Wykorzystanie materiałów fotogrametrycznych do opracowywania map 311[10].Z4.02

Transkrypt

1 MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ Leszek Wiatr Wykorzystanie materiałów fotogrametrycznych do opracowywania map 311[10].Z4.02 Poradnik dla ucznia Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy Radom 2007

2 Recenzenci: mgr inŝ. Wanda Brześcińska mgr inŝ. Julitta Rosa Opracowanie redakcyjne: mgr inŝ. Barbara Kapruziak Konsultacja: mgr Małgorzata Sienna Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[10].Z4.02 Wykorzystanie materiałów fotogrametrycznych do opracowywania map, zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik geodeta. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy, Radom

3 SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 4 3. Cele kształcenia 5 4. Materiał nauczania Fotogrametria naziemna Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Prace polowe i kameralne opracowania stereogramu naziemnego Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Elementy projektu lotu fotogrametrycznego Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów ZaleŜności występujące w projektowaniu lotu fotogrametrycznego Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Fotogrametryczne metody opracowania zdjęć Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Teledetekcja satelitarna Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Fotointerpretacja zdjęć lotniczych Materiał nauczania Pytania sprawdzające Ćwiczenia Sprawdzian postępów Sprawdzian osiągnięć Literatura 47 2

4 1. WPROWADZENIE Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o fotogrametrii i opracowywaniu fotogrametrycznym zdjęć lotniczych, satelitarnych i naziemnych. W poradniku umieszczono: wymagania wstępne, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŝ ukształtowane, abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika, cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem, materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki modułowej, zestaw pytań sprawdzających, abyś mógł sprawdzić, czy juŝ opanowałeś określone treści, ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować umiejętności praktyczne, sprawdzian postępów, sprawdzian osiągnięć, czyli przykładowy zestaw zadań; zaliczenie testu potwierdzi opanowanie materiału całej jednostki modułowej, literaturę. 311[10].Z4 Fotogrametria 311[10].Z4.01 Opracowanie fotogrametrycznych zdjęć lotniczych, satelitarnych i naziemnych 311[10]. Z4.02 Wykorzystanie materiałów fotogrametrycznych do opracowywania map Schemat układu jednostek modułowych 3

5 2. WYMAGANIA WSTĘPNE Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: posługiwać się aparatem fotograficznym (klasycznym i cyfrowym), rozróŝniać zdjęcia fotogrametryczne, dobierać sprzęt do wykonywania zdjęć fotogrametrycznych, mierzyć współrzędne tłowe i paralaksy punktu, sporządzać projekt realizacji zdjęć naziemnych i lotniczych, przygotowywać zdjęcia do obserwacji stereoskopowych, korzystać z róŝnych źródeł informacji, obsługiwać komputer, współpracować w grupie. 4

6 3. CELE KSZTAŁCENIA W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: określić zasady projektowania lotu fotogrametrycznego, określić zasady sporządzania kreskowych map sytuacyjnych i sytuacyjnowysokościowych na podstawie zdjęć fotogrametrycznych, wskazać moŝliwości wykorzystania fotogrametrii i teledetekcji w róŝnych dziedzinach gospodarki, nauki i techniki, zastosować metody fotointerpretacji zdjęć lotniczych. 5

7 4. MATERIAŁ NAUCZANIA 4.1. Fotogrametria naziemna Materiał nauczania Fotogrametria naziemna rozwinęła się zanim zaczęto wykonywać zdjęcia lotnicze i wykorzystywano ją głównie do celów topograficznych (mapy terenów wysokogórskich). Obecnie w dobie rozwiniętej fotogrametrii lotniczej zapotrzebowanie na takie opracowania nie występuje. W ciągu ostatnich kilkunastu lat obserwuje się burzliwy rozwój fotogrametrii naziemnej dla opracowań nietopograficznych. Fotogrametria nietopograficzna (fotogrametria bliskiego zasięgu) zajmuje się pomiarem połoŝenia, kształtu, deformacji czy ruchu róŝnych naziemnych obiektów i konstrukcji np. budynków, budowli, wyrobisk w kopalniach odkrywkowych, zbiorników, osuwisk, mostów, zapór, luster anten radarowych, maszyn i ich detali, ciała człowieka itp. Zdjęcia wykonuje się ze stanowisk naziemnych, a sama kamera jest umieszczona na statywie. Kamera jest nieruchoma, więc jest czas, aby nadać jej załoŝone połoŝenie względem obiektu fotografowanego. SłuŜy do tego celu, sprzęŝone z właściwą kamerą pomiarową urządzenie kątomiercze (teodolit) i taki zestaw nazywamy fototeodolitem. Kamery pomiarowe są najczęściej ogniskowane na róŝne odległości fotografowania, są wyposaŝone w doskonałe, jasne obiektywy z migawkami centralnymi i moŝliwością synchronizacji z lampą błyskową. Kamera moŝe być nachylona skokowo o róŝne kąty, aŝ do pionowego skierowania osi optycznej. Do przestrzennych opracowań niezbyt duŝych obiektów stosujemy kamery stereometryczne. Kamera taka składa się z dwóch identycznych kamer fotograficznych o sprzęŝonych migawkach połączonych na sztywno bazą. Baza ta ma długość zwykle 40 lub 120 cm, a osie kamer są wzajemnie równoległe i prostopadłe do bazy. Metoda fotogrametrii naziemnej jest szczególnie korzystna przy zastosowaniu w górnictwie odkrywkowym i podziemnym. W przypadku duŝych odkrywek węgla brunatnego metoda ta przewyŝsza pod względem wydajności metody geodezyjne, (nie bez znaczenia jest czynnik bezpieczeństwa grupy pomiarowej pracującej na zboczach skarp). Materiał zdjęciowy słuŝy do pomiaru i comiesięcznego obliczenia wydajności wyeksploatowanych mas nadkładu i węgla, a takŝe do inwentaryzacji prac górniczych. Udział fotogrametrii naziemnej w opracowaniu map kopalni odkrywkowej naleŝy uwzględnić juŝ na etapie projektowania kopalni, poprzez załoŝenie polowej osnowy fotogrametrycznej, obejmującej stanowiska fotografowania i punkty kontrolne. Lokalizacja stanowisk zaleŝy od systemu eksploatacji kopalni, która moŝe być jednoskrzydłowa (Rys. 1) lub dwuskrzydłowa (Rys. 2). 6

8 Rys. 1. Rozmieszczenie stanowisk fotografowania w kopalni o systemie eksploatacji jednoskrzydłowej Rys. 2. Rozmieszczenie baz fotografowania w kopalni o systemie eksploatacji dwuskrzydłowej Zastosowanie fotogrametrii w górnictwie podziemnym nie jest tak powszechne jak w przypadku górnictwa odkrywkowego. Najwcześniej zastosowano fotogrametrię naziemną do inwentaryzacji architektonicznej (od XIX wieku). Budynki wskutek oddziaływania róŝnych czynników ulegają procesom niszczącym i z tych powodów zabytkowa substancja architektoniczna wymaga pełnej inwentaryzacji. Podczas kompletowania i wykonywania prac związanych z dokumentacją architektoniczną posługujemy się dwoma metodami: metodą jednoobrazową polegającą na przejściu graficznym od rzutu perspektywicznego (zdjęcia) do współrzędnych prostokątnych zgodnie z zasadami geometrii wykreślnej, metodą stereofotogrametryczną polegającą na wykonaniu pary zdjęć (zdjęcia normalne) ze znanej bazy. 7

9 Efektem takiego opracowania jest mapa elewacji (Rys. 3.) lub fragment elewacji (Rys. 4.) a dokumentacja fotograficzna stanowi materiał będący uzupełnieniem materiału graficznego. Rys. 3. Mapa elewacji elewacja południowa Ratusza Poznańskiego [opracowanie własne] 8

10 Rys. 4. Mapa fragmentu elewacji drzwi Katedry Gnieźnieńskiej [opracowanie własne] Policja drogowa często wykonuje zdjęcia dokumentujące zdarzenia drogowe przy uŝyciu cyfrowych aparatów fotograficznych, a otrzymane zdjęcia po poddaniu procesowi kalibracji umoŝliwiają nie tylko przeprowadzanie analizy zdarzenia, ale takŝe dokonania pomiarów (Rys. 5). 9

11 a) b) Rys. 5. Fotogram miejsca wypadku drogowego: a) stereogram, b) szkic sytuacyjny PrzewaŜnie uŝywane są do tego celu kamery stereometryczne o długości bazy 120 cm. Przed wykonaniem zdjęć dokonuje się wyboru stanowisk fotografowania oraz rozmieszczenia punktów kontrolnych (tyczki miernicze lub plastykowe pachołki). Nie zawsze wykonuje się mapy sytuacyjne, dość często tylko zdjęcia słuŝą do przeprowadzenia analizy miejsca wypadku na podstawie modelu obserwowanego pod stereoskopem Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń 1. Co to jest fotogrametria nietopograficzna? 2. Jakimi instrumentami wykonujemy naziemne zdjęcia pomiarowe? 3. W jakich dziedzinach oprócz geodezji najczęściej stosujemy fotogrametrię naziemną? 10

12 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zapoznaj się z opracowaniami fotogrametrycznymi (nietopograficznymi) wykorzystującymi do opracowań fotogrametrię naziemną. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z dostępną dokumentacją inwentaryzacji architektonicznej obiektu przestrzennego, 2) zapoznać się z dostępną dokumentacją róŝnego rodzaju wypadków drogowych. WyposaŜenie stanowiska pracy: dokumentacja inwentaryzacji architektonicznej obiektu przestrzennego, dokumentacja fotogrametryczna wypadku drogowego, literatura z rozdziału Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) zdefiniować pojęcie: fotogrametria nietopograficzna? 2) określić budowę instrumentów słuŝących do wykonywania naziemnych zdjęć pomiarowych? 3) scharakteryzować zastosowanie fotogrametrii naziemnej w górnictwie odkrywkowym? 4) określić zastosowanie fotogrametrii naziemnej przy inwentaryzacji architektonicznej obiektów zabytkowych? 5) określić zastosowanie fotogrametrii naziemnej przy dokumentacji wypadków drogowych? 11

13 4.2. Prace polowe i kameralne opracowania stereogramu naziemnego Materiał nauczania Najczęściej stosowanym rozwiązaniem w fotogrametrii naziemnej jest przestrzenne opracowanie pojedynczego stereogramu zdjęć naziemnych. Zdjęcia wykonuje się wówczas z dwóch stanowisk naziemnych (tworzących bazę stereogramu), kamerami ustawionymi na stabilnych statywach geodezyjnych. Daje to moŝliwość nadania kamerze pomiarowej załoŝonej orientacji względem fotografowanego obiektu i bazy fotografowania. W zaleŝności od orientacji osi kamer względem linii bazy moŝna wyróŝnić kilka podstawowych przypadków zdjęć naziemnych: zdjęcia normalne w których osie kamer są poziome, wzajemnie równoległe i prostopadłe do osi kamer, zdjęcia zwrócone (w lewo lub prawo), w których osie kamer zachowują połoŝenie poziome i wzajemnie równoległe, ale tworzą z bazą kąt róŝny od prostego, zdjęcia zbieŝne o osiach dowolnie zorientowanych względem bazy, zdjęcia nachylone (przypadek zdjęć normalnych) o osiach prostopadłych do bazy, ale nachylonych względem poziomu o jednakowy kąt ω. Fotogrametryczne opracowanie obiektów naziemnych sprowadza się do opracowania pojedynczego lub kilku stereogramów. Przy projektowaniu opracowania naleŝy dobrać połoŝenie stanowisk i orientację kamery względem obiektu oraz rozmieszczenie punktów osnowy pomiarowej na obiekcie (Rys. 6). Rys. 6. Powiązanie baz fotografowania i punktów kontrolnych z osnową geodezyjną: punkty kontrolne ο punkty poligonowe Ο stanowisko fotografowania 12

14 Projekt taki musi uwzględniać parametry kamery pomiarowej, ograniczenia urządzeń, na których będą opracowywane zdjęcia, wymaganą dokładność opracowania i jego koszty. Przy projektowaniu zwracamy uwagę na: zasięg zdjęć, który ograniczony jest poziomym i pionowym kątem widzenia kamery, zasięg stereogramu czyli ta część obiektu, która jest odfotografowana na obu zdjęciach, a więc moŝliwa do dalszego przestrzennego opracowania. Pionowy zasięg stereogramu pokrywa się z pionowym zasięgiem kamery, a zasięg poziomy, zaleŝy od poziomego zasięgu kamery, długości bazy, jej orientacji względem obiektu i orientacji osi zdjęć. Do opracowania moŝemy jedynie wykorzystać uŝyteczny zasięg stereogramu ograniczony minimalną i maksymalną odległością punktów, których połoŝenie moŝna wyznaczyć z danej bazy z Ŝądaną dokładnością (Rys. 7). Rys. 7. Interpretacja uŝytecznego zasięgu poziomego stereogramu Praktycznie dla naziemnych opracowań topograficznych przyjmuje się: Y min = 4B gdzie: B = S 1 S 2 B długość bazy stereogramu Odległość maksymalna jest związana z moŝliwą do osiągnięcia dokładnością opracowania. Najczęściej określa się uŝyteczny zasięg stereogramu przy pomocy tzw. stosunku bazowego B:Y i wówczas: 1 1 > B : Y > 4 20 głębię ostrości czyli zakres odległości od kamery w przedziale których obiekty odfotografowują się z wystarczającą ostrością (Rys. 8). 13

15 Rys. 8. Geometryczna interpretacja głębi ostrości: f odległość obrazowa odpowiadająca zogniskowaniu obiektywu na odległość a, a 1, a 2 maksymalna i minimalna odległość przedmiotów, które odfotografują się ostro, r średnica przyjętego krąŝka rozproszenia (0,03 0,05 mm), d średnica źrenicy wejściowej obiektywu Problem ten pojawia się, gdy: fotografowany obiekt jest rozległy w kierunku fotografowania, odległość fotografowania jest mała, fotografuje się kamerami zogniskowanymi na stałą odległość (np. kamery stereometryczne). Mając na uwadze zasięg zdjęć, uŝyteczny zasięg stereogramu, głębię ostrości, kształt mierzonego obiektu, przyjętą metodę opracowania naleŝy opracować projekt osnowy, czyli połoŝenie obu końców bazy fotografowania względem obiektu. PołoŜenie stanowisk kamery wyznacza się metodami geodezyjnymi w układzie współrzędnych geodezyjnych. Na obiekcie zakłada się osnowę pomiarową a stanowią ją zasygnalizowane punkty lub dające się jednoznacznie zidentyfikować szczegóły obiektu, których współrzędne wyznacza się metodami geodezyjnymi. Przy znanych połoŝeniach stanowisk kamery, osnowa na obiekcie stanowi kontrolę umoŝliwiającą wprowadzenie na etapie opracowania nieznacznych korekt. Przy nieznanych połoŝeniach kamery osnowa na obiekcie jest warunkiem odniesienia pomiaru do zadanego układu współrzędnych. Przy opracowaniu pojedynczego stereogramu moŝemy posługiwać się: 1. metodami analitycznymi, które bazują na zapisie matematycznym relacji geometrycznej pomiędzy punktami terenowymi, a ich odpowiednikami odwzorowanymi na fotogramach. Rezultatem opracowania geometrycznego jest zazwyczaj zbiór danych numerycznych w postaci dyskretnej (współrzędne przestrzenne punktów w układzie odniesienia). W opracowaniach fotogrametrycznych stosujemy jednolity system współrzędnych. W systemie tym wyróŝniamy następujące układy współrzędnych przestrzennych: układ współrzędnych terenowych, lokalny układ współrzędnych fotogrametrycznych, przestrzenny układ współrzędnych zdjęcia. 14

16 Opracowanie analityczne moŝna wykonać dwuetapowo: wyznaczając współrzędne przestrzenne punktów w układzie lokalnym stereogramu, transformując obliczone współrzędne przestrzenne punktów na układ terenowy, 2. metodami analogowymi polegającymi na rekonstrukcji połoŝenia kamer projekcyjnych zgodnie z połoŝeniem kamery w momencie ekspozycji. W praktyce dojście do takiej sytuacji odbywa się w trzech etapach: w etapie rekonstrukcji wiązek, w etapie orientacji wzajemnej wiązek, w etapie orientacji bezwzględnej modelu. JeŜeli odległość obrazowa obiektywów projektorów jest taka jak obiektywu kamery pomiarowej, a diapozytywy zdjęć są umieszczone w projektorach względem ich obiektywów tak jak w kamerze, to wiązki promieni optycznych wychodzących z projektorów będą podobne (w sensie geometrycznym) do tych, które były w przestrzeni w momencie fotografowania. Przy orientacji wzajemnej wiązek odtwarza się wzajemne połoŝenie obu kamer (przy zdjęciach naziemnych nie sprawia to trudności). Na orientację bezwzględną modelu składa się skalowanie i poziomowanie modelu. Do wyskalowania modelu potrzebna jest znajomość współrzędnych geodezyjnych dwóch punktów odfotografowanych na obu zdjęciach. Do opracowań zdjęć naziemnych stosuje się prawie wyłącznie autografy z mostkiem bazowym (Rys. 9). Rys. 9. Schemat autografu Stereometrograph VEB Carl Zeiss Jena (autograf z mostkiem bazowym) Konstrukcja mostka bazowego pozwala rekonstruować liniowe elementy orientacji zewnętrznej zdjęć przez zmianę połoŝenia sprzęgnięć wodzideł z mostkiem bazowym (zmiana połoŝenia punktów M 1 i M 2 ). Rozwiązanie takie pozwala budować modele z bardzo krótkimi długościami baz. Po wzajemnej orientacji i wyskalowaniu model naleŝy spoziomować. Do poziomowania modelu konieczna jest znajomość wysokości trzech punktów terenowych nie leŝących na jednej prostej. Zbudowany na autografie i właściwie zorientowany model terenu podlega pomiarowi. Przy opracowaniach numerycznych wynikami takiego pomiaru jest zbiór współrzędnych (X,Y,Z) mierzonych punktów sytuacyjnych i wysokościowych. Przy opracowaniach graficznych wynikiem opracowania jest mapa sytuacyjno-wysokościowa. Sporządzenie takiej mapy wymaga przygotowania planszy i umieszczenie jej na koordynatografie. Kartowanie 15

17 elementów krzywoliniowych odbywa się poprzez wodzenie znaczka pomiarowego po modelu. Pozostałe elementy sytuacji nanosi się nakłuwając załamania granic obiektu. Opracowanie rzeźby terenu polega na ustawieniu znaczka pomiarowego na Ŝądanej wysokości (równej wysokości warstwicy) i wodzenie tym znaczkiem po modelu Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co to jest baza stereogramu? 2. Jakie są podstawowe przypadki zdjęć naziemnych? 3. Jakie punkty zakładamy przy wykonywaniu opracowania metodą fotogrametrii naziemnej? 4. Na co zwracamy uwagę przy projektowaniu opracowania metodą fotogrametrii naziemnej? 5. Jakimi metodami naleŝy opracować pojedynczy stereogram zdjęć naziemnych? Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zapoznaj się z dokumentacją techniczną wykonywania zdjęć fotogrametrycznych. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z dostępnymi projektami technicznymi wykonywania zdjęć fotogrametrycznych, 2) rozróŝnić część kartograficzną i część opisową projektu. WyposaŜenie stanowiska pracy: projekt techniczny wykonania zdjęć fotogrametrycznych, literatura z rozdziału Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) zdefiniować bazę stereogramu? 2) wymienić podstawowe przypadki zdjęć naziemnych? 3) określić punkty potrzebne do powiązania stanowisk fotografowania i wykonanych zdjęć z osnową geodezyjną? 4) określić elementy, na które zwracamy uwagę przy projektowaniu zdjęć? 5) określić metody opracowania pojedynczego stereogramu zdjęć naziemnych? 16

18 4.3. Elementy projektu lotu fotogrametrycznego Materiał nauczania Zdjęcia lotnicze w celach pomiarowych wykonuje się kamerą pomiarową zainstalowaną na pokładzie samolotu (rzadziej śmigłowca). Obecnie nie produkuje się specjalnych samolotów do wykonywania zdjęć fotogrametrycznych, lecz jedynie adaptuje się do tych celów jednostki juŝ produkowane. Samolot taki powinien się charakteryzować szeregiem cech: duŝym zakresem prędkości, obejmującym prędkości małe (od 140 do 350 km/h), pułapem umoŝliwiającym wykonywanie zdjęć w róŝnych skalach, odpowiednią statecznością lotu, czasem przebywania w powietrzu (min 6 h), wyposaŝeniem w stanowisko nawigacyjne (celownik obserwacyjny, busola, wysokościomierz i prędkościomierz), moŝliwość startu i lądowania na lotniskach polowych. Najczęściej uŝywanym samolotem jest jednosilnikowy, dwupłatowy An-2. Podstawowe dane techniczne samolotu An-2: prędkość maksymalna 250 km/h, prędkość minimalna 130 km/h, maksymalny czas lotu 7 h, pułap 5000 m (praktycznie maksymalna wysokość fotografowania wynosi 2200 m), zakres moŝliwych do uzyskania skal zdjęcia 1:2500 1:25000, długość startu 300 m, długość lądowania 700 m. Wszystkie kamery lotnicze nowej generacji są przystosowane do współpracy z systemami nawigacyjnymi bazującymi na odbiornikach GPS. Stabilność takiego lotu jest wyŝsza od moŝliwej do uzyskania przy ręcznym pilotowaniu. W przypadku sprzęŝenia kamery z systemem GPS, wyzwalanie kamery następuje w zaprojektowanych miejscach przestrzeni. Systemy takie są szczególnie przydatne w terenach o mało urozmaiconym pokryciu, utrudniającym prowadzenie samolotu po zadanym kursie przy wizualnej obserwacji. Cały opracowywany teren pokrywany jest przewaŝnie zdjęciami pionowymi lub prawie pionowymi. Następuje to w zaleŝności od rodzaju wykonywanych zdjęć w pewnym ustalonym porządku. JeŜeli wykonujemy zespół zdjęć, a opracowany obszar ma regularne kształty, to jest pokrywany równoległymi do siebie szeregami zdjęć w orientacji wschód zachód lub rzadziej północ południe (Rys. 10). 17

19 Rys. 10. Podstawowe elementy zespołu zdjęć lotniczych Szereg zdjęć wykonuje się w ciągu jednego przelotu nad terenem. Zdjęcia w szeregu wykonuje się z taką częstotliwością, aby zasięgi terenowe poszczególnych zdjęć pokryły się w ustalonym pokryciu podłuŝnym P x. Z pokryciem podłuŝnym jest związane pojęcie podłuŝnej bazy fotografowania B x tj. odległości między sąsiednimi środkami rzutów zdjęć (między sąsiednimi miejscami ekspozycji). B x = a m (1 p x ) gdzie: a format zdjęcia, m mianownik skali zdjęcia, p x pokrycie podłuŝne wyraŝone w procentach. Długość bazy wyraŝona w skali zdjęcia wynosi: b x = a (100 p x ) Oprócz pokrycia podłuŝnego wyróŝnia się pokrycie poprzeczne P y, określające procentowe pokrycie sąsiednich szeregów. Analogicznie moŝna mówić o bazie poprzecznej B y tj. odległość osi dwóch sąsiednich szeregów. Baza ta w terenie wynosi: i w skali zdjęcia B y = a m (1 p y ) b y = a (100 p y ) Wielkości pokrycia podłuŝnego i poprzecznego zaleŝą głównie od metody danego opracowania zdjęcia. 18

20 Przy przestrzennym opracowaniu autogrametrycznym: pokrycie podłuŝne wynosi około 60%, pokrycie poprzeczne około 30%. Oznacza to, Ŝe w szeregu występuje pas potrójnego pokrycia wynoszący około 20% powierzchni zdjęcia, tj. pokrycie między pierwszym i trzecim zdjęciem, drugim i czwartym itd. Po wykonaniu pierwszego szeregu zdjęć, samolot wykonuje nawrót i wchodzi na linię nalotu drugiego szeregu. Zdjęcia moŝna wykonać tylko w jednym kierunku przewaŝnie wschód zachód, lub bardziej ekonomicznie w dwóch kierunkach. Ze względu na dokładność późniejszego opracowania, a takŝe jego koszty waŝne jest ustalenie skali zdjęć. Ogólnie im skala jest większa, tym większa moŝe być uzyskana dokładność opracowania. Ale większa skala oznacza równieŝ konieczność wykonania i opracowania większej liczby zdjęć pokrywających interesujący nas obszar, co zwiększa koszty opracowania. Obecnie coraz częściej wykonuje się opracowania map w skalach: 1:2000, 1:1000, 1:500. Przy projektowaniu lotu fotogrametrycznego dąŝy się do tego, aby zsynchronizować szeregi zdjęć z ramkami sekcyjnymi map w ten sposób, by jeden szereg zdjęć pokrył szereg lub kolumnę sekcji opracowywanych map. Wymusza to projektowanie osi szeregów zdjęć przez środki sekcji. Przy wyborze kamery obowiązuje zasada, Ŝe im krótsza odległość obrazowa, tym większa dokładność opracowania wysokościowego. MoŜna np. uzyskać zdjęcia o Ŝądanej skali z mniejszej wysokości (Rys. 11.) Rys. 11. ZaleŜność zasięgu zdjęcia od odległości obrazowej kamery Przy wyborze kamery naleŝy jednak pamiętać równieŝ o tzw. martwych polach (Rys. 12.) 19

21 Rys. 12. Tworzenie się martwych pól na zdjęciu Martwe pola są fragmentami terenu zasłoniętymi przez przeszkody (niemoŝliwe do opracowania metodami fotogrametrycznymi). Wynika stąd zasada uŝywania kamer nadszerokokątnych do opracowań o zwiększonej dokładności wysokościowej terenów płaskich i odkrytych, kamer szerokokątnym dla terenów rolniczych i podmiejskich o zabudowie jednorodzinnej i kamer normalnokątnych dla terenów górzystych i miejskich o średniej i wysokiej zabudowie. Sezon fotolotniczy dla typowych zadań fotogrametrycznych trwa od pierwszego marca do trzydziestego listopada. Liczba dni w roku przydatnych ze względów atmosferycznych do fotografowania wynosi średnio 8 dla terenu całego kraju, a dla poszczególnych obszarów jest mocno zróŝnicowana, np. dla Wielkopolski wynosi około 25 dni. Zdjęcia dla opracowania w skalach od 1:500 do 1:2000 naleŝy wykonywać w okresie wczesnej wegetacji roślin tj. od marca do połowy maja lub po zakończeniu wegetacji tj. od września do końca października. Godziny wykonywania zdjęć naleŝy tak dobierać, aby cienie rzucane były mniejsze od przedmiotów terenowych Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakimi cechami powinien charakteryzować się samolot przeznaczony do wykonywania zdjęć fotogrametrycznych? 2. W jakim celu stosuje się nawigację bazującą na odbiornikach GPS? 3. Jak definiujemy podłuŝną bazę fotografowania? 4. Jak definiujemy poprzeczną bazę fotografowania? 5. W jaki sposób projektujemy szeregi zdjęć? 6. W jaki sposób wybieramy kamerę do wykonania zdjęć lotniczych? 7. Jak dokonujemy wyboru pory roku i pory dnia przy wykonywaniu zdjęć do celów pomiarowych? 20

22 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zapoznaj się z wersją fotogrametryczną samolotu An-2P. Sposób wykonania ćwiczenia. Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z podstawowymi parametrami samolotu An-2 na podstawie prospektu, 2) zapoznać się z róŝnymi wersjami samolotu An-2, 3) określić na czym polega przekształcenie samolotu An-2 na wariant fotogrametryczny An-2P FOTO. WyposaŜenie stanowiska pracy: prospekt Wielozadaniowy samolot An-2. Ćwiczenie 2 Porównaj wielkość martwych pól na zdjęciach: 1. wykonanych z tej samej wysokości kamerami o róŝnych odległościach obrazowych, 2. wykonanych kamerą o tej samej odległości obrazowej z róŝnych wysokości. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z zaleŝnościami zasięgu zdjęcia od odległości obszarowej kamery i tworzeniem się martwych pól na zdjęciu na podstawie materiału nauczania, 2) wykonać niezbędne obliczenia, 3) wykreślić martwe pola na zdjęciach wykonanych z tej samej wysokości, 4) wykreślić martwe pola na zdjęciach wykonanych kamerą o tej samej odległości obrazowej, 5) opracować sprawozdanie techniczne z wykonanych prac. WyposaŜenie stanowiska pracy: bristol formatu A4, papier formatu A4, przybory kreślarskie, kalkulator, literatura z rozdziału 6. 21

23 Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) określić cechy samolotu przeznaczonego do wykonania zdjęć fotogrametrycznych? 2) określić cele stosowania nawigacji bazującej na odbiornikach GPS? 3) zdefiniować pojęcie podłuŝna baza fotogrametryczna? 4) zdefiniować pojęcie poprzeczna baza fotogrametryczna? 5) określić sposób projektowania szeregów zdjęć? 6) określić sposób wyboru kamery do wykonywania zdjęć lotniczych? 7) dokonać wyboru pory roku i pory dnia przy wykonywaniu zdjęć do celów pomiarowych? 22

24 4.4. ZaleŜności występujące w projektowaniu lotu fotogrametrycznego Materiał nauczania Podstawą wykonania zdjęć lotniczych jest projekt lotu zawierający szczegółowe dane nalotu fotogrametrycznego. Do wykonania projektu niezbędne są dane, takie jak: obrys opracowanego obiektu na mapie, rodzaj tworzonej mapy i metody jej opracowania, załoŝenia projektowe wynikające z ustalonych metod opracowania mapy: skala zdjęć, format zdjęć, ogniskowa kamery, pokrycie podłuŝne, pokrycie poprzeczne, okres wykonania nalotu, lokalizacja lotnisk, z których będzie startował samolot. Korzystając z załoŝeń projektowych naleŝy określić: długość bazy fotografowania, odstęp między osiami szeregów, wysokość fotografowania, wysokość lotu względem poziomu lotniska W w = W + W t W l gdzie: W w wysokość lotu względem poziomu lotniska, W wysokość fotografowania, W t średnia wysokość terenu n.p.m., W l wysokość lotniska n.p.m., dopuszczalne odchylenie stanowiska kamery od osi szeregu (dopuszcza się odchylenie równe 5% długości boku zdjęcia), liczbę zdjęć w kaŝdym szeregu przy załoŝonym średnim pokryciu podłuŝnym, oraz przy pokryciu minimalnym i maksymalnym. Projekt lotu opracowuje się na aktualnych mapach topograficznych w odpowiedniej skali. Relacje skali wykonywanych zdjęć i map do projektu lotu są następujące: dla zdjęć 1:2000 1:3000 mapa 1:5000 1:10000, dla zdjęć 1:4000 1:6000 mapa 1: :25000, dla zdjęć 1:6000 1:10000 mapa 1: Na mapę nanosi się osie nalotów, przedłuŝając je poza granice fotografowanego obiektu, tak aby umoŝliwić załodze samolotu wlot na obiekt zgodny z projektem. Długość wlotów i wylotów zaleŝy od skali mapy i wynosi: dla mapy 1: cm, dla mapy 1: cm, dla mapy 1: cm. 23

25 Do opracowania mapy zasadniczej i topograficznej osie nalotów powinny przebiegać przez środki sekcji tych map w kierunku wschód zachód lub północ południe. W zaleŝności od kształtu obiektu i ukształtowania terenu wybieramy ten kierunek, który pozwala pokryć obiekt mniejszą liczbą szeregów zdjęć. Przy sporządzaniu projektu technicznego lotu wykonujemy następujące załączniki i stosujemy następujące oznaczenia: 1) mapa: granica obiektu, tuszem koloru zielonego, linią ciągłą o grubości 1 mm, granice sekcji opracowywanej mapy w odpowiednim układzie, ciągłą linią niebieską o grubości 0,2 mm, osie szeregów (z wlotami i wylotami) ciągłą linią czerwoną o grubości 0,3 mm, granica obszaru fotografowania wzdłuŝ kierunku lotu powinna być powiększona po dwie bazy na wlocie i wylocie kaŝdego szeregu, a poprzecznie w celu maksymalnego zabezpieczenia powinna być poszerzona o 30% wymiaru zdjęcia, na granicach obszaru fotografowania zaznacza się znaki włączenia i wyłączenia kamery, linią ciągłą niebieską, o grubości 1 mm, prostopadle do osi szeregu. Linie te naleŝy zakończyć strzałkami o długości 1 cm, zwróconymi w kierunku lotu, osie szeregów naleŝy ponumerować z północy na południe lub z zachodu na wschód czerwonymi cyframi o wysokości 6 mm, z mapy, na której wykonuje się projekt lotu naleŝy wybrać wzdłuŝ zaprojektowanych szeregów najniŝsze i najwyŝsze wysokości punktów terenowych i obliczyć średnią wysokość terenu nad poziomem morza dla kaŝdego szeregu, grupy szeregów lub w przypadku terenów płaskich dla całego obiektu, maksymalne róŝnice wysokości szczegółów sytuacyjnych na dwóch sąsiednich zdjęciach nie mogą przekraczać: W h= p b x + p [m] gdzie: W wysokość fotografowania [m], b x długość bazy w skali zdjęcia dla p x = 60% [mm], p róŝnica paralaks 5 mm [mm], na mapę z projektem lotu naklejamy metrykę zawierającą zestawienie danych projektu. 2) metryka projektu lotu: Nr roboty:. Rejon:. Kamera: Odległość obrazowa:.. Skala zdjęć:. Pokrycie poprzeczne: P y =.. P ymin =.. P ymax =.. Pokrycie podłuŝne: P x =.. P xmin =.. P xmax =. Powierzchnia pokryta zdjęciami:. Dopuszczalne odchylenie od osi szeregu: r =.. 24

26 Numer szeregu Razem Wysokość lotu z bazy W w [m] Px = Liczba zdjęć w szeregu przy: Px min = Px max = Wykonał Sprawdził Akceptował.. 3) kalka projektu lotu: Na podstawie sporządzonego projektu lotu wykonuje się kalkę projektu lotu, na której wykreśla się: obrys obiektu, osie szeregów, współrzędne geograficzne obiektu, średnie wysokości terenu dla kaŝdego szeregu, wysokości lotu nad terenem dla kaŝdego szeregu, środki rzutów i numery zdjęć w kaŝdym szeregu, znaki włączenia i wyłączenia kamery. Na kalkę projektu nakleja się metrykę lotu identyczną jak na mapie, 4) dane techniczne projektu lotu: Do projektu dołącza się wykaz danych technicznych projektu lotu, który zawiera: numer roboty i nazwę obiektu, skalę opracowania mapy, kierunek lotu, skalę zdjęć, odległość obrazową kamery, format zdjęć, pokrycie podłuŝne, pokrycie poprzeczne, odstęp między osiami szeregów (baza poprzeczna), długość bazy (baza podłuŝna), liczba zdjęć w szeregu, wysokość lotu, maksymalne odchylenie od osi szeregu, powierzchnia pokryta zdjęciami, powierzchnia opracowania mapy i liczba sekcji, okres wykonania zdjęć. Przykład projektu lotu Opracuj projekt lotu fotogrametrycznego wykonanego w kierunku wschód zachód wg podanego zadania: 1) granice obiektu: Obszar na mapie M B zawarty w siatce kilometrowej N S W E Powierzchnia terenu pokryta zdjęciami (moŝliwość zbudowania modelu przestrzennego) w celu opracowania mapy 40 km 2. 25

27 2) kamera fotogrametryczna: ogniskowa kamery f = 305 mm, format zdjęć a =23x23 cm, 3) skala opracowania mapy 1:5000, 4) skala zdjęć lotniczych m = 1:15000, 5) skala mapy do opracowania projektu lotu M = 1:50000, 6) rozmazanie obrazu 0,05 mm, 7) dane potrzebne do wykonania zdjęć: pokrycie podłuŝne P x = 60 ± 8%, pokrycie poprzeczne P y = 42 ± 5%, 8) lotnisko odlotowe Poznań, 9) prędkość lotu samolotu v = 150 km/h. Obliczenia wstępne: 1) obliczenie wysokości lotu W=f s W = 305mm = mm W = 4575m 2) obliczenie podłuŝnej bazy fotografowania Bx=a (1- px) m B x = 23cm (1 0,6) = cm B x = 1380m Długość bazy na mapie: b x = B x:m b x=138000cm:50000 b x=2,76cm 3) obliczenie poprzecznej bazy fotografowania By=a (1- py) m By = 23 cm (1 0,42) = cm B y = 2001m Długość bazy na mapie: by= B y:m b y=200100cm:50000 b y=4,00cm 4) obliczenie odstępu czasu między kolejnymi ekspozycjami Bx T= υ 1380m 1380m T= = 150km/h 41,7m/s T=33s 5) określenie formatu zdjęcia w skali mapy a m a m= M 23cm a m= a m= 6,9cm 26

28 6) ustalenie granicy obszaru fotografowania. Granicę obszaru fotografowania powiększamy na wlocie i wylocie kaŝdego szeregu o dwie bazy w skali mapy 2 b x =5,52 cm. Poprzecznie powiększamy granicę fotografowania o 30% wymiaru zdjęcia w skali mapy 30% 6,9 cm = 2,07 cm., 7) ustalenie znaków włączenia i wyłączenia kamery. Środek rzutu pierwszego zdjęcia kaŝdego szeregu znajduje się w odległości równej połowie wymiaru zdjęcia (w skali mapy) od granicy fotografowania. Nanosimy następnie środki rzutów następnych zdjęć szeregu (w odległości równej bazie podłuŝnej w skali mapy) aŝ dojedziemy do końca granicy fotografowania gdzie wyłączamy kamerę, 8) określenie średniej wysokości terenu nad poziomem morza dla kaŝdego szeregu (na podstawie danych odczytanych z mapy). 1 szereg H min = 39 m H max = 55 m H śr = 47 m n.p.m. 2 szereg H min = 434 m H max = 70 m H śr = 56,7 m n.p.m. 3 szereg H min = 42,2 m H max = 52 m H śr = 47,1 m n.p.m. 4 szereg H min = 43 m H max = 64 m H śr = 53,5 m n.p.m. PoniewaŜ teren jest płaski więc ustalamy średnią wysokość terenu dla całego obiektu. 47m+56,7m+47,1m+53,5m Hsr.ob= 4 Hsr.ob=52m npm 9) obliczenie maksymalnej róŝnicy wysokości szczegółów sytuacyjnych na dwóch sąsiednich zdjęciach szeregu. w h= p bx+ p 4575m h = 5mm (92+5)mm h = 235,8m Warunek ten jest spełniony na całym opracowywanym obiekcie. 10) obliczenie ilości zdjęć w szeregu przy załoŝonym średnim pokryciu podłuŝnym, minimalnym i maksymalnym. 1 szereg składa się z 8 zdjęć: długość szeregu długość bazy przy P x min ilość zdjęć przy P x min A = n B x A = m = m =a (1- ) m Bx min. px min. Bx min.=23cm (1-0,52) B x min.=1656m A n = B x min. 27

29 11040m n= 1656m n=7zdjęć długość bazy przy P x max ilość zdjęć przy P x max Bxmax. =a (1- pxmax. ) m Bxmax.=23cm (1-0,68) B xmax.=1104m A n= B xmax m n= 1104m n=10zdjęć 2 szereg składa się z 7 zdjęć: Analogicznie jak przy pierwszym szeregu przeprowadzamy obliczenia i wówczas: przy p min = 6 zdjęć przy p max = 9 zdjęć szereg 3 i 4 zawiera 8 zdjęć więc wyniki są identyczne jak przy pierwszym szeregu. Załącznik 1 Dane techniczne projektu lotu: Nr roboty 1/2008 Falmierowo Skala opracowania mapy 1:5000 Kierunek lotów zachód wschód 1) dane podstawowe: skala zdjęć: 1:15000, odległość obrazowa kamery: f = 305 mm, format zdjęć: 23x23 cm, pokrycie podłuŝne: p x = 60%, p xmin = 52%, p xmax = 68%, 2) odstęp między szeregami (baza poprzeczna) B y=2001m 3) długość bazy B x=1380m 4) liczba zdjęć w szeregu Numer Długość osi lotu Liczba zdjęć w szeregu przy: szeregu [cm] [km] Px min = 52% Px = 60% Px max = 68% ,5 11,5 12,5 12, Razem 98 49,

30 5) wysokość lotu: wysokość fotografowania W = 4575 m, średnia wysokość terenu W t = 52 m n.p.m., wysokość lotniska (Poznań)W l. = 94 m n.p.m. wysokość lotu nad terenem (względem lotniska) W w = W + W t - W l W w = W w = 4533 m 6) maksymalne odchylenie od osi szeregu r = ± 5% a m r = ± 0,05 23 cm r = 172,5 m (t.j. 3,4 mm na mapie 1:50000) 7) powierzchnia terenu pokryta zdjęciami 110 km 2, 8) powierzchnia opracowania mapy: 40 km 2 ; liczba sekcji: 12, 9) okres wykonania zdjęć: wrzesień 2008 r Wykonał Sprawdził Akceptował.. Załącznik 2 Metryka projektu lotu Nr roboty: 1/2008 Falmierowo Rejon: Kosów Kamera: MRB 30/2323 Odległość obrazową: f = 305 mm Skala zdjęć: 1:15000 Pokrycie poprzeczne: Pokrycie podłuŝne: P y = 48% P ymin = 37% P ymax = 47% P x = 60% P xmin = 52% P xmax = 68% Powierzchnia pokryta zdjęciami: 110 km 2 Dopuszczalne odchylenie od osi szeregu: r = ±3,4 mm (mapa 1:5000) Numer szeregu Wysokość lotu z bazy Poznań W s [m] Liczba zdjęć w szeregu przy: Px = 60% Px min = 52% Px max = 68% Razem Wykonał Sprawdził Akceptował.. 29

31 Załącznik 3 Fragment mapy M B Załącznik 4 Kalka projektu lotu 30

32 Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jakie dane są niezbędne do wykonania projektu lotu fotogrametrycznego? 2. Jakie elementy lotu naleŝy określić korzystając z załoŝeń projektowych? 3. Jakie są zaleŝności pomiędzy skalami wykonywanych zdjęć a skalami map do projektu lotu? 4. Jakie elementy projektu lotu umieszczamy na mapie topograficznej? 5. Jakie elementy projektu lotu umieszczamy na kalce projektu lotu? 6. Jakie elementy uwzględniamy w danych technicznych projektu lotu? Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Sporządź projekt lotu dla autogrametrycznego opracowania mapy sytuacyjnowysokościowej w skali 1:2000 dla obszaru terenu na mapie w skali 1:25000 zawartego w siatce kilometrowej N-S.. i W-E. ZałoŜenia wstępne. Ze względu na opracowanie dwuobrazowe oraz charakter terenu zostanie uŝyta kamera.. o formacie zdjęć ze stoŝkiem obiektywowym Projektowana skala zdjęć l:m 1:.. Osie szeregów nalotu zostaną zaprojektowane przez środki zdjęć opracowywanej mapy l:m = 1:2000 o kierunku wschód zachód. Przy projektowaniu nalotu baza poprzeczna powinna być równa szerokości sekcji mapy (pokrycie poprzeczne terenu wynosi p y = ) Projektowane pokrycie podłuŝne p x =, p xmin =.., p xmax = Lotnisko odlotowe Poznań 94 m n.p.m. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z przykładem projektu lotu zawartym w materiale nauczania, 2) sformułować temat ćwiczenia w oparciu o wytyczne podane przez nauczyciela, 3) wykonać obliczenia wstępne, 4) sporządzić załącznik nr 1: Dane techniczne projektu lotu, 5) sporządzić załącznik nr 2: Metryka projektu lotu, 6) sporządzić załącznik nr 3: Fragment mapy topograficznej z naniesionym projektem lotu, 7) sporządzić załącznik nr 4: Kalkę projektu lotu, 8) opracować sprawozdanie techniczne z wykonanych prac. WyposaŜenie stanowiska pracy: komplet map topograficznych, papier formatu A4, kalka techniczna, przybory kreślarskie, kalkulator. 31

33 Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) określić dane niezbędne do wykonania projektu lotu fotogrametrycznego? 2) określić elementy projektu lotu wynikające z załoŝeń projektowych? 3) dostosować skalę wykonywanych zdjęć lotniczych do skali mapy, na której wykonujemy projekt lotu fotogrametrycznego? 4) wymienić elementy projektu lotu umieszczone na mapie projektu lotu? 5) wymienić elementy projektu lotu umieszczone na kalce projektu lotu? 6) wymienić elementy umieszczone w danych technicznych projektu lotu? 32

34 4.5. Fotogrametryczne metody opracowania zdjęć Materiał nauczania Nowoczesne opracowania geodezyjno-fotogrametryczne są realizowane metodami numerycznymi lub cyfrowymi. Produktami końcowymi takich opracowań są numeryczne sytuacyjne mapy wektorowe, Numeryczny Model Terenu (NMT) (opisujący ukształtowanie terenu) lub cyfrowa ortofotomapa. Współczesne techniki pomiarowe mogą bezpośrednio zasilać bazy danych Systemów Informacji Przestrzennej (SIT) w obiekty terenowe zlokalizowane przestrzennie w docelowym systemie odniesienia. Metody fotogrametryczne jako najbardziej zautomatyzowane i wydajne są stosowane do tych celów najczęściej. Obecne technologie opracowań fotogrametrycznych mogą realizować jedno z następujących zadań: kameralne zagęszczenie osnowy (aerotriangulacja); podstawowym instrumentem do wykonania obserwacji jest autograf analityczny lub autograf cyfrowy (pomiar współrzędnych tłowych metodą korelacji obrazów). Proces aerotriangulacji w efekcie finalnym definiuje na kaŝdym stereogramie grupy punktów nowo wyznaczonych, dla których są określone współrzędne terenowe w układzie zdefiniowanym przez grupy punktów osnowy polowej. Jednocześnie wyznaczane są elementy orientacji zewnętrznej zdjęć lub elementy orientacji bezwzględnej modelu w bloku, które mogą być wykorzystywane na etapie rekonstrukcji modeli fotogrametrycznych przed procesem pomiaru NMT lub stereodigitalizacji. Bardzo istotnym czynnikiem podnoszącym efektywność procesu aerotriangulacji jest uwzględnianie dodatkowych obserwacji geodezyjnych w postaci wyznaczanych pozycji środków rzutów techniką GPS, wektoryzacja obiektów topograficznych 3D (stereodigitalizacja); proces pozyskiwania danych geometrycznych o obiektach nazywamy często stereodigitalizacją. Dla wykonania stereodigitalizacji wykonuje się rekonstrukcję modelu przestrzennego terenu na podstawie pary zdjęć na autografie analogowym, analitycznym lub cyfrowym, a następnie poprzez interpretację i pomiar określa się lokalizację wybranych obiektów w zewnętrznym układzie odniesienia. Tego typu pomiar prowadzi do prezentacji kaŝdego mierzonego obiektu w zapisie numerycznym przyporządkowując go do jednego z podstawowych typów: obiektu punktowego prezentacja symboliczna z prawidłową lokalizacją centrum zastosowanego symbolu, obiektu liniowego prezentacja ciągiem polilinii otwartej lub zamkniętej kartometrycznie lokalizującej prezentowany obiekt, obiektu powierzchniowego obszar zamknięty ciągiem liniowym z przyporządkowanym sposobem uŝytkowania wydzielonego obszaru. Do wykonania stereodigitalizacji zdjęć lotniczych na instrumentach fotogrametrycznych moŝna wykorzystywać bezpośrednio oprogramowanie, w którym docelowo będzie prowadzony system informacji przestrzennej. Co znacznie ułatwia transfer danych i zakładanie lub aktualizację bazy danych w systemie. Efektywne wykonywanie procesu aktualizacji wymaga nakładanie istniejącej zawartości bazy geometrycznej (mapy numerycznej) na modele fotogrametryczne utworzone z aktualnych zdjęć lotniczych, pomiar fotogrametryczny NMT; w metodach tradycyjnych topograficzna powierzchnia terenu jest najczęściej prezentowana w postaci mapy warstwicowej. Stosowanie metod numerycznych prowadzi do utworzenia modelu cyfrowego w postaci dyskretnej ze znanym algorytmem 33

35 interpolacyjnym. Uniwersalny (uŝytkowy) model cyfrowy terenu budowany jest najczęściej w postaci regularnej siatki powierzchniowej. Taki model jest uzupełniany następującymi typami danych: liniami szkieletowymi, liniami nieciągłości terenu, kotami (punktami) wysokościowymi, granicami wyłączeń. Ukształtowanie pionowe terenu NMT przy zastosowaniu fotogrametrycznych technik numerycznych wykonywanych na autografie analitycznym lub cyfrowym moŝe być określone przez: bezpośredni pomiar (kodowanie) warstwic, dynamiczną rejestrację przekrojów, pomiar wysokości w regularnej siatce sytuacyjnej, pomiar punktów rozproszonych. KaŜde oprogramowanie uŝytkowe posiada moduły programowe do prezentacji i dalszego wykorzystania NMT takie jak: wykonywanie zestawień tabelarycznych, tworzenie rysunków warstwicowych, generowanie map, spadków lub pochyleń, wykonywanie profili o zadanej lokalizacji w terenie, tworzenie rysunków aksonometrycznych i w rzucie środkowym, generowanie danych do przetwarzania ortograficznego zdjęć i obrazów satelitarnych, wyznaczanie objętości lub ich zmian w czasie. generowanie cyfrowej ortofotomapy; pod pojęciem cyfrowej ortofotomapy naleŝy rozumieć rastrowo zapisany obraz powierzchni terenu przetworzony z obrazów cyfrowych do postaci kartometrycznej. Chcąc zachować źródłową zawartość informacyjną zdjęć lotniczych na etapie skanowania (zamiana postaci analogowej na cyfrową) stosowany jest mały wymiar piksela co wymaga bardzo duŝych zbiorów danych np. zdjęcia lotnicze zeskanowane pikselem 12,5 µm tworzą plik 352 MB. Technika cyfrowej ortofotografii pozwala przetworzyć obraz utworzony w dowolnej projekcji na obraz wynikowy w odwzorowaniu ortogonalnym. Do procesu korekcji geometrycznej wpływu orientacji zewnętrznej urządzenia rejestrującego oraz deniwelacji terenu określane są wcześniej parametry orientacji zewnętrznej zdjęcia oraz NMT. Samo przetwarzanie ze względu na ilość danych (pikseli) podlegających obróbce wykonywane jest na specjalizowanych stacjach roboczych. Produkt w postaci cyfrowej ortofotomapy powinien charakteryzować się określoną kartometrycznością (m p = ±0,2 mm w skali drukowanej mapy) oraz jakością radiometryczną (błędy tonalne wynikające np. z łączenia zdjęć wykonanych w róŝnych terminach) Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jaki jest końcowy produkt nowoczesnych opracowań geodezyjno-fotogrametrycznych? 2. Na czym polega kameralne zagęszczenie osnowy tzw. aerotriangulacja? 3. Na czym polega wektoryzacja obiektów topograficznych typu 3D tzw. stereodigitalizacja? 4. Jakimi elementami uzupełniamy uniwersalny model cyfrowy terenu? 5. Jak moŝemy wykorzystać NMT? 6. Na czym polega generowanie cyfrowej ortofotomapy? 34

36 Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Wykonaj notatkę sprawozdawczą z wycieczki technicznej do firmy geodezyjnej wykonującej nowoczesne opracowania geodezyjno-fotogrametryczne (np. w Poznaniu do Pracowni Fotogrametrii przy Geopozie). Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) wziąć udział w wycieczce, 2) bacznie obserwować prezentowane sposoby opracowań geodezyjno-fotogrametrycznych, 3) wykonać notatki w czasie prezentacji, 4) sporządzić sprawozdanie z uwzględnieniem szczegółowego opisu nowoczesnych opracowań geodezyjno-fotogrametrycznych. WyposaŜenie stanowiska pracy notatnik, długopis Sprawdzian postępów Czy potrafisz: Tak Nie 1) wymienić końcowe produkty nowoczesnych opracowań geodezyjnofotogrametrycznych? 2) zdefiniować kameralne zagęszczanie osnowy tzw. aerotriangulacji? 3) zdefiniować wektoryzację obiektów topograficznych typu 3D tzw. stereodigitalizację? 4) wymienić elementy jakimi uzupełniamy uniwersalny model cyfrowy terenu? 5) wymienić przykładowe wykorzystanie NMT? 6) zdefiniować generowanie cyfrowej ortofotomapy? 35

37 4.6. Teledetekcja satelitarna Materiał nauczania Słowo teledetekcja pochodzi od greckiego słowa tele - daleko i łacińskiego delekto - wykrywanie. Teledetekcja jest działem nauk technicznych zajmującym się pozyskiwaniem wiarygodnych informacji o obiektach fizycznych i ich otoczenia drogą rejestracji, pomiaru i interpretacji obrazu lub ich reprezentacji numerycznych otrzymywanych z sensorów nie będących w bezpośrednim kontakcie z tymi obiektami. Sensorami nazywa się urządzenia słuŝące do wykrywania i pomiaru energii elektrycznej oraz rejestracji jej w róŝnych postaciach zapisu. Informacje teledetekcyjne otrzymuje się przez zdalną rejestrację promieniowania oraz interpretację rezultatu rejestracji (w postaci zdjęć i obrazów). Zdalna rejestracja korzysta z dwóch systemów: a) aktywnego który rejestruje promieniowanie elektromagnetyczne z własnych źródeł energii. Promieniowanie to odbite od obiektu do ośrodka, jest przetwarzane na obraz (radar, sonar, noktowizor a nawet zwykła fotografia), b) pasywnego, który reaguje na promieniowanie wysyłane z zewnętrznych źródeł naturalnych np. Słońca. Rejestracja obrazów w tym systemie moŝe się odbywać metodami fotograficznymi lub niefotograficznymi w róŝnym zakresie promieniowania elektromagnetycznego. Obraz moŝe być zarejestrowany dzięki temu, ze w płaszczyźnie obrazu urządzenia wykrywającego znajdują się róŝnego rodzaju elementy wraŝliwe na emisję promieniowania np. emulsje fotograficzne, czujniki fotoelektroniczne lub inne detektory (aparaty fotograficzne, radiometry, skanery, systemy radarowe i mikrofalowe). Informacje o obiektach są zbierane zdalnie w postaci: a) zobrazowań analogowych czyli obrazy o modulowanej jasności (półtonowe lub barwne) np. zdjęcia fotograficzne czarno-białe, barwne lub wielospektralne i spektostrefowe, obrazy termowizyjne i radarowe albo wykresy natęŝenia odbitego promieniowania, b) obrazów cyfrowych czyli uporządkowanym zbiorem odpowiedzi spektralnych zapisanych na komputerowym nośniku danych. Odpowiedź spektralna to energia odbita w określonym przedziale promieniowania elektromagnetycznego, czyli w tzw. przedziale spektralnym. Zdalne zbieranie informacji o powierzchni Ziemi i zjawiskach na niej zachodzących moŝna podzielić na trzy grupy: a) techniki fotograficzne wykorzystujące do rejestracji obrazu na materiale światłoczułym promieniowanie widzialne i bliską podczerwień, b) techniki skanerowe i telewizyjne, w których materiał światłoczuły został zastąpiony wysokoczułymi detektorami pracującymi od ultrafioletu do podczerwieni termalnej (średniej), c) techniki radarowe wykorzystujące do rejestracji mikrofale. Satelitarne badania powierzchni Ziemi rozpoczęto w roku 1946, kiedy rakieta V-2 wyposaŝona w aparat fotograficzny, dostarczyła obrazy powierzchni Ziemi z wysokości 120 km. Od 1957 roku pozyskiwanie informacji tym sposobem odbywa się przy wykorzystaniu sztucznych satelitów, wyposaŝonych w odpowiednią aparaturę pomiarową. Satelita porusza się po orbicie eliptycznej, której jednym z ognisk jest Ziemia (Rys. 13). 36

38 Apogeum Ziemia Perygeum Rys.13. Elementy elipsy orbity W przestrzeni umieszcza się satelity przeznaczone do róŝnorodnych badań: meteorologiczne, telekomunikacyjne, astronomiczne. Do badaniach zasobów Ziemi skonstruowano w USA (1972 r.) satelity teledetekcyjne serii LANDSAT, które bez przerwy, aŝ po dzień dzisiejszy dostarczają coraz lepszych obrazów naszej planety. WyposaŜone są one w skaner wielospektralny oraz zespół kamer telewizyjnych i poruszają się po orbitach kołowych (~900 km). W 1986r. skonstruowano satelitę SPOT (Francja), który okrąŝa Ziemię na wysokości 832 km po kołowej orbicie. Na pokładzie satelity są zainstalowane dwa identyczne skanery, które mogą pracować w dwóch systemach: panchromatycznym lub wielospektralnym Pytania sprawdzające Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Jak definiujemy teledetekcje satelitarną? 2. Jak definiujemy sensory? 3. W jaki sposób otrzymuje się informacje teledetekcyjne? 4. W jakiej postaci są zbierane informacje o obiektach? 5. Jakimi technikami zbieramy informacje o powierzchni Ziemi i zjawiskach na niej zachodzących? 6. W jakich celach umieszcza się w przestrzeni satelity? 7. Jakie znasz satelity słuŝące do wykonywania obrazów naszej planety? Ćwiczenia Ćwiczenie 1 Zapoznaj się z Atlasem zdjęć satelitarnych Polski. Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) zapoznać się z Atlasem zdjęć satelitarnych Polski, 37