Создание ортофотоплана с помощью квадрокоптера Геоскан Pioner mini на основе блочного программирования

Евграфов И.Е., Кисненко М.Н., Горбулин Р.П.

Омский ГАУ

Создание ортофотоплана с помощью квадрокоптера Геоскан Pioner mini на основе блочного программирования

Ключевые слова: ортофотоплан, блочное программирование, программирование, квадрокоптер.

Введение

Ортофотоплан – это цифровое трансформированное изображение местности (объекта), созданное по перекрывающимся исходным фотоснимкам. Создается он на основе снимков, полученных с помощью беспилотного летательного аппарата (БПЛА) во время аэрофотосъемки. Ортофотопланы местности применяются во многих отраслях: при изыскательских работах, землеустройстве, архитектурно-строительном проектировании, строительно-монтажных работах, мониторинге экологического состояния и в сельском хозяйстве.

Пионер Мини - квадрокоптер начального уровня. Он разработан в рамках концепции STEM-образования, позволяя ученикам развиваться сразу в нескольких предметных областях – программировании, физике, инженерии, математике. Квадрокоптер может летать в помещении полностью автономно по написанной учениками программе, открывая широкие возможности для проведения учебных занятий и соревнований по робототехнике.

Цель: создание ортофотоплана при помощи базовых навыках программирования и квадрокоптера начального уровня.

Задачи:

1. Ознакомление с техническими параметрами квадрокоптера:
2. Расчет параметров аэрофотосъемки;
3. Написание программы полета коптера;
4. «Сшивание» снимков в ортофотоплан.

Технические характеристики квадрокоптера «Геоскан Пионер Мини»

[pic 1]

Рисунок 1 – Квадрокоптер “Геоскан Пионер Мини”

Общие сведения:

 Тип мультироторный

Воздушная скорость 0 — 20 км/ч

Диаметр воздушных винтов 65 мм

Макс. продолжительность полета 10 мин

 Вес квадрокоптера 100 г Макс. взлетный вес 120 г

 Размеры 175×140×38 мм

Камера:

 Разрешение матрицы 2 Мп Макс. разрешение 1600x1200 (UXGA)

Вес 27 г [1]

Составление маршрута аэрофотосъемки

Чтобы правильно построить траекторию пролета квадрокоптера во время аэрофотосъемки, необходимо знать:

− параметры камеры (размер матрицы и фокусное расстояние объектива);

− исходные данные (размеры снимаемой области, высота пролета, величины продольного и поперечного перекрытий).

Также необходим ряд формул, позволяющих вычислить требуемые значения из исходных данных. Физические размеры участка (в метрах) на фотографии с конкретной камеры рассчитываются по формулам:

горизонтальная сторона

H = h*S/f        (1)

вертикальная сторона

L = l*S/f        (2)

где f - фокусное расстояние;

l - вертикальный размер матрицы;

L - вертикальный размер объекта (размер участка по вертикали) S - расстояние до объекта (высота пролета);

h - горизонтальный размер матрицы;

H - горизонтальный размер объекта (размер участка

по горизонтали)

Значение S будет влиять на количество необходимых снимков, чем S будет больше, тем меньше снимков, но при этом их разрешение будет меньше.

В результате аэрофотосъемки получается массив фотографий, которые впоследствии могут быть сшиты в единое большое изображение – ортофотоплан. Однако, чтобы сшивка произошла успешно, фотографии необходимо делать с перекрытием, причем величина перекрытия     должна быть достаточно большой (рис. 2).

[pic 2]

Рисунок 2 – Обозначение перекрытий при аэрофотосъёмке

Физическое расстояние, соответствующее перекрытию в процентах, вычисляется по формулам:

ax = H*Px/100        (3)

ay = L*Py/100        (4)

где ax – размер области перекрытия по курсу;

ay – размер области перекрытия между маршрутами; H– длина горизонтальной стороны;

L – длина вертикальной стороны;[pic 3]

Рисунок 3 – Продольное и поперечное перекрытие снимков

Физическое расстояние, соответствующее перекрытию в процентах, вычисляется по формулам:

ax = H*Px/100        (3)