Camera’s en laserscanners kunnen op veel soorten platforms worden gemonteerd. Tegenwoordig zijn ook drones – door professionals Unmanned Airborne Systems (UAS) genoemd – razend populair wegens hun grote flexibiliteit en inzetbaarheid voor velerlei projecten.
Een drone wordt op afstand bestuurd of vliegt (semi-)autonoom volgens een voorgeprogrammeerd vliegplan (Figuur 1). Bij autonome vluchten gebeurt alles automatisch: opstijgen, vliegen, het verzamelen van data en landen. Een grondpiloot blijft nodig om in te grijpen, bijvoorbeeld als de drone dreigt te botsen tegen een onvoorzien obstakel. De sensordata – foto’s, laserscans, GNSS-posities en IMU-data – worden draadloos verzonden naar de computer van een grondstation, dat de openluchtcockpit van de piloot vormt.
Figuur 1 - Vliegplan van een autonome, fotogrammetrische vlucht met aangegeven de vliegroute en de punten (waypoints) waar de foto’s genomen moeten worden.
Drones
Drones worden veelal elektrisch aangedreven en kunnen een lading die zwaarder is dan het eigen gewicht dragen. Een volle batterij gaat minder dan één uur mee. In de meeste projecten worden lichtgewicht drones ingezet, uit kostenoverwegingen en wegens overheidsreguleringen. Sinds 2021 gelden Europese regels.
Drones zijn er in drie typen: vliegtuigen (fixed-wings), (heli)copters en hybride platforms. Het liftvermogen van de vleugels van een vliegtuig maakt hogere snelheden mogelijk en vergt minder energie van de rotors dan het geval is bij een copter. Daardoor kan een vliegtuig langer in de lucht blijven, opereren bij hardere wind en grotere gebieden tijdens één vlucht bestrijken. Bij afwezigheid van een startbaan kan een vliegtuig met een katapult of een handworp in de lucht worden gebracht en landen met een parachute. Copters zijn wendbaarder, kunnen stil hangen in de lucht en opstijgen en landen gebeurt verticaal. Om de voordelen van vliegtuigen en copters te combineren zijn hybride platforms ontwikkeld. Dit zijn vliegtuigen waarvan de rotors hun voorwaartse stand kunnen draaien naar verticaal waardoor zij kunnen opstijgen en landen als een copter. Tijdens de vlucht zijn ze vliegtuig.
Camera's
Het laadvermogen van drones is te gering voor lijvige metrische camera’s. Daarom worden niet-metrische (consumenten) camera’s gebruikt tezamen met kleine GNSS-ontvangers en IMU’s. De beeldkwaliteit van de camera’s is uitstekend maar de cameraparameters – cameraconstante (c) en de twee hoofdpuntcoördinaten (x0,y0) (zie ook: Meten in foto's) – zijn instabiel en veranderen tijdens de vlucht. Ze hebben voor elke foto een andere waarde. Er is software ontwikkeld voor de berekening van de cameraparameters van elke aparte foto die tijdens de dronevlucht is genomen. Deze zogenaamde zelfkalibratie is mogelijk wanneer de foto’s minstens een langsoverlap van 80% en een dwarsoverlap van 60% hebben (Figuur 2). Veel meer foto’s zijn dus nodig dan bij metrische camera’s. De initiële waarden van de cameraparameters worden bepaald door kalibratie vooraf.
Figuur 2 - Een vliegtuig of copter neemt een gebied in stroken op waarbij de foto’s elkaar overlappen.
Laserscanners
De laserscanners, gebruikt bij bemande vluchten, wegen enkele tientallen kilogram en gebruiken veel stroom. Door de toenemende vraag naar laserpuntenwolken voor kleinschalige projecten vond vanaf 2014 een rigoureuze miniaturisering plaats. Bemande laservluchten opereren gewoonlijk op een hoogte tussen één en zes kilometer. Voor drones ligt de vlieghoogte tussen 40 m en 400 m. Lichtgewicht laserscanners worden niet specifiek voor drones ontwikkeld maar ook voor gebruik op auto’s, trolleys, rugzakken en handhelds. Hun gezichtsveld (FOV) is daarom groot, soms wel 360 graden rondom. Dit betekent niet dat een gebied in één vlucht opgenomen kan worden. Net als bij fotogrammetrie moeten stroken met dwarsoverlap opgenomen worden. Hiervoor zijn twee redenen: 1) een laserpuls kan slechts een beperkte afstand overbruggen voordat hij uitdooft en 2) hoe verder weg van de vliegbaan hoe minder punten per m2 worden opgenomen. Dit komt doordat de puntdichtheid – een belangrijk kwaliteitskenmerk – geleidelijk afneemt naar de uiteinden van de strook toe door de constante scanhoek. Dwarsoverlap is nodig om de stroken aan elkaar te koppelen en om gaten door zwenkingen van de drone te voorkomen. Om een hoge puntdichtheid te krijgen wordt een gebied soms tweemaal opgenomen, waarbij de stroken van de tweede vlucht loodrecht op die van de eerste staan. Anders dan bij een fotogrammetrische opname kan de positie van het opnameplatform niet achteraf uit de data worden berekend. Zeer goede GNSS- en IMU-sensoren zijn daarom noodzakelijk aan boord van de drone. Deze voegen gewicht, energieverbruik toe aan het platform en brengen vaak hoge kosten met zich mee.
De maximale afstand van een puls hangt samen met de energie van de puls. Hoe meer energie, hoe groter de afstand maar hoe minder pulsen per seconde. Wanneer op een hoogte van 50 m gevlogen wordt in plaats van 350 m kan de pulsfrequentie vertienvoudigd worden omdat bij lagere vlieghoogten de pulsen minder energie nodig hebben. De pulsfrequentie is vaak instelbaar. Bij het opstellen van het vliegplan is het zoeken naar een goede balans tussen vlieghoogte, pulsfrequentie, puntdichtheid en omzeilen van obstakels. Thans zijn er laserscanners van minder dan een halve kilo (Figuur 3), waardoor laserscanner en camera naast elkaar kunnen worden gemonteerd. Dit vergroot sterk de inzetbaarheid.
Figuur 3 - Miniaturisering van laserscanners heeft de ontwikkeling van laserdronevluchten mogelijk gemaakt. Boven: voorbeelden van lichtgewicht laserscanners (links: Velodyne Lidar Puck VLP-16, rechts: RIEGL VUX-1). Beneden: YellowScan Mapper gedurende een dronevlucht.
