De Yangtze-rivier is de levensader van Zhenjiang en een constante bedreiging. Om zich voor te bereiden op overstromingen, maakten lokale autoriteiten één hele grote dronekaart.
Zhenjiang is een van de drukste havens van China. Alleen al in 2013 passeerde meer dan 140 miljoen ton vracht de binnenhaven. Vanwege de nabijheid van zowel de Yangtze-rivier als het Grand Canal, is Zhenjiang al eeuwenlang een belangrijk transportknooppunt.
Maar de waterwegen die de prefectuur zoveel welvaart brengen, lopen soms over.
Om de risico's van overstromingen beter te begrijpen, de ecologie van de rivieroever te versterken en te behouden en de manier waarop de rivieroever wordt ontwikkeld en gebruikt te begrijpen, heeft de People's Municipal Government van Zhenjiang opdracht gegeven voor een orthofoto met hoge resolutie. Meer dan 400 vierkante kilometer werd in kaart gebracht met behulp van MMC drone en Pix4Dmapper.
Het Zhenjiang Municipal Flood Control Bureau ligt op korte loopafstand van de Yangtze-rivier. In juli 2019 konden medewerkers de rivier duidelijk zien vanuit het kantoor: niet vanuit de ramen, maar in een enorme orthofoto gemaakt van 21.000 afbeeldingen, die 400 vierkante kilometer vertegenwoordigen.
Grootschalige drone mapping voor een grootschalig project
Het gemeentelijke bureau voor overstromingsbeheersing had een duidelijke opdracht: orthofoto's met hoge resolutie maken van de 100 km lange kustlijn van de Yangtze-rivier, en 500 meter aan weerszijden. Het projectgebied strekte zich uit van de Dadao-rivier in de stad Jurong in het westen tot de stad Xilaiqiao in de stad Yangzhong, inclusief enkele eilanden in de rivier.
Het gebied van 400 vierkante kilometer zou in kaart worden gebracht met een grondbemonsteringsafstand van slechts 8 cm.
Terwijl grootschalige drone-mapping eerder is bereikt, is het een grote uitdaging voor elk team. Met de Griflion M8-drone meende het gemeentelijk bureau voor overstromingsbeheer het juiste gereedschap voor de klus te hebben.
Verticale start- en landingsdrones (VTOL) combineren de voordelen van drones met vaste vleugels en drones met meerdere rotoren. Net als multirotor-drones kunnen VTOL-drones vrijwel overal opstijgen en landen, maar ze hebben de hogere vliegsnelheid en langere batterijduur die worden geassocieerd met drones met vaste vleugels.
Het team koos voor een MMC Griffioen M8 drone, uitgerust met een camera met hoge resolutie en een RTK/PPK-systeem voor nauwkeurige mapping.
Preflight-controles: zorgen voor nauwkeurige resultaten
RTK/PPK is opmerkelijk nauwkeurig, maar voor zo'n groot en belangrijk project wilde het team de juistheid van hun resultaten bevestigen en een manier om het succes van het project te illustreren.
Twee dagen voordat het vliegen begon, markeerde het projectteam extra controlepunten in het onderzoeksgebied. Volgens best practices voor een corridorkarteringsproject werden de grondcontrolepunten zorgvuldig geplaatst in een offset- of 'zigzag'-patroon. Alle grondcontroleposten werden onderzocht, zodat het team absoluut zeker kon zijn van hun resultaten. Het voltooide project had in totaal 160 grondcontrolepunten en controleposten.
Het plan in actie brengen
In de vroege ochtend kwam de drone tot leven. Zijn oranje vleugels strekten zich uit over twee en een halve meter en staken af tegen de lucht.
Voor het opstijgen uploadde de piloot de vooraf geplande route naar de drone. Om een nauwkeurige reconstructie te garanderen en om de vereiste 8 cm GSD te bereiken, stelde het team een overlapping van 75% frontaal en 70% zijdelings in.
Het team volgde de drone terwijl deze de eerste van de 41 vluchten voltooide die nodig waren voor het project. Een uur na de lancering keerde de Griflion veilig terug: het RTK-basisstation zorgde niet alleen voor nauwkeurigheid, maar hielp hem ook de weg naar huis te vinden.
Na een snelle inspectie stopte de piloot de drone in de auto en reed naar het volgende lanceerpunt. In de komende dagen werd het proces nog eens 40 keer herhaald.
Dagelijkse gegevensverwerking
De dronevluchten waren verspreid over 15 dagen, maar op kantoor wachtte het personeel niet tot de vluchten klaar waren voordat ze aan het werk gingen.
Minyi Pan van Pix4D legt uit: “Vanwege de omvang van dit project was het vooral belangrijk om vroeg met de verwerking te beginnen. Terugrijden naar een vluchtgebied dat al was bestreken om ontbrekende beelden opnieuw te maken, zou een verspilling van tijd en energie zijn. Door mogelijke problemen vroegtijdig op te sporen, kan het team veel tijd besparen.”
Teamleden importeerden de gegevens in Pix4Dmapper en controleerden de beeldoverlap. Dankzij de snelle verwerkingsoptie van Pix4Dmapper kon het team zelfs grote datasets snel beoordelen en het kwaliteitsrapport bevestigde dat de resultaten betrouwbaar waren. Bij een grootschalig project op langere termijn was het weer een probleem. Naarmate het licht van de ene op de andere dag veranderde, veranderde ook de helderheid van de beelden, waardoor strepen over de samengevoegde uitgangen ontstonden.
“Soms was het het ene moment helder weer en het andere moment stormachtig”, vervolgt mevrouw Pan. “In dit deel van China zijn windstoten van categorie zes of zeven niet ongewoon. Ondanks het slechte weer en andere uitdagingen waren we erg blij met de resultaten.”
Na 15 dagen vliegen, het MMC-team had 400 vierkante kilometer afgelegd en meer dan 21.000 dronebeelden van hoge kwaliteit vastgelegd, met een resolutie van 42 miljoen pixels. Nadat het team de snel verwerkte gegevens had gecontroleerd, werd deze op een hoger niveau opnieuw verwerkt.
Eenvoudige workflow, nauwkeurige resultaten
In een informeel onderzoek waren de meeste van onze gebruikers het erover eens dat een 'groot' project uit meer dan 10.000 afbeeldingen bestaat.
Het Yangtze River-project bestond uit meer dan 21.000 afbeeldingen van elk 42 megapixels.
Ondanks de omvang van het project was de verwerking in Pix4Dmapper eenvoudig.
Dankzij de RTK/PPK en controleposten op de grond kon het team gebruikmaken van een standaard workflow. "De klassieke 'workflow in drie stappen' geeft het meeste werk aan de computer!" voegt mevrouw Pan toe. Beelden werden samengevoegd tot een doorlopend, onvervormd en meetbaar beeld: een orthofoto.
Het team behaalde geweldige resultaten met standaardinstellingen en ontdekte dat hoewel Pix4Dmapper enige tijd nodig had om zo'n grote dataset te verwerken, er slechts minimale menselijke tussenkomst nodig was.
Het team leunde op de rayCloud om grondcontrolepunten te markeren. Na het handmatig markeren van een paar verbindingspunten, neemt de software het over en markeert automatisch de rest van de punten. Hoewel een beetje handmatige afstemming nodig kan zijn, meldde het team dat de functie "erg handig en praktisch" is!
De resultaten zijn gecontroleerd in het kwaliteitsrapport om er zeker van te zijn dat ze overeenkwamen met de projectvereisten.
Waarom drones gebruiken voor grootschalige mapping?
Drones lijken misschien een ongebruikelijke keuze voor een project van deze omvang. Maar lichte vliegtuigen zijn onbetaalbaar om te vliegen en logistiek moeilijk. Satellietbeelden lijken misschien het antwoord, maar ze hebben gewoon niet de resolutie die nodig is.
Hoewel ons luchtruim gevuld is met satellieten, zijn de beschikbare beelden niet altijd up-to-date. Een duidelijk voorbeeld is een basketbalveld, dat nog niet af was toen de satellietbeelden werden gemaakt, maar wel goed te zien is op de orthofoto.
Orthofoto's hebben nog een voordeel ten opzichte van gestikte satellietbeelden: nauwkeurigheid. Behalve in de zeldzame gebieden waar het terrein perfect vlak is, introduceert het samenvoegen van afbeeldingen artefacten waar foto's niet goed zijn uitgelijnd. Gerectificeerde orthofoto's houden rekening met de hoogte van het terrein via de DSM (digitaal oppervlaktemodel) om hiermee rekening te houden. Orthofoto's gemaakt met dronebeelden zijn nauwkeuriger.
Het team was meer dan tevreden met de natuurlijk ogende kleuren van orthophotos en de goede overlap betekende dat er zeer weinig gaten waren.
Water is erg moeilijk te reconstrueren als een orthomosaic. Er verschenen een paar 'scheuren' in de rivier, maar het team slaagde erin de gaten te dichten met het oppervlaktegereedschap in de rayCloud, waardoor het uiterlijk van het voltooide model aanzienlijk werd verbeterd.
Het eindresultaat werd slechts een maand na de eerste dronevlucht opgeleverd.
"Voor data-annotatie overtreft de nauwkeurigheid en resolutie van deze orthofoto's onze behoeften ver", aldus het hoofd van het Gemeentelijk Bureau voor Overstromingsbeheer. "Pix4D is niet alleen krachtig, maar ook eenvoudig te bedienen, snel aan de slag en vereist niet veel professionele kennis."
Hij vervolgde: “Meestal gebruiken we kleine drones om kleine rivieren en meren te fotograferen, ons eigen werk. Personeel kan gegevens verwerken om zeer nauwkeurige orthofoto's te produceren. Dit project waarbij Pix4D wordt gebruikt om honderden vierkante kilometers aan gegevens te verwerken, is succesvol geweest, wat ons vertrouwen in de verwerkingscapaciteit van grote gebieden heeft vergroot.”
De resultaten zijn binnen, maar het project gaat door. Het gemeentelijke bureau voor overstromingsbeheersing van de stad Zhenjiang is van plan de orthofoto van de Yangtze-rivier regelmatig bij te werken en de technologie uit te breiden naar meer rivieren en meren in Zhenjiang. Met dit project als voorbeeld hoopt het team dat meer steden soortgelijke droneprogramma's zullen starten. Naast het verbeteren van de weerbaarheid van het gebied tegen overstromingen, kan het betekenen dat uiteindelijk alle 6.300 kilometer van de Yangtze-rivier in kaart wordt gebracht.
