Від аерофотозйомки до стратегічного планування: як 3D-моделі змінюють міський простір

Підтримка міських просторів за допомогою БПЛА та 3D-моделювання: досвід грецької команди

Команда з Університету Арістотеля в Салоніках, Греція провела дослідження щодо значення безпілотних літальних апаратів (БПЛА) у просторовому картографуванні міського середовища. Основною метою було оцінити ефективність використання аерофотознімків для охоплення визначеної геометричної зони та дослідити потенціал 3D-моделювання для міського планування і регенерації.

Зважаючи на динамічний розвиток технологій, управління міськими просторами потребує інноваційних підходів. Отримання якісних просторових даних у поєднанні з тривимірною візуалізацією сприяє глибшому розумінню структури міста та прийняттю ефективних рішень у межах спільного планування.

Міське середовище складається з щільно забудованих зон, інфраструктури для транспорту, комерції, промисловості, житла та озеленення, яке піддається значному впливу антропогенних факторів. Однак через складну конфігурацію будівель і поверхонь досягнути високоточного картографування є складним завданням. Сучасна фотограмметрія з використанням БПЛА надає нові можливості для розв’язання цих викликів.

‍

‍

Процес збору даних

Об’єкт дослідження — територія площею 81 000 м² — була охоплена аерофотознімками, зробленими дроном із висоти близько 90 м. Збір зображень здійснювався через програму Pix4Dcapture. Для забезпечення якості та повноти даних маршрут було облітано двічі. Загалом виконано два польоти по 20 хвилин кожен, в результаті чого отримано 231 геоприв’язаних зображеннь з 80% перекриттям.

Побудова 3D-моделі

3D-модель створювалася у програмі Pix4Dmapper згідно з типовим фотограмметричним алгоритмом:

• Відбір відповідних знімків із геотегами
  
  
• Оптимізація ключових точок та аналіз відповідності кадрів
  
  
• Побудова щільної хмари точок і текстурованої 3D-сітки
  
  
• Створення цифрової моделі поверхні (DSM) шляхом інтерполяції
  
  
• Орторектифікація з подальшою генерацією ортомозаїки
  
  

Візуалізація результатів

Для фотореалістичного відображення 3D-моделі використовувалася програма Blender. У випадках, коли на якість текстурування впливали фізичні об’єкти (дерева, освітлювальні стовпи, рослинність) або нестача зображень, застосовувалися альтернативні точки огляду і позиції.

У результаті вдалося візуалізувати досліджувану ділянку з мінімальним відхиленням від заданого маршруту. Отриманий рівень деталізації (LOD1) відповідає потребам досліджень у сфері спільного міського планування. За допомогою 3D-сітки та ортомозаїки можна чітко виявити елементи забудови, порожні простори та межі території.

‍

‍

Удосконалення міського та спільного планування

Створена 3D-модель забезпечує цілісне розуміння міського середовища, покращуючи його візуалізацію. Це значно полегшує інтеграцію досліджуваної території в контекст «розумних міст», екологічних програм, а також стратегічного міського й партисипативного планування.

‍

‍

Проєкт був спрямований на виявлення та аналіз просторових проблем і конфліктів, а також на визначення пріоритетних недоліків території. Завдяки цьому вдалося охопити широкий спектр потенційних результатів, знайти альтернативні рішення, організувати моніторинг, реалізацію та переоцінку проєктних процесів стратегічного та детального рівнів.

Отримана геопросторова інформація дозволяє формувати як моделі потенційного впливу, так і сценарії реагування на події з урахуванням розміщення, наявних ресурсів та конфліктів. Це відкриває можливості для планування оперативних дій на території, створення просторових візуалізацій і передбачення сценаріїв втручання. Такі результати можуть бути корисними у процесах партисипативного прийняття рішень, сприяти краудсорсингу та формуванню нових підходів до розуміння впливу антропогенної діяльності на навколишнє середовище. Водночас це сприяє залученню громадян до локального планування: навіть без спеціальної підготовки можна краще усвідомити наслідки різних стратегічних рішень для своєї громади завдяки можливостям 3D-моделювання.

Доповнення картографічних продуктів 3D-моделями

Фотореалістичні 3D-моделі, створені фотограмметричними методами з використанням БПЛА, ефективно доповнюють дані, отримані шляхом наземного лазерного сканування. Дрони дозволяють фіксувати інформацію з важкодоступних ракурсів, чого не можна досягти традиційними наземними методами, які часто є витратними, трудомісткими та обмеженими приватною власністю або регуляторними обмеженнями. Аерофотознімки, отримані з БПЛА, суттєво скорочують витрати часу та ресурсів на виконання проектних робіт.

Фотограмметричне 3D-моделювання також виявляється цінним інструментом у контексті спільного планування. Дані про архітектурне середовище можна легко інтегрувати в локальні бази просторових знань, створюючи масштабовані моделі з географічною прив’язкою. Це пришвидшує реалізацію майбутніх адміністративних ініціатив, пов’язаних із розвитком публічного простору — від землекористування й міського садівництва до формування кишенькових парків та тимчасових культурних просторів. Зібрана інформація сприяє ідентифікації проблем участі, визначенню пріоритетів та пошуку системних рішень, а також організації спільного моніторингу й зворотного зв’язку між зацікавленими сторонами.

Висновки

3D-моделювання надає цінні набори даних, які слугують основою для автоматизованого аналізу міського простору. Запропонований підхід із використанням фотограмметричних даних БПЛА дозволяє кількісно та якісно оцінити міські параметри, забезпечуючи зацікавленим сторонам доступ до детальних фотограмметричних хмар точок, що мають більшу щільність, ніж хмари, створені за допомогою LiDAR.

Отримані візуалізації міського середовища охоплюють різні масштаби — від окремих будівель і вулиць до цілих кварталів і районів. Це дозволяє застосовувати їх як у локальних, так і в масштабніших проектах. Перспективний та вертикальний вигляд, а також можливість накладення тематичних шарів дають змогу архітекторам і містобудівникам проводити ґрунтовний аналіз території. Такі матеріали, включно з отриманими зображеннями, можуть бути використані для підтримки проєктів забудови, аналізу інфраструктурного розвитку в публічному й приватному секторах (зокрема за принципом «до» та «після»), а також для створення візуального контенту, який заохочує залучення громадськості.

Надійність і точність отриманої інформації, зокрема у важкодоступних зонах, робить цей підхід надзвичайно перспективним для автоматизації процесів міського моніторингу. Очікується, що використання фотограмметричного картографування та 3D-моделювання за допомогою БПЛА стрімко зростатиме в найближчі роки, завдяки доступності технологій. Їх застосування вже починає істотно впливати на низку галузей, і, ймовірно, незабаром стане стандартом у практиці геодезичних, містобудівних і партисипативних досліджень.

‍

‍

Джерело: GIM International

‍