Аэрофотосъёмка
Синонимы: аэросъёмка, аэрофотосъёмка с БПЛА, aerial survey
Аэрофотосъёмка — съёмка местности с дрона по расчётному маршруту: высоту, перекрытие и разрешение задают заранее, на выходе — ортофотоплан, 3D-модель и объёмы.
Что такое аэрофотосъёмка
Аэрофотосъёмка — фотографирование земной поверхности с борта летательного аппарата по заранее рассчитанному маршруту, с заданными высотой, перекрытием кадров и разрешением на местности. С дрона её выполняют ради измеримого результата: ортофотоплана, цифровой модели рельефа, трёхмерной модели объекта или объёма отвала. Обычный видеоролик с квадрокоптера такими свойствами не обладает.
Разница между красивым кадром и аэрофотосъёмкой — в геометрии. Оператор думает не о композиции, а о том, чтобы каждая точка местности попала на три-четыре кадра под разными углами, а положение камеры в момент спуска затвора было записано с известной точностью. Дальше снимки уходят в фотограмметрическую обработку: из них собирают плотное облако точек, модель рельефа и сшитое изображение участка. Материал, снятый «как получится», разваливается уже на выравнивании блока.
Виды аэрофотосъёмки: плановая, перспективная, маршрутная
Классификации две, и они не исключают друг друга: по положению оптической оси и по геометрии охвата. Плановая съёмка — камера смотрит в надир, отклонение оси от отвесной линии в геодезической практике держат в пределах 3°; она даёт материал для карт и планов. Перспективная (наклонная, в англоязычных источниках oblique) — камера повёрнута на 30–60° и захватывает фасады и откосы, невидимые сверху.
| Вид съёмки | Камера и траектория | Типовая задача |
|---|---|---|
| Плановая | Надир, параллельные галсы с равным шагом | Ортофотоплан, модель рельефа, кадастр |
| Перспективная | Наклон 30–60°, сетка галсов или орбита | Фасады, 3D-модель застройки |
| Маршрутная | Один-два галса вдоль линейного объекта | ЛЭП, трубопроводы, дороги, русла рек |
| Круговая | Облёт по окружности, камера под углом | Башня, мачта, отдельное здание |
Площадную съёмку планируют галсами с равным шагом, маршрутную — вдоль оси объекта, и здесь легко промахнуться с поперечным перекрытием: боковой ветер сносит лёгкий аппарат, полоса покрытия дырявится. На линиях длиной в десятки километров мультикоптер невыгоден — его хватает на несколько километров. Такие задачи закрывают самолётные комплексы вроде Геоскан 201, которые держатся в воздухе часами.
Параметры маршрута: GSD, высота, перекрытие, скорость
План съёмки сводится к четырём числам: разрешение на местности, высота полёта, перекрытие кадров и путевая скорость. Первое задаёт техническое задание, остальные считают от него.
GSD (ground sample distance) — размер пикселя снимка в пересчёте на землю: GSD = H × p / f, где H — высота над поверхностью, p — размер пикселя матрицы, f — фокусное расстояние. У DJI Mavic 3E с матрицей формата 4/3 на 20 Мп и объективом 24 мм в эквиваленте со 100 метров выходит около 2,7 см на пиксель. Требование к GSD вытекает из масштаба будущего плана: 1:500 — 2–3 см, 1:1000 — 4–5 см, 1:2000 — 8–10 см.
Перекрытие — второй критичный параметр. Классические нормы самолётной съёмки, 60% вдоль маршрута и 30% между маршрутами, для дрона малы: лёгкий аппарат треплет ветром, оси галсов плывут, углы наклона кадров скачут.
| Объект съёмки | Продольное перекрытие | Поперечное перекрытие |
|---|---|---|
| Открытая местность, ортофотоплан | 70–80% | 50–60% |
| Лес, поле, снег, вода — однотонная текстура | 80–85% | 60–70% |
| Городская застройка, 3D-модель зданий | 80% | 70% плюс наклонные кадры |
| Линейный объект: ЛЭП, дорога, трубопровод | 80% | два галса со сдвигом от оси |
Скорость связана с выдержкой напрямую. Смаз равен произведению путевой скорости на время экспозиции: при 20 м/с и выдержке 1/250 с картинка смазывается на 8 сантиметров — больше размера пикселя на земле. Отсюда правило: выдержка 1/1000 и короче, а механический затвор (у Mavic 3E — до 1/2000 с) предпочтительнее электронного, который перекашивает кадр на ходу.
- высоту и GSD считают от самой высокой точки участка, а не от точки взлёта;
- при перепаде рельефа больше 15–20% от высоты включают режим следования рельефу;
- выдержку фиксируют вручную: автоматика под облаком уводит её в 1/60 и портит галс;
- опорные точки измерены либо включён RTK, маркер занимает на снимке не меньше 5–10 пикселей;
- батарей хватает на весь блок: разрыв на три часа разворачивает тени и мешает сшивке.
Абсолютная точность упирается в координаты центров фотографирования. Бортовой приёмник без поправок даёт метры, поэтому классика — наземные опорные точки, измеренные геодезистом по периметру и в середине участка. Технология RTK и постобработка траектории (PPK) сокращают их число до нескольких контрольных, а погрешность привязки — до сантиметров.
Погода, освещение и время суток
Лучшее окно для картографической съёмки — три-четыре часа вокруг местного полудня, когда солнце выше 30–40° над горизонтом: тени короткие, освещение по участку одинаковое. Не хуже работает ровная светлая облачность — она превращает небо в один большой рассеиватель.
Портят съёмку другие условия. Разорванная кучевая облачность гоняет по земле пятна теней, и соседние галсы расходятся по яркости. Низкое солнце кладёт тени длиной в несколько высот объекта. Блик на воде оставляет в модели пустое место, дымка съедает контраст. Ветер сильнее 8–10 м/с кренит аппарат и уводит кадры от надира: паспортные 12 м/с у Mavic 3E — предел, а не рабочий режим.
Сезон — часть плана. Рельеф и всё, что прячется под кронами, снимают в безлиственный период: апрель до распускания листа, октябрь после листопада. Повторную съёмку «до и после» ставят в то же время суток и по тому же маршруту. Отдельная оговорка: ND-фильтры, обязательные для видео, для фотограмметрии вредны — они удлиняют выдержку и добавляют смаз.
Законность съёмки: аппарат, воздух и содержимое кадра
Разрешительная сторона делится на три слоя, и путать их не стоит: сам дрон, воздушное пространство и то, что попало в кадр.
- Аппарат. Беспилотное воздушное судно массой от 150 г до 30 кг ставят на учёт в Росавиации, учётный номер наносят на корпус. Полёт неучтённого аппарата — нарушение независимо от того, что вы снимали.
- Воздушное пространство. Полёты планируют через региональный центр Единой системы организации воздушного движения. С 1 марта 2024 года действует пункт 52(3) Федеральных правил использования воздушного пространства (введён постановлением Правительства РФ от 21 июня 2023 года № 1016): визуальные полёты беспилотника с максимальной взлётной массой до 30 кг в пределах прямой видимости выполняются без представления плана полёта и без получения разрешения на использование воздушного пространства — на высоте менее 150 метров при удалении 30 км и более от контрольных точек аэродромов и 5 км и более от посадочных площадок (либо на высоте менее 100 метров при удалении от 10 до 30 км от аэродромов и от 2 до 5 км от посадочных площадок), вне запретных зон, зон ограничения полётов и специальных зон.
- Содержимое кадра. Работы, результаты которых могут содержать сведения ограниченного распространения, ведут по правилам государственной тайны — с лицензией органов ФСБ и согласованиями. Съёмка людей и частных владений упирается в закон о персональных данных и статью 152.1 Гражданского кодекса.
Где применяют аэрофотосъёмку и на чём срываются съёмки
Гражданская аэрофотосъёмка кормит десяток отраслей, и ценность даёт не картинка, а измеримая модель. Производительность зависит от аппарата и разрешения: мультикоптер уровня Mavic 3E по открытым данным закрывает за вылет один-два квадратных километра при GSD около 3 см, самолётный комплекс за трёхчасовой полёт — на порядок больше.
- кадастр и землеустройство — границы участков, фактическое использование земли;
- строительство — исполнительная съёмка, объёмы земляных работ, сравнение с проектом;
- карьеры и склады сыпучих — подсчёт объёмов вместо недели работы с тахеометром;
- энергетика и трубопроводы — маршрутные облёты с фотокамерой и тепловизором;
- сельское и лесное хозяйство — состояние посевов, таксация, учёт вырубок;
- ЖКХ, промышленность, МЧС — кровли и трубы, последствия паводка или пожара.
Ошибки, которые обесценивают полётный день
- Перекрытие «на глаз» — вместо единой модели острова, которые не сшиваются.
- Одна высота над расчленённым рельефом — GSD гуляет вдвое, а над холмом аппарат идёт низко.
- Автоэкспозиция и длинная выдержка — смаз, который не лечится обработкой.
- Ни опорных точек, ни поправок — модель убедительна, но привязана с ошибкой в метры.
- Съёмка растянута на весь день — тени развернулись, и ортофотоплан выходит пятнистым.
- Не проверены ограничения района — вылет отменяется на месте, смена сгорела.
Аэрофотосъёмка стоит на стыке трёх ремёсел: пилотирования, геодезии и обработки данных. С чего начинать путь в профессию, разобрано в материале как стать оператором БПЛА, а практику пилотирования в учебном центре «Единство» начинают с заявки на обучение: базовый курс идёт от двух недель, обучение бесплатное.
Частые вопросы
Чем аэрофотосъёмка отличается от обычной видеосъёмки с дрона?
Целью и требованиями к геометрии кадра. Видеосъёмка живёт по законам кино: ракурс, плавность движения, цвет, настроение. Аэрофотосъёмка живёт по законам измерений — каждая точка местности должна попасть на три-четыре снимка под разными углами, координаты центров фотографирования записываются, а размер пикселя на земле задаётся техническим заданием.
Отсюда разные настройки и разная техника. Для кино ставят ND-фильтр и держат выдержку около 1/50 секунды ради естественного смаза движения, для съёмки под фотограмметрию выдержку загоняют в 1/1000 и короче, потому что смаз убивает точность модели. Кино снимают на закате, картографию — в полдень. Отличается и результат: в первом случае это ролик, во втором — ортофотоплан, облако точек и модель рельефа, по которым считают площади, уклоны и объёмы.
Какое перекрытие снимков задавать при съёмке с дрона?
Для открытой местности берут 70–80% вдоль маршрута и 50–60% между маршрутами. Однотонные поверхности — лес, поле, снег, вода — требуют больше: 80–85% и 60–70% соответственно, потому что алгоритму не за что зацепиться при поиске связующих точек. Для трёхмерной модели застройки к плановым галсам добавляют наклонные кадры и облёт по кругу.
Классические нормы самолётной аэрофотосъёмки (60% и 30%) для дрона малы. Лёгкий аппарат сносит ветром, оси галсов плывут, кадры отклоняются от надира — при минимальном перекрытии на стыках появляются разрывы. Экономия здесь мнимая: лишние 10% перекрытия стоят одной дополнительной батареи, а повторный выезд на объект — целого рабочего дня бригады. Если сомневаетесь между 70 и 80 процентами, ставьте 80.
Нужно ли разрешение на аэрофотосъёмку с дрона?
Смотрите на три слоя сразу. Первый — аппарат: беспилотник массой от 150 г до 30 кг должен стоять на учёте в Росавиации. Второй — воздушное пространство: полёты планируют через региональный центр Единой системы организации воздушного движения, но с 1 марта 2024 года по пункту 52(3) Федеральных правил использования воздушного пространства (постановление Правительства РФ от 21 июня 2023 года № 1016) визуальный полёт до 30 кг в пределах прямой видимости выполняют без плана полёта и разрешения — ниже 150 метров при удалении 30 км и более от аэродромов и 5 км и более от посадочных площадок, вне запретных зон, зон ограничения полётов и специальных зон.
Третий слой — содержимое кадра. Профессиональные аэросъёмочные работы, материалы которых могут содержать сведения ограниченного распространения, ведут с лицензией органов ФСБ и согласованиями. Съёмка людей и частных владений регулируется законом о персональных данных и статьёй 152.1 Гражданского кодекса. Добавьте к этому региональные ограничения полётов, действующие по состоянию на 2026 год: статус района уточняйте перед каждым выездом.
Как рассчитать высоту полёта под нужное разрешение?
Через формулу GSD = H × p / f, где H — высота над снимаемой поверхностью, p — размер пикселя матрицы, f — фокусное расстояние объектива. Проще идти от известного соотношения конкретной камеры: у DJI Mavic 3E с матрицей 4/3 на 20 мегапикселей и объективом 24 мм в эквиваленте со 100 метров получается примерно 2,7 см на пиксель, значит, для 1,4 см нужно опуститься до 50 метров.
Два подводных камня. Первый: высоту считают от самой высокой точки участка, иначе над холмом разрешение окажется грубее расчётного, а над низиной аппарат пройдёт ближе к земле, чем планировалось. Второй: при перепаде рельефа больше 15–20% от высоты полёта включают режим следования рельефу, иначе GSD по участку разъедется вдвое. И закладывайте небольшой запас по детальности — пересчитать модель из более подробных снимков можно всегда, дорисовать отсутствующие детали нельзя.
Можно ли снимать в пасмурную погоду?
Ровная плотная светлая облачность — одно из лучших условий для картографической съёмки. Свет мягкий и одинаковый по всему участку, теней почти нет, а именно тени мешают дешифрированию и автоматическому поиску связующих точек. Единственная плата — приходится следить за выдержкой: при слабом свете автоматика норовит удлинить экспозицию и получить смаз, поэтому выдержку фиксируют вручную и при необходимости поднимают ISO.
Плохой вариант — разорванная кучевая облачность: пятна теней ползут по земле, соседние галсы отличаются по яркости, и ортофотоплан выходит пятнистым. Дымка и туман съедают контраст. Дождь и мокрый снег отменяют вылет: большинство гражданских дронов не имеют защиты от влаги, а капли на объективе портят кадры. Ветер сильнее 8–10 м/с уводит камеру от надира и разряжает батарею быстрее расчётного.
Сколько нужно наземных опорных точек и можно ли обойтись без них?
Без опорных точек модель тоже построится, но привязка будет такой, какую даёт бортовой навигационный приёмник, — метры по горизонтали и ещё хуже по высоте. Для оценки «как выглядит объект» этого хватает, для кадастра, стройконтроля и подсчёта объёмов — нет.
Классическая схема: маркеры раскладывают по периметру участка и добавляют несколько в середине, координаты снимают геодезическим приёмником, часть точек оставляют контрольными и в уравнивание не берут — по ним потом честно оценивают ошибку. Маркер делают такого размера, чтобы на снимке он занимал минимум 5–10 пикселей, с контрастным крестом или диагональю. Если на борту работает RTK или траектория пересчитывается в PPK, число опорных точек сокращают до нескольких контрольных, а погрешность привязки падает до сантиметров.
Какую площадь снимают за один вылет?
Ответ упирается в тип аппарата и требуемое разрешение. Мультикоптер класса Mavic 3E по открытым данным закрывает за вылет порядка одного-двух квадратных километров при GSD около 3 см. Уменьшите пиксель вдвое — площадь упадёт примерно вчетверо, потому что снижается высота и растёт число кадров и галсов. Самолётные комплексы держатся в воздухе два-три часа и снимают за полёт на порядок большую площадь, но им нужна ровная площадка и подходящий ветер.
Планируя день, считайте не только полётное время. Развёртывание, разметка и измерение опорных точек, смена батарей, перебазирование между участками съедают больше времени, чем сам полёт. Реалистичный график для бригады из двух человек на мультикоптере — три-пять вылетов за световой день, причём все они должны уложиться в одинаковые условия освещения.