Droner och DEM:er vs DTM:er vs DSM:er

Guide till digitala terrängmodeller, digitala höjdmodeller och digitala ytmodeller för drönarkartering: vad de är, skillnaderna mellan dem, tillämpningar och hur de kan hjälpa LiDAR och fotogrammetri med drönare.

Om du använder en drönare för kartering är det mycket troligt att du kommer att stöta på termerna Digital Terrain Model (DTM), Digital Elevation Model (DEM) och Digital Surface Model (DSM).

Men vad är de egentligen, vad är skillnaderna och hur kan de vara till hjälp?

Läs vidare för att ta reda på det.

Digitala höjdmodeller

Digitala höjdmodeller, även kända som DEM, är en visuell representation av höjddata för varje punkt som samlats in på din plats.

Istället för att visa hur din plats ser ut i verkligheten använder DEM vanligtvis färg för att indikera höjdskillnader, vilket den här bilden visar.

DEM:er är rasterdata eller rutnät som visar den högsta vertikala punkten (z) registrerad för varje horisontell koordinat (x,y).

Ju mindre rutnätscellerna är, desto mer detaljerad är informationen i en DEM-datafil. Så om du försöker modellera med hög detaljrikedom är ett litet rutnätsavstånd (eller små cellstorlekar) det rätta valet.

När dessa rasterfiler visas representerar de terrängens form på din plats, vilket kan användas som referens för den topografi du arbetar med.

Digitala ytmodeller och digitala terrängmodeller

Digitala höjdmodeller (DEM) är en överordnad kategori för digitala terrängmodeller (DTM) och digitala ytmodeller (DSM).

Så vad är skillnaden mellan en DTM och en DSM?

• DTM: en modell av den bara marken. Med andra ord karaktäriserar den enbart terrängen och marken.
• DSM: den mest generella formen av ytmodell som inkluderar alla insamlade punkter, vilka representerar både naturliga och konstgjorda element. En DSM inkluderar toppen av byggnader, träd, kraftledningar och andra objekt. I huvudsak är det en modell av "taket" och ser marken endast när inget annat finns ovanpå den.

Diagrammet nedan är en enkel skiss som visar skillnaderna mellan en DTM och en DSM. Notera hur DTM:en (orange linje) följer marken, medan DSM:en (grön linje) följer ytstrukturer, det vill säga toppen av huset och trädet.

Så hur relaterar detta till en datamängd från verkliga livet? Exemplet nedan visar detta, med DTM till vänster och den identiska DSM till höger.

Återigen, notera hur DSM visar toppen av husen och vegetationen; element som inte finns med i DTM-modellen för den bara marken.

Hur kan drönare hjälpa till att generera DEM, DSM och DTM?

Drönare är ett kostnadseffektivt, snabbt och effektivt verktyg för datainsamling för generering av DEM, DSM och DTM.

Tekniska framsteg under de senaste åren har lett till utvecklingen av drönare som kan utföra fotogrammetri- och LiDAR-uppdrag.

Båda dessa tillämpningar är avgörande för skapandet av DEM, DSM och DTM. Vår guide om LiDAR vs fotogrammetri innehåller en djupgående jämförelse mellan de två, men kortfattat:

• LiDAR: akronym för "Light Detection and Ranging". LiDAR fungerar genom att skicka ut ljuspulser mot jordytan eller ett objekt på den och mäta tiden det tar för pulsen att reflekteras tillbaka. Detta ger en exakt positionering av var lasern träffade jordytan, och denna data kan användas för att bygga ett 3D-punktmoln som representerar terräng, topografi och särdrag i det skannade området.
• Fotogrammetri: konsten att fånga högupplösta fotografier för att återskapa ett undersökningsområde. Dessa bilder bearbetas och sammanfogas med hjälp av sofistikerad programvara för att skapa realistiska, georefererade och mätbara 3D-modeller av den verkliga världen.

Som framhävs ovan finns det tydliga skillnader mellan LiDAR och fotogrammetri.

Därför krävs noggrant övervägande innan dessa drönarkarteringstekniker implementeras för generering av DTM, DSM och DEM.

LiDAR är till exempel särskilt effektivt för insamling av DTM-data jämfört med fotogrammetri, särskilt i områden med tät vegetation.

Varför? Eftersom LiDAR till sin natur kan penetrera glapp mellan löv och grenar för att nå marknivån, och därmed få mer exakt terrängdata.

Däremot kan vegetation hindra drönarfotogrammetri från att fånga en korrekt representation av hur markens topografi ser ut: i huvudsak kommer den bara att fånga de element som sticker upp från jordytan.

Detta utmärkta diagram nedan – skapat av Ben Bishop, teknisk chef på Flythru Limited – visar skillnaden mellan LiDAR och fotogrammetri för DTM-generering.

I detta exempel är LiDAR-data rosa och fotogrammetri blå. Notera hur fotogrammetrin gör ett utmärkt jobb med att fånga trädkronorna, men inte kan konkurrera med LiDAR när det gäller att få information om marken i områden som döljs av vegetation.

Av denna anledning blir fotogrammetri mer effektivt för DSM.

Kom ihåg att DSM representerar både naturliga och byggda element på jordytan, såsom trädkronor och vegetationsförändringar.

Därför är de högupplösta bilderna som samlas in under ett fotogrammetriuppdrag användbara för att bygga denna typ av kartor. Men även LiDAR kan användas för DSM.

De bästa drönarna för DEM, DSM och DTM

DJI har designat ett flertal drönare för flygfotograferingsuppdrag, särskilt M300 RTK och Phantom 4 RTK.

Bland dessa är M300 RTK mest lämpad för att skapa dessa modeller eftersom den kan integreras med både fotogrammetri- och LiDAR-kameror.

DJI Zenmuse P1 (nedan, till vänster) är en dedikerad fotogrammetrisk kamera med en 45 MP fullformatssensor, medan DJI Zenmuse L1 (nedan, till höger) är en LiDAR-sensor med fotogrammetrifunktioner.

M300 RTK ihop med P1 eller L1 gör flygfotografering mycket tillgänglig, särskilt när det gäller LiDAR-datainsamling. Och tack vare en kombination av drönarens ökade uthållighet och kamerornas individuella specifikationer, utgör denna kombination en otroligt effektiv karteringslösning som täcker stora områden på kort tid.

Samtidigt är Phantom 4 RTK en kompakt lösning för kartering på låg höjd, men den har en fast fotogrammetrisk kamera på 20 MP. Därför, även om det är ett effektivt drönarverktyg för kartering, saknar det mångsidigheten hos M300 RTK eftersom den inte kan integreras med LiDAR.

DEM, DSM och DTM – Tillämpningsområden

DEM – som omfattar både DSM och DTM – är avgörande inom områden som infrastrukturförvaltning, hydrologi för hantering av kusterosion, arkeologi, studier av flödesriktning, markanvändning, stadsplanering och skredövervakning.

Drönare, DEM, DSM och DTM – Sammanfattning

Drönarkartering har blivit en av de viktigaste tillämpningarna inom branschen, och DEM, DSM och DTM kan utgöra en viktig del av karteringsprojekt.

Obemannade luftfarkoster underlättar insamlingen av den data som krävs för dessa typer av modeller.

Valet mellan DEM, DSM och DTM beror på vilken typ av information som krävs, och valet mellan fotogrammetri och LiDAR är också en viktig övervägning.

Men som med all outputdata associerad med drönarkartering ger dessa digitaliserade resurser djupgående insikter om din arbetsplats som kan vägleda beslutsfattande och ROI.