تهیهٔ نقشهٔ توپوگرافی و برآورد حجم، دو خروجی به هم پیوسته از یک برداشت فتوگرامتری با پهپاد هستند. نخست از تصاویر هم‌پوشش، ابر نقطهٔ متراکم، مدل ارتفاعی و اورتوموزائیک ساخته می‌شود و سپس از همین مدل‌ها، منحنی میزان، مقطع عرضی و حجم خاک‌برداری و خاک‌ریزی استخراج می‌گردد. در پایشگران فراسنجش طبیعت فارس، این خدمت برای محدودهٔ معادن، نیروگاه خورشیدی، انبارهای مواد و پروژه‌های عمرانی اجرا می‌شود. در ادامه، زنجیرهٔ پردازش، تعریف سطوح مرجع، روش‌های محاسبهٔ حجم و اثر دقت برداشت بر نتیجه تشریح می‌شود.
از برنامه‌ریزی پرواز تا مدل ارتفاعی
کیفیت حجم به شدت به کیفیت مدل ارتفاعی و آن نیز به برنامه‌ریزی پرواز وابسته است. پوشش طولی و عرضی مناسب، ارتفاع پرواز متناسب با تفکیک مکانی مورد نیاز و انتخاب درست مسیر خطوط پرواز، پایهٔ کار به شمار می‌آیند. سطح‌های آبی، شیشه و فلز صیقلی می‌توانند بازتاب و بازسازی را مختل کنند و در برنامه‌ریزی باید برای آن‌ها چاره اندیشید.
کنترل زمینی، پایداری مدل را تضمین می‌کند. نقاط کنترل زمینی و دادهٔ موقعیت‌یابی دقیق همانند RTK و PPK وارد مثلث‌بندی هوایی می‌شوند و تنظیم دسته‌ای پرتوها، خطای تجمعی مدل را کاهش می‌دهد. افزون بر نقاط کنترل، نقاط بازبینی مستقل برای سنجش دقت نهایی لازم است.
خروجی این مرحله، ابر نقطهٔ متراکم، شبکهٔ سه‌بعدی، مدل رقومی سطح و اورتوموزائیک است که همه بر پایهٔ یک مدل دوربین و یک دستگاه مختصات ساخته شده‌اند.
- پوشش طولی و عرضی و ارتفاع پرواز متناسب با تفکیک مورد نیاز
- نقاط کنترل زمینی با توزیع مناسب در کل محدوده و لبه‌ها
- دادهٔ RTK یا PPK برای تصحیح مسیر پرواز
- نقاط بازبینی مستقل برای گزارش دقت نهایی
- تعیین دستگاه مختصات و ارتفاع مبنای پروژه پیش از پردازش
خطوط شکست، منحنی میزان و مدل مثلثی
مدل ارتفاعی خام، ناهمواری‌های ریز و پراکنده دارد که شکل واقعی زمین را وارونه نشان می‌دهد. خطوط شکست، لبه‌های تغییر شکل زمین مانند کنارهٔ جاده، جوی کنار راه، تیغهٔ پشته و پنجهٔ شیب را تثبیت می‌کنند تا مدل مثلثی، شکل واقعی را حفظ کند.
فاصلهٔ منحنی میزان بر پایهٔ مقیاس نقشه و کاربری آن انتخاب می‌شود؛ فاصلهٔ نامناسب یا نقشه را شلوغ می‌کند یا جزئیات مورد نیاز طراحی را حذف می‌کند. هموارسازی بیش از حد نیز می‌تواند حجم را به صورت نظام‌مند جابه‌جا کند.
استخراج خطوط شکست می‌تواند دستی، نیمه‌خودکار یا خودکار باشد؛ در هر حالت، بازبینی چشمی روی محدوده‌های حساس پیش از تولید محصول نهایی ضروری است.
DTM در برابر DSM
مدل رقومی سطح، همهٔ سطوح روی زمین از جمله پوشش گیاهی و ساختمان را بازنمایی می‌کند، در حالی که مدل رقومی زمین تنها سطح برهنهٔ زمین را نشان می‌دهد. تفاوت این دو در برآورد حجم بسیار تعیین‌کننده است.
برای رسیدن از مدل سطح به مدل زمین، پالایش و حذف عوارض غیرزمینی لازم است. در محدودهٔ پوشیده از گیاه، این پالایش خطاپذیر است و باید در گزارش نهایی به آن اشاره شود.
اختلاف دو مدل، مدل ارتفاع تاج پوشش را می‌سازد که برای برآورد حجم توده‌های گیاهی و انبارهای مواد به کار می‌آید.
محاسبهٔ حجم خاک‌برداری و خاک‌ریزی
اساس کار، مقایسهٔ دو سطح است: سطح موجود زمین و سطح طرح یا سطح مبنا. حجم خاک‌برداری و خاک‌ریزی از تفاضل این دو سطح محاسبه می‌شود و خروجی آن می‌تواند بر پایهٔ شبکهٔ منظم یا شبکهٔ مثلثی باشد؛ روش مثلثی معمولاً با شکل زمین سازگارتر است.
در پروژه‌های راه و محوطه‌سازی، نمودار توزیع و انتقال مواد به تعادل حجم در بازه‌های مختلف مسیر کمک می‌کند و از انتقال‌های بی‌فایده جلوگیری می‌نماید. برای انبارهای مواد، حجم از تفاضل سطح رویه و سطح قاعدهٔ انبار محاسبه می‌گردد.
در برداشت‌های دوره‌ای، حجم پیشرفت کار با مقایسهٔ چند مقطع زمانی به دست می‌آید و مبنای تأیید صورت‌وضعیت قرار می‌گیرد.
سطح مرجع و اثر انتخاب آن
انتخاب سطح مرجع، مهم‌ترین تصمیم در برآورد حجم است. این سطح می‌تواند یک صفحهٔ تراز ثابت، سطح زمین در برداشت پیشین، سطح طرح یا سطح قاعدهٔ انبار باشد؛ هر گزینه عدد نهایی را به شکل محسوسی تغییر می‌دهد.
بنابراین سطح مرجع باید پیش از محاسبه با کارفرما توافق و در گزارش ثبت شود. در نبود این توافق، دو برآورد از یک محدودهٔ یکسان می‌توانند اعدادی ناهمخوان تولید کنند.
در برداشت‌های تکرارشونده، استفاده از سطح مرجع واحد و مستند، مقایسه‌پذیری نتایج در طول زمان را تضمین می‌کند.
دقت، کنترل کیفیت و اثر آن بر حجم
خطای ارتفاعی مدل، مستقیماً به حجم منتقل می‌شود؛ به این معنا که در یک سطح معین، خطای ارتفاع به صورت ضرب در مساحت اثر می‌گذارد. به همین دلیل گزارش دقت بر پایهٔ نقاط بازبینی و به صورت ریشهٔ میانگین مربعات خطا، بخشی از تحویل است.
پوشش گیاهی، سطوح آبی و سطوح بازتابنده، و نواحی پنهان پشت موانع، دقت مدل را کاهش می‌دهند. تفکیک مکانی درشت نیز جزئیات لازم برای شیب‌های تند و لبه‌ها را از دست می‌دهد.
کنترل کیفیت شامل بازبینی هندسی، بررسی سازگاری مقاطع و مقایسه با دادهٔ نقشه‌برداری زمینی در نقاط انتخابی است.
قالب‌ها و تحویل
- رستر ارتفاعی در قالب GeoTIFF و COG برای مصرف در نرم‌افزارهای مختلف
- لایهٔ منحنی میزان و نقاط ارتفاعی در GeoPackage یا Shapefile
- مدل مثلثی و خطوط شکست در قالب DXF و LandXML برای طراحی
- ابر نقطهٔ متراکم با رنگ واقعی برای بازبینی و اندازه‌گیری
- مقطع عرضی و جدول حجم در قالب صفحه‌گسترده
- گزارش فنی شامل روش کار، سطح مرجع و دقت نهایی
قالب تحویل بر پایهٔ مقصد مصرف انتخاب می‌شود؛ نرم‌افزار طراحی عمرانی با LandXML و DXF کار می‌کند، در حالی که سامانه‌های اطلاعات مکانی به GeoTIFF و GeoPackage نیاز دارند.
برای اجرای درست کار، کارفرما باید محدودهٔ دقیق پروژه، دستگاه مختصات و مبنای ارتفاع، سطح طرح یا مبنا و هدف مصرف خروجی را مشخص کند. نبود هر یک از این موارد، سبب بازکاری می‌شود.
جمع‌بندی
تهیهٔ نقشهٔ توپوگرافی و برآورد حجم، زنجیره‌ای است از برنامه‌ریزی پرواز، کنترل زمینی، ساخت ابر نقطه و مدل ارتفاعی، تثبیت خطوط شکست، تعریف سطح مرجع و محاسبهٔ حجم. هر حلقه بر حلقهٔ پیشین تکیه دارد و خطای هر مرحله در عدد نهایی حجم بازتاب می‌یابد.
در پایشگران فراسنجش طبیعت فارس، تحویل این خدمت همراه با مستندات دقت، سطح مرجع و فراداده انجام می‌شود تا نتیجه در طراحی، کنترل پیشرفت و تأیید صورت‌وضعیت قابل استناد باشد. توافق روشن دربارهٔ سطح مرجع و تفکیک مورد نیاز در آغاز پروژه، بیشترین اثر را بر قابلیت اتکای نتیجه دارد.