قبل از انجام عملیات میدانی در هر پروژه نقشه برداری، باید تجهیزات مورداستفاده و برنامه مشاهداتی را طوری تعیین نمود که علاوه بر رعایت قیود زمان و هزینه ،به بحت و کیفیت موردنیاز پروژه دست پیدا کرد.به این مرحله عملیات طراحی میگویند. عملیات طراحی پرواز درواقع یک نوع پیش تحلیل از نتایج پردازش مشاهدات برنامهریزی شده میباشد که توسط مفاهیم انتشار خطاها صورت می گیرد. به طور خلاصه عملیات طراحی پرواز در فتوگرامتری را میتوان به تعیین سکو و سنجنده، طراحی پرواز و طراحی نقاط کنترل تقسیم بندی نمود.

در ادامه موارد زیر برای عملیات طراحی پرواز در فتوگرامتری پهپاد مورد بحث قرار می گیرد:

تعیین سکو وسنجنده
-تعیین نوع عدسی
-تعیین نوع دوربین و تنظیمات آن
طراحی پرواز
-تعیین ارتفاع پرواز
-تعیین ضریب کاهش حد تفکیک تصویری
-تعیین سی-فاکتور سیستم تصویربرداری
-تعیین محدوده پرواز
-تعیین امتداد نوارهای پرواز
-تعیین پوشش طولی و عرضی تصاویر
طراحی نقاط کنترل
-طراحی شکل و ابعاد تارگت زمینی
-طراحی نقاط کنترل زمینی

تعیین نوع عدسی

عدسی مورد استفاده باید از نوع ثابت بوده و به کارگیری عدسی با بزرگنمایی متغیر مجاز نیست. اتوفوکوس عدسی باید خاموش باشد و در صورت روشن بودن اتوفوکوس میبایست تصویربرداری تکرار شود.

عدم استفاده از لنزهایی که سیستم لرزه گیر دارند همچنین استفاده از لنز با فاصله کانونی که نسبت باز به ارتفاع را تأمین کند، مورد توجه قرار گیرد.

در انتخاب عدسی با توجه به فاصله کانونی آن موارد ذیل لحاظ شود:

عدسی زاویه نرمال (لنز ۳۵ تا ۵۰ میلیمتر): به منظور تهیه نقشه های سهبعدی یا ارتفاعی، عدسی زاویه نرمال(فاصله کانونی عدسی حدوداً برابر با قطر سنجنده) مناسب است. بهطورکلی در این حالت،فاصله کانونی عدسی به نحوی انتخاب گردد که در تصاویر با پوشش طولی ۶۰ درصد، نسبتB/H (باز عکس یا فاصلهی زمینی بین عکسهای متوالی به ارتفاع پرواز) از ۰.۲۵ بیشتر باشد.

عدسی زاویه باریک یا تله (لنز با فاصله کانونی بیشتر از نرمال): به منظور تهیه محصولات مکانی مسطحاتی مانند نقشههای کاداستر و ارتوفتوموزائیک، عدسی زاویه باریک یا تله (فاصله کانونی عدسی حداقل یک و نیم تا دو برابر قطر سنجنده) مناسب است و ارتفاع پرواز نیز به همان نسبت افزایش مییابد. بهکارگیری عدسیهای زاویه باریک در ارتفاع بالاتر موجب کاهش جابجایی ناشی از ناهمواری شده و کیفیت ارتوفتوموزائیک بیشتر میشود اما استحکام ارتفاعی شبکه کمتر شده و خطای ارتفاعی افزایش مییابد. در این حالت برای حفظ کیفیت ارتفاعی میتوان از مشاهداتRTK/ PPKهوایی یا نقاط کنترل زمینی متراکم استفاده نمود. با توجه به افزایش تأثیر لرزشهای ناخواسته تصویری و کاهش محسوس وضوح تصاویر هنگام بکارگیری عدسی های زاویه باریک، میبایست کاهش حد تفکیک تصویری برآورد و در طراحی پرواز لحاظ شود همچنین بهکارگیری گیمبال و پایدارساز خارجی از اهمیت بیشتری برخوردار است.

از موارد کاربرد دیگر عدسی زاویه باریک در تهیه نقشه از نواحی شهری متراکم و کوهستانی سخت به منظور غلبه بر مشکل نواحی پنهان همچنین تصویربرداری با حد تفکیک بالا از نواحی با محدودیت حداقل ارتفاع پرواز است.

عدسی زاویه باز (لنز با فاصله کانونی کمتر از نرمال): بهمنظور تهیه نقشه سه بعدی در مقیاس معمولاً کمتر از ۱:۲۰۰۰ از نواحی وسیع مسطح یا با شیب یکنواخت، عدسی زاویه باز استفاده میشود. در تصویربرداری با این نوع عدسی، در صورت وجود عوارض ارتفاعی، نواحی پنهان بشدت افزایش مییابد.

تعیین نوع دوربین و تنظیمات آن

به منظور تأمین کیفیت تصاویر، در انتخاب دوربین و انجام تنظیمات آن موارد ذیل مورد توجه قرار گیرد:

- حجم تصویر حداقل ۲۱ مگا پیکسل باشد.
- ابعاد پیکسل سنجنده نباید کمتر از ۲ میکرون باشد و در صورت امکان سنجنده با ابعاد پیکسل بیش از۴میکرون مورد استفاده قرار گیرد. (خطای تفرق نور بخصوص درfstopهای بالا باعث تار شدن تصویرمیشود)
- برای حفظ پایداری هندسی، فاصله کانونی عدسی باید ثابت باشد. پایدارساز یا لرزش گیر سنجنده و عدسی (منظور پایدارساز داخلی است) همچنین اتوفوکوس باید خاموش باشد.

عدسی مورد استفاده در دوربین و نحوه اتصال آن به بدنه دوربین، از پایداری مناسب برخوردار باشد بهنحویکه در حین انجام یک پروژه علیرغم چندین فرود و برخاستن تغییر محسوسی در پارامترهای کالیبراسیون عدسی ایجاد نگردد.
بدنه دوربین از استحکام لازم برخوردار بوده و بهواسطه تغییرات دما، فشار هوا، ضربه و لرزش تغییر شکل ندهد.
با توجه به اینکه در اکثر پهپادها دوربین فاقد FMC میباشد، برای جلوگیری از کشیدگی تصویری باید سرعت شاتر در حدی باشد که کشیدگی تصویری به کمتر از نیم پیکسل برسد.

- حساسیت دوربین یاISO میبایست مقدار ثابتی باشد. عدد ایده آلبرای آن ۱۰۰ بوده و نباید بیشتر از ۴۰۰ باشد.
- پارامتر سرعت عدسی یا f/stop بین ۴ تا ۸ تنظیم شده و مقداری ثابت باشد.

در یورت فعال بودن تنظیم خودکار روشنایی تصویر، ملاحظات مربوط به سرعت شاتر ،f-stop و ISO که در بالا ذکر شده است رعایت شود تا ضمن هماهنگی با شرایط نوری متغیر، کیفیت تصاویر مخدوش نشود.

حداکثر نرخ تصویربرداری و ذخیره سازی دوربین میبایست با سرعت پرنده و حداقل پوشش طولی موردنیاز مطابقت داشته باشد.
دوربین امکان تصویربرداری حداقل سه طیفی (RGB)با وضوح ۲۴ بیت را دارا باشد.
ترجیحاً دوربین امکان ذخیره تصاویر با فرمت RAW داشته باشد.

تذکر: در سیستمهای چند سنجنده که امکان اخذ تصویر قائم و مایل در جهات مختلف رادارند تمامی سنجنده هاباید شرایط مذکور را دارا باشند.

تعیین ضریب کاهش حد تفکیک تصویری

در فتوگرامتری پهپاد به دلیل عواملی همچون لرزش، کشیدگی تصویری، تاری دید بهواسطه ابر، مه، رطوبت ،Haze، گردوغبار، آلودگی هوا و پدیده تفرق نور روی سنجنده ها، شاخص GRD دارای مقداری بیشتر از ابعاد پیکسل زمینی تصویر یا GSD می

شود. نسبت این د

و (k=GRD/GSD) را ضریب کاهش حد تفکیک تصویری مینامند. با توجه به تنوع دوربینها و عدسیهای مورد استفاده در انواع پهپاد و شرایط محیطی مختلف در حین تصویربرداری، حد تفکیک تصاویر میبایست قبل از انجام هر پروژه تصویربرداری هوایی با بهکارگیری تارگت زیمنس تعیینشده و ضریب کاهش حد تفکیک تصویری k برآورد گردد.

تعیین GSD تصویربرداری

در تعیین GSDتصویربرداری میبایست موارد ذیل لحاظ شود:

الف) محدودیت ناشی از کاهش حد تفکیک مکانی تصویر:تصویربرداری مورد نیاز برای پروژه باید به میزان۱:k ،k=GRD/GSDکاهش یابد تا کاهش حد تفکیک مکانی تصویر جبران شود .

ب) محدودیت ناشی از دقت مسطحاتی محصولات مکانی: با توجه به دقت مسطحاتی مورد نیاز پروژه، حد

تفکیک مکانی تصویر GRD میبایست به نحوی انتخاب شود که ۲.۵ برابر GRD از دقت مسطحاتی متوسط نقشه (۰.۲ میلیمتر در مقیاس نقشه)، کمتر باشد. در جدول زیر مقادیر مناسب GRD بهمنظور رسیدن به دقتهای مسطحاتی متناسب با مقیاس نقشه آورده شده است.

بازه مجاز GRD تصاویر ( سانتیمتر)	GRD متوسط تصاویر ( سانتیمتر)	مقیاس نقشه
۳-۵	۴	۱:۵۰۰
۶-۱۰	۸	۱:۱۰۰۰
۱۲-۳۰	۳۶	۱:۲۰۰۰

جدول ۲-۱: مقادیر مناسب GRD مطابق با مقیاس نقشه

د) محدودیت ناشی از دقت ارتفاعی محصولات مکانی: بهمنظور تأمین دقت ارتفاعی مورد نیاز نقشه، درحالتی که منحنی میزان ۲۵ سانتیمتر و کمتر مورد نظر باشد، میبایست شاخصC-FactorیاCFمورد توجه قرار گیرد. برای این منظور ارتفاع پروازHمیبایست کمتر از حاصلضربC-Factorدر فاصله منحنی میزانCIباشد. همچنین برای محاسبهGSDبر اساس شاخصCFاز رابطه ذیل استفاده میشود:

بهعنوان نمونه با فرضPS=3.33 micron،CF=200وf=9 mm، میزانGSDمناسب برای دستیابی به منحنی میزان ۲۵ سانتیمتر معادل۸۵/۱ سانتیمتر است.</p>

ج) محدودیت ناشی از ایمنی پرواز یا موارد امنیتی: سازمان هواپیمایی کشوری و نهادهای نظامی و امنیتی در کشور، مقرراتی را برای حداقل یا حداکثر ارتفاع پرواز پهپادها در مناطق مختلف وضع نمودهاند که برای حفظ ایمنی یا ملاحظات امنیتی بایستی از آنها تبعیت نمود.

تعیین محدوده پرواز

طراحی محدوده پروازیبهروش ذیل انجام میشود:

محدوده پروژه(محدوده یا مسیر مورد نظر) با استفاده از منابع اطلاعاتی مانند تصاویر گوگل، نقشههای پوششی ۱:۲۵۰۰۰، نقشههای کوچکمقیاس، تصاویر یا

عکس هوایی کوچکمقیاس (تقریباً پنج برابر کوچکتر از مقیاس موردنظر جهت تصویربرداری هوایی) تعیین شده و در یکی از فرمتهای برداری ارائه می شود.

محدوده پرواز به میزان حداقل ۶۰ درصد بزرگترین ضلع محدوده عکس روی زمین (معادل با تعداد پیکسل طولی عکس ضربدر GSD ) در مرز بیرونی حد پروژه لحاظ می شود.

تبصره: در نواحی کریدور شکل حتی اگر عرض کریدور طراحی شده با یک مسیر پرواز پوشش داده شود، میبایست تصویربرداری با حداقل دو مسیر (رفتوبرگشت) یا بیشتر با پوشش عرضی ۶۰ درصد انجام شود بهطوریکه منطقه موردنظر با پوشش کامل در حداقل دو نوار ظاهر شود.

تعیین امتداد نوارهای پرواز

امتداد نوارهای پرواز میبایست با در نظر ارفتن موارد مربوط به چهار پارامتر جهت وزش باد، جهت شیب و توپوگرافی زمین، شکل حد کار و جهت سایهها طراحی

شود.

- - جهت وزش باد

در صورتی که شرایط فیزیکی پهپاد به گونهای باشد که وزش باد روی پایداری آن تأثیر بگذارد باید ملاحظاتی در نظر گرفته شود:

- - - جهت نوارهای پرواز به صورت رفت و برگشت و در جهت غالب وزش باد طراحی شود. البته در مورد پهپادهای بال ثابت دلتا که دم ندارند چون ناپایداری آنها با کاهش وزن پهپاد و کاهش سرعت پرواز بهشدت افزایش مییابد، بهتر است برای جلوگیری از مشکلات تغییرات پوشش طولی، نوارهای پرواز در راستای عمود برجهت غالب وزش باد طراحی شود.

با توجه به تغییرات پوشش طولی نسبت به طراحی اولیه بر اثر وزش باد، بهتر است تنظیمات اتوپایلوت روی تصویربرداری با باز مکانی ثابت و نه زمان ثابت قرار گ

- - جهت شیب و توپوگرافی زمین

پیشفرض در تصویربرداری هوایی فتوگرامتری، هدایت پهپاد در ارتفاع مطلق ثابت است. تغییرات ارتفاع پرواز یا GSD به دلیل شیب و توپوگرافی زمین، به میزان ۱۰% مجاز است اما اگر تغییرات ارتفاع بیشتر از این میزان شد، میبایست نوارهای پرواز در جهت غالب منحنی میزانهای منطقه طراحی شود و ارتفاع پرواز هر نوار را متناسب با تغییر ارتفاع متوسط پروفیل مربوطه روی سطح زمین تغییر داد.

- - شکل حد کار: اگر منطقه کشیدگی داشته باشد ترجیح بر آن است که طراحی نوارهای پرواز در پرندههای بال ثابت در راستای طولی منطقه و در پرندههای مولتی روتور در راستای طولی یا عرضی منطقه انجام شود مگر اینکه قیود فوق مانع آن شود.
  - جهت سایهها: درصورتی که تصویربرداری هوایی در نوارهای همجهت با امتداد سایهها (راستای شرقی-غربی) انجام شود تغییر طول سایه در عکسهای متوالی و نوارهای جانبی به حداقل رسیده و کیفیت تناظر یابی تصاویر بالاتر و کیفیت بصری ارتوفتوموزائیک بهتر میشود مگر اینکه قیود دیگر فوق مانع آن شود.

تعیین پوشش طولی و عرضی تصاویر

در تعیین پوشش طولی و عرضی تصاویر، نکات ذیل باید مورد توجه قرار گیرد:

-پوشش طولی و عرضی تصاویر در حالت ایده آل۸۰% -۸۰% است. هیچ یک از پوششهای طولی و عرضی نباید از ۶۰% کمتر شود و مجموع پوشش طولی و عرضی حداقل ۱۳۰ درصد باشد.

-تغییرات پوشش طولی و عرضی تصاویر (وابسته به عواملی مانند وزش باد، سرعت پرنده، مدتزمان موردنیاز بین دو تصویربرداری متوالی، وجود تیلت در تصویربرداری، ارتفاع پرواز و فاصله کانونی دوربین) نسبت به پوششهای طراحی شده در حد ۵% مجاز می باشد.

-هرچه پوشش تصاویر بیشتر شود تعداد تصاویر همپوشان برای بازسازی سهبعدی یک نقطه بیشتر شده و دقت، قابلیت اطمینان و همگونی دقت مختصات سهبعدی نقاط بخصوص ازلحاظ ارتفاعی در تولید مدل رقومی سطح بیشتر می

شود. همچنین کیفیت ارتوفتوموزائیک به خاطر کاهش نواحی پنهان و استفاده از نواحی مرکزیتر تصاویر افزایش مییابد.</p>

-درصورتیکه انحراف معیار مشاهدات PPK/RTK هوایی از ۱:۴ خطای نقشه بیشتر نباشد، با توجه به افزایش استحکام شبکه میتوان پوششهای طولی و عرضی را تا ۶۰%-۶۰% کاهش

داد.

طراحی نوارهای متقاطع (کراس)

در مناطق کوهستانی شدید یا شهری شلوغ با ساختمانهای بلند بهمنظور افزایش قابلیت دید و استحکام شبکه و ارتقاء کیفیت خروجی میبایست طراحی نوارهای متقاطع (کراس) انجام شود.

در مناطق مسطح بهتر است برای افزایش استحکام شبکه و کاهش وابستگی پارامترهای توجیه داخلی و خارجی، حداقل یک نوار کراس در میانه بلوک طراحی شود.

طراحی شکل و ابعاد تارگت زمینی

برای افزایش دقت مثلث بندی هوایی، نصب تارگتهای با شکل متقارن، کنتراست بصری بالا و ابعاد مناسب قبل از پرواز در سطح منطقه توصیهشده است. درواقع این امر باعث میشود دقت قرائت عکسی نقاط کنترل و چک زمینی تا ۱:۱۰ ابعاد پیکسل به شرط رعایت ملاحظات زیر افزایش یابد.

- - شکل تارگت: اصل تقارن مرکزی در آن رعایت شود (مشابه اشکال زیر).

- - اندازه تارگت: ابعاد کلی تارگت میبایست حداقل ۱۰ برابر GRD و حداکثر ۲۰ برابر GRD باشد. ضخامت خطوط تارگت کراس نیز میبایست بین یک GRD تا دو برابر GRD باشد.
  - مرکز تارگت: محل مرکز تارگت حداقل با دقت یکدهم GRD با یک نقطه یا کراس علامت گذاری شود.

طراحی نقاط کنترل و چک زمینی

نقاط کنترل و چک، بر اساس حد کار کارفرما در سطح منطقه جانمایی می شوند. بدین ترتیب لازم است جانمایی نقاط در محیطهایی مانند گوگل ارث Google Earth انجام شود تا دسترسی به نقطه و محل مناسب آن نیز مدنظر قرار گیرد. در طراحی نقاط کنترل و چک نکات ذیل میبایست مد نظر قرار گیرد.

فواصل و تراکم نقاط کنترل باید در حدی باشند که خطای مثلث بندی هوایی روی نقاط کنترل و چک از نصف خطای نقشه (مطابق پیوست ۵) کمتر باشند.

- - نقاط کنترل حتی برای مقاصد تولید محصولات مکانی مسطحاتی، به صورت سهبعدی یا زوج مسطحاتی-ارتفاعی برداشت شوند.
  - بهطورکلی نقاط کنترل در دور تادور بلوک در محل شکستگی‌ها به گونه‌ای جانمایی شوند که کل حد کار را پوشش دهند.
  - نقاط کنترل در میانه بلوک با تراکم مناسب طراحی شوند.
  - نقاط کنترل در ناحیه مشترک مرزی بین زیر بلوک‌ها مشابه با تراکم دورتادور بلوک طراحی و اندازه گیری شوند.

در پروژه های کوریدوری که دقت ارتفاعی نقشه اهمیت دارد توصیه می شود.

نقاط ارتفاعی در راستای مسیر، به نحوی طراحی شوند که در هر تصویر یک نقطه کنترل قرار گیرد.

در صورت به‌کارگیری مشاهدات PPK/ RTK هوایی میتوان تراکم نقاط کنترل را به میزان قابل توجهی کاهش داد. اما به‌ واسطه ملاحظات معرفی ارتفاع ژئوئید، قابلیت اطمینان بیشتر به نقشه بخصوص در تهیه محصولات مکانی ارتفاعی و نقشه‌برداری کوریدور (به‌واسطه استحکام پایین شبکه تصاویر) به‌کارگیری تعداد مناسب نقاط کنترل زمینی ضروری است.

- - در انتخاب فواصل نقاط کنترل موارد ذیل توصیه می‌شود:
    - - فواصل نقاط کنترل در حالت پوشش طولی و عرضی ۸۰%-۸۰% تا سه برابر ابعاد عکس (ضلع بزرگتر عکس) روی زمین در نظر گرفته شود.
      - فواصل نقاط کنترل در حالت پوشش طولی و عرضی ۶۰%-۶۰% تا دو برابر ابعاد عکس روی زمین باید کاهش یابد.
  - در صورت به‌کارگیری مشاهدات PPK/RTK هوایی با انحراف معیار ۱:۴خطای متوسط نقشه، آنگاه میتوان فاصله نقاط کنترل را تا ده برابر ابعاد متوسط عکس روی زمین یا حداکثر ۲.۵ کیلومتر روی زمین افزایش
  - اگر هدف از تصویربرداری، صرفاً تولید محصولات مکانی مسطحاتی باشد، فوایل ذکر شده نقاط کنترل میتواند در یک ضریب ۱.۵ ضرب شود.
- برای اطمینان پذیری بیشتر نتایج، وجود تعدادی نقطه چک با فواصل مناسب ضروری است. نقاط چک در میانه و مرز منطقه به گونه‌ای طراحی شوند که:
  - در فواصل معادل ده برابر ابعاد متوسط عکس روی زمین دست کم یک نقطه چک وجود داشته باشد.
  - تعداد نقاط چک در هیچ شرایطی نباید کمتر از سه باشد.
  - در بیشترین فاصله از نقاط کنترل مورد استفاده در مثلث‌بندی قرار گیرند.
  - تعدادی از نقاط چک روی مرز منطقه همچنین در اطراف مناطق گپ که نقطه گرهی نداریم اخذ شود.
  - برای ارزیابی دقت ابر نقطه، نقاط چک ترجیحاً در سایه‌ها، اطراف نواحی پنهان و در مرز با تغییرات عمق شدید نباشد.

تذکر:

لازم است دقت تمامی نقاط چک مطابق دقت مسطحاتی و ارتفاعی مورد نیاز پروژه تأمین شود در غیر این صورت میبایست نقاط کنترل زمینی تکمیلی در نواحی خطادار اضافه شود

عملیات طراحی پرواز