Uniwersytet Wrocławski Podstawy Fotogrametrii FOTOGRAMETRIA ANALITYCZNA I CYFROWA METODY POZYSKIWANIA DANYCH DO BUDOWY NMT I ORTOFOTOMAPY CYFROWEJ Józef Woźniak gis@pwr.wroc.pl
Zestaw pytań z fotogrametrii 1. Is tota i zadania fotog rametrii 2. Zalety metody fotog rametrycznej pozys kiwania danych przes trzennych 3. Elementy orientacji zdjęć fotog rametrycznych 4. Fotog rametria 1 i 2-obrazowa, różnice i zas tos owanie 5. Fotopunkty, punkty dos tos owania 6. Paralaks a podłużna, od czeg o zależy jej wartoś ć 7. Jakie dane s ą niezbędne do obliczenia ws półrzędnych terenowych 8. R odzaje materiałów fotog rametrycznych do celów projektowych 9. Dokładnoś ci wyznaczenia ws półrzędnych XYZ 10. Znieks ztałcenie obrazu s powodowane deniwelacją terenu
11. Istota ortofotomapy 12. Na czym polega korekcja geometryczna obrazu cyfrowego 13. Na czym polega korekcja radiometryczna i mozaikowanie obrazu cyfrowego 14. Definicja NMT 15. C o to są linie nieciągłości w NMT (break lines) 16. Interpolacje Z-punktów 17. Dokładności NMT 18. Istota skaningu laserowego, dokładności 19. Podstawowe segmenty lotniczego skaningu laserowego
Podstawy Fotogrametrii Fotogrametria i teledetekcja to dziedzina nauk technicznych zajmująca się pozyskiwaniem wiarygodnych informacji o obiektach fizycznych i ich otoczeniu, drogą rejestracji, pomiaru i interpretacji obrazów i zdjęć. W fotogrametrii wyróżniamy wiele metod, które pozwalają nam zebrać wymagane informacje. Istotą materiałów fotogrametrycznych jest możliwość wykonywania na nich różnego rodzaju pomiarów, które pozwolą na określenie geometrii obiektu lub mierzonego zjawiska. Do takich materiałów należą zdjęcia fotogrametryczne lotnicze analogowe i cyfrowe oraz zdjęcia naziemne.
Podstawowe pojęcia zdjęcia fotograficzne jako rzut środkowy zalety fotogrametrii prosty model stereofotogrametryczny elementy orientacji zdjęć współrzędne tłowe paralaksa podłużna wyznaczenie współrzędnych terenowych ocena dokładności
Orientacja zdjęć fotogrametrycznych Elementy orientacji wewnętrznej stała kamery ck położenie punktu głównego (x0 y0) Elementy orientacji zewnętrznej kąty pochylenia osi kamery (φ, ω, κ) długość bazy fotogrametrycznej (b) współrzędne środka rzutu zdjęcia lewego (XL YL ZL) Orientacja wzajemna i bezwzględna
y odległość obrazowa numer zdjęcia 0905 152.14 punkt główny xo, yo O α α x libela znaczek tłowy
Podstawowe pojęcia
Związki analityczne
położenie negatywowe f środek rzutów położenie pozytywowe Mianownik skali zdjęcia pionowego w w m= f poziom odniesienia
pokrycie potrójne pokrycie podwójne szereg 1 pokrycie poprzeczne szereg 2
p=x -x p=f( Z,...) x punkt nad modelem x powierzchnia modelu punkt modelu
RODZAJE MATERIAŁÓW FOTOGRAMETRYCZNYCH DO CELÓW PROJEKTOWYCH I STUDIALNYCH
Przydatność i funkcjonalność materiałów fotogrametrycznych Wykonywanie i aktualizacja map topograficznych (kartografia) Różne dziedziny nauki, np. archeologia, geologia, itd. Projekty inżynierskie, np. drogi, zapory wodne, zakłady przemysłowe, mosty, itp. Gospodarka przestrzenna Inne
Rodzaje zdjęć lotniczych Pionowe i prawie pionowe Nachylone Ukośne
Rodzaje materiałów fotogrametrycznych do celów projektowych odbitka stykowa fotoszkic zwykły fotoszkic ulepszony fotomapa NMT ortofotomapa cyfrowa skaning laserowy
Zdjęcie pionowe
Zdjęcie nachylone >3
Zdjęcie ukośne z widocznym horyzontem
Metody przetwarzania zdjęć lotniczych: graficzna optyczna mechaniczna analityczna fotomechaniczna
Warunki jakie muszą spełnić materiały fotogrametryczne, żeby mogły być wykorzystane w celach projektowych: Kartometryczność Aktualność Kompletność
PROJEKT LOTU SYGNALIZACJA FOTOPUNKTÓW WYKONANIE ZDJĘĆ zasięg opracowania wymogi dokładnościowe podkład mapowy osnowa OBRÓBKA FOTOCHEMICZNA WYKONANIE ODBITEK (DIAPOZYTYWÓW) BUDOWA BLOKU AEROTRIANGULACJI (ZAGĘSZCZENIE OSNOWY) z pojedynczych zdjęć łączenie niezależnych modeli POMIAR PUNKTÓW MODELU TERENU OBLICZENIE WSPÓŁRZĘDNYCH kodowanie w czasie pomiaru kodowanie zbiorem słownikowym PRACE KOŃCOWE kontrola wyników transformacje podział na grupy/warstwy konwersja formatów fotopunkty wyniki obserwacji fotopunktów i punktów wiążących współrzędne punktów osnowy wyniki autokalibracji
Aerotriangulacja fotopunkt punkt wiążący
Korelacje 1290F0432 2280F0234 10FFFFF01 1230F0298 2A90F0B19 3290F0432 2680F0284 10FFFFF01 A230F0248 2390F0B19 raster (0..F - stopnie szarości) szukany kształt
Budowa ortfotomapy cyfrowej korekcja geometryczna korekcja radiometryczna/mozaikowanie edycja arkuszy ortofotomapy
Ortofotomapa
Ortofotomapa
Korekcja geometryczna Źródła zniekształceń obrazów satelitarnych (Kurczyński, Wolniewicz): kamera (błędy kalibracji, tj. wyznaczenia geometrycznych elementów orientacji wewnętrznej, oraz błędy urządzeń elektronicznych odczytujących i zapisujących sygnał z linijki CCD), platforma (ruch satelity i perturbacje orbity, zmiany prędkości lotu, zmiany orientacji kątowej platformy), ciągła rejestracja położenia na orbicie i kątów nachylenia platformy (o ile taka rejestracja ma miejsce), ruch obrotowy Ziemi w czasie obrazowania i rzeźba terenu, docelowa projekcja kartograficzna skorygowanego obrazu (relacje między geoidą i elipsoidą, projekcja elipsoidy na powierzchnię odwzorowawczą), atmosfera (refrakcja).
Korekcja geometryczna c.d. Metody korekcji geometrycznej: Zwykły model wielomianowy typu 2D Zwykły model wielomianowy typu 3D Ilorazowy model wielomianowy
Korekcja geometryczna c.d.
Ortofotomapa Wawel
Ortofotomapa port w Świnoujściu
Ortofotomapa Wrocław
Pnkty adre i OFM
NUMERYCZNY MODEL TERENU definicja NMT metody pozyskiwania danych do NMT linie nieciągłości dokładności NMT wizualizacja NMT
Numeryczny Model Terenu Numeryczny Model Terenu - NMT Digital Terrain Model DTM Numeryczne odwzorowanie rzeźby powierzchni terenu (powierzchni ciągłej) w sposób dyskretny (punktowy) wraz z algorytmem interpolacyjnym, umożliwiającym wyznaczenie współrzędnych Z dowolnych punktów, jako funkcji współrzędnych X i Y tych punktów Z = f(x, Y)
Numeryczny Model Terenu we materiały fotogrametryczne modele 2,5 D - mają dla każdego punktu o współrzędnych (X, Y) tylko jedną wartość wysokości Z- z reguły jest to punkt leżący najwyżej dla zadanych (X, Y). Wysokość powierzchni Ziemi jest liczona jedną wartością w każdym punkcie (z wyjątkiem przewieszonych klifów). Jest ona uważana za pole ciągłe opisane zmienną o wartości rzędnej modele 3D - charakteryzują się tym, że dla jednych współrzędnych (X, Y) mogą posiadać wiele wartości wysokości Z modele 4D to modele 3D dodatkowo wzbogacone o zmienność w czasie.
Numeryczny Model Terenu NMT jest reprezentowany przez punkty rozłożone regularnie (GRID) lub nieregularnie (TIN) na powierzchni terenu i uzupełniony poprzez punkty reprezentujące morfologiczne formy terenu (break lines) takie jak: - linie szkieletowe (grzbiety, cieki), - linie nieciągłości (urwiska, skarpy), - powierzchnie wyłączeń (budynki, cieki), - pikiety ekstremalne (wierzchołki, dna).
NMT, OFM, 3D we materiały fotogrametryczne Import do ArcScene
OFM- Wrocław 2009 we materiały fotogrametryczne MGGP Aero
OFM- Wrocław 2009 we materiały fotogrametryczne MGGP Aero
OFM i 3D
NMT wysokości kodowane kolorami i cieniowaniem wizualizacja stref zalewu na OFM
Dokładność NMT Dokładność numerycznego modelu terenu, to dokładność interpolacyjna. wzór Ackermann a: m2 z DTM = m2 z pom + (α d)2 gdzie: m z DTM - błąd średni wyinterpolowanej wysokości, m z pom - błąd średni danych pomiarowych, α - współczynnik opisujący charakter terenu: α= 0,004-0,007 dla terenów płaskich, α= 0,010-0,020 dla terenów średnich, α= 0,022-0,044 dla terenów trudnych. d - średnia odległość punktów pomiarowych.
Numeryczny Model Terenu Metody pozyskiwania danych do budowy NMT (zalety i wady) metoda geodezyjna metoda fotogrametryczna metoda kartograficzna skaning laserowy interferometria radarowa InSAR
SKANING LASEROWY
SKANING LASEROWY architektura systemu Segment pokładowy: dalmierz laserowy (LRF Laser Range Finder) system pozycjonowania trajektorii lotu oparty na GPS (Global Positioning System) inercjalny system nawigacyjny INS (Inertial Navigation System) kamera (lub kamery) wideo blok rejestracji danych system planowania i zarządzania lotem Segment naziemny: naziemna, referencyjna stacja GPS stacja robocza do obróbki i przetwarzania danych i generowania wynikowego NMT (tryb off-line).
SKANING LASEROWY
SKANING LASEROWY
SKANING LASEROWY zalety niezależność od warunków oświetleniowych znaczna niezależność od warunków pogodowych penetracja poprzez pokrywę roślinną bardzo wysoka dokładność wysokościowa danych pomiarowych (nawet 5 10 cm) krótki czas uzyskania produktu końcowego i relatywnie niski koszt