Podstawy fotogrametrii i teledetekcji W 1 i 2

Transkrypt

1 Podstawy fotogrametrii i teledetekcji W 1 i 2 Józef Woźniak Zakład Geodezji i Geoinformatyki jozef.wozniak@pwr.wroc.pl gis@pwr.wroc.pl Wrocław, 2015

2 Źródła Bernasik J. Elementy fotogrametrii i teledetekcji. Wyd. AGH, Kraków Kurczyński Z., Preuss R. Podstawy fotogrametrii. Wyd. 3, Oficyna Wyd. Polit. Warsz Habib A.F. Analytical Photogrammety. Podręcznik PDF, Habib A.F. Remote sensing. Podręcznik PDF, Habib A.F. Advanced topics in Photogrammety. Podręcznik PDF Podręcznik użytkownika systemu geoinformacyjnego TNTmips 2006:72 oraz TUTORIAL, Sitek Z. Fotogrametria ogólna i inżynieryjna. PPWK, Warszawa - Wrocław Świątkiewicz A. Fotogrametria. PWN, Warszawa 1979.

3 Źródła Kaczyński R., ButtowtJ.: fotogrametria, skrypt WAT, 2003 Izdebski W.: Wykłady z przedmiotu SIT. Warszawa: Wydział Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej. Dostępny w Internecie: Nelson J.: Photogrammetry. Stockholm: KTH Dostępny w Internecie: Habib A. F.: Principles of Photogrammetry. Calgary: University of Calgary, Digital Photogrammetry Research Group Dostępny w Internecie:

4 Źródła B4/335/2012/isprsarchives-XXXIX-B pdf rzut środkowy wyklad internetowy

5 Źródła WYKŁADY INTERNETOWE: Izdebski W.: Wykłady z przedmiotu SIT. Warszawa: Wydział Geodezji i Kartografii Politechniki Warszawskiej. Dostępny w Internecie: Nelson J.: Photogrammetry. Stockholm: KTH Dostępny w Internecie: Habib A. F.: Principles of Photogrammetry. Calgary: University of Calgary, Digital Photogrammetry Research Group Dostępny w Internecie: porschehttp://modelarium.cba.pl/pwr/

6 Program... zrozumienie fotogrametrii i teledetekcji jako systemu pozyskiwania, przetwarzania i wizualizacji informacji przestrzennych, niemal w czasie rzeczywistym, jako dziedzina/sztuka integruje najnowsze metody pozyskiwania danych przestrzennych (w tym GNSS), systemy geoinformacyjne, stanowi główny komponent najnowszych komputerowych metod rozpoznawania i analizy obrazów oraz komputerowej wizji (computer vision) rozpoznawania, przetwarzania i podejmowania decyzji na podstawie analizy obrazów obiektów i zjawisk zrozumienie istoty modelowania obiektów naturalnych na podstawie zobrazowania w rzucie środkowym, poznanie zasad i metod rozwiązań opanowanie typowych narzędzi do budowy OFM i NMT jako głównych produktów fotogrametrii MMS, Street Maps, Skaning laserowy, UAV, GIS

7 Pojęcia wstępne, definicje, historia Photogrammetry is the art, science, and technology of obtaining reliable information about physical objects and the environment through the processes of recording, measuring, and interpreting photographic images and patterns of electromagnetic radiant energy and other phenomena (ASPRS, 1980)

8 Pojęcia wstępne, definicje, historia Fotogrametria - w języku greckim: photos- światło,gramma- zapis, metreopomiar, można wnioskować, że omawiana dziedzina nauk technicznych (wchodzących w skład nauk geodezyjnych i będąca częścią teledetekcji) oznacza technikę pomiarową opartą o analizę obrazów fotograficznych (zapisanych światłem) Należy zaznaczyć, że patrząc i analizując zdjęcie można uzyskać z niego informację jakościową (wynik interpretacji) oraz metryczną (wynik pomiarów). Jerzy Bernasik Fotogrametria to sztuka zamiany zdjęć analogowych lub cyfrowych w modele trójwymiarowe. Należy to rozumieć jako umiejętność uzyskania informacji przestrzennej z obrazów zapisanych w rzucie środkowym na płaszczyźnie. Jest to sztuka, nauka i technika opierająca się na wiedzy o zależnościach geometryczno- matematycznych zachodzących pomiędzy obiektem i jego obrazem na zdjęciu. Fabio Ramodino Photogrammety in cultural heritage documentation

9 Pojęcia wstępne, definicje, historia Fotogrametria - oznacza technikę pomiarową opartą o obrazy fotograficzne (zapisane świałem). Podobnie jak inne metody geodezyjne, znajduje ona zastosowanie przy opracowywaniu map a także przy realizacji rozmaitych zadań pomiarowych. Obejmuje fotogrametrię lotniczą (aerofotogrametrię), oraz fotogrametrię naziemną (terrofotogrametrię). Teledetekcja - zdalne rozpoznawanie obiektów i zjawisk - polega na wykrywaniu (detekcji) i analizie promieniowania elektromagnetycznego (nie tylko światła widzialnego dla człowieka). Obydwie techniki służą pozyskiwaniu informacji metrycznych i opisowych, określających stan środowiska; są to metody pośrednie. Nośnikiem informacji jest promieniowanie elektromagnetyczne; sposób pozyskiwania a następnie przetwarzania tych informacji stanowi istotę wiedzy fotogrametrycznej i teledetekcyjnej Jerzy Bernasik

10 Pojęcia wstępne, definicje, historia ISPRS - International Society for Photogrammetry and Remote Sensing (co 4 lata super kongresy 2012 Melbourne) ASPRS - American Society of Photogrammetry and Remote Sensing INSPIRE Infrastructure for Spatial Information PTIP Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej PTF Polskie Towarzystwo Fotogrametryczne Close Range Photogrammetry fotogrametria z bliska UAV - (Unmanned Aerial Vehicle) pop. dron bezzałogowiec, zdalnie sterowany obiekt latający MMS Mobile Maping System

11 Pojęcia wstępne, definicje, historia Cyfrowe sensory (~ ) CCD (Charge-Coupled Device, ~1970) CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) GSD (ground sample distance) rozmiar pixela zdolność rozdzielcza sensorów, odległość obrazowa, wysokość lotu GCP (Ground Control Point) referencja, dokładność RS (Remote Sensing) teledetekcja - Remote sensing is a way of collecting and analysing data to get information about an object without the instrument used to collect the data being in direct contact with the object.

12 Pojęcia wstępne, definicje, historia Rozdzielczość obrazów cyfrowych rozdzielczość przestrzenna - określająca wielkość piksela rozdzielczość spektralna - określa przedział rejestrowanego promieniowania rozdzielczość radiometryczna - liczba rozróżnianych poziomów promieniowania rozdzielczość czasowa - określa częstotliwość pozyskiwania danych i wyrażana jest przez czas obiegu w systemach satelitarnych

13 Pojęcia wstępne, definicje, historia definicja fotogrametrii zdjęcia fotograficzne jako rzut środkowy zalety fotogrametrii prosty model stereofotogrametryczny elementy orientacji zdjęć współrzędne tłowe paralaksa podłużna wyznaczenie współrzędnych terenowych ocena dokładności

14 Zalety metod fotogrametrycznych rejestracja, pomiar terenowy trwa krótko, zdalna rejestracja (bez potrzeby kontaktu fizycznego z obiektem, w tym MMS - Street View, UAV), główne prace, pomiar i opracowanie - w warunkach kameralnych, duża automatyzacja procesów pomiarowych, pomiaru dużej liczby punktów (cloud points), możliwość łatwego i dużego zagęszczenia punktów obserwacyjnych możliwość odtworzenia obiektu w dowolnym czasie rejestracja dynamiki zjawiska np. deformacji powierzchni terenu (zmiany czynnego osuwiska). zdjęcie fotogrametryczne jest obiektywnym zapisem rzeczywistości, zachowuje wartość archiwalną.

15 Podział fotogrametrii ze względu na miejsce wykonania zdjęć naziemna ( terrofotogrametria ) lotnicza ( aerofotogrametria ) satelitarna ze względu na rodzaj opracowania (2D lub 3D) jednoobrazowa dwuobrazowa ( stereofotogrametria ) ze względu na zakres zastosowania zastosowanie topograficzne zastosowanie nietopograficzne (np. inwentaryzacja architektoniczna), pomiary specjalne (badania modelowe, drgań własnych, zobrazowania termalne lub rentgenowskie)

16 Podział fotogrametrii ze względu na metody opracowania zdjęć metody analogowe metody ortofotograficzne metody analityczne metody cyfrowe

17 Podział fotogrametrii Metody opracowań fotogrametrycznych ze względu na metody opracowania zdjęć metody analogowe metody ortofotograficzne metody analityczne metody cyfrowe Piotr Gołuch studium GIS

18 Street Maps/Mobile Mapping System Opracowania 3D na podstawie danych LiDAR, zdjęć naziemnych wykonywanych kamerami niemetrycznymi i zdjęć lotniczych/ortofotomapy, np. w środowisku Google SketchUp na podstawie danych LiDAR, zdjęć satelitarnych ukośnych i zdjęć lotniczych/ortofotomapy na podstawie danych LiDAR, zdjęć naziemnych pozyskanych z systemu MMS i zdjęć lotniczych/ortofotomapy na podstawie zdjęć wykonywanych kamerami niemetrycznymi z pokładów (UAV system) oraz w systemie MMS

19 Z INSPIRE... Infrastructure for Spatial Information in the European Community 1. Ukształtowanie terenu (elevation) 1.1. Definicje Oprócz definicji podanych w art. 2 zastosowanie mają następujące definicje: 1) cyfrowy model wysokościowy(digital elevation model, DEM) oznacza numeryczny model pokrycia terenu (Digital Surface Model, DSM) lub numeryczny model terenu (Digital Terrain Model, DTM); 2) numeryczny model pokrycia terenu (digital surface model, DSM) oznacza powierzchnię opisującą trójwymiarowe ukształtowanie powierzchni Ziemi wraz ze wszystkimi statycznymi obiektami umieszczonymi na niej. Zjawiska tymczasowe nie są częścią powierzchni, jednak ze względu na trudności techniczne związane z ich usuwaniem niektóre z tych obiektów mogą być również obecne na powierzchni;

20 Z Inspire 3) numeryczny model terenu (digital terrain model, DTM) oznacza powierzchnię opisującą trójwymiarowe ukształtowanie nagiej powierzchni Ziemi z pominięciem w miarę możliwości wszelkich innych obiektów na niej umieszczonych; 4) wysokość (elevation) oznacza ograniczoną w pionie właściwość dotyczącą wymiarów obiektu przestrzennego, na którą składa się miara absolutna odniesiona do dobrze zdefiniowanej płaszczyzny powszechnie przyjmowanej jako początek; 5) wysokoś (height) oznacza właściwość ukształtowania terenu mierzoną wzdłuż linii pionu w kierunku zwróconym przeciwnie do kierunku działania pola grawitacyjnego Ziemi (ku górze); 6) Głębokość (depth) oznacza właściwość ukształtowania terenu mierzoną wzdłuż sznurka pionu w kierunku zwróconym zgodnie z kierunkiem działania pola grawitacyjnego Ziemi (ku dołowi). INSPIRE, Gaździcki, PTIP

21 INSPIRE Przewodnie założenia INSPIRE określają, że: infrastruktury informacji przestrzennej w państwach członkowskich powinny być zaprojektowane tak, aby zapewnić przechowywanie, udostępnianie oraz utrzymywanie danych; powinno być możliwe łączenie w jednolity sposób danych przestrzennych pochodzących z różnych źródeł we Wspólnocie i wspólne korzystanie z nich przez wielu użytkowników i wiele aplikacji; możliwe powinno być wspólne korzystanie z danych przestrzennych zgromadzonych na jednym szczeblu organów publicznych przez inne organy publiczne; dane przestrzenne powinny być udostępniane na warunkach, które nie ograniczają bezzasadnie ich szerokiego wykorzystywania; powinno łatwo dać się wyszukać dostępne dane przestrzenne, ocenić ich przydatność dla określonego celu oraz poznać warunki dotyczące ich wykorzystywania.