Μεθοδολογία αποτύπωσης με χρήση UAV και δημιουργία τρισδιάστατου σχεδίου

Δημητριάδης, Αναστάσιος

Methodology for mapping using UAV and creation of a 3d model

Διπλωματική εργασία

Author

Δημητριάδης, Αναστάσιος

Date

2025-03-04

Advisor

Χλούπης, Γεώργιος

Διπλωματικη Εργασια - Δημητριαδης Αναστασιος 15014_Version1_3-pp.pdf (3.880Mb)

Keywords

UAV ; ΣΜΗΕΑ ; Φωτογραμμετρία ; Τοπογραφική αποτύπωση

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία, με τίτλο "Μεθοδολογία Αποτύπωσης με ΧρήσηUAVκαιΔημιουργία Τρισδιάστατου Σχεδίου", εστιάζει στη μελέτη και αξιολόγηση των ΣυστημάτωνΜηΕπανδρωμένων Αεροσκαφών (ΣμηΕΑ - UAV) και στη χρήση τους στη φωτογραμμετρίαγιατηναποτύπωση εκτάσεων με υψηλή ακρίβεια. Η χρήση μη επανδρωμένων αεροσκαφών έχει εξελιχθείραγδαία τις τελευταίες δεκαετίες και πλέον αποτελεί μία από τις πιο αποδοτικές και ακριβείςμεθόδους για τη δημιουργία χαρτογραφικών δεδομένων και τρισδιάστατων μοντέλων εδάφους. Η εργασία εξετάζει διεξοδικά τις διάφορες μεθόδους αποτύπωσης, συμπεριλαμβανομένωντηςτοπομετρικής, της τοπογραφικής και της φωτογραμμετρικής μεθόδου. Ιδιαίτερη έμφασηδίνεταιστη φωτογραμμετρική μέθοδο, καθώς αποτελεί την κύρια τεχνική που χρησιμοποιείται σεσυνδυασμό με UAV για την απόκτηση δεδομένων υψηλής ανάλυσης. Επιπλέον, αναλύονται οικατηγορίες και οι τύποι των UAV, καθώς και το ρυθμιστικό πλαίσιο που διέπει τηχρήσητους,συμπεριλαμβανομένων των κανόνων εναέριας κυκλοφορίας και των περιορισμών πουισχύουνγιατις πτήσεις μη επανδρωμένων αεροσκαφών. Για την πρακτική εφαρμογή της μεθοδολογίας, πραγματοποιήθηκε αποτύπωση μιας έκτασης700στρεμμάτων στον Κάμπο της Δράμας, χρησιμοποιώντας το DJI Mavic 3 EnterpriseRTK, έναπροηγμένο UAV εξοπλισμένο με κάμερες υψηλής ανάλυσης και δυνατότητες ακριβούςγεωαναφοράς μέσω RTK (Real-Time Kinematic). Η διαδικασία αποτύπωσης περιελάμβανεόλαταστάδια της φωτογραμμετρικής τεχνικής, ξεκινώντας από τον σχεδιασμό της πτήσης και τηντοποθέτηση σημείων ελέγχου στο έδαφος, μέχρι την λήψη αεροφωτογραφιών και τηνεπεξεργασία των δεδομένων μέσω ειδικού λογισμικού. Η επεξεργασία των δεδομένων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του Agisoft MetashapePro, ενόςισχυρού λογισμικού φωτογραμμετρίας, το οποίο επέτρεψε τη δημιουργία αραιούκαι πυκνούνέφους σημείων, πολυγωνικού πλέγματος (mesh), ψηφιακού μοντέλου εδάφους (DEM) καιορθομωσαϊκού μοντέλου (orthomosaic). Τα τελικά παραγόμενα δεδομένα στησυνέχειαεισήχθησαν στο λογισμικό Virtual Surveyor, όπου δημιουργήθηκε τρισδιάστατοσχέδιομεισοϋψείς καμπύλες και άλλα τοπογραφικά χαρακτηριστικά. Η εργασία καταδεικνύει την ακρίβεια και την αποδοτικότητα των UAV στη χαρτογράφησηκαι τηντοπογραφική αποτύπωση, αναδεικνύοντας τα πλεονεκτήματα της χρήσης τους σε σύγκρισημετιςπαραδοσιακές μεθόδους. Τα αποτελέσματα αποδεικνύουν ότι η χρήση UAV προσφέρει ταχύτερησυλλογή δεδομένων, αυξημένη ακρίβεια, μειωμένο κόστος και ευελιξία στην εφαρμογή. Επιπλέον,η αξιοποίηση σύγχρονων λογισμικών επεξεργασίας δεδομένων επιτρέπει τηδημιουργίαλεπτομερών και ακριβών τρισδιάστατων μοντέλων, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούνγιαδιάφορες εφαρμογές, όπως η διαχείριση φυσικών πόρων, η αρχιτεκτονική, η κατασκευήέργωνκαιη γεωργία ακριβείας. Συμπερασματικά, η εργασία υπογραμμίζει τη σημασία της τεχνολογίας των UAVστησύγχρονητοπογραφία και φωτογραμμετρία, παρουσιάζοντας μια ολοκληρωμένη μεθοδολογίαπουμπορείνα χρησιμοποιηθεί για την αποτύπωση και ανάλυση γεωχωρικών δεδομένων με υψηλήακρίβεια.Με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας και τη βελτίωση των UAV και των λογισμικών επεξεργασίαςδεδομένων, η χρήση τους αναμένεται να καταστεί ακόμα πιο διαδεδομένη, προσφέρονταςνέεςπροοπτικές στη συλλογή και διαχείριση γεωχωρικών πληροφοριών.

Abstract

This thesis, titled "Methodology for Mapping Using UAV and Creation of a 3D Model", focusesonthe study and evaluation of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) and their use in photogrammetryforhigh-precision mapping. The rapid development of UAV technology in recent decades has madeitone of the most efficient and accurate methods for producing cartographic data and 3Dterrainmodels. The study examines various mapping methods, including topometric, topographic, andphotogrammetric approaches, with a particular emphasis on photogrammetry, as it is theprimarytechnique used alongside UAVs to obtain high-resolution data. Additionally, the thesis analyzesthecategories and types of UAVs, as well as the regulatory framework governing their use, includingairtraffic rules and flight restrictions for unmanned aerial systems. For the practical application of the methodology, a 700-hectare area in the Drama Plainwas mapped using the DJI Mavic 3 Enterprise RTK, an advanced UAV equipped with high-resolutioncameras and precise georeferencing capabilities through RTK (Real-Time Kinematic) technology. The mapping process included all stages of the photogrammetric workflow, fromflight planningand ground control point placement to image acquisition and data processing using specializedsoftware. The collected data was processed using Agisoft Metashape Pro, a powerful photogrammetrysoftware, which facilitated the generation of a sparse and dense point cloud, a polygonmesh, adigital elevation model (DEM), and an orthomosaic model. The final processed data was thenimported into Virtual Surveyor software, where a 3D topographic model with contour lines andother mapping features was created. This research highlights the accuracy and efficiency of UAV-based mapping compared totraditional methods. The results demonstrate that UAVs offer faster data acquisition, higher accuracy, reducedcosts, and greater flexibility in surveying applications. Furthermore, modern data processingsoftware enables the creation of highly detailed and accurate 3D models, which can be utilizedinvarious fields such as natural resource management, architecture, construction projects, andprecision agriculture. In conclusion, this thesis emphasizes the growing importance of UAV technology in modernsurveying and photogrammetry, presenting a comprehensive methodology that can be usedforhigh-precision spatial data acquisition and analysis. With the continuous advancement of UAVtechnology and data processing software, the integration of UAVs in surveying and mappingisexpected to become even more widespread, offering new opportunities for spatial data collectionand management.