2) Geodezyjne pomiary fotogrametryczne

Projektowanie nalotu fotogrametrycznego
Akty prawne normujące pomiary fotogrametryczne w Polsce:
1. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 9 listopada
2011r. w sprawie standardów technicznych wykonywania geodezyjnych pomiarów
sytuacyjnych i wysokościowych oraz opracowywania i przekazywania wyników tych
pomiarów do państwowego zasobu geodezyjnego i kartograficznego
2. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 3 listopada
2011r. w sprawie w sprawie baz danych dotyczących zobrazowań lotniczych i
satelitarnych oraz ortofotomapy i numerycznego modelu terenu
Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 9 listopada 2011r. w
sprawie standardów technicznych wykonywania geodezyjnych pomiarów sytuacyjnych i
wysokościowych oraz opracowywania i przekazywania wyników tych pomiarów do
państwowego zasobu geodezyjnego i kartograficznego
Rozporządzenie określa: standardy techniczne
• Wykonywania pomiarów syt. – wys.
• Opracowywania wyników i przekazywania do zasobu
Na potrzeby EGiB, GESUT, podziałów nieruchomości, postępowań sądowych,
zagospodarowania przestrzennego
Art.5.1
Geodezyjne pomiary sytuacyjne wykonywane są jako:
1) Geodezyjne pomiary terenowe
2) Geodezyjne pomiary fotogrametryczne
3) Geodezyjne pomiary kartometryczne
Art.5.2
Geodezyjne pomiary wysokościowe wykonywane są jako:
1) Geodezyjne pomiary terenowe
2) Geodezyjne pomiary fotogrametryczne
geodezyjny pomiar fotogrametryczny — jest to geodezyjny pomiar sytuacyjny lub
wysokościowy wykonywany na modelu terenu utworzonym z przetworzonych zdjęć
lotniczych lub satelitarnych
Art.43.2
Geodezyjne sytuacyjne i wysokościowe pomiary fotogrametryczne wykonuje się
wyłącznie w technologii fotogrametrycznych opracowań cyfrowych.
Art.43.3
Geodezyjny sytuacyjny i wysokościowy pomiar fotogrametryczny może być
wykonywany metodą skaningu laserowego.
Art.43.4
Geodezyjnego wysokościowego pomiaru fotogrametrycznego nie wykonuje się na
terenach zalesionych i pokrytych wodami.
Art.44.1
Geodezyjne sytuacyjne i wysokościowe pomiary fotogrametryczne weryfikuje poprzez
porównanie treści zdjęć lotniczych lub satelitarnych z terenem. Ponadto wykonuje się
w niezbędnym zakresie pomiary terenowe w celu:
•
•
Identyfikacja położenia szczegółów terenowych niedostępnych na zdjęciu
Pozyskania nieprzestrzennych atrybutów obiektów
Art.45.1
Geodezyjny sytuacyjny pomiar fotogrametryczny podlega weryfikacji przez wykonanie
geodezyjnych sytuacyjnych pomiarów terenowych wybranych szczegółów terenowych
równomiernie rozłożonych na opracowywanym obszarze, w tym szczegółów
terenowych położonych na skrajach stereogramów.
Art.45.2
Geodezyjny wysokościowy pomiar fotogrametryczny podlega weryfikacji przez
wykonanie geodezyjnego wysokościowego pomiaru terenowego wybranych
punktów kontrolnych lub przekrojów kontrolnych.
Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 3 listopada 2011r. w
sprawie w sprawie baz danych dotyczących zobrazowań lotniczych i satelitarnych oraz
ortofotomapy i numerycznego modelu terenu
Rozporządzenie określa:
zakres informacji gromadzonych w bazach danych dotyczących zobrazowań lotniczych
i satelitarnych oraz ortofotomapy i numerycznego modelu terenu
Art.3.1
a) fotogrametryczne zdjęcia lotnicze zarejestrowane w
postaci obrazów powierzchni
ziemi przez pomiarowe kamery analogowe lub pomiarowe kamery cyfrowe, które są
zainstalowane w samolocie lub śmigłowcu, i utrwalone na elektronicznych
nośnikach informacji lub filmie negatywowym lub filmie pozytywowym
Art.19.1.1
Zdjęcia lotnicze wykonywane są z pokładu samolotu lub śmigłowca wyposażonego w:
a) Stabilizowane powieszenie kamery łączące kamerę z pokładem samolotu
b) System planowania i zarządzania lotem
c) Pomiarową kamerę analogową lub kamerę cyfrową zintegrowaną z systemem GPS
Art.19.1.2
Projekt nalotu fotogrametrycznego powinien określać:
• Obszar opracowania
• Podział obszaru opracowania na rejony fotografowania
• Projektowaną skalę zdjęć analogowych lub terenową wielkość piksela dla zdjęć
cyfrowych
• Ogniskową obiektywu kamery
• Projektowaną wysokość lotu
• Projektowaną wielkość pokrycia podłużnego i poprzecznego zdjęć
Zdjęcia lotnicze projektuje się dla określonego zadania:
•
•
•
•
•
Mapy sytuacyjno – wysokościowe
Aktualizacja mapy sytuacyjno - wysokościowej
Budowa numerycznego modelu terenu (NMT lub NMPT)
Modele 3D miast
Modernizacja ewidencji gruntów
Podział zdjęć:
1. Przeznaczenie – topograficzne (pomiarowe), nietopograficzne
2. Sposób pokrycia:
• Zdjęcie pojedyncze – cały interesujący nas obiekt znajduje się na jednym zdjęciu
• Zdjęcia szeregowe – dla obiektów wydłużonych, szereg zdjęć zachodzących na
siebie
• Zespołowe – szeregi zdjęć zachodzące na siebie
3. Położenie osi kamery:
• Pionowe
• Prawie pionowe
• Nachylone
• Ukośne
Zdjęcia pionowe:
• Pionowa orientacja osi optycznej kamery
• Poziome ułożenie ramki tłowej
• Dla terenu płaskiego zdjęcia charakteryzują się jednakową skalą na całej powierzchni:
𝟏
𝒇
=
𝑴𝒛 𝑾
Gdzie:
𝑀𝑧 - mianownik skali zdjęcia
𝑓 – ogniskowa obiektywu kamery
𝑊 – wysokość fotografowania
Zdjęcia prawie pionowe:
• Oś optyczna kamery odchylona od pionu o max. 3st
• Typowe zdjęcia lotnicze wykorzystywane obecnie
Zdjęcia nachylone
• Oś optyczna kamery odchylona od pionu o więcej niż 3st.
• Linia horyzontu jest niewidoczna na zdjęciu
Zdjęcia ukośne
• Oś optyczna kamery odchylona od linii pionu o taki kąt, że na zdjęciu widoczna jest linia
horyzontu
Stosunek bazowy
Przez bazę podłużną zdjęć
rozumiemy odległość
pomiędzy środkami rzutów
dla obu zdjęć. Stosunek bazy i
wysokości fotografowania
nazywamy stosunkiem
bazowym
1 𝑊 𝑐𝑘
=
=
𝑣 𝐵
𝑏
1. Projektowanie skali zdjęć
• Skala zdjęcia determinuje dokładność sytuacyjną opracowania oraz zasób treści mapy
• Dokładność pomiaru sytuacyjnego ze zdjęć jest wprost proporcjonalna do skali zdjęć
• Błąd określenia wysokości wyrażany jest wzorem:
𝟏
𝑾 𝑾
𝑾
𝒇
𝑾
𝒎𝑯 = 𝑴𝒛 ∗ ∗ 𝒎𝒑 = ∗ ∗ 𝒎𝒑 = ∗
∗ 𝒎𝒑 =
∗ 𝒎𝒑
𝒗
𝒇 𝑩
𝒇 𝒃𝒛𝒅𝒋
𝒃𝒛𝒅𝒋
gdzie:
𝑚𝐻 - błąd określenia wysokości
𝑀𝑧 - mianownik skali zdjęcia
𝑣 – stosunek bazowy
𝑊 – wysokość lotu
𝐵 – baza fotografowania
𝑏𝑧𝑑𝑗 – baza fotografowania na zdjęciu
𝑚𝑝 - błąd pomiaru paralaksy
Im większa skala zdjęć, tym wyższa
Im większa skala zdjęć, tym większa
Im większa skala zdjęć, tym wyższy
dokładność opracowania
liczba zdjęć
koszt opracowania
Zdjęcie analogowe
Skala zdjęcia
Zdjęcie cyfrowe
Wielkość piksela terenowego
- odległość pomiędzy punktami terenowymi
reprezentowanymi przez środki sąsiednich pikseli
obrazu cyfrowego
𝑷𝒕 ∗ 𝒄 𝒌
𝑾=
𝑷𝒎
Metryka kamery
2. Wybór stożka kamery
Przy wyborze stożka kamery należy uwzględnić:
• Typ i ukształtowanie terenu (teren płaski, górzysty, miejski – wysoka, niska zabudowa)
• Rodzaj opracowania – mapa syt. – wys., ortofotomapa, fotointerpretacja
• Dokładność opracowania wysokościowego
• Uwarunkowania techniczne związane ze sprzętem
Stożek
obiektywowy
nadszerokokątny, f =
88 mm
szerokokątny,
f = 153 mm
półnormalnokątny
f = 210 mm
normalnokątny,
f = 305 mm
Rekomendacje
Zalecany:
Opracowania o podwyższonej dokładności,
płaski, odkryty teren
Niezalecany:
Tereny górzyste, zabudowane
Zalecany:
W większości przypadków: opracowania
sytuacyjno – wysokościowe, tereny płaskie i
pagórkowate, teren podmiejski, rekreacyjny
Niezalecany:
Teren miejski z zabudową wielokondygnacyjną
Zalecany:
Teren miejski z zabudową wielokondygnacyjną
Niezalecany:
Dla zdjęć wymagających zwiększonej dokładności
Błąd wysokości
jest wprost proporcjonalny do wysokości fotografowania
i
Odwrotnie proporcjonalny do stosunku bazowego
Dane:
• Baza na zdjęciu 𝑏𝑧𝑑𝑗 = 92mm
Stosunek bazowy:
𝑣=
f = 88mm
f = 152mm
f = 210mm
f = 305mm
𝐵 𝑏𝑧𝑑𝑗
=
𝑊
𝑓
𝑣=
𝑣=
𝑣=
𝑣=
1,05
0,61
0,44
0,30
Przy założonej skali zdjęcia, im krótsza jest ogniskowa tym
wyższa jest dokładność
Wpływ stożka kamery na tworzenie się martwych pól
Martwe pole to obszar zasłonięty przeszkodą terenową, w wyniku czego nie jest możliwe
stereoskopowe obserwowanie tego miejsca.
Wielkość obszaru martwego pola przy stałej wysokości fotografowania zależy od:
1. Wysokości przeszkody
2. Kąt rozwarcia obiektywu
Dla terenów wysokogórskich i terenów
miejskich z zabudową
wielokondygnacyjną zaleca się
stosowanie kamer normalnokątnych
3. Projektowanie wysokości fotografowania
• Wysokość fotografowania określa się względem średniej płaszczyzny obszaru
fotografowania
• Wysokość fotografowania ustalana jest dla zaproponowanej skali zdjęcia i wybranego
stożka kamery wg zależności:
𝑾 = 𝒇 ∗ 𝑴𝒛
Wysokość fotografowania musi mieścić się w zakresie osiągalnego pułapu samolotu !
• Wysokość średniej płaszczyzny obszaru ustala się:
 Dla terenów równinnych i lekko pofałdowanych
𝑯ś𝒓. =
𝟏
∗ (𝑯𝒎𝒂𝒙 + 𝑯𝒎𝒊𝒏 )
𝟐
 Dla terenów pofałdowanych
𝑯ś𝒓. = 𝑯𝒎𝒂𝒙 −
𝟏
∗ (𝑯𝒎𝒂𝒙 − 𝑯𝒎𝒊𝒏 )
𝟑
𝑯𝒎𝒂𝒙 , 𝑯𝒎𝒊𝒏 odczytuje się z dostępnych map
W projekcie nalotu fotogrametrycznego podaje się dodatkowo:
• Wysokość absolutną lotu:
𝑯𝟎 = 𝑾 + 𝑯ś𝒓
• Wysokość lotu odniesioną do wysokości lotniska:
𝑾𝒍𝒐𝒕 = 𝑾 + 𝑯ś𝒓 − 𝑯𝒍𝒐𝒕
4. Projektowanie pokrycia podłużnego i poprzecznego
Pokrycie podłużne
Zdjęcia w szeregu wykonuje się tak, aby ich zasięgi terenowe częściowo nakładały
się na siebie. Nałożone na siebie fragmenty zdjęć w jednym szeregu nazywane są
pokryciem podłużnych.
Pokrycie podłużne wyrażane jest w %. Aby uzyskać sztuczny efekt stereoskopowy
wymagane jest pokrycie podłużne min. 60%. Przy takim pokryciu powstają pasy
potrójnego pokrycia
Baza na zdjęciu – odległość pomiędzy
punktami głównymi zdjęć
𝑏𝑧𝑑𝑗
1
2
3
Dla terenów pofałdowanych pokrycie
podłużne należy zwiększyć o wpływ
rzeźby terenu:
∆𝑯
𝒑 % = 𝒑𝟎 % + 𝟓𝟎 ∗
[%]
𝑾
Pokrycie poprzeczne
Osie szeregów planuje się w takiej odległości od siebie, aby między zasięgami zdjęć
sąsiednich szeregów wystąpiło pokrycie.
Pokrycie poprzeczne jest niezbędne do połączenia szeregów w jeden blok zdjęć.
𝑏𝑧𝑑𝑗
1
2
4
5
3
𝑏𝑧𝑑𝑗
6
Dla terenów pofałdowanych pokrycie
podłużne należy zwiększyć o wpływ
rzeźby terenu:
∆𝑯
𝒒 % = 𝒒𝟎 % + 𝟕𝟎 ∗
[%]
𝑾
5. Opracowanie projektu lotu w postaci graficznej
• Elementy graficzne projektu lotu nanosi się na istniejące mapy topograficzne
• Cały obszar fotografowania pokrywa się zdjęciami o określonym pokryciu poprzecznym
i podłużnym
• Skrajne szeregi projektuje się tak, aby ich terenowe zasięgi wykraczały o 25% zasięgu
zdjęcia poza granice obiektu
• Wzdłuż kierunku lotu projektuje się miejsce włączenia kamery w odległości 1,5 bazy na
zewnątrz granicy obszaru fotografowania
Ćwiczenie
Opracowanie nalotu fotogrametrycznego: część obliczeniowa + mapa
Część obliczeniowa:
Należy wybrać dolną wartość zakresu skali zdjęcia dla skali mapy 1:2000
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Wysokość względna lotu [m],0
Bezwzględna wysokość lotu [m],0
Wysokość lotu odniesiona do wys. lotniska [m],0
Pokrycie podłużne [%],0
Pokrycie poprzeczne [%],0
Zasięg pojedynczego zdjęcia bez uwzględnienia pokrycia [m],0
Użyteczny zasięg zdjęcia (po uwzględnieniu pokrycia) [m],0
Powierzchnia użyteczna jednego zdjęcia [ha],2
Całkowita liczba zdjęć [liczba zdjęć],0
Długość potrzebnej błony fotograficznej [m],2
Czas ekspozycji [s],0
Interwał czasowy [s],2
dane
Długość obszaru
Szerokość obszaru
mianownik skali mapy
ogniskowa
format zdjęcia
średnia wysokość obszaru
wysokość lotniska
prędkość lotu
wielkość plamki rozmycia
pokrycie podłużne
pokrycie poprzeczne
1 Ciechanowska
2 Czyż
3 Jankowska
4 Jarosz
5 Jastrzębska
6 Jaworski
7 Kaszczak
8 Kisielowska
9 Kolano
10 Kosior
11 Kościelniak
12 Kotlarz
13 Kózka
Karolina
Justyna
Aleksandra
Katarzyna
Karolina
Wojciech
Paweł
Aleksandra
Kinga
Anna
Anna
Klaudia
Natalia
oznaczenie
Dx
Dy
Mk
f
l
Hśr
Hlot
v
d
p
g
wartości
20+n
6+n
2000
200+n
18
300
200
160
0,03
64
36
jednostki
km
km
mm
cm
m
m
km/godz.
mm
%
%
z uwzględnieniem rzeźby
terenu
Część graficzna
rozmiary obiektu
skala mapy
1:25000
szer.
dł.
3000m - 50n 5500m - 50n
pokrycie
podłużne (nie
uwzględniać
rzeźby terenu)
70%
pokrycie
poprzeczne (nie
format zdjęcia skala zdjęcia
uwzględniać rzeźby
terenu)
40%
18cm x 18cm
1:8000