OPRACOWANIE CYFROWEJ ORTOFOTOMAPY DO PROJEKTU OBWODNICY OLSZTYNA PRODUCTION OF A DIGITAL ORTHOPHOTOMAP FOR THE OLSZTYN BELTWAY PROJECT

Transkrypt

1 Archiwum Fotogrmetrii, Krtogrfii i Teledetekcji, Vol. 16, 2006 ISBN X OPRACOWANIE CYFROWEJ ORTOFOTOMAPY DO PROJEKTU OBWODNICY OLSZTYNA PRODUCTION OF A DIGITAL ORTHOPHOTOMAP FOR THE OLSZTYN BELTWAY PROJECT Młgorzt Szumiło 1, Mrek Mróz 1, Wojciech Jch 2 1 Ktedr Fotogrmetrii i Teledetekcji, Uniwersytet Wrmińsko-Mzurski w Olsztynie 2 Profil Sp. z o.o., Gdńsk SŁOWA KLUCZOWE: ortofotomp do projektów, zdjęci lotnicze, korekcje rdiometryczne STRESZCZENIE: Ortofotomp jest orzem terenu powstłym ze zdjęć lotniczych ądź stelitrnych przetworzonych do jednolitej skli w złoŝonym odwzorowniu krtogrficznym. Jko oprcownie fotogrmetryczne, które łączy w soie zlety tonlności odwzorowni fotogrficznego z metrycznością trdycyjnej mpy, jest rdzo trkcyjnym podkłdem krtogrficznym gdyŝ pozwl n spojrzenie syntetyczne, kompleksowe n prolem zgospodrowni terenu. Te cechy sprwiją, iŝ ortofotomp corz częściej wykorzystywn jest do celów projektowych. Niniejszy rtykuł poświecony jest prolemowi stworzeni odpowiedniego podkłdu krtogrficznego do projektowni wrintów przeiegu owodnicy mist Olsztyn. Wrunki, jkie miły spełnić mteriły to: ktulność dnych, krótki okres ich wytworzeni orz czytelność dl osó spoz rnŝy geodezyjnej. Oprcownie miło yć nie tylko wykorzystne do celów projektowych, le tkŝe do przedstwieni koncepcji projektowych mieszkńcom terenów ojętych przeiegiem korytrzy plnownej owodnicy. Posidn przez firmę projektową ortofotomp wykonn z wysokorozdzielczego orzu stelitrnego zrejestrownego wczesną wiosną 2006 r. nie pokrywł w cłości terenu ojętego projektem. Określono więc dw wrinty uzupełnieni dnych. Pierwszy to zmówienie orzu stelitrnego o odpowiedniej rozdzielczości przestrzennej, co wiązło się z progrmowniem rejestrcji i zncznym wydłuŝeniem czsu oprcowni. Drugi wrint, przyjęty do relizcji, zkłdł wykorzystnie zdjęć lotniczych w skli 1: wykonnych w pździerniku 2005 r., ędących w zsoie Urzędu Mist Olsztyn. W procesie generowni ortofotompy wykorzystno Numeryczny Model Terenu zkupiony z Centrlnego Ośrodk Dokumentcji Geodezyjnej i Krtogrficznej. Ortofotomp oprcown w ciągu zledwie 5 dni n rzecz projektu owodnicy jest trkcyjnym wizulnie i zrozumiłym dokumentem krtogrficznym dl większości osó zinteresownych. Przedstwienie proponownych wrintów przeiegu drogi i ocen pomysłów projektntów jest łtwiejsz i rdziej przemwi do wyorźni niŝ skomplikowne rysunki techniczne. W trkcie oprcowni ortofotompy zdjęci poddno równieŝ korekcjom rdiometrycznym redukującym wpływ spdków jsności i kierunkowości oświetleni terenu. 527

2 Młgorzt Szumiło, Mrek Mróz, Wojciech Jch 1. CEL OPRACOWANIA W ciągu osttnich kilku lt oserwuje się w Polsce wzmoŝone inwestycje w wielu rnŝch gospodrki. Związne jest to z wejściem Polski do Unii Europejskiej. Lokownie otrzymnych funduszy njrdziej zuwŝyć moŝn poruszjąc się po polskich drogch i czytjąc tlice informujące o projektch unijnych, których celem jest sfinnsownie remontu istniejących dróg ądź udowy nowych odcinków trs tj. dróg szykiego ruchu, owodnic mist itp. Niezędnym elementem tych inwestycji jest sporządzenie dokumentcji projektowej. Firmy zjmujące się sporządzniem tkich projektów zmuszone są do poszukiwni njrdziej ktulnego podkłdu krtogrficznego, n którym mogłyy zproponowć przeieg róŝnych wrintów nowoprojektownych odcinków trs. Tki mterił krtogrficzny musi chrkteryzowć się nie tylko odpowiednią dokłdnością i ktulnością, le musi teŝ yć czytelny dl osó spoz rnŝy. Brdzo często dl mieszkńców, którzy zniepokojeni nruszeniem stnu istniejącego, do którego się przyzwyczili lu, który zstli inwestując w nieruchomości, wyrŝją swoje negtywne opinie o inwestycji n spotknich z projektntmi podyktowne rdziej strchem n zps niŝ rzeczywistym rozeznniem sytucji. Ortofotomp pomg wszystkim stronom w dyskusji. Uwzględnijąc doświdczeni projektnt w kontktch z przedstwicielmi loklnych społeczności dotkniętych nowymi inwestycjmi infrstrukturlnymi trudno przecenić znczenie ortofotompy jko włściwego medium do dilogu stron. 2. CHARAKTERYSTYKA MATERIAŁÓW WYKORZYSTANYCH W OPRACOWANIU Oszr oprcowni połoŝony n północ od Olsztyn pomiędzy miejscowościmi Spęcowo - Dywity - RóŜnowo zjmowł powierzchnię około 30 km 2. Do wykonni rwnej ortofotompy o terenowej wielkości piksel równej 0.5 m, więc moŝliwej do prezentowni w postci wydruku w skli 1:5 000, ez widocznej pikselowej struktury orzu cyfrowego wykorzystno 28 zdjęć lotniczych. Tworzyły one lok złoŝony z 5 szeregów. Zdjęci te wykonne zostły w dniu 2 pździernik 2005 roku kmerą fotogrmetryczną LMK 2030 firmy Zeiss. Nlot fotogrmetryczny cechowły nstępujące prmetry: - skl zdjęć 1:8 000, - formt zdjęć mm, - oiektyw o odległości orzowej f = 305 mm, - terenowy zsięg zdjęci: L=1 840 m, - powierzchni pokryt jednym zdjęciem P = 3.38 km 2 - pokrycie podłuŝne zdjęć p 60 %, - pokrycie poprzeczne q 25 %. Zdjęci yły zesknowne z rozdzielczością dpi, co dje wymir piksel n zdjęciu około 21 µm, orz w terenie około 16.9 cm. Wielkości te wskzują n rdzo korzystne wrunki wykonni ortofotompy z pikselem terenowym 0.5 m. Oprócz zdjęć niezędny do wykonni ich ortorektyfikcji jest numeryczny model terenu. Ze względu n zkłdny rdzo krótki czs oprcowni ortofotompy utorzy wykorzystli Numeryczny Model Terenu zkupiony z Centrlnego Ośrodk Dokumentcji Geodezyjnej 528

3 Oprcownie cyfrowej ortofotompy do projektu owodnicy Olsztyn i Krtogrficznej. Jest to model, który powstł w rmch tworzeni Bzy Dnych Topogrficznych (TBD). Mteriłem wyjściowym do jego stworzeni yły rysunki rzeźy i sytucji zesknowne z dipozytywów wydwniczych mp topogrficznych w skli 1: i zdjęci lotnicze w skli 1: N terench leśnych wykonno wektoryzcję wrstwic, pikiet i innych elementów rzeźy terenu, n pozostłych terench zstosowno technologię fotogrmetryczną do pozyskiwni dnych wysokościowych. Zwektoryzowne oiekty tworzące model numeryczny to m.in. wrstwice, linie cieków i grnice ziorników wodnych, koty, linie nieciągłości terenowych, linie grzietowe. Przeprowdzon nliz porównwcz dokłdności modelu stworzonego tą metodą z modelem stereoskopowym wykzł, Ŝe średni łąd określeni wysokości metodą fotogrmetryczną wyniósł m. Średni łąd określeni wysokości z mteriłów krtogrficznych (dl cięci wrstwicowego 5 m) wynosi 1.67 m przy nchyleniu terenu < 2 % i 3.33 m dl nchyleni > 2 % (Przywr, 2000). NMT znjdujący się w zsoch CODGiK jest udostępniny w modułch odpowidjących krojowi sekcyjnemu mp topogrficznych w trzech formtch: ASCII, TIN, TTN. Do relizcji zdni wykorzystno dne w formcie ASCII formcie pliku tekstowego djącego moŝliwość odczytu dnych niezleŝnie od posidnego oprogrmowni. 3. ETAPY PRAC I WYNIKI Zgodnie z Wytycznymi Technicznymi K-2.8 Zsdy wykonywni ortofotomp w skli 1: stosuje się dw zsdnicze wrinty technologiczne ortorektyfikcji: cyfrowy i nlogowo-cyfrowy. Do czynności, które nleŝy wykonć przy udowie cyfrowej ortofotompy nleŝą: - wyznczenie elementów orientcji wewnętrznej zdjęć, - określenie elementów orientcji zewnętrznej zdjęć, njczęściej w procesie erotringulcji, - pozysknie Numerycznego Modelu Terenu, - ortorektyfikcj, - mozikownie ortoorzów. Etp pozyskni NMT moŝn pominąć wykorzystując juŝ istniejący, o ile chrkteryzuje się wystrczjącą dokłdnością. Do generowni ortofotompy wykorzystno pkiet oprogrmowni ENVI w wersji 4.1. Oprogrmownie to pozwl wykonć nieml wszystkie opisne powyŝej czynności. O ile jednk n podstwie metryki kmery w prosty sposó przeprowdzono w ENVI orientcję wewnętrzną zdjęć lotniczych, o tyle wykonnie orientcji zewnętrznej wymgło większego nkłdu prcy. PoniewŜ orientcj zewnętrzn wyznczn jest n podstwie grupy punktów o znnych współrzędnych X, Y, H w docelowym ukłdzie oprcowni nleŝło, więc zdjęci uzroić w niezędną liczę tkich punktów dl wykonni procesu erotringulcji. Ortofotomp oprcowywn ył dl terenu otwrtego o chrkterze rolniczym. Wyór i identyfikcj odpowiednio rozmieszczonych, niesygnlizownych, nturlnych fotopunktów w tkim terenie yły rdzo trudne. Współrzędne geodezyjne B, L, H punktów niezędnych do oliczeń zostły wyznczone n podstwie pomirów odiornikiem GPS w kilkuminutowych sesjch. Nstępnie zostły one przeliczone do 529

4 Młgorzt Szumiło, Mrek Mróz, Wojciech Jch ukłdu 65 zgodnie z wymgnimi postwionymi przez zleceniodwcę. Otrzymne wyniki erotringulcji przeprowdzonej w progrmie AeroSys prezentuje rysunek 1. Kolejnym etpem prc yło przygotownie NMT w postci rstrowej. Wszystkie dne zwrte w Bzie Dnych Topogrficznych, w tym tkŝe numeryczny model terenu, są gromdzone w ukłdzie PUWG_1992, włściwym dl oprcowć topogrficznych. Pierwszym krokiem udowy NMT n podstwie dnych w formcie ASCII zkupionych z CODGiK yło przeliczenie współrzędnych punktów n ukłd 65. Nstępnie n podstwie otrzymnego zioru pikiet wygenerowno model terenu w postci nieregulrnej sitki TIN. Tk struktur dnych jest njrdziej powszechn do modelowni powierzchni z zpisie wektorowym. Model TIN poddno nstępnie konwersji wektorowo-rstrowej przyjmując oczko sitki interpolcji, czyli wymir piksel orzu rstrowego o wymirch m. Jest to gęstość porównywln ze średnią gęstością rozmieszczeni pikiet pierwotnego modelu wektorowego n terench niezurnizownych. Model wysokościowy przeprókowno nstępnie do mniejszego rozmiru piksel 1 1 m orz poddno filtrcji wygłdzjącej, y uniknąć efektów lokowych w trkcie generowni ortoorzu o terenowej wielkości piksel m. Tk przygotowne dne posłuŝyły to ortokorekcji 16 zdjeć. Ortoorzy tworzono, z co drugiego zdjęci w szeregu i dl nich wykonno mozikownie. Rys. 1. Okno progrmu AeroSys z wynikmi rozwiązni erotringulcji W trkcie mozikowni ortoorzów stwierdzono, Ŝe zoserwowne pierwotnie spdki jsności zdjęć, jk równieŝ kierunkowość oświetleni wywołują duŝe deformcje rdiometryczne wyrźnie widoczne w okolicch linii mozikowni. Podstwowym środkiem zrdczym jest oczywiście mozikownie wszystkich, kolejnych orzów w szeregu, w oszrch środkowych zdjęć, njmniej skŝonych kierunkowością oświetleni i winietowniem oiektywu. To rozwiąznie wymg jednk podwójnego nkłdu czsu oliczeń i prcy przy mnulnym wyorze linii mozikowni, dltego wykonno próę 530

5 Oprcownie cyfrowej ortofotompy do projektu owodnicy Olsztyn korekcji rdiometrycznej n mozikownych orzch. Rysunek 2 przedstwi oryginlne zdjęcie, dl którego kierunek oświetleni słonecznego pokryw się w przyliŝeniu z poziomą łącznicą znczków tłowych. Zdjęci wykonne yły w godz , przy kierunku głównym Północ-Południe. W trkcie sknowni zostły orócone o 90 w kierunku przeciwnym do ruchu wskzówek zegr i przy tkim ułoŝeniu przestwione n rysunkch 2 i. Rys. 2. Zdjęcie oryginlne (); średni powierzchni trendu () Wykonn korekcj ył korekcją sumryczną, uwzględnijącą róŝne skłdowe oświetleni, ez rozdzielni n komponent winietowni orz komponent kierunkowości oświetleni i odici. N podstwie pomiru średnich wrtości pikseli w knłch RGB oliczonych dl 36 równomiernie rozłoŝonych pól wzorcowych wyznczono 3 powierzchnie trendu proksymowne funkcją kwdrtową. Pol wzorcowe oejmujące od kilkuset do tysiąc pikseli wyznczono n oszrze oiektów o teoretycznie jednorodnych włściwościch odici spektrlnego. W przytoczonym przykłdzie n rysunku 2 są to oszry leśne o jednorodnej strukturze i teksturze. Średni powierzchni trendu dl 3 skłdowych RGB pokzn n rysunku 2 ujwni dwie cechy znieksztłceń rdiometrycznych orzu fotogrficznego: silną symetryczność rozkłdu jsności spektrlnych orz istotne róŝnice między poszczególnymi komponentmi rwnymi. W celu podkreśleni tej osttniej cechy wygenerowno kompozycję rwną trzech powierzchni trendu przedstwioną n rysunku 3. Wyniki korekcji zdjęci z zstosowniem uzysknych powierzchni trendu przedstwiono n rysunku 3. Rysunek 4 przedstwi cły oszr oprcownej ortofotompy wrz z linimi proponownego przeiegu osi korytrzy owodnicy. N kolejnych trzech rysunkch pokzno efekt korekcji rdiometrycznych zdjęć w okolicch przeiegu linii mozikowni. 531

6 Młgorzt Szumiło, Mrek Mróz, Wojciech Jch Rys. 3. Kompozycj rwn trzech powierzchni trendu (); zdjęcie skorygowne () Rys. 4. Ortofotomp oszru północno-wschodniego odcink owodnicy Olsztyn 532

7 Oprcownie cyfrowej ortofotompy do projektu owodnicy Olsztyn Rys. 5. Stref mozikowni ez korekcji () orz z korekcją () Rys. 6. Stref mozikowni ez korekcji () orz z korekcją () Rys. 7. Stref mozikowni ez korekcji () orz z korekcją () 533

8 Młgorzt Szumiło, Mrek Mróz, Wojciech Jch 4. WNIOSKI Oprcown w rdzo krótkim czsie ortofotomp spełnił oczekiwni zmwijącego-projektnt owodnicy. Uzyskno zdwljące go dokłdności geometryczne jk równieŝ stysfkcjonujące wlory kolorystyczne. Przyjęt technologi oprt o wyznczenie pr fotopunktów i pomir ich współrzędnych metodą GPS, le w krótkich sesjch orz wykorzystnie istniejącego w CODGiK numerycznego modelu terenu okzł się trfn z punktu widzeni potrze szykiego oprcowni ortofotompy. Wyniki w zkresie korekcji rdiometrycznych zdjęć otrzymne n tym etpie wskzują, Ŝe korygownie spdków jsności dl dnego loku zdjęć nie powinno ogrniczć się wyłącznie do korygowni symetrycznego i rdilnego zjwisk winietowni oiektywu. Sposó podejści do ścisłego, tj. rdziej teoretycznego i modelowego rozwiązni tego prolemu ędzie nlizowny w dlszych dnich z oczywistym uwzględnieniem wyników uzysknych w tym oprcowniu n drodze cłkowicie empirycznego rozwiązni. 5. LITERATURA Jkomulsk A., Soczk M. Korekcj rdiometryczn orzów stelitrnych metodyk i przykłdy. Teledetekcj środowisk. Nr 32, Wrszw. Przywr J., Wyoist drog do TBD, Geodet, 4 (59). Wytyczne techniczne K-2.8. Zsdy wykonywni ortofotomp w skli 1: PRODUCTION OF A DIGITAL ORTHOPHOTOMAP FOR THE OLSZTYN BELTWAY PROJECT KEY WORDS: orthophotomp for project, eril photogrphs, rdiometric corrections Summry An orthophotomp is n imge of the Erth s surfce generted from n eril photogrph or stellite imge tht hs een geometriclly corrected such tht the scle of the imge is uniform. This photogrmetric product, which comines the dvntges of photogrph s tone nd mesurement possiility, llow synthetic look t the prolem of lnd mngement (sptil plnning). For this reson, n orthophotomp is more often used s se-mp for project purposes. This pper descries the methodology of the production of n orthophotomp for the eltwy construction project for the city of Olsztyn. The first prt of the eltwy project ws presented for the locl uthorities nd inhitnts on stellite mp ckground. The remining prt of the re of interest hd not een imged recently y ny high resolution stellite system nd hd to e completed using recent eril photogrphs tken on the scle of 1: As the project ws very urgent, n ordered color orthophotomp for surfce of out 30 km 2 with pixel size of 0.5 m hd to e 534

9 Oprcownie cyfrowej ortofotompy do projektu owodnicy Olsztyn produced within 5 dys y 2 persons. Aerotringultion for lock of 28 photogrphs plced in 5 strips ws completed to otin elements of the exterior orienttion of the imges. Two min spects of further projects re lso presented in this pper: - the use of the digitl terrin model ville in the Centrl Geodetic Office for the orthocorrection process, - n ttempt t rdiometric correction of eril photogrphs sed on spectrlly homogenous nd regulrly distriuted smples of pixels. Dr inŝ. Mrek Mróz e-mil: mrek.mro@uwm.edu.pl tel Mgr inŝ. Młgorzt Szumiło e-mil: mlgorzt.szumilo@uwm.edu.pl tel Mgr inŝ. Wojciech Jch wjch@gdnsk.profilsp.com.pl tel