Luento 13: Ympäristömallien tiedonkeruu

Transkriptio

1 Maa Fotogrammetrinen kartoitus Luento-ohjelma Luento 13: Ympäristömallien tiedonkeruu Luento 13: Ympäristömallien tiedonkeruu 3-D mallien tiedonkeruu Ilmakuvauksen vaihtoehdot ympäristömallien tiedonkeruussa Digitaaliset kuvat käsitteissä Ilmavalokuvan ja ilmavideokuvan käyttöominaisuuksista Kaksikuvamittaus 3-D kaupunkimallit Julkaisuja (Alkuperäinen luento: Henrik Haggrén, Muutoksia: Eija Honkavaara, ) Nurminen, Kimmo, Digitaalisten ilmakuvien käyttö kaupungin paikkatietojärjestelmässä (Digital Aerial Photographs in Municipal Geographic Information System), diplomityö, TKK, 2002 o "Ilmakuvat liittyvät paikkatietojärjestelmässä lähinnä tiedon ylläpitoon ja esittämiseen. Tässä diplomityössä tarkastellaan suuri- ja keskimittakaavaisten ilmakuvien käyttömahdollisuuksia kaupungin paikkatietojärjestelmässä." (Nurminen, 2002) 1

2 "Nikinmäen ortomosaiikki ja asekaavan pohjakarttaa, Vantaan kaupungin mittausosasto Vantaan ortokuva-aineistoista Nikinmäki on geometrisesti tarkin. Alueella oli jo valmiina merkittävä osa korkeuskäyrästöstä vektorimuotoisena ja loput digitoitiin käsin MicroStation- ja Stella-ohjelmistoilla syyskesällä Tiestö, luiskat, ojat, alueella sijaitseva jokiuoma ja muut kaavan pohjakartan täydennettävät kohteet saatiin analyyttiseltä kojeelta 3D:nä. Koska alue on Vantaan kaupungin koillisrajalla ja rajautuu Keravaan ja Sipooseen, Vantaan ulkopuolisilla alueilla käytettiin Maanmittauslaitoksen 25x25 metrin ruutukorkeusmallia. Kuvaus oli kuuden kuvan jono ja siten mosaiikin laidoilla maastovirhe on jo merkittävä. Kuvien skannaus tehtiin Leica/Helava DSW200 skannerilla 12.5 mm:n resoluutiolla." (Nurminen, 2002) Tikkurilan ortomosaiikkia HMR-formaatissa ja kaavan pohjakarttaa, Vantaan kaupungin mittausosasto (Nurminen, 2002) 2

3 "Vapaalan vuoden 2000 ortomosaiikki tehtiin alueen stereomallien yhteydessä. Kuvaus oli tavallinen kaavan pohjakartan ylläpitokuvaus. Peitot olivat 60% / 30% eli eivät parhaat ortokuvia ajatellen. Kuvaus oli signaloitu. Orto-oikaisussa käytettiin Maanmittauslaitoksen mallia. Vapaalan kuvaus on tyyppiesimerkki suuriresoluutioisesta kaupunkikuvauksesta. Ortokuvan maastopikseli voi olla niinkin pieni kuin 5 cm. Useimmat paikalliset mosaiikit tultaneen kuitenkin uudelleennäytteistämään 10 cm:iin." (Nurminen, 2002) "Osa Ilolan kantakartan stereotäydennyksestä. Nykyisessä kokoonpanossaan piirto-ohjelmisto koostuu kahdesta pääohjelmistosta. MicroStation/J GeoGraphics ja Stella. Stellakohdeluokitus tulee MicroStation:ssa toimivan STATTACH.MDL-sovelluksen kautta." (Nurminen, 2002) 3

4 "Ortokuvapari Hakunilasta, maastopikseli 12.5 cm, Vantaan kaupungin mittausosasto Mikäli ortokuvilta halutaan saada kauttaaltaan kolmiulotteinen näkymä, luodaan stereoparin toisesta kuvasta tavallinen ortokuva ja toiselle kuvalle tehdään orto-oikaisu keinotekoisella vaakaparallaksilla px. Syntynyttä kuvaparia kutsutaan stereo-ortokuvapariksi. Ortokuva on ortogonaaliprojektio ja sen stereopari yhdensuuntainen vinoprojektio." (Nurminen, 2002) 4

5 3-D mallien tiedonkeruu Heikkinen, Jussi, Feature based photogrammetry. Erikoistyö, TKK. o 3-D mallien tiedonkeruu ilmakuvilta (Jussi Heikkinen, 1998) Virtuaalimallin tuotannon vaiheet: o Tiedonkeruu Ilmakuvat, satelliittikuvat, laserkeilaus Maastomittaukset: geodeettiset, fotogrammetria, laserkeilaus, tekstuurikuvat Paikkatiedot: korkeusmallit, kartat o 3D-datan tuottaminen o Rekisteröinti o Geometrisen mallin luominen (usein monilla resoluutioilla) o Tekstuurin lisääminen malliin o Renderöinti 3-D mallinnus. (Madani, 1996). 5

6 Straight line matching in a stereopair. (Grün, 2000) (Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999) 6

7 (Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999) (Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999) 7

8 (Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999) (Dieter Fritsch, 1999) 8

9 (John Danahy, 1999) (John Danahy, 1999) 9

10 (John Danahy, 1999) (John Danahy, 1999) (Michael Gruber, 1999) 10

11 (Michael Gruber, 1999) (Michael Gruber, 1999) (Michael Gruber, 1999) 11

12 (Michael Gruber, 1999) (Dieter Fritsch, 1999) (Dieter Fritsch, 1999) 12

13 (Dieter Fritsch, 1999) (Dieter Fritsch, 1999) References o Dieter Fritsch, Virtual cities and landscape models - what has photogrammetry to offer?, Photogrammetric Week '99, Wichmann, 1999, p o Michael Gruber, Managing Large 3D Urban Databases, Photogrammetric Week '99, Wichmann, 1999, p o John Danahy, Visualization Data Needs in Urban Environmental Planning and Design, Photogrammetric Week '99, Wichmann, 1999, p o Armin Gruen and Xinhua Wang, CyberCity Modeler, a tool for interactive 3-D city model generation, Photogrammetric Week '99, Wichmann, 1999, p o Jussi Heikkinen, D mallit, Ilmakuvauksen vaihtoehdot ympäristömallien tiedonkeruussa Digitoidut kartoituskuvaukset 13

14 o Maaston korkeusmallin mittaus - havaintotyö puoliautomaattista, maanpinnan seuraaminen toimii - malli editoitava o Ilmakolmiointi - havaintotyö lähes automaattista, toimii - blokki geometrisesti erittäin hyvä, koska kuvien välisiä liitospisteitä voidaan käyttää lähes rajattomasti Digitaaliset ilmakuvaukset o Ensimmäiset koekuvaukset 1990-luvun lopulla. o 2004: Markkinoilla useita laajaformaattisia digitaalisia ilmakuvakameroita, Luento 3 Laserskannaukset o Käyttö lisääntymässä: Luento 8, Laserskannerit Videokuvaus o Valmiina tuotteena: EnsoMOSAICK o Kehitystyö käynnissä: VTT KADIP o Aiempia kehityshankkeita: Videoprofilointi (Airborne 3-D Videoprofilometer, 1995) Viistokuvat Satelliittikuvaus Digitaaliset kuvat käsitteissä Analogiakuvat - digitaaliset kuvat? o Ilmakuvat käsitetään yleisesti lentokoneesta otetuiksi analogisiksi valokuviksi. o Ilmakuvausta tehdään myös videokuvauksena, kuvaavilla spektroradiometreillä, tutkalla, mikroaaltoradiometreillä, ym. o Satelliittikuvat käsitetään yleisesti satelliitista otetuiksi digitaalisiksi kuviksi. Ilmakuvat - satelliittikuvat? o Nykyisellään ei kuvaustekniikan eikä kuvankäsittelytekniikan puolesta ole erityistä syytä korostaa eroa ilmakuvien tai satelliittikuvien välillä. o Kuvaustoimintana ilmakuvaus on projektiluonteista. o Satelliittikuvaus on jatkuvaa, mutta voidaan tarpeen tuleen suorittaa myös tilauksesta. Ilmavalokuvan ja ilmavideokuvan käyttöominaisuuksista Perusominaisuudet kartoitussovelluksia ajatellen o Valokuva filmille kuvakoko 230 mm x 230 mm geometria, esim. 1 : 230,000 resoluutio, esim 60 lp/mm digitoitava kuvien ulkoinen orientointi hallitaan o Videokuva kuvanauhalle tai kovalevylle kuvakoko 512 x 512 pikseliä geometria, esim. 1 : 5-10,000 resoluutio, esim. 400 p/juova 14

15 digitoitu kuvien ulkoinen orientointi edellyttää käytännössä myös kuvauksenaikaista paikannusta koneessa Kuvien informatiosisältö o Ilmavalokuvan informaatiosisältö on ylivertainen videokuvaan nähden. Suhde seuraavassa esimerkissä 4761:1 : Valokuva: (60 lp/mm x 230 mm)² = ² lp² Videokuva: 200² lp o Aluekuvauksissa kuvien lukumääriä verrattaessa videokuvaus on tehokkaampi. Suhde seuraavassa esimerkissä 1:100 : Valokuva: matalakuvauksissa kuvanottoväli 3-5 sekuntia => 450 kuvaa 30 minuutissa, jos kuvanottoväli 4 sekuntia. Videokuva: 30 min x 60 sek x 25 kuvaa/sek = kuvaa/30_min Tutkijan näkemys näiden kahden ilmakuvausmenetelmän tulevaisuudesta: o Ilmakuvien käyttö kartoituskuvauksissa perustuu yhä enemmän hyvän kuvageometrian hyödyntämiseen, mm : 230 mm => 1 : 230,000. o Videokuvauksen käytössä korostuu radiometrinen hyödyntäminen, 25 kuvaa/sekunti suuri kuvamäärä ja katveet vähenevät, muutokset kuvalta toiselle vähäisiä, välitön tiedonkäsittely, mahdollisuus matalakuvaukseen myös pilvisellä säällä. Kaksikuvamittaus Kaksikuvamittaus on kolmiulotteista kartoitusta ilmakuvilta ilman stereotarkastelua. Kaksikuvamittaus tehdään oikaisemattomillta ilmakuvilta. Kuvien ulkoinen tunnetaan samoin kuin stereokartoituksessa.. Mittaus perustuu nadiirisuorien hyväksikäyttöön. Nadiirisuora on ilmakuvalle projisioitu suora viiva, joka kulkee kuvan nadiiripisteen kautta. Kaikki kohteen pystysuorat viivat ovat nadiirisuoria. Jos maaston korkeusmalli tunnetaan, kohde voidaan mitata kolmiulotteisesti yhdeltä kuvalta. Jos sama kohde havaitaan uudestaan joltakin toiselta kuvalta, kohteen kolmiulotteinen sijainti voidaan havaita nadiirisuoria käyttäen. Tällöin ei korkeusmallia tarvita ja näitä havaintoja voidaan tarvittaessa käyttää korkeusmallin editoimiseen. Kaksikuvamittauksen geometria. (Rönnholm, 1997). 15

16 Kohdepisteen korkeus tulkitaan kaksikuvamittauksessa nadiirisuorien avulla. (Rönnholm, 1997). Kaksikuvamittauksen työvaiheet. (Rönnholm, 1997). 16

17 Kaksikuvamittauksella mitattuja talomalleja. (Rönnholm, 1997). Viitteet o Petri Rönnholm, Kaksikuvamittaus digitaalisilta ilmakuvilta, TKK, diplomityö, Espoo D kaupunkimallit (Laurent Renouard and Frank Lehmann, 1999) 17

18 Tekstuurikartta kolmiopinnalla. (E. Lindberg, 1997). Viitteet o Laurent Renouard and Frank Lehmann, High Resolution Digital Surface Models and Orthoimages for Telecom Network Planning, in: Photogrammetric Week '99, Wichmann, p o Erik Lindberg, Tekstuurien määritteleminen pinnoille VRML syntaksia käyttäen Julkaisuja ASPRS, Manual of Photogrammetry, Fifth Edition, Chapter Dimensional Reconstruction and Virtual Reality Nurminen, Kimmo, Digitaalisten ilmakuvien käyttö kaupungin paikkatietojärjestelmässä, diplomityö, TKK, 2002 Mostafa Madani, Importance of Digital Photogrammetry for a complete GIS. 5th Global Spatial Data Infrastructure Conference, Cartagena, Columbia May 21-25, OEEPE-koetyö Test on 3D-City Models Grün, Armin, Semi-automated approaches to site recording and modeling, ISPRS, Commission V, Amsterdam Roman Englert, Eberhard Gülch One-Eye Stereo System for the Acquisition of Complex 3D Building Descriptions, GIS 4/1996, p Jenni Vepsäläinen Senaatintorin ja TKK:n päärakennuksen rautalankamallit Maa Fotogrammetrinen kartoitus Luento-ohjelma