبط، اندازه‌گیری و تفسیر تصاویر به دست می‌آید.
تاریخچه فتوگرامتری
فتوگرامتری در اواسط قرن ۱۹، تقریباً همزمان با ظهور عکاسی، به وجود آمد و به سرعت مورد استفاده قرار گرفت. اما هدف من در این نوشته مرور تاریخچه نیست! در اینجا می‌خواهم به صورت کاربردی به مبانی فتوگرامتری در زمینه‌های مختلف از جمله کاربردهای روزمره، صنعتی، هنری و پزشکی بپردازم. این نوشته برای کسانی تهیه شده است که آشنایی چندانی با این موضوع ندارند و می‌خواهند فتوگرامتری را به عنوان یک جایگزین برای روش‌های اسکن سه‌بعدی مورد بررسی قرار دهند.
احتمالاً با شنیدن کلمه فتوگرامتری، اولین چیزی که به ذهنتان می‌رسد، تصاویر سیاه و سفید کاغذی است که در گذشته توسط سازمان نقشه‌برداری کشور یا سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح تهیه می‌شد و در اختیار کاربران و شرکت‌ها قرار می‌گرفت.
اما فتوگرامتری فراتر از این تصاویر سنتی است و به گستره وسیعی از تصاویر و کاربردها در حوزه‌های مختلف اشاره دارد. ما در اینجا قصد داریم به طور مفصل به این کاربردها بپردازیم. همین تنوع و گستردگی باعث شده که امروزه فتوگرامتری به یکی از محبوب‌ترین و مهم‌ترین شاخه‌های علم مهندسی نقشه‌برداری تبدیل شود.
فتوگرامتری گرایش نقشه برداری
در بحث مهندسی نقشه‌برداری از ابزارها و تجهیزات مختلفی استفاده می‌کنیم مثل دوربین توتال استیشن، لیزر اسکنر، جی پی اس و… که با توجه به کاربری هر یک از این ابزارها و نحوه ای که این ابزارها می‌توانند اطلاعات سه بعدی رو برای ما اخذ کنند، گرایش‌های مختلف نقشه برداری نام گذاری می شوند. مثل سنجش از دور، GIS، ژئودزی، هیدروگرافی و فتوگرامتری که ما در مهندسی نقشه‌برداری داریم.
اما اگر ابزار اندازه‌گیری ما دوربین عکاسی باشه و ابزار کار ما عکس و یا تصویر باشد، در حوزه‌ی مهندسی فتوگرامتری قرار می‌گیرد. اگر به این زمینه علاقه دارید پیشنهاد میشود تا مینی دوره رایگان آموزش نقشه برداری با پهپاد را مشاهده کنید.
انواع روش های فتوگرامتری
شاخه‌های علم فتوگرامتری شامل سه بخش اصلی است که هر کدام کاربردها و ویژگی‌های خاص خود را دارند:
1. فتوگرامتری فضایی (ماهواره‌ای)
فتوگرامتری فضایی یا ماهواره‌ای شامل تصویربرداری از سطح زمین به وسیله ماهواره‌هایی است که در ارتفاعات چند هزار کیلومتری قرار دارند. این تصاویر برای بررسی و مطالعه عوارض طبیعی و انسانی مانند مناطق شهری، کوه‌ها، دشت‌ها، و رودخانه‌ها استفاده میشود.
تصاویر ماهواره‌ای به دلیل گستره وسیعی که پوشش می‌دهند، اغلب در مطالعات کوچک مقیاس، مانند بررسی‌های استانی یا ملی، به کار می‌روند. با این حال، محدودیت رزولوشن این تصاویر باعث میشود که برای تهیه نقشه‌های دقیق و اجرایی مناسب نباشند. به منظور دریافت تصاویر با کیفیت بالاتر، معمولاً نیاز است که ماهواره‌ها در ارتفاعات کمتری به زمین نزدیک‌تر شوند.
2. فتوگرامتری هوایی
در فتوگرامتری هوایی، دوربین‌ها به زیر هواپیماهای سرنشین‌دار نصب می‌شوند تا از مناطق وسیع تصویربرداری کنند.
تا دهه‌های 70 میلادی، تصویربرداری با دوربین‌های آنالوگ انجام می‌شد، اما از دهه 80 به بعد، دوربین‌های دیجیتال جایگزین آنها شدند. سازمان‌های دولتی مانند سازمان نقشه‌برداری کشور و سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح مسئولیت اصلی تهیه این عکس‌های هوایی را به عهده دارند.
یکی از محدودیت‌های این حوزه، پیچیدگی‌های اداری و بروکراسی‌های مربوط به دسترسی به عکس‌های هوایی است. با این حال، گسترش نرم‌افزارهای فتوگرامتری و الگوریتم‌های پیشرفته، امکان استفاده از تصاویر دوربین‌های غیرمتریک و معمولی را فراهم کرده که یک تحول بزرگ در صنعت فتوگرامتری به شمار می‌آید. اگر در این قسمت فعالیت دارید پیشنهاد میشود تا آموزش خلبانی با پهپاد را مشاهده کنید
3. فتوگرامتری زمینی (برد کوتاه)
در فتوگرامتری زمینی یا برد کوتاه، فاصله دوربین از شیء بسیار کم است و می‌تواند بین چند متر تا چند صد متر متغیر باشد.
این شاخه از فتوگرامتری به دلیل نزدیکی به سطح، روش‌ها و الگوریتم‌های متفاوتی نسبت به فتوگرامتری کلاسیک و هوایی دارد. با ظهور پهپادها و استفاده گسترده از آنها در عملیات نقشه‌برداری، فتوگرامتری پهپاد مبنا جایگاه ویژه‌ای در این شاخه پیدا کرده است. امروزه مهندسین نقشه‌بردار علاوه بر تجهیزات سنتی خود مانند GPS و توتال استیشن، اغلب از پهپادها برای تصویربرداری دقیق و تبدیل آنها به نقشه استفاده می‌کنند.
این سه شاخه به خوبی نیازهای مختلف در حوزه نقشه‌برداری را پوشش می‌دهند و با توجه به پیشرفت‌های تکنولوژی، امکانات بیشتری برای فتوگرامتریست‌ها فراهم شده است.
کاربرد فتوگرامتری در نقشه برداری
نقشه‌برداری توپوگرافی
فتوگرامتری برای تولید نقشه‌های توپوگرافی استفاده میشود که تغییرات ارتفاعی و شکل سطح زمین را نشان می‌دهند. این نقشه‌ها شامل اطلاعاتی مانند ارتفاع، شیب، و عوارض مختلف طبیعی (مانند تپه‌ها، رودها و دره‌ها) هستند و برای برنامه‌ریزی شهری، مهندسی عمران و مدیریت منابع طبیعی ضروری‌اند.تهیه مدل‌های سه‌بعدی از سطح زمین
فتوگرامتری امکان تهیه مدل‌های سه‌بعدی از زمین و عوارض موجود بر آن را فراهم می‌کند. این مدل‌ها برای مطالعات زمین‌شناسی، طراحی زیرساخت‌ها و پروژه‌های ساختمانی کاربرد دارند و به‌ویژه در مناطقی با عوارض پیچیده و دشوار دسترس، اطلاعات سه‌بعدی ارزشمندی فراهم می‌آورند.نقشه‌برداری کاداستر و ثبت املاک
در کاداستر و ثبت املاک، فتوگرامتری به تعیین حدود و مشخصات دقیق زمین‌ها و املاک کمک می‌کند. نقشه‌برداری کاداستر به صورت دقیق به مختصات املاک، مساحت، و حدود آنها می‌پردازد و برای مدیریت اراضی و حل اختلافات حقوقی بسیار حائز اهمیت است.مدیریت منابع طبیعی و محیط‌زیست
فتوگرامتری به پایش و مدیریت منابع طبیعی مانند جنگل‌ها، آب‌ها و معادن کمک می‌کند. تصاویر هوایی و داده‌های حاصل از آنها می‌توانند برای بررسی تغییرات کاربری زمین، فرسایش خاک، پوشش گیاهی و حتی کیفیت منابع آب استفاده شوند و ابزار مؤثری در حفظ محیط زیست به شمار می‌آیند.نقشه‌برداری برای کشاورزی دقیق
در کشاورزی، فتوگرامتری به عنوان بخشی از فناوری کشاورزی دقیق، به بررسی سلامت محصولات، تعیین نیازهای آبیاری، و تشخیص آسیب‌های گیاهی کمک می‌کند. پهپادهای مجهز به دوربین‌های فتوگرامتری می‌توانند نقشه‌های دقیق از وضعیت محصولات و زمین‌های کشاورزی تولید کنند.کاربرد در مدیریت بحران و بلایای طبیعی
فتوگرامتری به ارزیابی و تحلیل خسارات ناشی از بلایای طبیعی مانند زلزله، سیل، آتش‌سوزی و رانش زمین کمک می‌کند. نقشه‌ها و مدل‌های سه‌بعدی به دست آمده از مناطق آسیب‌دیده، برای تصمیم‌گیری‌های اضطراری و کمک‌رسانی سریع و بهینه به مناطق بحران‌زده بسیار مفید هستند.
مراحل تهیه نقشه به روش فتوگرامتری
تهیه نقشه با روش فتوگرامتری شامل چند مرحله مهم و دقیق است که به کمک آنها، اطلاعات تصویری سه‌بعدی از منطقه مورد نظر به دست می‌آید. این مراحل به شرح زیر است:
۱. طراحی خطوط پرواز و تعیین محدوده
در ابتدای کار، باید محدوده مورد نظر برای نقشه‌برداری تعیین شود. سپس، با توجه به ارتفاع پرواز و مقیاس مورد نیاز، خطوط پرواز طراحی می‌شوند. این خطوط مشخص می‌کنند که پهپاد یا هلیکوپتر باید چه مسیری را طی کند تا منطقه را به طور کامل پوشش دهد. طراحی دقیق خطوط پرواز از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا همپوشانی تصاویر و میزان دقت نهایی نقشه به آن وابسته است.
۲. پرواز و عکس‌برداری هوایی
در این مرحله، که مهم‌ترین بخش از عکس‌برداری هوایی است، تصاویر منطقه با استفاده از پهپاد، هلیکوپتر یا هواپیما گرفته میشود. تصاویر باید طوری ثبت شوند که پوشش طولی حدود ۶۰٪ و پوشش عرضی حدود ۲۰٪ داشته باشند تا تصاویر همپوشانی کافی برای ایجاد مدل سه‌بعدی فراهم کنند. این تصاویر سپس وارد سیستم می‌شوند و برای پردازش بیشتر آماده می‌شوند.
۳. چاپ عکس و تهیه اندیس‌های مربوطه
در این مرحله، اندیس‌ها تهیه می‌شوند که نقشه‌برداران را قادر می‌سازد تا موقعیت هر تصویر در مجموعه تصاویر را شناسایی کنند. این اندیس‌ها که در گذشته به صورت آنالوگ و چاپی تهیه می‌شدند، امروزه به دلیل پیشرفت فناوری، به صورت دیجیتالی تولید و مدیریت می‌شوند. همپوشانی تصاویر با کیفیت بالا به نقشه‌برداران کمک می‌کند تا به طور دقیق موقعیت تصاویر را تعیین و به ترتیب مورد نیاز تنظیم کنند.
۴. طراحی نقاط کنترل زمینی
برای تثبیت دقت مدل سه‌بعدی، نقاط کنترل زمینی باید طراحی و تعیین شوند. این نقاط، به عنوان نقاط مرجع روی زمین، مختصات دقیقی دارند و به همپوشانی و تطابق تصاویر کمک می‌کنند. از این نقاط برای محاسبه فاصله‌ها و اندازه‌های دقیق استفاده میشود و آنها به شکل بنچ مارک‌هایی روی زمین قرار داده می‌شوند. این کار به مدل سه‌بعدی اجازه می‌دهد که به مختصات واقعی زمین تطابق پیدا کند.
۵. انجام عملیات نهایی نقشه‌برداری
در مرحله‌ی پایانی، چند عملیات نهایی برای تکمیل نقشه‌برداری انجام میشود:
- شناسایی و ترسیم عوارض زمین: ویژگی‌های طبیعی و انسانی در منطقه شناسایی و در نقشه درج می‌شوند.
- ایجاد روترهای فتوگرامتری: تنظیمات فنی برای پردازش داده‌های تصویری و تولید مدل سه‌بعدی نهایی.
- انتخاب نقاط کنترل و مشخص کردن مقیاس: این نقاط کنترل، موقعیت دقیق اجزای نقشه را تعیین می‌کنند و مقیاس نقشه مشخص میشود.
- ارزیابی و کنترل کیفیت سطوح: این کار برای اطمینان از دقت و سازگاری تمامی داده‌ها و هماهنگی آنها در نقشه انجام میشود.
این مراحل در نهایت به تولید یک نقشه دقیق و قابل اعتماد می‌انجامد که می‌تواند برای برنامه‌ریزی شهری، مهندسی، محیط‌زیست و بسیاری از کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار گیرد.
مزایای فتوگرامتری چیست
مدل‌سازی با رنگ طبیعی و وضوح بالا
یکی از ویژگی‌های برجسته فتوگرامتری این است که تصاویر و مدل‌های به دست آمده رنگ طبیعی سوژه‌ها را به‌خوبی حفظ می‌کنند، که این امر به شفافیت و وضوح بالای نمایش پدیده‌ها کمک می‌کند. با استفاده از دستگاه‌های پیشرفته، فتوگرامتری توانایی نمایش جزئیات و کیفیت رنگ‌ها را تا حد بالایی افزایش می‌دهد و تصاویری واقعی و نزدیک به طبیعت ارائه می‌کند.هزینه کمتر و دسترسی آسان
تجهیزات و ابزارهای مورد استفاده در فتوگرامتری نسبت به روش‌های دیگر نقشه‌برداری، ارزان‌تر و در دسترس‌تر هستند. این مزیت باعث شده است که تهیه نقشه‌های دقیق و باکیفیت برای پروژه‌های مختلف، از جمله پروژه‌های عمرانی، محیط‌زیستی، و کشاورزی، برای طیف وسیعی از کاربران امکان‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه باشد.به‌روزرسانی سریع و آسان
فناوری فتوگرامتری این امکان را فراهم می‌کند که داده‌ها و نقشه‌ها به‌راحتی به‌روزرسانی شوند. به‌روزرسانی تجهیزات و اطلاعات در این علم به سادگی انجام میشود و نیازی به تجهیزات پیچیده یا پرهزینه ندارد. این قابلیت برای پروژه‌هایی که نیاز به داده‌های پویا و به‌روز دارند، بسیار مهم است.قابلیت اسکن سه‌بعدی با دقت بالا
فتوگرامتری به‌خوبی توانایی اسکن سه‌بعدی دقیق از سطح زمین و عوارض مختلف را دارد و تصاویر سه‌بعدی را با دقت و وضوح بالا ایجاد می‌کند. این اسکن‌ها با کیفیت بالا تهیه می‌شوند، به طوری که کاربران نیازی به نگرانی در مورد دقت، وضوح و کیفیت این تصاویر نخواهند داشت. این ویژگی فتوگرامتری را به یک ابزار قدرتمند برای مدل‌سازی سه‌بعدی تبدیل کرده است.کاربرد گسترده در زمینه‌های مختلف
فتوگرامتری به دلیل ویژگی‌های فوق، در بسیاری از حوزه‌ها مانند مدیریت زمین، محیط‌زیست، برنامه‌ریزی شهری، کشاورزی دقیق، و صنعت ساخت‌وساز کاربرد گسترده‌ای دارد. این علم به دلیل دقت بالا و هزینه پایین، برای پروژه‌های مختلف مناسب است و به کاربران امکان می‌دهد که نقشه‌ها و مدل‌های سه‌بعدی دقیق و کارآمدی تهیه کنند.
پاسخ‌ها
دمتون گرم
ممنون وحید جان