Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet



Samankaltaiset tiedostot
Luento 8: Kolmiointi AIHEITA. Kolmiointi. Maa Fotogrammetrian yleiskurssi. Luento-ohjelma

Luento 6 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 5 Mittakuva. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 9: Analyyttinen stereomittaus. Kuvien oikaisu. Ortokuvaus

Luento 4 Georeferointi

Luento 9 3-D mittaus. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 4 Georeferointi Maa Fotogrammetrian perusteet 1

Luento 6: 3-D koordinaatit

Luento 7 3-D mittaus. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 10 3-D maailma. fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Luento 11: Stereomallin ulkoinen orientointi

Luento 7: Fotogrammetrinen mittausprosessi

Fotogrammetrian termistöä

Luento 6: Stereo- ja jonomallin muodostaminen

Luento 5: Stereoskooppinen mittaaminen

Kaupunkimallit

Luento 7: Kuvan ulkoinen orientointi

Luento 10: Optinen 3-D mittaus ja laserkeilaus

Luento 9. Stereokartoituskojeet

Luento 5: Kuvakoordinaattien laskeminen ja eteenpäinleikkaus

LIITE 1(5) TYÖOHJELMA NUMEERISEN KAAVAN POHJAKARTAN LAATIMINEN. 1. Tehtävän yleismäärittely

Luento 13: Ympäristömallien tiedonkeruu

Maanmittauslaitoksen ilmakuva- ja laserkeilausaineistot ktjkii-päivä

Luento 2: Kuvakoordinaattien mittaus

Luento 5. Stereomittauksen tarkkuus Maa Fotogrammetrian perusteet 1

Luento 2 Stereokuvan laskeminen Maa Fotogrammetrian perusteet 1

Luento 9: Ortokuvien tuottaminen

TTY Mittausten koekenttä. Käyttö. Sijainti

MAA-C2001 Ympäristötiedon keruu

Teoreettisia perusteita II

Luento 7 Stereokartoituskojeet Maa Fotogrammetrian perusteet 1

(Petri Rönnholm / Henrik Haggrén, ) Luento 1: Opintojakson järjestäytyminen. Motivointia. Kertausta. Kuvamittauksen vaihtoehdot.

Maa Kameran kalibrointi. TKK/Fotogrammetria/PP

Laserkeilaus suunnistuskartoituksessa

Fotogrammetrisen kartoituksen opintojaksot

Luento Fotogrammetrian perusteet. Henrik Haggrén

KRYSP-seminaari MML:n maastotietokannan ylläpito

Luento 4: Kuvien geometrinen tulkinta

Luento 1: Fotogrammetria? Opintojakson sisältö ja tavoitteet.

Luento 3: Kuvahavainnot

Tampereen yliopisto Tietokonegrafiikka 2013 Tietojenkäsittelytiede Harjoitus

Luento 13: Ympäristömallien tiedonkeruu

x 5 15 x 25 10x 40 11x x y 36 y sijoitus jompaankumpaan yhtälöön : b)

Maa Fotogrammetrian erikoissovellutukset (Close-Range Photogrammetry)

1. Olkoot vektorit a, b ja c seuraavasti määritelty: a) Määritä vektori. sekä laske sen pituus.

Valitse vain kuusi tehtävää! Tee etusivun yläreunaan pisteytysruudukko! Kaikkiin tehtäviin tarvittavat välivaiheet esille!

Miehittämättömän ilma-aluksen käyttö toimitustuotannon kartoitustyössä

Ilmakolmioinnin laadunvalvonta fotogrammetristen pintamallien ja laserkeilausaineiston avulla


FOTOGRAMMETRINEN PISTETIHENNYS

Maastomallit ympäristö- ja maanrakennusalan suunnittelussa

Paikkatietoaineistot. - Paikkatieto tutuksi - PAIKKATIETOPAJA hanke

Peruskartasta maastotietokantaan

Preliminäärikoe Tehtävät A-osio Pitkä matematiikka kevät 2016 Sivu 1 / 4

Miehittämättömän lennokin ottamien ilmakuvien käyttö energiakäyttöön soveltuvien biomassojen määrän nopeassa arvioinnissa

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Vastaus: Määrittelyehto on x 1 ja nollakohta x = 1.

Grä sbö len tuulivöimähänke: Kuväsövitteet

1. Hankinnan tausta ja tarkoitus

Tekijä Pitkä matematiikka Suoran pisteitä ovat esimerkiksi ( 5, 2), ( 2,1), (1, 0), (4, 1) ja ( 11, 4).

Maa Fotogrammetrian erikoistyö TIESUUNNITTELUSSA KÄYTETTÄVIEN KARTTA- JA MALLIAINEISTOJEN TUOTTAMINEN. Erno Puupponen, 45021M

Porvoo Tolkkinen - Nyby Maakaasuputkilinjausten ja terminaalialueen muinaisjäännösinventointi 2012

Osoita, että kaikki paraabelit ovat yhdenmuotoisia etsimällä skaalauskuvaus, joka vie paraabelin y = ax 2 paraabelille y = bx 2. VASTAUS: , b = 2 2

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

SIPOON KUNNAN KAAVOITUKSEN POHJAKARTAN LAATIMINEN SEKÄ ILMAKUVAUS MARTINKYLÄN ALUEELLA

5.3 Suoran ja toisen asteen käyrän yhteiset pisteet

LIITE 1(5) TYÖOHJELMA ASEMAKAAVAN POHJAKARTAN TÄYDENNYSKARTOITUS. 1. Tehtävän yleismäärittely

Lauseen erikoistapaus on ollut kevään 2001 ylioppilaskirjoitusten pitkän matematiikan kokeessa seuraavassa muodossa:

Luento 11: Kartoitusprojektit

ETRS89- kiintopisteistön nykyisyys ja tulevaisuus. Jyrki Puupponen Kartastoinsinööri Etelä-Suomen maanmittaustoimisto

Luento 4: Kiertomatriisi

Luento 1 Fotogrammetria prosessina Maa Fotogrammetrian perusteet 1

yleisessä muodossa x y ax by c 0. 6p

M 1 ~M 2, jos monikulmioiden vastinkulmat ovat yhtä suuret ja vastinsivujen pituuksien suhteet ovat yhtä suuret eli vastinsivut ovat verrannolliset

PAINOVOIMAMITTAUKSET JA KALLIONPINNAN SYVYYSTULKINNAT

OUTOKUMPU OY 0 K MALMINETSINTA

Luento 8: Ilmakuvaus AIHEITA. Kuvauslajit. Maa Fotogrammetrian perusteet. Luento-ohjelma

Korkeusmallien vertailua ja käyttö nitraattiasetuksen soveltamisessa

Maanmittauslaitoksen laserkeilaustoiminta - uusi valtakunnallinen korkeusmalli laserkeilaamalla

3 TOISEN ASTEEN POLYNOMIFUNKTIO

Tampereen seudun mittauspäivät. Pasi Puttonen Etelä Savon ammattiopisto

Visualisointiraportti

1) Maan muodon selvittäminen. 2) Leveys- ja pituuspiirit. 3) Mittaaminen

Ota tämä paperi mukaan, merkkaa siihen omat vastauksesi ja tarkista oikeat vastaukset klo 11:30 jälkeen osoitteesta

KOORDINAATTI- JA KORKEUSJÄRJESTELMIEN VAIHTO TURUSSA

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 Insinöörivalinnan matematiikan koe , Ratkaisut (Sarja A)

SINI- JA KOSINILAUSE. Laskentamenetelmät Geodeettinen laskenta M-Mies Oy

2 Pistejoukko koordinaatistossa

HAAPAVEDEN HANKILANNEVAN TUULIVOIMAPUISTO

Luento 1 Koko joukko kuvia! Moniulotteiset kuvat Maa Johdanto valokuvaukseen, fotogrammetriaan ja kaukokartoitukseen

Mittaushavaintojen täsmällinen käsittelymenenetelmä

Kuusiselän tuulivoimahanke, Rovaniemi

FLIC ja PTA yhteinen työpaja rakennusten sijaintitietojen ylläpitomenettelyistä. Rakennusten sijaintitietojen käsittelystä kuntien prosesseissa

JHS 185 Asemakaavan pohjakartan laatiminen Liite 5 Kaavoitusmittauksen ja asemakaavan pohjakartan laadunvalvonta

Mb8 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) sivu 1/2

Transkriptio:

Maa-57.1030 Fotogrammetrian perusteet Luento 8 Kartoitussovellukset Petri Rönnholm/Henrik Haggrén Mitä fotogrammetrisella kartoituksella tuotetaan? 3D koordinaatteja kohteesta Maaston korkeusmalli Topograafiset ja temaattiset kartat Fotorealistiset 3D-mallit (3D kartat) Ortokuvat eli karttaprojektiossa olevat ilma- tai satelliittikuvat

Kartoituksen tuotteita, kartta Kartta on mittakaavan mukaisesti pienennetty ja merkeiltää ään selitetty piirroskuva tietystä alueesta. Kartan tärkein tehtävä on kertoa, miten paikat sijaitsevat toisiinsa nähden. (Wikipedia) Kartta Peruskartta 1 : 20 000. Peruskartta on yleismaastokartta, jonka tiedonkeruu perustuu stereokartoitukseen. Maastosta esitetään topografia eli maaston korkeus- ja syvyyssuhteet, sekä näkyvät piirteet, kuten maankäyttöluokkien rajat, kasvillisuus, asutus ja tiestö.

2D kartta, 3D kartta Helsinki Tokio lähde: http://www.virtuaalipohjanmaa.fi/taustaa/2d-vai3d.php Kartoitussovelluksissa fotogrammetrinen mittaus perustuu Kolmiointiin Stereokuvien tulkintaan Oikaistujen ortokuvien tulkintaan

Kolmiointi Kolmiointi on tarkin fotogrammetrinen osa kartoitusprosessissa Kolmioinnilla saadaan koordinaattihavaintoja geodeettisen runkoverkon tihennyspisteille, rajamerkeille sekä niille luonnollisille, kuvilla näkyville kohteille, joita käytetään stereomallien tai ortokuvien tukipisteinä Kolmiointi Kolmioinnissa havaitaan kuvilta liitospisteitä Liitospisteet ovat tarkasti mitattuja kuvien välisiä vastinpisteitä (signaloituja tai luonnollisia pisteitä) Kuvahavainnoista lasketaan sädekimput kameran sisäisen isen orientoinnin tiedoin ja sädekimput tasoitetaan blokkina Ratkaistaan kuvien ulkoiset orientoinnit ja liitospisteiden 3-D koordinaatit

Ilmakolmiointi osana fotogrammetrista kartoitusprosessia Kolmioinnin tuloksena saadaan välillisesti ratkaistua kuvien ulkoiset orientoinnit. Nykyisin kuvien orientoinnit voidaan määrittää tarkkaan myös suorin GPShavainnoin, inertiaalisin navigointihavainnoin sekä kameran kallistushavainnoin. Tästä huolimatta kolmiointi tehdään, koska sillä varmistetaan kartoituskoordinaatiston tasalaatuisuus koko kartoitusalueella. Stereomittaus osana fotogrammetrista kartoitusta

Stereokuvilta mitataan Korkeusmalli pistehavaintoina tai korkeuskäyrin yrinä Pistehavainnot maasto- tai karttatietokannan nan ympäristömalleihin kaupunkien kantakartat ja maanmittauslaitoksen ylläpit pitämä valtakunnallinen maastotietokanta Ym. Korkeusmalli mitattuna fotogrammetrisesti korkeusmallin mittaus tasavälisenä ruutuverkkona maanpinnalla korkeusmallin mittaus tasavälisenä ruutuverkkona kuvalla

Korkeusmallituotteet kolmio- eli vektorimallit, TIN-mallit ruutu- eli rasterimallit (grid( grid) korkeuskäyr yrät Maanmittauslaitos (J. Heikkinen, TKK) VTT, GLORE, Mikael Holm Korkeuskäyrät Stereomallin korkeushavaintojen tulee vastata tarkkudeltaan korkeusmallin käyräväliä käyrät eivät saa leikata toisiaan Joissain standardeissa edellytetää ään, että havaituista korkeusmallin pisteistä 90 % on mitattu tarkemmin kuin puolet käyrävälistä Esimerkiksi 10 metrin käyriä vastaavien korkeushavaintojen keskihajonnan on oltava alle 3 m (jos havainnot ovat normaalijakautuneita, näytteistä 90 % sisältyy välille ± 1,645 * keskihajonta -> > 3m=5m/1.645)

Korkeuskäyrien kartoittamiseen soveltuvan kuvauksen lentokorkeus C-kerroin = kuvauskorkeus jaettuna käyrävälillä kokemusperäinen ja siinä huomioidaan koko kartoitusketjun eli kameran, kuva-aineiston aineiston, kartoituslaitteen ja stereo-operaattorin operaattorin vaikutus korkeushavainnon tarkkuuteen Analogisilla kartoituskojeilla C-kerroin välillä 700-1500 analyyttisillä kartoituskojeilla: 2000-2200. 2200. digitaaliset stereokartoituskojeet: C-kerroin riippuu digitoinnin pikselikoosta ja vaihtelee käytännössä välillä 800-2100 C-kerroin, esimerkki Mitä käyräväliä voidaan kartoittaa, jos kuvauskorkeus on 1050 m? Esim. c-kerroin c 2000 vastaa noin 1 : 2000 kantakartan kartoituskuvausta Tulos: 1050 m/2000=0.525 m eli voidaan kartoittaa 0.5 m korkeuskäyri yriä

Korkeusmalli voidaan nykyään tehdä myös laserkeilaimella H. Hyyppä Perinteisesti korkeusmalli on tehty stereomittauksin, mutta ilmalaserkeilainten suosio on lisää ääntynyt laserkeilain saa jonkun verran havaintoja myös s puiden latvuston alta, jolloin peitteisiltäkin alueilta saadaan maaston korkeusmallia H Maastovirhe (dr) (johdatus ortokuviin) H-dH c r dr R positiivikuva dh dr nadiiri Maastovirhettä kutsutaan virheeksi, mutta virhettä aiheutuu ainoastaan siinä tapauksessa, että kuvaa käytetään karttana. dr dr = maaston korkeuseron aiheuttama säteittäissiirtymä kuvalla dr = maastovirhe dh = kohteen tai maaston poikkeama vertaustasosta H = kuvausetäisyys c = kameravakio r = korkeimman kohdan etäisyys kuvan nadiiripisteestä R = kohteen etäisyys kuvan nadiirisuorasta r

Kuvan nadiiripiste projektiokeskuksesta vedetyn luotisuoran ja kuvatason leikkauspiste projektiokeskus projektiokeskus positiivikuva positiivikuva nadiirisuora nadiirisuora pääpiste nadiiripiste pääpiste nadiiripiste Maastovirhe tapahtuu säteittäisesti kuvan nadiiripisteen suhteen (keskusprojektiokuvalla)

Maastovirheen laskeminen H H-dH c r dr positiivi -kuva Koska dr ja dr ovat samansuuntaisia, niiden yhteys on suoraan mittakaavassa (c/h): c dr = dr dr = H H c dr Yhtälö on tarkka vain pystykuville ja tasaiselle maastolle R nadiiri dr dh r dr Esim. Otetaan kuva kameralla, jonka kameravakio on 210 mm. Lentokone lentää 1000 m korkeudessa. Kuvalla mitattiin tornin alaosan ja yläosan etäisyydeksi 4 mm. Tuloksena saadaan maastovirheen (dr) suuruudeksi 19.05 m.

Tornin huippu Tornin juuri Kuinka korkea torni oli? Yhdenmuotoisten kolmioiden perusteella muodostetaan kuvasta verrantoja : r c 1) = Rc = r( H dh ) R H dh r dr c 2) = Rc = ( r dr) H R H Yhdistetään: r( H dh ) = ( r dr) H rh rdh = rh drh dh = dr H r Yhtälö on tarkka vain pystykuville ja tasaiselle maastolle nadiiri dr r H H-dH c r dr R positiivi -kuva Esim. Lentokone lentää 1000 m korkeudessa. Kuvalla mitattiin tornin alaosan ja yläosan etäisyydeksi 4 mm. Tornin huipun etäisyys kuvan nadiiripisteestä on 100 mm (kuvan koko 23 cm x 23 cm). Tuloksena saadaan, että tornin korkeus (dh) on 40 m dh dr Käänteisesti: kuinka paljon maaston korkeuserot vaikuttavat kuvalla? Ratkaistaan edellinen yhtälö dr:n suhteen: dr nadiiri r r dh dr = H Yhtälö on tarkka vain pystykuville H H-dH c r dr positiivi -kuva dh Esim. Lentokone lentää 1000 m korkeudessa. Maastossa on 80 m korkea rakennus. Kuvalla rakennuksen huippu näkyy 50 mm päässä nadiiripisteestä. Kuinka pitkältä rakennuksen pystysivu näyttää kuvalla? R dr Rakennuksen pituus alareunasta yläreunaan on kuvalla 4 mm (dr).

Kohteen sijainti kuvalla vaikuttaa Samanpituinen kohde maastossa näkyy kuvalla eri pituisena riippuen etäisyydestä nadiiripisteeseen 2 1 2 3 1 3 Kallellaan oleva kuva voidaan oikaista pystykuvaksi Mekaanisesti tai laskennallisesti (projektiivinen oikaisu) Oikaisukoje Zeiss SEG-V. Ennen stereokartoitusta ilmakuvauksen kartoitussovellukset perustuivat oikaistujen kuvien käyttöön. Kuvat oikaistaan nadirikuviksi joko tunnetuilla kallistuskulmilla tai neljällä tunnetulla pisteellä. Neljän pisteen menetelmässä kartan oikaisupisteet piirretään projektiotasolle ja kuva vedostetaan pöytää kallistamalla tähän projektioon.

Kameran polttovälin vaikutus maastovirheeseen Normaalikulmaisella optiikalla (150 mm) maastovirhe on puolet pienempi kuin laajakulmaoptiikalla (300 mm). Mitä pienempi maastovirhe on sitä vähemmän jää katvealueita, joilta ei voida tehdä mittauksia. Ortokuvat Tehdää ään n kuvasta karttaprojektio ilmakuvat maakuvat (ortokuva( esim. talon julkisivusta) Poistetaan maastovirheen vaikutus pitää tuntea maaston/kohteen korkeusmalli korkeusmallina käytetk ytetään n joko alueelta aiemmin mitattua korkeusmallia tai se tuotetaan samasta kuvauksesta stereokartoituksena Ortokuvaus edellyttää kuvan ulkoisen orientoinnin tuntemista ratkaistaan useimmiten kolmioimalla, jos halutaan tehdä isompi ortokuvamosaiikki

Korkeusmalli ja sitä vastaava ortokuva Korkeusmallin ruutukoko on 20 m. Korkeushavaintojen keskivirhe 14 tarkistuspisteeltä laskettuna ± 11,7 m. Korkeusmalli on tehty satelliittikuvaparilta, jonka kuvien erotuskyky on 10 m maastossa. Kuvat on otettu venäläisellä TK-350 kameralla. Oikeanpuoleinen kuva on ortokuva samalta aueelta. Ortokuva on oikaistu KVR-1000 kameralla otetusta kuvasta, jonka erotuskyky on 2 m. (http://www.sovinformsputnik.com/cam.html) Ortokuvat Voidaan tehdä analogisilta kuvilta ortoprojektorien avulla (historiallista) Kapea kaistale kerrallaan (differentiaalioikaisu) Tehdää ään n laskennallisesti digitaalisille kuville Pikseli kerrallaan (differentiaalioikaisu) Ortokuvan pistekoko riippuu sen mittakaavasta ja on yleensä joko 10 cm, 20 cm, 50 tai 1 m

Ortokuvan valmistus Luodaan säännöllinen ruudukko tietylle mittakaavatasolle Käydään läpi ruudukko yksi alkio kerrallaan Poimitaan korkeusmallista ruudun xy-koordinaatteja vastaava z-arvo Lasketaan tämän 3D pisteen projektio alkuperäiselle kuvalle Poimitaan värisävy kuvalta ja annetaan se ruudun arvoksi Entä, kun ortokuvan valmistuksessa 3D pisteen projektio ei osu keskelle kuvan pikseliä? 3D pisteen projektio ei osu alkuperäisen kuvan pikselin keskelle Bilineaarinen interpolaatio Ortokuvan ruudun keskipisteen projektio kuvalle ei yleensä osu keskelle alkuperäisen kuvan pikseliä. Ortokuvan sävyarvoksi voidaan ottaa lähimmän pikselin sävyarvo, mutta yleensä se lasketaan interpoloimalla useammista lähipisteistä. Bilineaarisessa interpoloinnissa sävyarvo lasketaan neljän pisteen naapurustosta.

Ortokuvan ja ilmakuvan ero Maanpintaortokuva ilmakuva ortokuva Tosiortokuva Tavallinen eli maanpintaortokuva tehdään pelkän maanpinnan korkeusmallin mukaan (rakennusten korkeudet eivät ole mukana) ( MIT Digital Orthophoto Browser) ( MIT Digital Orthophoto Browser) Ilmakuvan keskiosasta tehty maanpintaortokuva Ilmakuvan reunaosasta tehty maanpintaortokuva

Tosiortokuva ottaa huomioon myös rakennusten korkeudet SitoOy SitoOy Maanpintaortokuva Tosiortokuva Lähde: http://www.fgi.fi/osastot/foto/projektit/ortokuva.pdf Ortokuvan etuja ja haittoja Ortokuvan etuna karttaan verrattuna on sen tulkitsemattomuus Ortokuva on yksityiskohtaisempi kuin kartta Ortokuvan päälle piirretyt 2D vektorit osuvat oikeille kohdin Orto-oikaisu oikaisu kuitenkin heikentää kuvan laatua verrattuna alkuperäiseen ilmakuvaan

Ortokuvakartoitusprosessi Ortokuvakartoitus Ortokuvilta voidaan tehdä kartoitusta, mutta alue on pitänyt kerran stereokartoittaa (tai laserkeilata), jotta ortokuva voidaan muodostaa Ortokuvakartoituksen tarkkuus on huonompi kuin stereokartoituksella Karttojen ajantasaistus

Stereo-ortokuva Jos käytetään vain maanpinnan korkeusmallia ortokuvan tekemiseen, voidaan stereokuvaparista tehtyjä kuvia katsella stereona. Tällöin maanpinta näyttää aivan tasaiselta (jos ei ole virheitä), mutta pinnan yläpuolella olevat kohteet näkyvät stereona. Ortokuvia Espoon kaupungin karttapalvelin kartat.espoo.fi Vantaan kaupungin mittausosasto kartta.vantaa.fi