AUTOMATYCZNA AKTUALIZACJA BAZY DANYCH O BUDYNKACH W OPARCIU O WYSOKOROZDZIELCZĄ ORTOFOTOMAPĘ SATELITARNĄ Ireneusz WYCZAŁEK Zakład Geodezji Politechnika Poznańska
CEL Aktualizacja baz danych przestrzennych, zawierających informacje ewidencyjne, na podstawie przetworzonych obrazów satelitarnych, ze wspomaganiem komputerowym wykrywania zmian. PLAN 1. Dane źródłowe 2. Dwie metody wykrywania zmian zabudowy 3. Omówienie metody bazującej na wykrywaniu krawędzi 4. Proponowany algorytm detekcji zmian a) nowe zabudowania b) wyburzenia 5. Problem artefaktów 6. Implementacja metody 7. Podsumowanie
MAPA EWIDENCYJNA
POSTAĆ WEKTOROWA DANYCH PRZESTRZENNYCH # EKSPORT z układu 1965_S4, osnowa 1965_S4, gmina 63641, operator Operator DEMO # DATA: 27-02-2004, GODZ: 11:09 # FORMAT: WSAD #_WERSJA=2000 #_SEPARATOR=; #BUDYNKI=Kod;Nowy_numer;Dotychczasowy_numer;Metoda_pozysk_danych;Numer_operatu;Rzędna_Hg_H1;R zędna_hd_h2;pow_z_ewidencji;skala_symb_w_osi_x;skala_symb_w_osi_y;funkcja;liczba_kondygnacji;typ_bu dynku;numer_arkusza_ew;numer_obrębu;miejscowość;ulica;numer_porządkowy;uwagi #_PUNKTY=Kod;Numer_obrębu;Numer_arkusza_ew;Nowy_numer;X_w_ukł_bieŜącym;Y_w_ukł_bieŜącym;H_w_u kł_bieŝącym;_typ #_OSOBY=Kod;Nazwa_Nazwisko;Pełna_nazwa_Imiona;_Charakter #_SEPARATOR= ESBZO 141 1 Pomiar na osnowę i obliczenia w tym pom. GPS powiąz. z osnową? 1 1 3 Inny w tym technicznego uzbrojenia terenu 1 Ognioodporny 12 209 Nekla ZAWODZIE 9 EPINN 209 12 8705 5704519.786 3753452.054 P EPINN 209 12 8706 5704520.371 3753447.844 P EPINN 209 12 8704 5704517.499 3753447.445 P EPINN 209 12 8671 5704518.125 3753442.234 P EPINN 209 12 8674 5704511.182 3753441.341 P EPPGS 209 12 1200193 5704509.98 3753450.69 P ESBZO 142 1 Pomiar na osnowę i obliczenia w tym pom. GPS powiąz. z osnową? 1 1 3 Inny w tym technicznego uzbrojenia terenu 1 Ognioodporny 12 209 Nekla ZAWODZIE 9 EPINN 209 12 8671 5704518.125 3753442.234 P EPINN 209 12 8668 5704519.167 3753434.135 P EPINN 209 12 8672 5704512.224 3753433.242 P EPINN 209 12 8674 5704511.182 3753441.341 P
ZDJĘCIE LOTNICZE JAKO ŹRÓDŁO DANYCH OBRAZOWYCH Zdjęcia lotnicze wykonywane są z pułapu samolotu na kliszy lub za pomocą kamer cyfrowych reprezentacja spektralna: RGB, 24-bity (3x8) rozdzielczość terenowa od 0.05x0.05 m do 0.5x0.5 m
CECHY FOTOGRAMETRYCZNYCH OBRAZÓW LOTNICZYCH Rzut środkowy promienie odbite od obiektów na powierzchni ziemi przechodzą przez obiektyw (środek rzutów) i padają pod róŝnymi kątami na materiał światłoczuły (film lub detektor) Aby przedstawić obraz w rzucie ortogonalnym (tak jak mapę) naleŝy go przetworzyć, punkt po punkcie, korygując zmienny wpływ rzutowania, orientacji kamery i ukształtowania terenu.
WYSOKOROZDZIELCZE OBRAZY SATELITARNE Technika liniowy skaner elektrooptyczny (kąt widzenia 1-2 ) Zasięg przestrzenny 8x8 km (lub 11x11 lub 16x16 km) Rozdzielczość terenowa poniŝej 1 m Zakres spektralny kanał panchromatyczny i 4 kanały spektralne odpowiadające trzem barwom fal widzialnych: niebieskiej (B), zielonej (G) i czerwonej (R) oraz bliskiej podczerwieni (NIR) Rozdzielczość spektralna: 11 bitów (tj. 2048 stopni szarości) Obrazy satelitarne umoŝliwiają wykonanie ortofotomapy o rozdzielczości 1x1 m, czyli w skali 1:10000 lub nieco większej. Technika ortorektyfikacji odbiega od metod dla zdjęć lotniczych, gdyŝ zwykle pracujemy na pojedynczym obrazie.
METODA 1 WYKORZYSTANIE CECH BARWNYCH Wnioski duŝa róŝnorodność informacji spektralnej (dachów); mały kontrast względem otoczenia (nawierzchnie ulic...).
PROBLEMY DuŜy wpływ warunków oświetleniowych (pora dnia, stopień nasłonecznienia, cienie), DuŜe zróŝnicowanie kolorystyczne dachów zabudowań (> 200 wzorców dla 945 budynków), ZbliŜone parametry spektralne niektórych pokryć dachów z obiektami otaczającymi (nawierzchnia jezdni, grunt, cienie), DuŜa złoŝoność obliczeniowa (czasochłonność) metody, EFEKT wysoki procent obszarów błędnie identyfikowanych jako zabudowania.
METODA 2 ANALIZA KSZTAŁTU
UWYPUKLENIE KRAWĘDZI OPERATOR SOBELA
PROBLEM ARTEFAKTÓW (drogi, zaorane pola...)
NIEZALEśNE DWUKROTNE UśYCIE OPERATORA -1-2 -1-1 0 1 0 0 0-2 0 2 1 2 1-1 0 1
WYNIK PRZETWARZANIA OBRAZU
WYNIK ZRÓśNICOWANIE KRAWĘDZI WZAJEMNIE PROSTOPADŁYCH
EFEKT PROSTOPADŁOŚCI KRAWĘDZI BUDYNKÓW
ALGORYTM DETEKCJI NOWYCH BUDYNKÓW 1. Zamiana oryginalnego obrazu barwnego (RGB) na obraz monochromatyczny (odcienie szarości). 2. NiezaleŜna detekcja pionowych i poziomych krawędzi operator Sobela (wynik para obrazów). 3. Binaryzacja otrzymanych obrazów w kroku 2 (próg). 4. Detekcja obszarów sąsiadujących z, odpowiednio, pionowymi i poziomymi krawędziami - zastosowanie operacji splotu z pełną maską (rozmiar maski). 5. Wyodrębnienie obszarów w których jednocześnie występują pionowe i poziome krawędzie zastosowanie operatora min. 6. Binaryzacja obrazu otrzymanego w kroku 5 (próg). 7. Filtracja obrazu odrzucenie obszarów o małej powierzchni. 8. Wyszukiwanie rozłącznych obszarów i ich ewentualne grupowanie.
KOLEJNE ETAPY PRZETWARZANIA OBRAZU
KOLEJNE ETAPY PRZETWARZANIA OBRAZU cd.
WYNIK PRZETWARZANIA
WYNIKI DETEKCJI NOWYCH ZABUDOWAŃ
BUDYNKI, OBSZARY ZIELENI, DROGI
ALGORYTM DETEKCJI WYBURZONYCH ZABUDOWAŃ 1. Przeprowadzenie sekwencji kroków od 1 do 6 algorytmu detekcji nowych budynków w celu uzyskania obszarów, w których jednocześnie występują pionowe i poziome krawędzie. 2. Wygenerowanie zbioru masek opartych na reprezentacji wektorowej kaŝdego z domów. 3. Zastosowanie operatora dylatacji i erozji (2x) na kaŝdej z masek uzyskanych w kroku 1. 4. Zastosowanie operator xor na obrazach uzyskanych z kroku 2, w celu utworzenia zbioru masek reprezentujących kontur 4-pixelowy kaŝdego z budynku. 5. Zliczanie liczby punktów naleŝących do pionowych i poziomych krawędzi w obrazie uzyskanym w kroku 1. dla obszaru pod maską kaŝdego z budynków. 6. Przyjęcie, Ŝe dany budynek został wyburzony jeśli liczba punktów uzyskana w kroku jest mniejsza od przyjętego progu.
WYNIKI ALGORYTMU DETEKCJI WYBORZONYCH ZABUDOWAŃ
PROBLEM ZACIENIONE OBSZARY
IMPLEMENTACJA W SYSTEMIE INFORMACJI PRZESTRZENNEJ GEO-INFO to obiektowy system informacji przestrzennej, bazujący na mapie numerycznej zapisanej w relacyjnej bazie danych w postaci modelu matematycznego. UŜytkownik ma dostęp do wszystkich informacji, zgromadzonych w systemie, zarówno geometrycznych, jak i opisowych. KaŜdy obiekt posiada standardowy zestaw atrybutów, który moŝe zostać dowolnie zmodyfikowany przez uŝytkownika. Podstawowym zadaniem programu jest obsługa treści mapy zasadniczej i map topograficznych wraz z nakładkami o treści specjalnej (mapa ewidencyjna, GESUT, ewidencje branŝowe). Dane do zasilania baz danych systemu uzyskuje się zwykle na podstawie pomiarów bezpośrednich (mapa zasadnicza) albo przez wektoryzację map lub obrazów (mapa topograficzna). GEO-INFO generuje rysunki map topograficznych lub tematycznych, raporty i wydruki według zadanych przez uŝytkownika kryteriów.
MAPA EWIDENCYJNA ESBZO 141 1 Pomiar na osnowę i obliczenia w tym pom. GPS powiąz. z osnową? 1 1 3 Inny w tym technicznego uzbrojenia terenu 1 Ognioodporny 12 209 Nekla ZAWODZIE 9 EPINN 209 12 8705 5704519.786 3753452.054 P EPINN 209 12 8706 5704520.371 3753447.844 P EPINN 209 12 8704 5704517.499 3753447.445 P EPINN 209 12 8671 5704518.125 3753442.234 P EPINN 209 12 8674 5704511.182 3753441.341 P EPPGS 209 12 1200193 5704509.98 3753450.69 P ESBZO 142 1 Pomiar na osnowę i obliczenia w tym pom. GPS powiąz. z osnową? 1 1 3 Inny w tym technicznego uzbrojenia terenu 1 Ognioodporny 12 209 Nekla ZAWODZIE 9 EPINN 209 12 8671 5704518.125 3753442.234 P EPINN 209 12 8668 5704519.167 3753434.135 P EPINN 209 12 8672 5704512.224 3753433.242 P EPINN 209 12 8674 5704511.182 3753441.341 P
MAPA EWIDENCYJNA
ILUSTRACJA ZASTOSOWANIA METODY W SIP GEO-INFO
ILUSTRACJA ZASTOSOWANIA METODY W SIP GEO-INFO
ILUSTRACJA ZASTOSOWANIA METODY W SIP GEO-INFO
ILUSTRACJA ZASTOSOWANIA METODY W SIP GEO-INFO
ILUSTRACJA ZASTOSOWANIA METODY W SIP GEO-INFO
Praca wykonana w ramach grantu KBN Nr 4T12E 016 26 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Ireneusz Wyczałek E-mail: ireneusz.wyczalek@put.poznan.pl