Лучшее программное обеспечение для фотограмметрии с дронов с открытым исходным кодом для археологии

Археологи, инженеры-строители и геодезисты все чаще обращаются к фотограмметрии с дронов, чтобы превратить аэрофотоснимки в измеримые 3D-модели, ортофотопланы и облака точек. Раньше проблемой было программное обеспечение: такие лицензии, как Agisoft Metashape или DJI Terra, могут стоить тысячи евро в год, что увеличивает нагрузку на проекты наследия, небольшие консалтинговые услуги или бюджеты на мониторинг объектов. Многие не осознают, что зрелая экосистема бесплатных инструментов фотограмметрии с открытым исходным кодом теперь справляется с этими задачами с результатами, которые могут конкурировать с проприетарными пакетами, особенно в сочетании с надежным рабочим процессом в полевых условиях и дроном, на которого можно положиться. Наши многоточечные стендовые испытания в Reboot Hub, ремонт на уровне микросхемы MOHRSS уровня 3 и 180-дневная гарантия на каждое отремонтированное устройство DJI снижают риск оборудования, поэтому вы можете сосредоточиться на картировании.

В этом руководстве вы узнаете о лучшем бесплатном программном обеспечении для фотограмметрии дронов для археологии, о том, как синхронизировать данные с ГИС, какие варианты работают для измерения объема и оценки мусора, а также о том, как отремонтированные китайские дроны из цепочки поставок вписываются в рабочий процесс с точностью до субсантиметра. Мы также покажем вам, как инструменты с открытым исходным кодом сравниваются с платными альтернативами, такими как Agisoft Metashape и DJI Terra, и предоставим вам серьезную сравнительную таблицу, чтобы подобрать программное обеспечение для нужд вашего проекта. Там, где вступают в силу национальные или местные правила, особенно в Италии, мы указываем вам на соответствующие проверки, а не цитируем правила, которые могут измениться в одночасье. Перед полетом всегда уточняйте информацию у компетентного авиационного органа или органа по охране наследия.

Почему археологическая фотограмметрия имеет открытый исходный код?

Археологическое картографирование требует ортотрансформированных изображений, цифровых моделей рельефа (ЦМР) и трехмерных облаков точек, которые можно встроить в среду ГИС, передать исследовательским группам и использовать для точного документирования. Конвейеры фотограмметрии с открытым исходным кодом имеют несколько явных преимуществ:

• Нулевая стоимость лицензии, что имеет значение, когда финансирование проекта ограничено и каждый евро может пойти на наземные нужды.
• Полная прозрачность— вы можете проверять алгоритмы, адаптировать параметры обработки и даже интегрировать конвейер в собственные скрипты.
• Активные сообщества, которые постоянно улучшают совместимость с новыми моделями дронов, включая DJI Mavic 4 Pro и другие популярные платформы камер.
• Отсутствие привязки к поставщику: данные вашего проекта остаются в открытых форматах, поэтому вы можете повторно обработать их через десять лет с помощью других инструментов.

Компромисс заключается в том, что большинство инструментов с открытым исходным кодом требуют немного большего удобства при использовании командной строки или, по крайней мере, некоторого метода проб и ошибок в настройках. Тем не менее, такие инструменты, как WebODM, предлагают удобный веб-интерфейс, а Meshroom обеспечивает графический рабочий процесс на основе узлов, который по ощущениям близок к коммерческому программному обеспечению.

Если вы не хотите тратить часы на настройку параметров обработки или беспокоиться о том, выполнит ли ваш дрон миссию без ошибок, вы можете положиться на то, чему уже доверяют независимые операторы: отремонтированный дрон, прошедший строгие стендовые испытания, а не рыночная авантюра. Именно здесь подходит стандарт Reboot Hub: вы получаете заведомо исправный самолет, поэтому вам нужно настроить только программные переменные.

Краткий обзор бесплатного программного обеспечения для фотограмметрии: сравнительная таблица

Мы выбрали инструменты, которые превосходно подходят для археологических исследований, измерения объема и создания облаков точек — все они бесплатны и имеют открытый исходный код, если не указано иное. Эта таблица поможет вам подобрать программное обеспечение для конкретного случая использования без поиска по форумам.

Как читать таблицу на предмет перекрывающихся сценариев:

• Если вам нуженединый конвейер от изображений дронов к готовому к ГИС ортофотоплану и ЦМР, а также расчет объемов запасовWebODM/ODM — это рабочая лошадка.
• Если вы реконструируетенебольшой артефакт или участок траншеис множеством перекрывающихся изображений с близкого расстояния Meshroom или COLMAP дадут вам водонепроницаемые сетки.
• ДляТочность от миллиметра до сантиметра в крупных археологических ландшафтахобъедините строгую настройку пакета MicMac с CloudCompare для обнаружения изменений.
• При сравнении с DJI Terra для измерения запасов горнодобывающей промышленности ODM и CloudCompare воспроизводят объемные рабочие процессы без какой-либо лицензионной платы; вы просто заменяете запатентованную обработку Terra открытой цепочкой.

Ни один инструмент не является абсолютно «лучшим» по всем параметрам. Правильный выбор позволяет сбалансировать схему получения изображений (сетка надира, наклонная, смешанная), требуемые результаты ГИС и удобство вашей команды при работе с программным обеспечением с открытым исходным кодом.

Шаг за шагом: синхронизация данных дронов с ГИС для картирования археологических объектов

Этот рабочий процесс отражает потребности читателей, картографирующих объекты в Италии, где региональные системы координат и требования к отчетности по наследию добавляют уровни. Хотя ступени носят общий характер, они построены с учетом типичных археологических исследований. Всегда уточняйте местные стандарты подачи данных в Soprintendenza или соответствующем национальном органе.

1. Планирование миссии и захват изображений
   Используйте приложение для полета (например, DJI Pilot, Pix4Dcapture или встроенный планировщик вашего дрона), чтобы установить сетку газонокосилки с перекрытием спереди и сбоку на 70–80%. В археологии включите косые проходы, если вам нужно запечатлеть детали фасадов стоящих построек или балок раскопок. Тщательно запишите профиль камеры; Данные EXIF ​​будут использоваться программным обеспечением для фотограмметрии.
   Примечание по оборудованию: Восстановленный DJI Mavic 4 Pro или Phantom 4 RTK, прошедший многоточечные стендовые испытания, обеспечивает стабильную четкость изображения и надежную фиксацию RTK при использовании со службой NTRIP или местной базовой станцией. Эта надежность снижает вероятность того, что весь полетный набор будет отклонен из-за мягкого фокуса или прыжков в позиционировании.

2. Наземные контрольные точки (GCP)
   Разложите и обследуйте опорные точки с помощью тахеометра или приемника GNSS (RTK или PPK). В Италии многие специалисты используют RDN (Rete Dinamica Nazionale) или региональные сети GNSS. Для рабочих процессов с открытым исходным кодом программному обеспечению необходимы опорные точки, отмеченные на ваших изображениях, для масштабирования и географической привязки модели. Даже если у вашего дрона есть встроенный модуль RTK, GCP обеспечивают перекрестную проверку, которая может обнаружить ошибки крена и наклона.

3. Структура из Motion и плотной реконструкции.
   Обработка изображений в WebODM (проще всего запустить). Импортируйте фотографии, определяйте координаты опорных точек вручную или через файл CSV, а также выбирайте параметры для ортофотоплана высокого разрешения и матрицы высот. Если вы используете MicMac,MicheилиTapioca+Tapas, [2] и т. д. - Выводить ТОЛЬКО переводы, по одному в строке - НЕ добавляйте пояснения или комментарии. - НЕ переводите названия брендов или названия моделей продуктов. - Сохранение объектов HTML (& < и т. д.) - Сохраняйте числа, единицы измерения и измерения как есть ВВОД: Цепь [1] обеспечивает строгую самокалибровку, которой некоторые археологи доверяют при документировании сантиметрового уровня.
   Выходные данные будут включать ортофотоплан GeoTIFF и облако точек с географической привязкой (обычно в формате LAS или LAZ).

4. Интеграция ГИС
   Откройте QGIS (бесплатно) или ArcGIS. Перетащите GeoTIFF и DEM. Географическая привязка, встроенная в файл, должна соответствовать выбранному вами коду EPSG — итальянским зонам UTM на основе ETRF2000 (обычно EPSG 32632, 32633 и т. д.) или Gauss-Boaga, если требуется. Итальянским археологическим органам может потребоваться предоставить данные в национальной системе отсчета; перепроверить параметры преобразования данных в принимающем учреждении.
   Если вам требуется векторное картирование археологических объектов, создайте новый шейп-файл или геопакет и отслеживайте объекты непосредственно на ортофото.

5. Объединение облака точек и тахеометра
   Некоторые итальянские геодезисты предпочитают объединять облака точек дронов с тахеометрическими съемками углов зданий или стен котлованов. Инструменты с открытым исходным кодом, такие как CloudCompare, позволяют выравнивать два облака точек с помощью сопоставления точек выбора или ICP. Этот гибридный подход распространен, когда на объекте есть как открытая местность (дрон), так и ограниченное внутреннее пространство (тахеометр). Эта комбинация дает вам единое облако точек для дальнейшего анализа.
   Предупреждение: несоответствие систем координат является наиболее частым источником несоосности. Перед объединением всегда проверяйте, что данные вашего дрона и данные тахеометра имеют одну и ту же эпоху и датум.

Альтернативы с открытым исходным кодом DJI Terra и Agisoft Metashape: что вы сохраняете и чем торгуете

DJI Альтернативы Terra для добычи полезных ископаемых и измерения запасов

DJI Terra — это коммерческое комплексное решение, которое прекрасно сочетается с дронами DJI. Его рабочий процесс расчета объема запасов упрощен, но он ограничивает вас платной лицензией и совместимой экосистемой дронов с камерой. Бесплатные альтернативы, такие как OpenDroneMap, предлагают сопоставимые вычисления объема на основе DSM: вы летаете по той же сетке надира, обрабатываете изображения в плотное облако точек и цифровую модель поверхности, а затем вычисляете объем либо непосредственно в ODM (через–dem-euclidean-shapeи–volumeпараметры) или в CloudCompare, вырезав основание сваи и запустив инструмент «Объем 2.5D». Показатели выходного объема можно сверить с данными наземных исследований LiDAR; многие операторы находят согласие в пределах 1–3% для чистых, хорошо текстурированных свай, хотя ни одно программное обеспечение не может гарантировать фиксированную погрешность во всех условиях площадки. Для горнодобывающих предприятий в Германии и других странах, которые ищут «бесплатную альтернативу DJI Terra», ODM в сочетании с CloudCompare — это зрелая бесплатная сеть.

Agisoft Metashape против открытого исходного кода для археологии в Италии

Metashape — мощный коммерческий инструмент, широко используемый в итальянских археологических проектах. Он предлагает усовершенствованный графический интерфейс, поддержку нескольких камер и точное обнаружение маркеров. Основное отличие стеков с открытым исходным кодом — это время, которое вы тратите на обучение и тонкую настройку. Для большинства археологических результатов — ортофото, ЦМР, плотного облака точек — WebODM или MicMac могут дать научно адекватные результаты. Экономия средств очевидна: Metashape взимает единовременную плату в несколько тысяч евро за профессиональную версию; Инструменты с открытым исходным кодом ничего не стоят. Для небольшой консалтинговой компании по вопросам наследия или университетской полевой школы эта экономия может перенаправить средства на найм специалиста или приобретение более качественных GCP.

На вопрос, можно ли использовать Agisoft Metashape с отремонтированными китайскими дронами для топографии с точностью до сантиметра, ответ — да: отремонтированный дрон DJI от Reboot Hub с проверочным и откалиброванным датчиком MOHRSS Level-3 обеспечивает точно такую ​​же геометрию изображения, что и новый аппарат. Metashape не проводит дискриминацию на основании истории покупок камеры. Достигаемая вами точность зависит от параметров полета, мощности сети GCP и настроек обработки, а не от того, был ли дрон продан как новый или как устройство Pristine Подержанный со 180-дневной гарантией. Многие операторы сокращают расходы на оборудование, выбирая модернизированную платформу, а затем инвестируют разницу в хорошее оборудование для геопривязки.

Бесплатные инструменты для конкретных полевых сценариев

Оценка обломков обрушившегося здания

После обрушения конструкции быстрая оценка объема обломков имеет решающее значение для поисково-спасательных и инженерных групп. Дрон может безопасно делать снимки, не повреждая кучу. Затем программное обеспечение для фотограмметрии создает 3D-модель обломков. Двухэтапный свободный конвейер:

• Обработайте изображения с помощью OpenDroneMap, чтобы получить плотное облако точек.
• Загрузите облако точек в CloudCompare, отделите обломки от окружающей земли с помощью инструмента «Ножницы» и вычислите объем под сеткой или с помощью функции объема 2.5D.
  Это дает количественную оценку удаленного материала или размера обрушившейся кучи, что полезно для страховщиков и судебно-медицинских инженеров. При таких важных оценках мы рекомендуем, чтобы результаты были проверены лицензированным геодезистом; бесплатное программное обеспечение предоставляет вам данные, но профессиональная интерпретация остается жизненно важной.

Расчет объема запасов горнодобывающей промышленности

Фотограмметрия с открытым исходным кодом может заменить собственные модули майнинга. Проведите сетку надира над складским двором, убедившись, что контуры основания видны или что у вас есть надежная эталонная ЦМР для голой земли из предыдущего исследования. Обработайте в ODM, сгенерируйте DSM, а затем используйте команду объема ODM или импортируйте DSM в QGIS, чтобы вычесть базовую плоскость. Полученный объем выемки/насыпи можно экспортировать в виде отчета. Для крупномасштабных рудников может потребоваться пакетная обработка и разбиение на плитки, а режим командной строки CloudCompare может автоматизировать извлечение объемов из нескольких отвалов. Как всегда, периодические контрольные съемки с помощью вездехода GNSS помогают откалибровать рабочий процесс.

Археологическое 3D-моделирование с использованием итальянских инструментов с открытым исходным кодом.

Итальянское исследовательское сообщество приняло MicMac, в частности, из-за его наследия от IGN и его хороших результатов при работе со смешанными наборами изображений — надир дрона, наклонные изображения вбок и наземные фотографии с рук. Сопряжение MicMac с ГИС QGIS с открытым исходным кодом, которая имеет полный перевод на итальянский язык, обеспечивает полную бесплатную среду с открытым исходным кодом на итальянском языке. Хотя структура команд MicMac не основана на графическом интерфейсе, учебные пособия итальянских университетов и форум MicMac снижают входной барьер. Полученные облака точек (nuvole di punti) можно классифицировать, фильтровать и экспортировать для использования в археологической интерпретации, а ортофотопланы удовлетворяют стандартам документации Министерства культуры Италии для многих типов проектов.

Разумный подход к соблюдению требований и доступу к объектам

Программное обеспечение для фотограмметрии не обеспечивает соблюдение правил полета — это делаете вы. Археологическое картирование дронов в Италии, ЕС или других странах требует соблюдения правил EASA и любых дополнительных национальных постановлений. В Италии ENAC регулирует операции дронов с отдельными категориями для открытых, специальных и сертифицированных сценариев. Археологические исследования часто подпадают под категорию «Специальные», если они включают полеты вблизи людей или за пределами прямой видимости.

Что это означает для рабочего процесса вашего программного обеспечения:

• Планируйте миссии так, чтобы дрон оставался в разрешенных пределах высоты и расстояния. Высота над землей напрямую влияет на расстояние отбора проб грунта (GSD), поэтому прежде чем планировать съемку с разрешением 2 см/пиксель, изучите локальный потолок.
• Если вам необходимо летать вблизи зон культурного наследия, в некоторых районах может потребоваться предварительное разрешение от местного Soprintendenza или даже запрет на полеты от ENAC. Всегда проверяйте данные заранее перед работой на местах.
• Требования к географической привязке могут определяться надзорным органом; используйте опорные точки, полученные в официальной геодезической сети, чтобы ваши результаты сохранялись во время проверки.

Наши рекомендации намеренно носят общий характер: правила меняются, а местные условия меняются. Мы советуем операторам перед любым полетом сверить последние правила с ENAC, компетентным авиационным органом и археологическим органом. Это не уступка страху; именно так опытные пилоты защищают свою репутацию и целостность данных проекта.