D2000 มาพร้อมกับโมดูลกล้องปรับมุมได้ D-OP4000 เพื่อช่วยในการสร้างเมืองอัจฉริยะในใจกลางเมืองเซี่ยงไฮ้

ด้วยการเปลี่ยนแปลงและยกระดับ "เมืองดิจิทัล" ของประเทศไปสู่ ​​"เมืองอัจฉริยะ" อย่างต่อเนื่อง การประยุกต์ใช้ GIS ที่ใช้ข้อมูลเวกเตอร์สองมิติจึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการจัดการเมืองอัจฉริยะได้ ในแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 14 ซึ่งเป็นภารกิจสำคัญในการสำรวจและทำแผนที่พื้นฐานของประเทศ แพลตฟอร์ม 3 มิติของเมืองสามารถเป็นฐาน 3 มิติสำหรับการจัดการทรัพยากรธรรมชาติและการจัดการเมืองอัจฉริยะอย่างครบวงจร และให้ข้อมูลพื้นฐานสำหรับการวางแผนเมือง การจัดการ การป้องกันอัคคีภัย การรับมือเหตุฉุกเฉิน การเฝ้าระวังสิ่งแวดล้อมทางนิเวศวิทยา ฯลฯ ดังนั้น การได้มาซึ่งข้อมูล 3 มิติในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์อย่างรวดเร็วและแม่นยำจึงกลายเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการสร้าง 3 มิติของจีนอย่างแท้จริง การถ่ายภาพทางอากาศแบบเฉียงด้วยโดรนจึงกลายเป็นวิธีสำคัญในการได้มาซึ่งข้อมูลภาพถ่ายแบบเฉียง เนื่องจากมีประสิทธิภาพและมีความยืดหยุ่นในการเก็บรวบรวมข้อมูล

อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับกล้องถ่ายภาพทางอากาศระดับมืออาชีพแล้ว โดรนมีน้ำหนักเบากว่าและมีทางยาวโฟกัสสั้นกว่า การจะได้ภาพถ่ายทางอากาศแบบเฉียงที่มีความละเอียดสูงในเขตเมืองที่มีอาคารสูงจำนวนมากและมีความแตกต่างของระดับความสูงของอาคารสูงนั้น กลายเป็นปัญหาทางเทคนิคในการถ่ายภาพทางอากาศแบบเฉียงด้วยโดรนในเขตเมือง งานวิจัยนี้ใช้โดรนควอดโรเตอร์ Pegasus D2000 ที่ติดตั้งโมดูลถ่ายภาพแบบเฉียง D-OP4000 (ทางยาวโฟกัส: 40 มม. สำหรับมุมมองด้านล่าง, 56 มม. สำหรับมุมมองด้านข้าง) เพื่อสำรวจการได้มาซึ่งข้อมูลและการสร้างแบบจำลอง 3 มิติของฉากจริงด้วยการถ่ายภาพทางอากาศแบบเฉียงด้วยโดรนในเขตเมืองใหญ่

ขอบเขตของพื้นที่การศึกษา

พื้นที่วิจัยตั้งอยู่บนฝั่งเหนือของแม่น้ำหวงผู่ในเซี่ยงไฮ้ ติดกับถนนหนานจิง ซึ่งเป็นที่ตั้งของพิพิธภัณฑ์สถาปัตยกรรมนานาชาติอันโด่งดังของเซี่ยงไฮ้ อาคารอื่นๆ ที่สูงกว่า 100 เมตรนั้นมีขนาดค่อนข้างเล็ก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ภาพถ่ายทางอากาศจากโดรนที่มีความละเอียดสูงในมุมเฉียง ซึ่งเป็นเรื่องที่ทำได้ยากมาก

ภาพถ่ายอาคารสูงในพื้นที่ศึกษา

เส้นทางทางเทคนิคแสดงอยู่ในรูปที่ 3 โดยใช้ข้อมูล DSM เกี่ยวกับความสูงของอาคารในพื้นที่นอร์ทบันด์ของเซี่ยงไฮ้ แบบจำลองระดับความสูงดิจิทัล PHOTOMOD ถูกนำมาใช้เพื่อแก้ไข DSM ด้วยตนเอง มีการบินสำรวจเพื่อเปลี่ยนระดับความสูงของอาคารบางแห่งที่มีความสูง 320 เมตรและ 260 เมตร

ภูมิประเทศเทียม

แบบจำลองพื้นผิวแบบดิจิทัลของพื้นที่วิจัยแสดงในรูปที่ 4 ความสูงของอาคารมีตั้งแต่ 3 ถึง 320 เมตร โดยอาคารที่สูงที่สุดคืออาคารแมกโนเลีย สูง 320 เมตร ใช้โมดูลแก้ไข PHOTOMOD DEM เพื่อแก้ไขและปรับเปลี่ยนแบบจำลอง DSM ด้วยตนเอง โดยให้จุดศูนย์กลางอยู่ที่อาคารแมกโนเลีย (ขยายออกไป 100 เมตร) และมีความสูง 80 เมตร (สีแดง), 50 เมตร (สีเหลืองอ่อน), 30 เมตร (สีเหลือง) และ 10 เมตร (สีเขียว) บนพื้นที่เป็นขั้นบันได

การวางแผนเส้นทาง

จากการจำลองภูมิประเทศโดยใช้แบบจำลอง การบินตามระดับความสูงจะดำเนินการโดยกำหนดระดับความสูงในการบินตามเส้นทางไว้ที่ 319 เมตร และระดับความสูงในการบินสูงสุดของ Magnolia Plaza คือ 400 เมตร การทับซ้อนของเส้นทาง 80% และการทับซ้อนด้านข้าง 70%

การจัดวางและการวัดจุดควบคุมภาพ

เนื่องจากพื้นที่สำรวจตั้งอยู่ในเขตเมืองชั้นใน โครงการนี้จึงจัดวางจุดควบคุมภาคพื้นดินและจุดตรวจสอบตามระยะห่าง 200-300 เมตร โดยใช้ทางม้าลาย มุมถนนที่มีขั้นบันได ฯลฯ ที่มีอยู่แล้วเป็นจุดควบคุมภาพ และใช้โหมดสถานีเคลื่อนที่เครือข่าย CORS ด้วยวิธีการวัด RTK เพื่อวัดพิกัดของจุดควบคุมภาพ โดยจัดวางจุดควบคุมภาพและจุดตรวจสอบทั้งหมด 50 จุด

แผนที่แสดงการวัดและการกระจายจุดควบคุมภาคพื้นดิน

การบินโดรน

เนื่องจากพื้นที่สำรวจตั้งอยู่ในใจกลางเมืองเซี่ยงไฮ้ การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจึงค่อนข้างรุนแรง เพื่อรักษาการสื่อสารระหว่างโดรนและสถานีภาคพื้นดิน จึงเลือกสถานีจอดเฮลิคอปเตอร์บนดาดฟ้าของอาคารราฟเฟิลส์ที่มีความสูง 260 เมตร เป็นจุดขึ้นบิน การขึ้นบินจากดาดฟ้ามีข้อดีสองประการคือ (1) ระยะการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพระหว่างโดรนภาคพื้นดินและสถานีภาคพื้นดินในใจกลางเมืองอยู่ที่ประมาณ 1 กิโลเมตร แต่ที่ยอดตึกราฟเฟิลส์ การเชื่อมต่อการสื่อสารของอากาศยานสามารถรับประกันได้ว่าเป็นปกติ ซึ่งสะดวกต่อการจัดการสถานการณ์พิเศษและรับประกันความปลอดภัยในการบิน (2) เนื่องจากน้ำหนักบรรทุกของ D-OP4000 หนักกว่าออร์โธโฟโตและ D-OP3000 การบินบนดาดฟ้าของอาคารสูง 260 เมตร สามารถลดการใช้พลังงานของโดรนในระหว่างการไต่ระดับและปรับปรุงประสิทธิภาพของการถ่ายภาพเอียงของโดรนได้ พื้นที่สำรวจมีขนาดประมาณ 5.46 ตารางกิโลเมตร และทำการบินทั้งหมด 4 เที่ยวบิน ภาพถ่ายจากการปฏิบัติงานภาคสนามได้ถูกนำมาแสดงไว้แล้ว

การปฏิบัติการบินของโดรน

ภาพวิวเส้นขอบฟ้าของย่านนอร์ทบันด์ในเซี่ยงไฮ้

ภาพด้านข้างของฝั่งเหนือของแม่น้ำหวงผู่ถูกถ่ายต่อเนื่องกันตามแนวเส้นกลางของแม่น้ำ จากนั้นจึงนำภาพด้านข้างทั้งหมดมาต่อกันเป็นแผนที่ภูมิทัศน์ของเส้นขอบฟ้าฝั่งเหนือของแม่น้ำหวงผู่ในเซี่ยงไฮ้ ดังแสดงในรูปที่ 9 การสร้างแผนที่ภูมิทัศน์เส้นขอบฟ้าดังกล่าวทำให้สามารถแสดงภูมิทัศน์ที่สวยงามของพิพิธภัณฑ์สถาปัตยกรรมหวังกัวบนฝั่งเหนือของแม่น้ำหวงผู่ในเซี่ยงไฮ้ได้อย่างดี ซึ่งเป็นแหล่งข้อมูลที่ยอดเยี่ยมสำหรับการวางแผนการก่อสร้างเมืองและการอนุรักษ์และจัดแสดงอาคารทางประวัติศาสตร์ในเซี่ยงไฮ้

การบูรณะและอนุรักษ์อาคารประวัติศาสตร์

เดอะบันด์ (The Bund) เป็นที่รู้จักในฐานะพิพิธภัณฑ์สถาปัตยกรรมนานาชาติแห่งเซี่ยงไฮ้ ดังนั้นวิธีการปกป้องและซ่อมแซมจึงเป็นประเด็นสำคัญในการวางผังเมืองของเซี่ยงไฮ้ ยกตัวอย่างเช่น อาคารเซี่ยงไฮ้ (เดิมชื่ออาคารบรอดเวย์แมนชั่น) ซึ่งออกแบบโดยฟรานเซส์ สถาปนิกชาวอังกฤษชื่อดังในปี 1934 การใช้ภาพถ่ายทางอากาศจากโดรน (UAV) ช่วยให้เราสามารถวัดขนาดและรายละเอียดของอาคารเซี่ยงไฮ้ได้อย่างแม่นยำ และสามารถวางแผนการซ่อมแซมและปกป้องอาคารเซี่ยงไฮ้ได้จากแบบจำลอง 3 มิติในโลกแห่งความเป็นจริง

งานวิจัยนี้ตั้งอยู่ในใจกลางเมืองเซี่ยงไฮ้ ซึ่งมีอาคารสูงจำนวนมากและสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อน ถือเป็นตัวอย่างที่สำคัญในการประยุกต์ใช้เมืองอัจฉริยะและการถ่ายภาพทางอากาศแบบเฉียงทั่วประเทศ งานวิจัยนี้ได้ประยุกต์ใช้รูปแบบการบินสูงโดยจำลองการเปลี่ยนแปลงภูมิประเทศอย่างสร้างสรรค์ ร่วมกับคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพของเลนส์เทเลโฟโต้ D-OP4000 (40 มม.) แบบฟูลเฟรม เพื่อแก้ปัญหาการบินหลายเที่ยวในเขตเมืองชั้นใน ซึ่งไม่เพียงแต่เพิ่มประสิทธิภาพของการถ่ายภาพทางอากาศแบบเฉียงเท่านั้น แต่ยังช่วยให้มั่นใจในคุณภาพของการเก็บรวบรวมข้อมูลอีกด้วย ข้อสรุปหลักมีดังนี้:

(1) การจำลองการบินเปลี่ยนภูมิประเทศแบบเทียม: ความสูงของอาคารในเมืองได้รับการปรับให้เหมาะสมและจำลองลงในภูมิประเทศแบบเทียม จากนั้นจึงนำไปรวมกับการวางแผนและการออกแบบเส้นทางการบินเปลี่ยนระดับความสูงของโดรนทำความสะอาด ซึ่งจะช่วยแก้ปัญหาความละเอียดในการบินที่ไม่สม่ำเสมอของการจำลองเมืองด้วยโดรน และจำเป็นต้องบินสำรวจพื้นที่หนึ่งๆ หลายครั้งตามความสูงของชั้นต่างๆ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเก็บรวบรวมข้อมูล แต่ยังช่วยรับประกันคุณภาพของข้อมูลอีกด้วย

(2) การบินขึ้นจากดาดฟ้าด้วยเลนส์เทเลโฟโต้: เนื่องจากมีอาคารสูงหลายชั้นในเขตเมืองชั้นกลาง จึงเป็นการยากที่จะเก็บภาพที่มีความละเอียดสูงด้วยกล้องที่มีทางยาวโฟกัสปกติ ตัวอย่างเช่น อาคารที่สูงที่สุดในพื้นที่วิจัยนี้มีความสูง 320 เมตร การถ่ายภาพที่มีความละเอียดสูงนั้น จะต้องบินที่ระดับความสูงประมาณ 191 เมตร ซึ่งอาจก่อให้เกิดอันตรายจากการบินใกล้กับอาคารสูงที่มีความสูง 260 เมตรและ 320 เมตร และในแผนการบินจะต้องเลือกความสูงที่แตกต่างกันตามความสูงของอาคาร ซึ่งเป็นสิ่งที่เรามักพูดกันในหลายๆ กรณี แต่ในการศึกษานี้ กล้องที่มีทางยาวโฟกัสยาว (40 มม.) สามารถใช้เก็บข้อมูลที่มีความละเอียดเท่ากัน (3 ซม.) ที่ระดับความสูงในการบินที่สูงขึ้น (319 เมตร) ในขณะเดียวกัน จุดบินขึ้นถูกกำหนดไว้ที่ดาดฟ้าของอาคารสูง 260 เมตร ซึ่งไม่เพียงแต่แก้ปัญหาการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรงของการบินโดรนในเมืองเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการบินด้วยแบตเตอรี่ของโดรนและลดเวลาในการไต่ระดับความสูงในอากาศอีกด้วย

(3) การสำรวจสถานการณ์การใช้งานของแบบจำลอง 3 มิติในฉากจริง: การศึกษานี้ได้ดึงข้อมูลภูมิทัศน์เส้นขอบฟ้าบนฝั่งเหนือของแม่น้ำหวงผู่ผ่านข้อมูลของแบบจำลอง 3 มิติในฉากจริงของเมือง และใช้แบบจำลอง 3 มิติในฉากจริงสำหรับการวัดและการออกแบบโครงร่างในการจัดทำแผนการป้องกันและซ่อมแซมอาคารของอาคารในเซี่ยงไฮ้ ซึ่งช่วยเพิ่มสถานการณ์การใช้งานของแบบจำลอง 3 มิติในโลกแห่งความเป็นจริง