بخشی از مقاله
چکیده :
اخیراً ایجاد مدل سه بعدی از سایتهای باستانی با هدف بازسازی و ترمیم آنها مورد توجه محققان زیادی قرار گرفته است. برای ایجاد مدل سه بعدی کامل از عارضه نیاز به طراحی شبکه است. از سوی دیگر لزوم استفاده از فتوگرامتری پهپاد مبنا در مدلسازی سایتهای میراث فرهنگی غیر قابل تردید است. استفاده از این تکنیک بدون لحاظ کردن اصول طراحی شبکه منجر به پردازشهای طولانی و غیر ضروری میشود.
در این تحقیق روشهایی ارائه شده است که به کمک آن با در نظر گرفتن اصول طراحی شبکه فتوگرامتری، موقعیت های بهینه برای اخذ تصویر از سایتهای باستانی بدست می آید. با بکارگیری اصول طراحی شبکه و تعیین موقعیت های بهینه تعداد تصاویر حدوداً 4برابر کاهش یافته و تبع آن زمان ایجاد مدل سه بعدی حدوداً 8 برابر کاهش یافته است.
-1 مقدمه
تولید و بهکارگیری مدلهای سهبعدی سایت های باستانی با اهداف تحقیقاتی، بازسازی و مرمت اشیاء تاریخی ارزشمند، ایجاد موزه های مجازی و مستندسازی سایتهای باستانی مورد استفاده قرار میگیرد. امروزه برای استخراج اطلاعات هندسی و توصیفی، تکنیک های مورد استفاده در علوم ژئوماتیک به عنوان مجموعه ای ازکارآمدترین روش ها برای اندازه گیری های هندسی، تجزیه و تحلیلها و تفاسیر مربوط به موضوعات مطرح در میراث فرهنگی، بکار میروند.
ساختمان ها در گذر زمان دستخوش تغییرات و آسیب های زیادی میشوند که این تغییرات ممکن است در اثر عوامل طبیعی مانند بارندگی، باد، زلزله، سیل و... و یا توسط انسان ها به وجود آیند. چگونگی این تغییرات در بعضی از بناها که دارای ارزش تاریخی هستند اهمیت ویژه ای دارد.
به منظور مستندنگاری و ایجاد مدل سه بعدی و تهیه اطلاعات بناهای تاریخی، اولین گام داشتن نقشه های دقیق از وضعیت موجود بناها میباشد تا بتوان با اضافه کردن دیگر اطلاعات مانند نوع مصالح، کاربری در گذشته و حال و... اطلاعات کاملی از بنا را داشت. بدینمنظور بایستی از روش هایی برای تهیه نقشه ها استفاده کرد که علاوه بر دقت بالا بتوان با صرف کمترین هزینه و زمان بهطور مستمر نسبت به تهیه نقشه اقدام نمود و با مقایسه نقشه های تهیه شده در بازه های مختلف زمانی روند تغییرات ایجاد شده در بنا را شناسایی کرده و تصمیم مناسبی در مقابل آنها اتخاذ نمود. برای تهیه این نقشهها روشهای متعددی مانند مترکشی، نقشه برداری کلاسیک، فتوگرامتری و لیزر اسکنرها مورد استفاده قرار می گیرند
فتوگرامتری از ویژگی های منحصر به فردی نسبت به سایر روش ها در مستند سازیهای سایت های باستانی برخوردار است. عدم نیاز به تماس با عارضه، امکان اخذ اطلاعات بافت، رنگ و انطباق این ویژگی ها بر روی داده های خروجی سه بعدی، انعطاف پذیری بالای این روش در بحث دستیابی به دقت های مورد نیاز در اندازه گیری ها و پتانسیل آن در دستیابی به دقت هایی در حد میکرومتر، قابلیت اخذ کم هزینه مشاهدات و آرشیو تصاویر تا زمان نیاز به استخراج اطلاعات کمی از آن ها همگی از پارامترهایی هستند که باعث شده اند به کارگیری تکنیک های فتوگرامتری در مدلسازی سایت های باستانی بیشتر مورد استفاده قرار گیرند. ولی تکنیک های معمول فتوگرامتری اهاًگ در برخی از موارد مانند عدم دسترسی به عوارض، با محدودیت هایی مواجه هستند.
در نتیجه نیاز به اخذ اطلاعات دقیق از عوارض بخصوص در مناطق پرخطر و دور از دسترس و همچنین لزوم صرفه جویی در زمان و هزینه منجر به استفاده از فتوگرامتری پهپاد مبنا1 گردیده است.
فتوگرامتری پهپاد مبنا تلفیقی از فتوگرامتری هوایی و فتوگرامتری برد کوتاه است که در آن یک سنسور اخذ داده که می تواند دوربین متریک یا غیرمتریک و یا هر وسیله اخذ داده دیگری باشد، بر روی یک سکوی پرواز بدون سرنشین 2 - UAV - نصب شده و از ارتفاع کم داده ها اخذ می گردند. ارتفاع پایین پرواز سبب اخذ تصویر با قدرت تفکیک مکانی و کیفیت محتوی تصویر بالاتر می شود.
بنابراین با استفاده از آن ها می توان اطلاعات سه بعدی دقیق تری از سطح زمین تولید نمود. هزینه کم برای ساخت، عدم نیاز به فرودگاه و باند پرواز طولانی، قابلیت مانور بیشتر از پارامترها و ویژگی های مهم در استفاده از سکوی بدون سرنشین میباشند.
البته محدودیتهایی نیز در استفاده از سکوی بدون سرنشین مثل ناپایداری در هنگام پرواز به دلیل سبک بودن وزن، منبع تغذیه محدود، محدودیت حمل سنجندههای بزرگ و دقیق تر، نیاز به زمان بیشتر برای عکسبرداری، پردازش و محاسبات وجود دارد که با یک طراحی شبکه مناسب می توان تا حدودی برخی از این محدودیت ها را کاهش داد. بر این اساس به علت نیاز به دقت بالا در فتوگرامتری پهپاد مبنا برای مستندنگاری و مرمت سایت های باستانی، توجه بیشتری به پیکربندی ایستگاهی دوربین یا هندسه شبکه نیاز است تا دقت مورد نظر تأمین گردد.
هدف اصلی این مقاله معرفی و ارزیابی دستورالعملی مناسب برای ایجاد مدل سه بعدی دقیق از سایتهای باستانی با استفاده از تصاویر اخذ شده از سکوی بدون سرنشین میباشد. در بخش اول همان طور که دیده شد به لزوم ایجاد مدل سه بعدی از سایتهای باستانی پرداخته شد. در بخش دوم با توجه به صحت روش های اندازه گیری در ارتباط با ابعاد عارضه به بررسی چالش های فتوگرامتری پهپاد مبنا و روش های مقابله با آن پرداخته می شود. در بخش سوم پیکربندی سیستم فتوگرامتری پهپاد مبنا برای ایجاد مدل سه بعدی دقیق از عارضه بیان میگردد و نهایتاً در بخش چهارم این روش در یک پروژه عملی مورد ارزیابی قرار میگیرد. در بخش نهایی نیز نتایج مورد ارزیابی قرار میگیرد.
-2 مستند سازی سایتهای باستانی با استفاده از سیستم فتوگرامتری پهپاد مبنا
به طور معمول روش هایی که امروزه برای ایجاد مدل سه بعدی از عوارض استفاده میشوند شامل فتوگرامتری هوایی با استفاده از دوربین های متریک، فتوگرامتری برد کوتاه و یا استفاده از اسکنر لیزری می باشند. ایجاد مدل سه بعدی از سایت های باستانی نیازمند داشتن دقت بالایی می باشد. فتوگرامتری هوایی با استفاده از دوربین های متریک هزینه بالایی را متحمل خواهد شد.
در برخی از موارد اجرایی به دلیل مسائلی از قبیل هزینه، دسترسی سریع به اطلاعات، مدت زمان انجام پروژه و عدم دسترسی به عارضه استفاده از تکنیک های فوق مقرون به صرفه و در برخی موارد امکانپذیر نمی باشد. در این موارد استفاده از فتوگرامتری پهپاد مبنا یک روش کارا و مناسب بهشمار می رود، که متناسب با ابعاد منطقه می باشد و قدرت تفکیک مکانی مناسب را نیز برآورده میکند. با توجه به شکل - 1 - که نشان دهنده ی صحت روش های اندازه گیری در ارتباط با ابعاد منطقه یا شئ مورد نظر است میتوان گفت که فتوگرامتری پهپاد مبنا قابلیت استفاده در محدوده ابعادی بین چندین متر تا چندین کیلومتر را دارا میباشد.
شکل :1 صحت روشهای اندازه گیری در ارتباط با ابعاد منطقه یا شئ مورد نظر
اگرچه استفاده از سیستم های پروازی بدون سرنشین دارای مزایای زیادی از قبیل زمان، دقت، دسترسی و... می باشد اما تولید مدل سهبعدی با استفاده از این سیستمهای پروازی با چالشهایی نیز همراه است.
1-2 کالیبراسیون دوربینهای سکوهای بدون سرنشین
در پروژهای فتوگرامتری پهپاد مبنا معمولاً دوربینی که استفاده میشود غیر متریک است و المانهای داخلی دوربین می تواند در هر پروژه متفاوت باشد
