วัตถุประสงค์โครงการ
วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้เพื่อตรวจสอบความแม่นยำที่ Marlyn Cobalt Drone & PPK ทำได้ เทียบกับผลลัพธ์ที่ตรวจวัดไว้ก่อนหน้าจากจุดตรวจวัดในภาพ Ortho
การดำเนินการในโครงการและเครื่องมือที่ใช้
อุปกรณ์รับสัญญาณ GNSS
ด้วยเทคโนโลยีที่ทันสมัย อุปกรณ์สามารถรับสัญญาณได้จากดาวเทียม GPS, GLONAS, GALILEO และ Beidou ทำให้ได้ตำแหน่งที่แม่นยำเชื่อถือได้แม้สัญญาณอ่อนหรืออยู่ภายใต้สภาพแวดล้อมที่ไม่อำนวย
จุดตรวจควบคุมพื้น (GCPs)
จุดตรวจควบคุมพื้น (GCPs) เป็นจุดอ้างอิงที่ถูกทำขึ้นบนพื้น และถูกใช้ในภาพถ่ายเพื่อปรับแก้ความบิดเบี้ยวของภาพที่อาจเกิดขึ้นได้จากการถ่ายภาพด้วยโดรน GCPs ถูกวางไว้ตามตำแหน่งที่กำหนด และตรวจวัดด้วยเครื่องมือตรวจวัดที่มีความแม่นยำ เช่น อุปกรณ์รับสัญญาณ GNSS หรือกล้องสำรวจ Total Station ในการเก็บค่าพิกัดที่แม่นยำเพื่อใช้อ้างอิงในการประมวลผล
ในโครงการนี้ GCPs จะถูกใช้เสมือนจุดตรวจสอบเพื่อตรวจสอบความแม่นยำของภาพ Ortho ที่ได้มาจาก Marlyn Cobalt ที่ใช้งานร่วมกันกับอุปกรณ์ของ Topcon PPK ตำแหน่งของ GCPs ที่ตรวจวัดในพื้นที่จะถูกเปรียบเทียบกับตำแหน่งของ GCPs เดียวกันในภาพ Ortho ที่ได้ การทำเช่นนี้ จะสามารถทราบถึงความคลาดเคลื่อนระหว่าง GCPs และจุดที่ปรากฏในภาพ Ortho ข้อมูลนี้เป็นส่วนสำคัญในการประเมินความแม่นยำของโดรนและการประมวลผลภาพที่ก่อให้เกิดภาพ Ortho
Atmos Marlyn Cobalt Drone
Atmos Marlyn Cobalt เป็นโดรนปีกตรึงสำหรับงานสำรวจ แผนที่ และ โฟโตแกรมเมตรี ออกแบบตามหลักอากาศพลศาสตร์ ขับเคลื่อนด้วยระบบไฟฟ้า ส่งผลให้โดรนลำนี้ใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ สามารถบินได้นานถึง 40 - 50 นาที Marlyn Cobalt รองรับเซ็นเซอร์ที่หลากหลายทั้ง RGB, Multispectral หรือ Thermal ทำให้สามารถเก็บข้อมูลที่ต้องการได้ทั้งภาพถ่ายและรายละเอียดของพื้นที่ สามารถปฏิบัติงานได้ในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย โดรนลำนี้สะดวกในการเคลื่อนย้ายและประกอบ และด้วยความสามารถในการบินได้โดยอัตโนมัติ ผู้ใช้สามารถระบุเส้นทางบินและการเก็บข้อมูลได้โดยไม่ต้องอาศัยนักบิน
กล้อง SONY RX1RII
กล้อง SONY RX1RII มีขนาดกะทัดรัด ความละเอียดสูง ถูกใช้งานร่วมกันกับโดรน Atmos Marlyn โดยกล้องมีเซ็นเซอร์ CMOS ขนาด 35 มม. พร้อมด้วยความละเอียด 42.4 ล้านพิกเซล ช่วยให้เก็บภาพได้คมชัด เห็นถึงรายละเอียดได้ในสภาพแสงที่แตกต่างกัน
กล้อง SONY RX1RII ถูกออกแบบให้สามารถทำงานสำรวจ แผนที่ และ โฟโตแกรมเมตรี ด้วยความสามารถของเลนส์ที่มีค่า Aperture ที่ f/2.0 ช่วยให้รับแสงได้มากกว่าตลอดจนความชัดลึกของภาพถ่าย ยิ่งไปกว่านั้น เซ็นเซอร์ยังมาพร้อมกับเทคโนโลยีในการโฟกัสอัตโนมัติที่ล้ำสมัยแต่ก็ยังมีทางเลือกในการโฟกัสด้วยผู้ใช้เอง ช่วยให้สามารถควบคุมและปรับตั้งค่าในการถ่ายภาพได้ ตอนเปิดตัวสู่สาธารณะ SONY RX1RII ได้หยุดการผลิต และถูกแทนที่ด้วย A7RIV ความละเอียด 61 ล้านพิกเซล ช่วยให้ครอบคลุมพื้นที่ได้กว้างขึ้นรวมถึงการถ่ายภาพมุมเฉียงด้วยเลนส์ Zeiss Ventum ขนาด 21 มม. อย่างไรก็ตาม A7RIV อยู่นอกเหนือขอบเขตของการศึกษานี้
Atmos Navigator (Flight Planning Software)
โปรแกรม Atmos Navigator ถูกออกแบบให้วางแผนและควบคุมการบินในงานถ่ายภาพภูมิประเทศ แผนที่ และ โฟโตแกรมเมตรี โปรแกรมมีการใช้งานที่เข้าใจง่าย ช่วยให้ผู้ใช้งานกำหนดหรือปรับแก้ภารกิจการบินเพื่อถ่ายภาพได้อย่างแม่นยำ โปรกแรมนี้เป็นส่วนสำคัญสำหรับการวางแผนและการควบคุมโดรน ทำให้ผู้ใช้งานได้รับข้อมูลที่แม่นยำและมีคุณภาพจาก Marlyn Cobalt Drone
Atmos Geotagger (Software)
โปรแกรม Atmos Geotagger V2 เครื่องมือในการทำ PPK Geo-Reference กับภาพถ่ายจาก Marlyn Cobalt ที่มีการ Sync. และปรับแก้ตำแหน่ง GPS ของภาพเพื่อให้ได้ความแม่นยำระดับเซนติเมตรในแกน x, y, z บรรจุอยู่ในแต่ละภาพ โปรแกรมนี้เริ่มโดยนำเข้าภาพถ่ายและ GPS Log File จาก Mission จากนั้นทำการ Sync. ภาพถ่ายเข้ากับข้อมูลตำแหน่ง GPS และทำ Geo-Reference ในแต่ละภาพให้แม่นยำบนพื้นฐานข้อมูลตำแหน่งและลักษณะท่าทาง ช่วยให้คุณประมวลผลข้อมูลจำนวนมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงมี Preview ของภาพที่ประมวลผลแล้วและยังสามารถส่งออกภาพเหล่านั้นไปยังโปรแกรมอื่น ๆ เพื่อประมวลผลหรือวิเคราะห์ข้อมูลต่อไป ด้วยเหตุนี้ โปรแกรม Geotagger V2 เป็นส่วนสำคัญในการบริหารจัดการข้อมูลจากโดรนตลอดจนสร้างข้อมูลที่มีความแม่นยำในงานสำรวจ แผนที่ และ โฟโตแกรมเมตรี
Agisoft Metashape (Software)
Agisoft Metashape เป็นโปรแกรมโฟโตแกรมเมตรี สำหรับประมวลผลเพื่อสร้างภาพ Ortho ที่มีความแม่นยำ เหมาะสำหรับงานสำรวจและทำแผนที่ โปรแกรมจะประมวลผลภาพเพื่อสร้างโมเดล 3D ของภูมิประเทศ และจากโมเดลนี้ จะนำไปสู่การสร้าง Orthomosaic ที่มีค่าพิกัดภูมิศาสตร์ ประโยชน์สำหรับการวางแผนงานโครงการ รวมถึงสร้างลักษณะการวางตัวของภูมิประเทศเพื่อการวิเคราะห์ ยิ่งไปกว่านั้น เครื่องมือที่มีอยู่ในโปรแกรมยังสามารถประมวลผล, วิเคราะห์, รังวัดข้อมูล ตลอดจนจัดทำรายงานได้อีกด้วย โปรแกรม Agisoft Metashape เป็นเครื่องมือสำคัญในการสร้างภาพ Ortho ที่มีความแม่นยำ สำหรับงานสำรวจและทำแผนที่ ด้วยความสามารถในการประมวลผลและวิเคราห์ข้อมูลนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ละเอียดและแม่นยำ
โครงการ
ขั้นตอนของโครงการนี้ เริ่มจากเลือกสถานที่ที่จะให้โดรนขึ้นบิน หลังจากประเมินแต่ละทางเลือกแล้ว ก็พบว่าน่าจะบินที่ Laguna Caren, Santiago สถานที่นี้ถูกเลือกด้วยเหตุที่เป็นพื้นที่กว้างใหญ่ ห่างไกลจากแหล่งชุมชน ซึ่งจะสามารถให้โดรนปฏิบัติงานได้อย่างเต็มที่ โดยจะให้เก็บภาพพื้นที่ขนาดใหญ่ในครั้งเดียว ด้วยลักษณะของพื้นที่ทำให้ Laguna Caren เป็นที่ที่เหมาะสำหรับขึ้นบินเก็บข้อมูลที่จำเป็นสำหรับโครงการนี้
เมื่อยังอยู่บนพื้น ขั้นแรกคือให้เครื่องรับสัญญาณ GNSS เก็บข้อมูล GCPs ที่อยู่บนพื้นที่ก่อนหน้านี้แล้ว ด้วยเทคโนโลยีของเครื่องรับสัญญาณ GNSS ที่ใช้ ทำให้สามารถเก็บค่าพิกัดได้อย่างแม่นยำ แม่นยำมากถึงขนาดมิลลิเมตร ในกระบวนการนี้ อาศัยการทำงานของ RTK ซึ่งแทนค่าเครื่องรับเป็นเสมือนสถานีฐานที่ทราบค่าพิกัดที่ชัดเจน และเครื่องรับอีกตัวใช้ในการเก็บค่า ณ จุดควบคุม ต้องชื่นชมความแม่นยำที่เชื่อถือได้ของเทคโนโลยีนี้ ที่หลังจากนี้จะถูกใช้ในการแก้ค่าภาพ Ortho ที่ได้
ต่อมา จะนำโดรนไปไว้ในที่ที่ปลอดภัยและมั่นคงสำหรับการขึ้นบินและลงจอด ในตอนนี้ จัดให้มีสถานที่ทำงานด้วยคอมพิวเตอร์ที่อยู่ไม่ไกลจากโดรนเพื่อจะได้รับค่า parameters สร้างแผนการบิน ควบคุมการขึ้นบินและลงจอดของโดรน ซึ่งทั้งหมดต้องยกความดีให้กับโปรแกรมควบคุมการบินของ Atmos
เมื่อการบินเสร็จสิ้น ข้อมูลที่ได้และข้อมูลที่เกี่ยวข้องทั้งหมดจะถูกประมวลผลในที่ทำงาน ขั้นตอนแรกจะเป็นการรวบรวมข้อมูลทั้งหมดที่ได้ระหว่างการบิน ไม่ว่าจะเป็นข้อมูลดิบจากสถานีฐาน GNSS ภาพถ่ายที่ได้ รวมถึงข้อมูล GNSS จากการบิน ถึงตอนนี้ โปรแกรม Atmos Geotagger V2 ถูกนำมาใช้เพื่อรวมข้อมูลทั้งหมดเข้าไว้ด้วยกันเป็นไฟล์เพื่อการประมวลผลในขั้นตอนต่อไป
ต่อจากนั้น กระบวนการประมวลผลภาพถ่ายก็ได้เริ่มขึ้น โดยการการบวนการ PPK (Post-Processing Kinematic) เพื่อบรรจุข้อมูลค่าพิกัดที่แม่นยำเข้าไปยังภาพถ่ายแต่ละภาพโดยอาศัยข้อมูลค่าพิกัดจากสถานีฐานที่ทราบค่าที่เราใส่เข้าไปในโปรแกรม กระบวนการนี้ทำให้ได้ค่าตำแหน่งที่แม่นยำทั้งแกน X, Y และ Z ในแต่ละภาพ ซึ้งเป็นส่วนสำคัญในขั้นตอนสุดท้ายทั้งในรูปแบบโมเดลและรูปแบบแผนที่
การประมวลผลโดยอาศัย PPK เทคนิค ทำให้สามารถแก้ไขค่าพิกัดตำแหน่งที่อาจผิดพลาดจากการบินได้ ทำให้ภาพมีค่าพิกัดภูมิศาสตร์ที่ถูกต้องแม่นยำ กระบวนการนี้เป็นพื้นฐานของการได้มาซึ่งข้อมูลที่มีคุณภาพถูกต้องแม่นยำสำหรับไปทำเป็นภาพ Ortho ต่อไป
หลังจากแก้ไขและบรรจุค่าพิกัดไปยังภาพแล้ว เราจะดำเนินการต่อด้วยโปรแกรม Agisoft Metashape ในโปรแกรมนี้ เรารวมภาพต่าง ๆ จากขั้นตอนก่อนหน้า เป็นการเริ่มต้นกระบวนงาน ขั้นที่หนึ่งเป็นการปรับหมุนทิศของภาพให้อยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง
ผลที่ได้ตามมา เราจะได้แนวของ Point Cloud ซึ่งมีลักษณะเป็นจุดๆ รวมตัวกันเป็นลักษณะ 3 มิติ และจะถูกใช้ในการสร้างความเชื่อมโยงให้เกิดความหนาแน่นของ Point Cloud เพื่อใช้ในการสร้างโมเดล 3 มิติของลักษณะภูมิประเทศที่มีความถูกต้องแม่นยำ
ขั้นตอนต่อไป เราจะสร้างโมเดลดิจิทัลแสดงชั้นความสูง ในลักษณะเป็นโมเดล 3 มิติชั้นความสูงของภูมิประเทศ ในขั้นตอนนี้ จะสามารถเป็นถึงจุดสูงสุดและจุดต่ำสุดของภูมิประเทศได้ ช่วยให้เข้าใจลักษณะของภูมิประเทศได้ดีขึ้น
ขั้นตอนสุดท้าย จะเป็นการสร้างภาพ Ortho ที่เป็นดิจิทัลโมเดลที่ลักษณะภูมิประเทศถูกแสดงเป็นข้อมูลพื้นราบที่ถูกต้อง ภาพ Ortho นี้มีประโยชน์มาก โดยสามารถข้อมูลที่ถูกต้องแม่นยำและยังใช้ในการรังวัดพื้นที่ในถูมิประเทศได้ ในลักษณะเดียวกัน ยังสามารถวิเคราะห์ลักษณะของภูมิประเทศเพื่อให้ได้ข้อมูลที่มีความสำคัญในการดำเนินการต่อพื้นที่ในอนาคต
ผลลัพธ์จากโครงการ
ภาพ Ortho
ภาพ Ortho เป็นผลผลิตที่ได้จากการเก็บข้อมูลภาพจากโดรน Marlyn Cobalt ซึ่งได้รับการบรรจุค่าพิกัดโดยอาศัยวิธีการ PPK ทำให้ได้ข้อมูลภาพออกมา โดยความสามารถของโปรแกรม Agisoft Metashape และด้วยโปรแกรมนี้ เราจะได้รับข้อมูลพื้นที่สนใจที่มีขนาดพื้นที่ 108 Ha
ภาพ Orthomosaic
จากภาพ จะเห็นได้ว่าความละเอียดของ GSD มีขนาดอยู่ที่ 1.3 cm/px ที่ความสูงของการบินที่ 100 เมตรเหนือพื้นดิน
การนำเข้าค่าพิกัดของ GCPs สู่โปรแกรม Agisoft Metashape เราจะเห็นความแตกต่างระหว่างค่าพิกัดปัจจุบันและพิกัดตำแหน่งของจุดที่ GCP อยู่ในภาพ Ortho เฉลี่ยอยู่ที่ 3.2 ซม.
จากตารางต่อไปนี้ จะเห็นได้ว่าเกิดข้อผิดพลาดอยู่ 4 จุด และแสดงความผิดพลาดของแต่ละจุดตามลำดับ
บทสรุป
หลังจากดำเนินการครบทุกขบวนงานแล้ว เราสามารถสรุปได้ว่า ผลลัพธ์ที่ได้เป็นที่น่าพอใจ โดยเฉพาะความแม่นยำในผลผลิตสุดท้ายนั่นก็คือ ภาพ Ortho ที่มีความแม่นยำดีมาก สามารถทำความแม่นยำได้ถึง 3 ซม. เมื่อเทียบกับ GCPs นับว่าเป็นผลลัพธ์ที่น่าประทับใจ ด้วยการบินคลอบคลุมพื้นที่ 108 Ha โดยใช้ระยะเวลาทั้งสิ้นเพียง 40 นาที แสดงให้เห็นได้อย่างชัดเจนว่าประหยัดเวลาได้อย่างมาก
ความเร็วของการบินทำได้ดีด้วยเหตุที่ใช้เครื่องบินปีกตรึงที่มีหลักอากาศพลศาสตร์ที่ดี ยิ่งไปกว่านั้น ภาพถ่ายที่ได้มีคุณภาพดีเยี่ยม ต้องขอบคุณความสามารถของเซ็นเซอร์กล้อง SONY RX1RII ซึ่งเป็นกล้องที่มีคุณภาพสูงที่มีส่วนช่วยให้สามารถได้ภาพถ่ายที่มีความละเอียดสูง
เป็นที่เด่นชัดว่าโดรนนี้มีความเอนกประสงค์สำหรับงานสำรวจในพื้นที่ขนาดใหญ่ เป็นเสมือนเครื่องมือหลักสำคัญสำหรับงานสำรวจ สรุปได้ว่าการใช้เทคโนโลยีนี้ส่งผลให้สามารถช่วยส่งเสริมอย่างมากในการการเก็บข้อมูลและสร้างข้อมูลที่แม่นยำเชื่อถือได้ และช่วยได้อย่างมากในลักษณะงานที่เกี่ยวกับภูมิประเทศ