ارتوفتو (orthophoto) چیست؟
ارتوفتو یا ارتوموزاییک یک تصویر هوایی است که به کمکروش‌های تصحیح هندسی، مانند تصحیح پرسپکتیو، به گونه ای تصحیح شده است که مقیاس تصویر در تمام نقاط آن ثابت است. به عبارت دیگر، ارتوفتو به تصویر هوایی یا نقشه‌ای گفته میشود که تحریفات ناشی از زاویه دید دوربین و توپوگرافی زمین ( جابه جایی ناشی از اختلاف ارتفاع ) در آن تصحیح شده است، به طوری که می‌توان آن را به عنوان یک نقشه دقیق و مقیاس پذیر برای اندازه گیری فواصل واقعی استفاده کرد.
تهیه نقشه ارتوفتو(orthophoto)تهیه نقشه ارتوفتو که در آموزش نقشه برداری هوایی نیز به آن اشاره میشود ، شامل مراحل مختلفی است که با جمع‌آوری داده‌های تصویری شروع میشود و به پردازش و تصحیح آنها ختم میشود. در زیر به مراحل اصلی این فرآیند اشاره می‌شودجمع‌آوری داده‌ها در تهیه نقشه ارتوفتو(orhophoto) جمع آوری نقاط کنترل زمینی یعنی نقاط مشخص و دقیق در سطح زمین که مختصات آنها با استفاده ازیا روش‌های نقشه برداری دقیق اندازه‌گیری شده‌اند. این نقاط برای تصحیح انحرافات و خطاهای هندسی در تصاویر استفاده می‌شوندمرحله ی بعد شامل گرفتن عکس‌های هوایی یا ماهواره ای از منطقه‌ی مورد نظر است. این عکس‌ها می‌توانند توسط هواپیماها، پهپادها یا ماهواره‌ها گرفته شوند. معمولاً از دوربینهای با رزولوشن بالا استفاده میشود.
پردازش تصاویردر تهیه نقشه ارتوفتودر این مرحله بر روی تصاویر گرفته شده و به کمک نقاط کنترل زمینی جمع آوری شده، تصحیحات هندسی و توپوگرافی در نرم افزارهای پردازش تصویر اعمال می شود. بعد از انجام تصحیحات به دلیل بزرگ بودن منطقه نیاز به ترکیب تصاویر و تصحیح همپوشانی آنها استتولید نقشه ارتوفتو(orthophoto)پس از تصحیح‌ها و ترکیب‌ها، تصویر نهایی ارتوفتو تولید میشود. این تصویر به گونه‌ای است که مقیاس درهمه نقاط آن یکسان است و به صورت مستقیم قابل استفاده برای اندازه گیری‌های دقیق است قبل از ارائه‌ی نقشه ارتوفتو، کنترل کیفیت بر روی آن انجام میشود تا از دقت و صحت آن اطمینان حاصل خروجی نهایی نقشه ی ارتوفتو درفرمت‌های مختلفی مانند و غیره می باشد. این مراحل به تولید یک نقشه‌ی دقیق و کارآمد از منطقه‌ی مورد نظر کمک می‌کنند که می‌تواند در برنامه‌ریزی، مدیریت منابع، و بسیاری کاربردهای دیگر استفاده شو
کاربرد نقشه ارتوفتو(orthophoto)
ارتوفتوها به دلیل دقت بالا و ویژگی‌های منحصربه‌فردشان در بسیاری از زمینه‌ها و صنایع کاربرد دارند. در زیر به برخی از کاربردهای اصلی ارتوفتوها اشاره میشود:
1. نقشه‌برداری و کاداستر زراعی تعیین مرزهای املاک و اراضی ارتوفتوها به دلیل دقت بالا، ابزاری مفید برای تعیین مرزهای قانونی املاک و اراضی هستند. نقشه‌های ارتوفتو می‌توانند به عنوان پایه‌ای برای نقشه‌برداری کاداستری و ثبت اراضی استفاده شوند.
2.نقشه‌برداری شهری و روستایی در برنامه‌ریزی و توسعه شهری و روستایی، از ارتوفتوها برای تهیه نقشه‌های دقیق و به‌روز استفاده میشود مدیریت منابع طبیعی و محیط زیست: جنگل ارتوفتوها به شناسایی و مدیریت منابع جنگلی کمک می‌کنند، از جمله ارزیابی پوشش گیاهی، تغییرات کاربری زمین، و شناسایی مناطق آسیب‌دیده نظارت بر تغییرات 3.
زیست‌محیطی: ارتوفتوها می‌توانند برای نظارت بر تغییرات زیست‌محیطی مانند فرسایش خاک، تغییرات سطح آب، و تخریب زمین استفاده شوند.
4.مهندسی و زیرساخت طراحی و ساخت جاده‌ها، پل‌ها و زیرساخت‌ها: ارتوفتوها به مهندسان کمک می‌کنند تا نقشه‌های دقیقی از محل پروژه‌ها تهیه کنند و برنامه‌ریزی‌های مهندسی را با دقت بیشتری انجام دهند
نظارت بر پروژه‌های عمرانی: ارتوفتوها می‌توانند به عنوان ابزار نظارت بر پیشرفت پروژه‌های عمرانی استفاده
5. کشاورزی:
کشاورزی دقیق: ارتوفتوها به کشاورزان کمک می‌کنند تا توزیع محصولات، مدیریت آب، و استفاده بهینه از منابع را بهبود بخشند.
شناسایی مناطق مشکل‌دار: با استفاده از ارتوفتوها، کشاورزان می‌توانند مناطق دارای مشکل مانند نقاط دچار آفات یا بیماری را شناسایی کنند و اقدامات لازم را انجام دهند.
6.برنامه‌ریزی شهری:
توسعه شهری: از ارتوفتوها برای برنامه‌ریزی و طراحی مناطق جدید شهری استفاده میشود، از جمله تعیین محل ساخت‌وسازها و تخصیص زمین‌ها برای کاربری‌های مختلف.
مدیریت حمل و نقل: ارتوفتوها در مدیریت سیستم‌های حمل و نقل و برنامه‌ریزی مسیرها و جاده‌ها کاربرد دارند.
7.بلایای طبیعی و مدیریت بحران:
مدیریت بحران: ارتوفتوها به تیم‌های مدیریت بحران کمک می‌کنند تا نقشه‌های دقیقی از مناطق آسیب‌دیده تهیه کنند و در ارزیابی خسارت و برنامه‌ریزی برای امدادرسانی و بازسازی استفاده شوند.
پیش‌بینی و جلوگیری از بلایای طبیعی: با استفاده از ارتوفتوها، می‌توان به پیش‌بینی خطرات طبیعی مانند سیل، لغزش زمین، و طوفان‌ها کمک کرد.
8.باستان‌شناسی:
شناسایی سایت‌های باستانی: ارتوفتوها می‌توانند به شناسایی و مستندسازی سایت‌های باستانی و آثار تاریخی کمک کنند.
ارتوفتوها به دلیل دقت بالا و توانایی ارائه اطلاعات دقیق جغرافیایی در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند و به بهبود تصمیم‌گیری‌ها و برنامه‌ریزی‌ها کمک می‌کنند.
تصحیحات هندسی در تهیه ارتوفتو
تصحیحات هندسی در تهیه‌ی ارتوفتو به مجموعه‌ای از فرآیندها اطلاق میشود که برای اصلاح اعوجاجات و خطاهای موجود در تصاویر هوایی یا ماهواره‌ای استفاده می‌شوند تا تصویر نهایی دارای دقت هندسی بالا و صحیح باشد. این تصحیحات باعث می‌شوند که تمامی نقاط در تصویر با مختصات واقعی خود در زمین مطابقت داشته باشند.
در زیر به توضیح انواع تصحیحات هندسی که در فرآیند تهیه‌ی ارتوفتو اعمال می‌شوند.تصحیح اثرات پرسپکتی در تهیه ی ارتوفتو :زمانی که تصاویر هوایی از زاویه‌ای به غیر از حالت عمودیگرفته می‌شوند، برخی نقاط تصویر ممکن است نسبت به دیگر نقاط نزدیک‌تر به دوربین به نظر برسند. این پدیده باعث اعوجاج در تصویر میشود. تصحیح پرسپکتیو این تغییرات را اصلاح می‌کند تا تصویر به نظر بیاید که از بالای سر و به صورت عمودی گرفته شده است
تصحیح اعوجاج لنز دوربینهای هوایی ممکن است باعث اعوجاجاتی مانند اعوجاج بشکه‌ای شود. این اعوجاجات باعث می‌شوند که خطوط مستقیم در تصاویر منحنی به نظر برسند. در مرحله‌ی تصحیح هندسی، این اعوجاجات با استفاده از مدل‌های ریاضی و اطلاعات مربوط به لنز اصلاح می‌شوند.
تصحیح جابجایی ناهمواری‌هاتغییرات ارتفاع و ناهمواری‌های زمین باعث میشود که برخی نقاط در تصویر نسبت به مکان واقعی خود دچار جابجایی شوند. این پدیده به خصوص در مناطقی با توپوگرافی پیچیده بارزتر است. با استفاده از مدل‌های رقومی ارتفاع، این جابجایی‌ها در مرحله‌ی تصحیح هندسی ارتوفتو اصلاح می‌شون
تصحیح انحراف سنسور در حین پرواز و عکس‌برداری، ممکن است سنسور دوربین به دلیل لرزش هواپیما یا پهپاد دچار انحراف شود. این انحراف‌ها می‌توانند بر روی تصاویر تأثیر بگذارند و باعث اعوجاج شوند.
با استفاده از داده‌های مربوط به وضعیت دوربین (مانند زاویه و جهت) این انحرافات اصلاح می‌شوند تصحیح جابجایی عرضی هنگامی که یک منطقه از زوایای مختلف عکس‌برداری میشود، پدیده‌ی اختلاف منظر باعث میشود که اشیاء نزدیک به دوربین در مقایسه با اشیاء دورتر جابجا به نظر برسند. این مسئله به خصوص در تصاویری که از ارتفاعات مختلف گرفته شده‌اند، آشکارتر است. این خطاها با استفاده از تصاویر همپوشانی و نقاط مشترک بین آنها اصلاح می‌شوند .تصحیح سیستم مختصات در این مرحله، تصویر به سیستم مختصات جغرافیایی واقعی متصل میشود.
این کار با استفاده از نقاط کنترل زمینی انجام میشود تا هر نقطه در تصویر با موقعیت واقعی خود در زمین مطابقت داشته باشد تصحیح همپوشانی و ترکیب تصاویر هنگامی که چندین تصویر برای پوشش کامل یک منطقه بزرگ نیاز است، همپوشانی‌ها و ترکیب تصاویر می‌تواند به خطاهایی در تصویر نهایی منجر شود. این خطاها در مرحله‌ی موزائیک سازی تصحیح می‌شوند تا یک تصویر پیوسته و بدون درز حاصل شود این تصحیحات هندسی باعث می‌شوند که نقشه‌ی ارتوفتو به یک تصویر دقیق و بدون اعوجاج تبدیل شود، که می‌تواند به عنوان یک منبع قابل اعتماد برای برنامه‌ریزی،تحلیل و تصمیم‌گیری در حوزه‌های مختلف استفاده شود.
تهیه نقشه اورتفتو
در ادامه در مورد مراحل تهیه نقشه ارتفتو صحبت خواهیم کرد.
مراحل تهیه نقشه اورتوفتو
1. جمع‌آوری داده‌ها (تصاویر هوایی یا پهپادی)
برای تولید نقشه اورتوفتو، به مجموعه‌ای از تصاویر هوایی نیاز داریم. این تصاویر باید دارای پوشش همپوشانی مناسب باشند تا بتوان آنها را پردازش و موزاییک کرد.
نکات کلیدی در تهیه تصاویر پهپادی:
- انتخاب پهپاد مناسب: پهپادهای مجهز به دوربینهای باکیفیت و GPS دقیق (مانند DJI Phantom 4 RTK، eBee X یا Matrice 300) برای این کار مناسب‌تر هستند.
- تنظیم ارتفاع پرواز: بسته به دقت موردنیاز، ارتفاع پرواز معمولاً بین 50 تا 150 متر تنظیم میشود.
- میزان همپوشانی تصاویر: برای دقت بالاتر، همپوشانی طولی (Front Overlap) بین 70 تا 80 درصد و همپوشانی عرضی (Side Overlap) بین 60 تا 70 درصد توصیه میشود.
- استفاده از نقاط کنترل زمینی (GCPs): اگر دقت بالا لازم است، نقاط کنترل زمینی که با GPS دقت بالا (RTK یا PPK) برداشت شده باشند، ضروری هستند.
2. پردازش تصاویر در نرم‌افزار تخصصی
پس از جمع‌آوری تصاویر، برای تولید نقشه اورتوفتو نیاز به پردازش آنها در یک نرم‌افزار پردازش تصاویر پهپادی داریم. برخی از محبوب‌ترین نرم‌افزارها برای این کار عبارت‌اند از:
- Agisoft Metashape
- Pix4D Mapper
- DroneDeploy
- RealityCapture
- OpenDroneMap (نرم‌افزار متن‌باز)
مراحل پردازش تصاویر در نرم‌افزار Pix4D Mapper:
- ایجاد پروژه جدید: تصاویر را وارد نرم‌افزار کنید و مختصات تصاویر (اگر RTK یا PPK باشد) را تنظیم کنید.
- تنظیم نقاط کنترل زمینی (GCPs): اگر از نقاط کنترل استفاده می‌کنید، مختصات آنها را وارد کرده و در تصاویر مربوطه علامت‌گذاری کنید.
- انتخاب نوع پردازش: گزینه Ortho-Mosaic را انتخاب کنید.
- تنظیم کیفیت پردازش: بسته به نیاز، کیفیت پردازش را در حالت High یا Medium قرار دهید.
- اجرای پردازش: نرم‌افزار فرایند Aligning Photos، Dense Cloud، Digital Surface Model (DSM) و در نهایت Ortho-mosaic Generation را انجام می‌دهد.
- ذخیره و خروجی گرفتن: فرمت خروجی معمولاً GeoTIFF (.tif) است که می‌توان آن را در نرم‌افزارهای GIS مانند QGIS یا ArcGIS باز کرد.
3. بهینه‌سازی و تصحیح نقشه اورتوفتو
بعد از تولید اولیه نقشه اورتوفتو، ممکن است نیاز به اصلاحاتی داشته باشید:
- حذف نویز و اشکالات هندسی: برخی از تصاویر ممکن است دارای اعوجاج باشند که باید تصحیح شوند.
- افزایش دقت مکانی: بررسی کنید که مختصات با دقت بالا در نرم‌افزارهای GIS ثبت شده باشد.
- برش و تنظیم محدوده موردنظر: در صورت نیاز، محدوده نقشه را برش داده و فقط بخش‌های موردنیاز را ذخیره کنید.
4. استفاده از نقشه اورتوفتو در GIS
بعد از تولید نقشه اورتوفتو، می‌توان از آن در نرم‌افزارهای GIS مانند ArcGIS یا QGIS برای تجزیه‌وتحلیل‌های بیشتر استفاده کرد. برخی از کاربردهای رایج نقشه‌های اورتوفتو شامل موارد زیر است:
- تهیه نقشه‌های توپوگرافی و کاداستر
- مدیریت شهری و برنامه‌ریزی زمین
- پایش تغییرات محیط‌زیست و پوشش گیاهی
- استفاده در صنعت معدن و نقشه‌برداری زمین‌شناسی
- بررسی و تحلیل کشاورزی دقیق (Precision Agriculture)
پاسخ‌ها