Mittaustekniikoiden soveltaminen arkeologisessa kenttätyössä: takymetrimittaukset ja maalaserkeilaus Nina Heiska, TKK Hannu Heinonen, Nordic Geo Center Oy
Luennon sisältö Mittausten tarve Yleiskartoitus Yksityiskohtien kartoitus Takymetrimittaukset Maalaserkeilaus Fotogrammetria Mittaustekniikan valinnasta Mittausten luotettavuudesta
Mihin mittauksia tarvitaan? luento 5.11.2008 2. Kaivauksen suorittaminen ja dokumentointityö => yksityiskohtien kartoittaminen 6. Rikoksen tekopaikan kartoittaminen yleiskartoitus Kartoittaja lähtee aina liikkeelle yleiskartoituksesta!
Lähde: W. Böhler 2006. Comparison of 3D laser scanning and other measurement techniques.
Yleiskartoitus Pohjatietoja olemassa olevat kartat: peruskartat, asemaja rakennuskaavakartat, maaperäkartat, historialliset kartat kunnan tekniseltä yksiköltä paikallisia karttoja kartoituksen pohja olisi hyvä olla valmiina muun kenttätyön alkaessa niin että siihen voi lisätä yksityiskohtia
Samassa koordinaatistossa takymetrimittaukset GPS mittaukset geofysikaaliset menetelmät piirustukset vanhat kartat laserkeilaukset jne yhtenäisen koordinaatiston merkitys
Yleiskartoitus jatkuu Jos tarpeeksi yksityiskohtainen kartta puuttuu tai sitä täytyy täydentää niin: takymetrimittauksin GPS mittauksin absoluuttinen (yksi vastaanotin esim. käsilaite, tarkkuus ~10m) differentiaalinen (DGPS, differentiaalikorjaukset, tarkkuus noin 0,5 5 m) suhteellinen (vähintään kaksi vastaanotinta) staattinen GPS mittaus (pisteiden jälkilaskenta) RTK GPS (laskenta reaaliaikainen) käsin mittaamalla (Virtual reference station verkkoa käyttäen, tarkkuus ~5 cm) maalaserkeilaus (vain aukeilla alueilla) stereoilmakuvista mitaten (ei metsäisillä alueilla) ilmalaserkeilausaineistosta (myös metsäalueet) kartattomissa olosuhteissa satelliittikuvat ja kaukokartoitusaineistot kartoituksen alku
Yleiskartoitus jatkuu mittausten suhteellinen tarkkuus arkeologeille tärkeintä, ei absoluuttinen kartoitus RTK GPS laitteistolla ei tarjoa suhteellisen tarkkuuden suhteen etua takymetriin verrattuna (takymetri tarkempi) RTK GPS mittauksilla hyvä hinta/laatusuhde kartoitettaessa laajoja alueita (huom! puskat, metsät, rakennukset ja jyrkät rinteet ongelmia)
Yksityiskohtien kartoitus käsin piirtämällä takymetrillä laserkeilaamalla fotogrammetrisesti kuvista mittaamalla RTK GPS mittauksin (riippuu yksityiskohtien koosta) => mitä yksityiskohtia halutaan; mikä tekniikka hallitaan
Takymetri ja maalaserkeilain Molemmat laitteet mittaavat vaakakulman Hz pystykulman V etäisyyden sd Laskevat näiden perusteella X, Y ja Z koordinaatit kojeen suorakulmaisessa koordinaatistossa Jos näillä laitteilla on mitattavissa sidemittaukset paikallisen tai globaalin koordinaatiston pisteisiin, saadaan lopulliset tulokset muunnetuksi kyseiseen maantieteelliseen karttakoordinaatistoon NEH (Northing, Easting, Height)
Takymetri ja maalaserkeilain Takymetrin ja laserkeilaimen eroavuus Takymetri mittaa käyttäjän valitseman pisteen kerrallaan. muodostuu yksittäisiä mittapisteitä Maalaserkeilain mittaa valitulla pistevälillä käyttäjän valitsemalta alueelta nopeasti miljoonia pisteitä. muodostuu pistepilvi
Ilari Kurri, Museovirasto
Takymetrimittausten koodaaminen Takymetrillä syntyy 3d mittapisteitä Attribuuttitiedon kerääminen nopeuttaa jälkikäsittelyä 3d mittapisteet muuttuvat kartoiksi ja piirustuksiksi automaattisesti/puoliautomaattisesti koodauksen perusteella Mittaustiedon GT formaatti (DeFacto standardi Suomessa) Museovirastossa käytössä: tiehallinnon koodit maastokartoituksessa; kehittämisen alla erikoiskoodit arkeologisten kohteiden kartoitukseen helpottaa omaa työtä Laserkeilausdataa ei voi koodata/luokitella mittausvaiheessa vaan vasta jälkikäsittelyssä => mittauksen käytännöt on jo luotu, niitä ei tarvitse keksiä uudestaan vaan soveltaa omaan käyttöön
Ilari Kurri, Museovirasto
Ilari Kurri, Museovirasto
GT formaatti T1 T2 T3 T4 X Y Z Maastokoodi Numero Kerros/pinta Viiva Koordinaatit 1 7 150 146 6753280.230 3494575.648 96.244 1 8 132 147 6753280.232 3494575.665 96.230 1 9 133 148 6753279.883 3494575.189 97.489 1 9 133 149 6753279.590 3494575.499 97.732 1 8 132 150 6753279.563 3494575.814 95.888 1 8 132 151 6753271.319 3494578.847 95.713 1 9 133 152 6753271.706 3494578.381 97.648 1 9 133 153 6753278.006 3494560.861 97.689 1 8 132 154 6753277.545 3494560.728 95.372 1 8 132 155 6753280.920 3494551.472 95.331 1 9 133 156 6753281.339 3494551.461 97.637 1 10 151 157 6753279.752 3494574.981 97.838 1 10 151 158 6753280.169 3494574.330 97.718 1 10 151 159 6753284.412 3494572.093 97.592 1 10 151 160 6753292.898 3494568.807 97.601 1 10 151 161 6753296.363 3494567.755 97.584 1 10 151 162 6753297.241 3494567.347 97.453 1 10 151 163 6753297.374 3494566.980 97.465 1 10 151 164 6753295.786 3494563.488 97.726 1 10 151 165 6753294.794 3494561.259 97.544
Takymetrikoodausta (T3 kenttä) 0000 Sähkö tai puhelinjohto, suunta 0 Hajapiste ***B Rummut ***M Rummut 1 Kolmiopiste 1. luokka 2 Kolmiopiste 2. luokka 3 Kolmiopiste 3. luokka 3_ Kolmiopiste 3. luokka 4 Monikulmiopiste 4. luokka 4_ Monikulmiopiste 5 Monikulmiopiste 5. luokka 6 Monikulmiopiste 6. luokka 7 Apupiste 12 Apupiste 12_ Apupiste 15 Korkeuskiintopiste 15_ Korkeuskiintopiste 20 Hajapiste 90 Avokallion hajapiste 91 Kalliohaja taiteviiva 121 Tien keskilinja 122 Päällysteen reuna 123 Pientareen ulkoreuna 124 Sisäluiskan alareuna 125 Ulkoluiskan alareuna 126 Ulkoluiskan yläreuna 127 Muu tien taiteviiva 128 Ns. valereuna 129 Polku 130 Reunakiven alareuna 131 Reunakiven yläreuna 132 Tukimuurin alareuna jne
Mittausten jäljitettävyys!! T n n on 22:05:2008, kello on 12.19! Mittaaja Hannu, l mp tila 13.1,paine 1021! Vapaa asemapiste!! ASP APU 5 0.0001! LIP VINTTI 1002 9.79938 112.34804 6.76720 0.0001! LIP VINTTI 1002 9.79762 112.36302 6.76890 0.0001! LIP VINTTI 1004 100.25974 107.18142 12.20380 0.0001! LIP VINTTI 1004 100.25937 107.19373 12.20410 0.0001! LIP VINTTI 1005 80.13730 100.41258 17.76670 0.0001! LIP VINTTI 1005 80.13954 100.42436 17.76680 0.0001! Orientointitulokset:! APU 5 6696015.49924 2569656.45600 30.77780! Koordinaattikeskivirheet: mx 0.0014 my 0.0002 mz 0.0006! Virhe ellipsi: Max ax 0.0014 Min ax 0.0002 t 0.3443! Havaintotyyppien keskivirheet: mhz 0.0013 ms 0.0216 mdh 0.0020!! Kartoitus!! KAP PULTTI 1 277.48776 134.89182 6.62940 0.0001! KAP PULTTI 1 277.47880 134.91640 6.62980 0.0001 PULTTI 1 6696013.51866 2569651.09292 27.28466
Laserkeilaus maalaserkeilaimella voi saada mitattua noin 5 10 mm kokoisia yksityiskohtia jos keilaus tehdään muutaman metrin päästä (laitekohtainen) yksityiskohtaisempaan aineistoon esimerkiksi teollisuusskannereilla Breuckmann tritos skanneri
Kolmioiva Mensi S25 skanneri, Huhtiniemi
Huhtiniemi
Huhtiniemi
Huhtiniemi
Laserkeilaus Suomessa käytännössä tällä hetkellä Laitteet ja käyttäjät vuokralaitteilla huono saatavuus käyttö vaatii usean viikon koulutuksen eri mittaustarpeisiin tarvitaan erilaisia laitteita ( yleisskanneria ei ole) käytännössä tilataan työ konsulttipalveluna tilaajan täytyy opastaa kohteiden valinnassa ja tarkistaa että pistepilvi on halutunlainen laitteita myös yliopistoilla ja ammattikorkeakouluilla
Mittausten virhelähteet käyttäjä (suurin) kojevirheet (laite + varusteet) ympäristötekijät (pitkät etäisyydet, kiire, muu stressi, säät, yms.)
Kojevirheet Kehien jaoitusvirheet Jaoitusvirheet, lukumenetelmät Akselikallistuma (Tappikaltevuus) Kojeen pysty ja vaaka akselin kohtisuoruus Kollimaatiovirhe (Vaakakollimaatio) Vaakatähtäyksen ja vaaka akselin kohtisuoruus Indeksivirhe (Pystykollimaatio) Pystytähtäyksen ja pystyakselin kohtisuoruus
Prismaton vs. prismallinen takymetri
Nodaaliprisma 0-piste kiinnitteinen prisma
Yksikuv a kamera on mittalaite Fotogrammetria a Monikuva kuvat + mallinnusohjelma + jälkityö Stereo => myös pelkkää arkistointia varten käytettäväksi tulevaisuudessa
Regensburg Kumpfmühl 200 haudan roomalaisajan hautausmaa yhden haudan dokumentointi noin 90 min Lähde: http://www.arctron.com/3d_surveying/photogrammetry/examples.php
Mittaustekniikan valintakriteerit Lopputulokseen vaikuttavia tekijöitä valintakriteerien muodostamiseen ei ole systemaattista prosessia tiedonvälityksen puute eri alojen ammattilaisten välillä loppukäyttäjät: tiedonpuute tämänhetkisestä teknisestä kehityksestä aineistojen tuottajat: eivät ymmärrä loppukäyttäjien tarpeita eivätkä vaivaudu selvittämään niitä taipumus käyttää kallista tekniikkaa jos siihen on rahoitus; hinnalla perustellaan tekniikan soveltuminen työhön Lähde: http://afarrokhi.googlepages.com/phdresearch
Paikoitellen 7 vainajaa/m 2 Runsaat 300 vainjaa Kaksi eri metodologiaa noudattavaa tutkimusryhmää
Laitteiden ja ohjelmistojen valinnassa osaako kenttähenkilökunta käyttää laitteita? miten laatua valvotaan? onko käytössä tarpeeksi laskentatehoa omaavia tietokoneita? onko käytössä ohjelmistoja, joilla aineistoja voi hyödyntää täysimittaisesti? saako mittalaitteiden datan siirrettyä käytettävään CAD tai GIS sovellukseen? miten eri tavoilla tuotetun datan voi integroida keskenään? onko tulostusmahdollisuutta (hyvälaatuista)? olisiko vuokraus edullisempaa kuin laitteiston osto? kannattaako palvelu ostaa alan ammattilaisilta? olennaista on luoda toimiva, hallittu ja työtä tukeva prosessi Lähde: English Heritage, Where on Earth are We?
Lopputuotteet lopputuotteita mietittävä jo projektin suunnitteluvaiheessa missä järjestelmässä (ohjelmistossa) aineistot kootaan yhteen ja analysoidaan? CAD, GIS? valmiit arkeologeille tehdyt ohjelmat: Arctron, Intrasis, jne? 2D vs. 3D kolmiulotteiset mittausjärjestelmät tuottavat helpommin 3D lopputuotteita. 2D tuotteet vaativat yleensä lisätyötä.
Ideaalinen tilanne Mittaus /kartoitusohjelma kaiken ydin => mittalaitteet vain antureita, jotka keräävät havaintoja erilliset järjestelmät ohjelmistoineen tuottavat lisää työtä (GPS, takymetri, laserkeilain ) ohjelmien pitää opastaa käyttäjää ja estää häntä mittaamasta väärin selkeä käyttöliittymä
Luotettavuus oikeudessa Mitkä mittausmenetelmät hyväksytään oikeudessa? Mitä ammattitaitoa tekijältä vaaditaan? Yksittäisten pisteiden mittaus on myös tulkintaa mittaaja valitsee kohdat ja lopputulos on sen mukainen. Kartta on symbolinen esitys kohteestaan. Tarvitaanko mahdollisuutta palata mallintamattomaan asis lähtöaineistoon?