Maa-57.220 luento 10 syksy 2004

Maa-57.220 Fotogrammetrinen kartoitus

Luento-ohjelma

(Alkuperäinen luento: Henrik Haggrén, 25.10.2002

Muutoksia: Eija Honkavaara 10.10.2004)

Luento 10: Topografinen peruskartoitus

Topografinen kartoitus

Maastotietokanta

Topografiset kartat

Maa ja metsätalousministeriön ortokuvatuotanto peltolohkotukien valvontaa varten

Väärävärikuvien sävynsäätö

Julkaisuja

Topografinen kartoitus

Topografisena kartoituksena käsitellään tässä kartoitussovelluksia, joilla tuotetaan valtakunnallista maastotietoa lähinnä mittakaavoissa 1 : 5'000 - 50'000.
Suomessa peruskartoitus aloitettiin 1940-luvun lopulla, jolloin kartoitusta tehtiin ilmakuvilta stereotulkintana mittakaavaan 1 : 10'000. Peruskartta kattoi ensimmäisen kerran koko maan vuonna 1975, minkä jälkeen sitä on pidetty ajan tasalla ja vaiheittain digitoitu. Tällä hetkellä peruskartan korvaa maastotietokanta, jossa aineisto on jaettu kahteen laatuluokkaan A ja B. Maastokohteiden sijaintitiedot vastaavat mittakaavaa 1:5,000 .. 1:10'000. A-luokassa tietojen tasosijaintitarkkuus on tarkimmilla kohteilla pistekeskivirheenä ± 3 m.
Peruskartoituksen korkeuskäyristä digitoimalla ja kolmioimalla valmistettu numeerinen korkeusmalli kattaa 25 m x 25 m ruuduin koko maan. Aineistoa päivitetään maastotietokannasta. Korkeustietojen tasosijaintitarkkuus on ± 2 m ... 10 m. Maastotietokannassa sijaintitarkkuus ilmoitetaan korkeuskäyrien käyrävälin puolikkaana ja on Etelä-Suomessa ± 2,5 m, Pohjois-Suomessa ± 5 m. Korkeusmallin perusparannustyö on käynnissä, lopputuotteen pikselikoko on 10 m x 10 m.
Suomessa topografinen kartoitustarve maastotietokannan osalta sisältyy laatuluokan A tiedonkeruuseen ja se perustuu ilmakuvilta tehtävään stereokartoitukseen. Ajantasaistustarve on jatkuvaa.
Korkeusmalli antaa mahdollisuuden tehdä maastokartoitusta ortokuvilta. Ensimmäisenä valtakunnallisena sovelluksena on peltolohkotietokannan tiedonkeruu. Sen lohkorajat digitoidaan ilmakuvilta tehdystä koko maan kattavasta ortokuvasta.
Satelliittikuvien merkitys on lisääntynyt valtakunnallisissa kartoitustehtävissä. Suuriresoluutioiset satelliittikuvat soveltuvat sekä maastokuvioiden tulkintaan ja karttojen ajantasaistukseen että korkeusmallien fotogrammetriseen tiedonkeruuseen. Tutkakuvien interferometrisesta tulkinnasta on kehittymässä varteenotettava menetelmä valtakunnallisen korkeusmallin oikaisemiseen eli tasalaatuistamiseen.
Julkaisuja

Tommi Turkka, 2002. Acquisition of geographical information for radio network planning using remote sensing methods. Diplomityö, TKK, maanmittausosasto.
Yuri Blokhinov et al., 2000. Z_Space - digital photogrammetric system for Russian TK-350 images, ISPRS Congress Amsterdam 2000, Commission II, p. 83-89.

Esimerkki ortokuvan päälle tehdystä karttatulkinnasta. Kohteena on Jabal Haroun Jordanian Petran alueelta. Ortokuva on tuotettu venäläisen kartoitussatelliitin KVR-1000 kuvasta. Karttaprojektio on UTM. Kuvan pikselikoko on 1,5 metriä ja kuvasivun pituus noin 3 km. Tulkinta on tehty osana TKK:n opintojakson "Maa-57.220 Fotogrammetrinen kartoitus" harjoituksia. Tulkinnan teki Kati Tahvonen syksyllä 2001. (../../harjoitukset/opaskartta_2001/index_map_20-000.htm, ../../../../research/FJHP/maps/opaskartta.pdf,http://www.sovinformsputnik.com/cam.html)

Ortokuvatulkintaan perustuva tuotantolinja Ruotsin maanmittauslaitoksessa peruskartan 1:10'000 ajantasaistuksen tehtävissä. (Johansson et.al., 1995)

Peltotietokannan lohkorajojen digitointia 1 m pikselikoon ortokuvalta. (© Maanmittauslaitos, 1995)

Korkearesoluutioisten satelliittikuvien julkaisuohjelma. (© ARDAK Corporation 1997)

Satelliittikuva, joka on digitoitu filmiltä ja jonka erotuskyky on 2 m. The Great pyramids of Giza (Cheops, Cephren & Mycerinus) situated on the outskirts of Cairo, Egypt. (Source: SPIN-2 Imagery, http://www.sovinformsputnik.com/)

Hirshorn Museum and Sculpture Garden. (Ikonos, 1999)

Washington Monument. (Ikonos, 1999)

Maastotietokanta

Maastotietokanta on maanmittauslaitoksen ylläpitämä yhtenäinen tietokanta maamme maastotiedoista. Kattaa 90% maan pinta-alasta eli yhteensä 327 000 km², mihin sisältyvät myös merialueet. Maastotietokantaa on valmistettu 1992-2001. Pohjoisin Lappi valmistuu 2006.
Maastotietokanta sisältää sekä luonnolliset että rakennetut kohteet. Maastotietokanta sisältää yksinomaan digitaalista aineistoa. Maastotietokanta on vektoriaineisto. Tiedonkeruu tehdään erillisinä yhteensopivina tasoina, joita ovat: liikenneverkot, maasto1, maasto2, rakennukset, korkeussuhteet, suojelukohteet ja hallinnollinen jaotus. Aineistossa olevat kohteet voivat olla alueita, viivoja, symbolipisteitä tai tekstejä.
Maastotiedot kerätään ilmakuvista stereokartoituksena. Tuotantojärjestemänä vuodesta 2001 alkaen SmallWorld ja digitaalinen stereokartoitusjärjestelmä EspaCity, aiemmin Maagis sekä analogia- ja analyyttiset stereokojeet. Osa aineistosta on digitoitu kartoilta.
Tuotteen valmistus ja tiedon keruu. Maastotietokanta on sijainniltaan tarkin valtakunnallinen maastoa kuvaava aineisto. Sijaintitietojen tarkkuus vastaa mittakaavaa 1:5000 - 1:10 000. Maastotietokantaan on kerätty kohdemallin mukaiset tietotyypit. Erillisinä tuotteina voidaan irrottaa: hallintorajat, johtoyhteydet, kalliot ja kivennäismaat, korkeussuhteet, liikenneverkko, nimistö, pellot, rakennukset, suot, tiestö ja vedet. Yksityiskohtaista tietoa saa Maanmittauslaitoksen julkaisusta nro 71 Maastotietojen kohdemalli .
Tietojen ajantasaisuus ja ylläpito. Maastotietokannan tietojen ylläpito on jatkuvaa. Tietojen ajantasallapito hoidetaan alueellisesti. Muutostietojen keruun perustana ovat Maanmittauslaitoksen oman toiminnan yhteydessä syntyvät ja paikallisilta yhteistyökumppaneilta saadut vihjetiedot. Maastotietokanta pidetään ajantasalla mm. tiestön osalta vuosittain. Perusteellinen tietojen päivitys tehdään noin 5 vuoden välein. Tiedot kattavat koko maan Pohjois-Lappia lukuun ottamatta. Tietojen sijaintitarkkuus on ns. A-luokan (stereokuvakartoitus) alueilla noin 5 metriä ja B-luokan alueilla noin 20 metriä.
Tuotteen käyttömahdollisuudet. Maastotietokanta soveltuu käytettäväksi erilaisissa paikannus-, ylläpito- ja tiedonkeruusovelluksissa, joissa vaaditaan mm. GPS-laitteiden edellyttämää tarkkuutta. Näitä sovelluksia tehdään nykyisen ammattikäyttäjäkunnan ohella myös yksityistarpeisiin, esimerkkeinä ajoneuvopaikannus ja -seuranta sekä maastomallit ja virtuaalimaisemat. Maastotietokannan kohteiden luokittelu helpottaa haluttujen tietojen poimintaa ja käyttöä. Maastotietokantaan pohjautuvissa sovelluksissa on mahdollista käyttää joustavasti myös Maanmittauslaitoksen tuottamia pienimittakaavaisia kartta-aineistoja, sillä ne on tehty Maastotietokannan tiedoista yleistäen. Aineistohankintaan voidaan sisällyttää myös katuosoitteet ja osoitenumerot. Yhdistelmä mahdollistaa osoitteisiin perustuvan paikannus- ja reitinhakusovellusten käytön.
Referenssikäyttötapoja. Maastotietokantaa käytetään mm. erilaisten tietojärjestelmien perusaineistona (mm. kunnat, sähkölaitokset, puhelinlaitokset), maastomallien ja virtuaalimallien tuottamisessa sekä lähtöaineistona kartantuotannossa.
Tekniset tiedot. Maastotietokannan tiedot kerätään yhtenäiskoordinaatistossa. Aineistoa toimitetaan toistaiseksi vain suorakulmaisessa koordinaatistossa. Se on joko neljään Gauss-Krüger- (Transverse Mercator) projektiokaistaan jaettu peruskoordinaatisto tai kaistaan numero kolme (keskimeridiaani = 27 astetta) perustuva yhtenäiskoordinaatistoa. Aluerajauksena käytetään hallinnollisia tai karttalehtirajoja tai asiakkaan omaa rajausta.
Tietojärjestelmänä käytetään JAKO/Maastotietojärjestelmää, jolla on noin 200 käyttäjää 13 maanmittaustoimistossa. Järjestelmällä ylläpidetään koko maan kattavaa maastotietokantaa jatkuvassa tietokannassa. Tuotannon hajautus maanmittaustoimistoihin perustuu Smallworld-ohjelmiston hajautusmekanismiin, jossa keskitetty tietokanta sijaitsee Helsingissä UNIX palvelimella.
Tuotanto tehdään alueellisina kokonaisuuksina, jotka ovat tyypillisesti 1:100 000 lehden kattavia alueita. Järjestelmä sisältää varsinaisen maastoaineiston lisäksi digitaaliset ilmakuvat, ortokuvat, rasterimuotoiset lähestymiskartat, 25 m:n ja 10 m:n korkeusmallit sekä rakennus- ja huoneistorekisterin aineiston.
Digitaalinen stereotyöasema on toteutettu integroimalla Espa Systems Oy:n EspaCity-ohjelmisto Smallworld GIS-ohjelmistoon (www.espasystems.fi). Stereotyöasemia oli vuoden 2001 lopussa noin 120 kpl. Digitaalisessa stereotyöasemassa on käyttäjällä käytössään kaksi kuvaputkea, toinen varustettuna polarisaatiolevyllä EspaCity-stereotyöskentelyyn ja toinen Smallworld-työskentelyyn. Stereonäkymässä päällenäytetään maastotietokannan kohteet ja näkymät on synkronisoitu näyttämään samaa aluetta maastosta. Tietokantaan tallentaminen tehdään Smallworld-ohjelmistolla.
Maastotietokantaan tietoja viedään kolmessa prosessissa: perusparannus, määräaikainen ajantasaistus ja jatkuva ajantasaistus. Lisäksi korkeuskäyrät sovitetaan yhteen stereomallien kanssa ja niistä johdetaan uusi 10 m:n korkeusmalli. Kiinteistörajatietojen perusparannuksessa käytetään signaloitujen rajamerkkien mittaukseen integroitua EspaCityä ja JAKO/Kiinteistötietojärjestelmää. JAKO/maastotietojärjestelmässä ja JAKO/kiinteistötietojärjestelmässä nähdään aineistot ristiin ja kohteita voidaan kopioida tietokannasta toiseen, jonka avulla varmistetaan aineistojen yhteensopivuus.
Ilmakuvakeskus tuottaa MTJ-ajantasaistuksessa tarvittavat stereomallit ja ortokuvat. Kuvat ovat joko 1:16000 mustavalkokuvia tai 1:31 000 väärävärikuvia (Lappi). Koordinaatistouudistuksen myötä tulevat kuvausmittakaavat jonkin verran muuttumaan. Kuvauksia varten signaloidaan maastossa riittävä määrä kolmiopisteitä. Ilmakuvauksen ja kuvien kehittämisen jälkeen kuvat skannataan Leica Geosystems DSW600 skannerilla tyypillisesti 20 μm pikselikoolla. Kuvien orientoinnit määritetään integroidulla sensoriorientoinnilla hyödyntämällä Applanix POSAV 510 järjestelmällä suoraan mitattuja sensoriorientointeja, automaattisesti mitattuja liitospisteitä sekä interaktiivisesti mitattuja maastotukipisteitä.

Maastotietojärjestelmän laatukäsikirja. Maastotietojärjestelmä on maastotietojen keruu-, ajantasaistus-, varastointi- sekä tuotteiden valmistus- ja jakelujärjestelmä. Järjestelmän sisältämät maastotiedot määritellään maastotietojen kohdemallissa. Maastotietojen keruuohjeessa kuvataan mistä ja millä keinoin maastotietokannan tiedot kerätään ja miten ne ajantasaistetaan ja yleistetään (sekä tarkennetaan kohteen valintakriteerit ja kohteen ja sen ominaisuustietojen luokitus). Maastotietojen laatumallissa kuvataan, mistä tekijöistä numeeristen maastotietojen laatu muodostuu ja miten eri laatutekijöitä mitataan. Lisäksi laatumallissa annetaan laatuvaatimukset numeerisessa kartantuotannossa käytettäville maastotiedoille. Laaturaportissa kerrotaan minkälaisia tietoja alueelta on saatavissa. Tuotemallissa kerrotaan, millä tavalla tiedot ovat tuotettavissa. http://www.nls.fi/kartta/julkaisu/mtkm/

Saksittua: Jakobsson, Maastotietokannan ajantasallapidon vaihtoehdot (Maanmittaustieteiden päivät 23.-24.11.1995)

" Maanmittauslaitos kerää valtakunnallisesti tarkimmat tiedot maastotietokantaan, jonka valmistus aloitettiin vuonna 1992. Ennen tätä oli peruskartta valmistunut vuonna 1975, minkä jälkeen oli siirrytty ajantasallapitoon. 1980-luvun lopussa oli kehitetty nopeutettu ajantasallapitomenetelmä -päällepainatus, jonka avulla pystyttiin painettujen peruskarttojen määrä pitämään vuosittain n. 300 kappaleessa. Uudiskartoitusta tehtiin pääsääntöisesti maastokartoituksena, joka tuottikin hyvää tulosta, ongelmana oli ainoastaan hidas puhtaaksi piirtämisprosessi. Käytännössä uudiskartoituksena tehtyjen painettujen peruskarttojen lukumäärä oli n. 150 kappaletta 1990-luvun alussa. Maanmittauslaitoksen organisaation uudistuttua vuoden 1991 alussa päätettiin peruskarttatuotanto muuttaa numeeriseksi."
" Vuosina 1991-1993 NPK-työryhmä kehitti maanmittauslaitoksen maastotietojärjestelmän, joka käsitti alunperin maastotietokannan ja siitä tehtävän maastokartan 1:20 000. Topografisen kartan 1:50 000 tuotanto oli jo aiemmin siirretty puolittain numeeriseksi tuotannoksi, mutta tuotantotavoitetta n. 40 lehteä vuodessa ei oltu saavutettu. Vuonna 1993 päätettiin liittää topografisen kartan 1:50 000 tuotanto osaksi maastotietojärjestelmää siten, että prosessi perustuu maastotietokannasta tehtävään yleistykseen. Samoin pienimittakaavaisten karttojen tuotanto päätettiin liittää osaksi maastotietojärjestelmää."
" Vuoden 1995 lopussa maastotietokannassa on n. 40 % maasta ja tavoitteena on, että maastotietokanta valmistuu vuonna 2000. Vuonna 1994 maastotietokantaa tuotettiin 54 000 km2, joka vastaa n. 540 peruskarttalehteä. Tuottavuuden nousu oli siis vanhaan prosessiin verrattuna 225 % (puhtaaksipiirrettiin n. 240 lehteä vuosittain). Maastokartta 1:20 000 ja Maastokartta 1:50 000 valmistetaan maastotietokannasta yleistämällä. Maastokarttojen tuotanto ei enää nykyisellään ole pullonkaula prosessissa. Pienimittakaavaisista tietokannoista ovat valmiit 1:250 000, 1:500 000, 1:1 000 000, 1:2 000 000, 1:4 500 000. 1:100 000 tietokannan valmistus maastotietokannan tietoihin perustuen aloitetaan vuonna 1996."

Viitteet

Maastotietokanta http://www.nls.fi/kartta/tuotteet/maastotk.html
http://www.maanmittauslaitos.fi/A1
Maastotietojen kohdemalli, Maanmittauslaitos, Helsinki 1995 http://www.nls.fi/kartta/julkaisu/mtkm/
Maastotietojen laatumalli, Maanmittauslaitoksen julkaisuja, Nro 75, Helsinki 1995.

Maastotietokannan kattavuus laatuluokittain 31.12.2003 (c) Maanmittauslaitos

Ortokuvalle projisioitu maastokartta. Peruskartan runko muodostui alunperin ilmakuvamosaiikista, joka koottiin oikaistuista ilmakuvista. Topografit käyttivät tästä kopioitua ilmakuvakarttaa 1 : 10'000 kenttälevynä ja piirsivät maastossa mitatut korkeuskäyrät suoraan sille. Vaikka käyrät mitattiin oikein, ne piirrettiin periaatteessa väärään paikkaan ja senaikaiset "maastovirheet" näkyvät yhä peruskartoilla. Samalla koko muukin maasto siirtyi käyrien mukana. Vasta vuoden 1967 jälkeen ryhdyttiin peruskarttaa valmistamaan käyttäen pohjana stereokartoituksen mukaista käyräpiirrosta.

Koordinaattikeskivirhe on koordinaattierojen keskihajonta. Pistekeskivirhe m_P lasketaan toistetuista havainnoista ja niiden koordinaattieroista. Kun m_X = m_Y, todennäköisyys sille, että piste P sijaitsee ympyrän sisällä, on on n. 63 %. Kun keskivirheet kerrotaan luvulla 2.146 (2.447, 2.205) saadaan arvio 90 % (95 %, 99 %) varmuudesta. Sijaintitarkkuus m arvioidaan tarkastusmittauksien perusteella ja lasketaan maastossa mitattujen ja ilmakuvilta mitattujen koordinaattien välisistä eroista d_X ja d_Y.

Tulkintamenetelmä	Aineisto	Mittakaava	Identifioitavuus [m]
Tulkintamenetelmä	Aineisto	Mittakaava	1	2	3	4
Tarkkuusstereokoje	Ilmakuva	1 : 16 000	0.5 / 1	-
Tarkkuusstereokoje		1 : 31 000	1 / 2	-
Kartoitusstereokoje		1 : 16 000 - 31 000	1 / 1	3 / 3	5 / 5	10 / 10
Kartoitusstereokoje		1 : 16 000 - 60 000	5 / 5	10 / 10	15 / 15	30 / 30
Digitointipöytä	Ortokuva	1 : 5 000	3 / -	5 / -	10 / -	15 / -
	Ortokuva	1 : 10 000	5 / -	7.5 / -	12.5 / -	25 / -
	Maastopiirros	1 : 10 000	5 / -	7.5 / -	15 / -	30 / -
	Peruskartta	1 : 20 000	7.5 / -	12.5 / -	20 / -	40 / -
Skannaus	Rasterikuva	1 : 10 000	7.5 / -	10 / -	15 / -	30 / -
Skannaus		1 : 20 000	10 / -	15 / -	20 / -	40 / -
	Kaavan pohjakartta		1 / -	3 / -	5 / -	10 / -
	Muu		10 / -	15 / -	40 / -	80 / -

Tulkintamenetelmän ja -aineiston vaikutus kartoitetun kohteen sijaintitarkkuuteen identifioitavuudeltaan erilaisilla kohteilla. Taulukon luvut kuvaavat taso- ja korkeussijaintitarkkuutta pistekeskivirheenä. (Maastotietojen latumalli, 1995)

Identifioitavuus			Kohdetyyppi
1	Erinomainen	Pistemäinen, ihmisen tekemä kohde
2	Hyvä	Pistemäinen tai viivamainen, ihmisen tekemä kohde	- rakennus, rakennusryhmä, vesitorni, savupiippu - autotie, rautatie - keinotekoinen rantaviiva - sähkölinja - majakka
3	Tyydyttävä		-korkeuskäyrä - vakavesi, virtavesi - maatalousmaa - niitty, puisto, puu, puurivi, aita - suo, hietikko - jyrkänne, kivi, kivikko, louhos, kaatopaikka, luiska - talvitie, polku, lossi - putkijohto - lähde - kummeli, linjamerkki, loisto, linjaloisto
4	Heikko	Luonnonkohde	- taajama - avokallio, louhikko - metsämaan kasvillisuus - soistuma - vesikulkuväylä

Esimerkkejä identifioitavuudesta kohdetyypeittäin.

Ortokuvan mahdollisuudet yksikuvatulkintaan maastotietokannan ajantasaistustehtävissä. Maastovirhe näkyy polkujen vääränä sijoittumisena kuvalle. Tutkimuksessa pyrittiin selvittämään, miten aiemmin tulkitut maastokohteet voitaisiin siirtää oikealle paikalleen (Ingberg, 1998). Vaikka ajantasaistustehtävissä käytetään yleisesti ortokuvaa, samat maastovirheet voidaan havaita ja tulkita myös oikaisemattomalta ilmakuvalta.

Yksikuvakartoituksen 3D-periaate. Jos kuvan orientointi tunnetaan, kuvalta havaitun pisteen P' koordinaatit saadaan määritettyä kuvaussäteen ja maaston pintamallin leikkauspisteeseen P. Mikäli maastomalli on virheellinen, koordinaatit määrittyvät "väärälle" pisteelle (P), vaikkakin oikealle suoralle P'P. Mitä tarkemmin maastomalli tunnetaan, sitä tarkemmin pisteen P sijainti tulee mitatuksi tältä ensimmäiseltä kuvalta. Mikäli sama piste havaitaan myöhemmin joltakin toiselta kuvalta, virhe voidaan oikaista tarkasti. Oikaisemisen edellyttää sitä, että tieto ensimmäisestä kuvasta eli suorasta P'P säilyy, kunnes tarkka paikka on havaittu.

Topografiset kartat

(http://www.sovinformsputnik.com/cam.html http://www.sovinformsputnik.com/p_dem.html)

Togografinen "ortokuva". Kuva on Stuttgartin yliopiston maastomallimittauksen testikentästä Vaihingen/Enz'istä. Kokeellisesti on voitu osoittaa, että digitoiduista ilmakuvista kyetään tuottamaan automaattisella stereoyhteensovituksella korkeusmalleja, joiden tarkkuus on 0.012 % lentokorkeudesta. Ilmakuvat voidaan digitoida joko 15 tai 30 mikronin pikselikoolla. Kuvan maastomalli on tuotettu digitaalisen kolmirivikameran kuvista, korkeusmalli pankromaattisista stereokuvista ja tekstuuri RGB-kuvista. (Fritsch, 1999)

Togografinen 3D-kartta, "deep map". Kartan havainnollisuus lisääntyy, kun se projisioidaan tarkastelusuunnan mukaisessa perspektiivissä. Kuvan kartta on saksalainen topografikartta 1 : 25'000. (Fritsch, 1999)

Ortokuva maisemana. "Orthophoto and orthophoto mosaic production. "....Fast and reliable triangulation of large aerial photo blocks using fully automatic Zeiss PHODIS AT software. Automated digital elevation model (DEM) generation using PHODIS TopoSURF- and Image Station Match-T software, both products of Z/I Imaging. For digital orthophoto rectification FINNMAP utilizes fully automated work flow based on the Image Station Base Rectifier by Z/I Imaging..." (Finnmap http://www.finnmap.com/ortho.html).

Togografinen kaupunkimalli. Kuvan kaupunkimalli on tuotettu korkeusmallin päälle projisioiduista rakennustiedoista. Rakennukset on mallinnettu pohjapiirrosten, kerrosluku- ja kattotyyppitietojen yms. mukaan. (Fritsch, 1999)

Rakennuksia sisältävä 3-D kaupunkimalli. Korkeusmalli on havaittu 3-D laserskannerilla. Sitä on editoitu tiedoilla rakennusten pohjakuvioista ja kattotyypeistä. Seinät on oletettu pystysuoriksi, räystäät ja harjalinjat vaakasuoriksi. Maanpinta on teksturoitu ilmakuvilta. (Fritsch, 1999)

Maa ja metsätalousministeriön ortokuvatuotanto peltolohkotukien valvontaa varten

Maa- ja metsätalousministeriö suorittaa EU:n peltolohkotukien valvontaa käyttäen IACS-järjestelmää (Integrated Administration and Control System). Osa IACS-järjestelmää on FLPIS-järjestelmä (Finnish Land Parcel Identification System). FLPIS sisältää paikkatietoa maatiloista ja peruslohkoista, ja se on yhdistetty attribuuttidatan kautta IACS:iin. Rekisterissä on tällä hetkellä tiedot noin 1 040 000 peruslohkosta.
Osa FLPIS:iä on Suomen kattava digitaalinen ortokuva-aineisto. Ortokuvien geometrisen tarkkuuden vaatimus on alle 2,5 m pistekeskivirhe.
FLPIS-ortokuvat tuotettiin ensimmäisen kerran vuosina 1996-1997. Tällöin kuvamateriaalina käytettiin koko maan kattavaa Topografikunnan tuottamaa 1:60 000 ilmakuva-aineistoa, jotka skannattiin MML:ssa. Kuvien orientoinnit määritettiin joko taaksepäinleikkauksella tai ilmakolmioinnilla, tukipisteinä käytettiin enimmäkseen MML:n fotogrammetrisella pistetihennyksellä määrittämiä pisteitä. Korkeusmalli oli koko maan kattavaa MML:n Korkeusmalli25. Ortokuvat oikaistiin peruskarttalehtijakoon 1 m pikselikoolla. Ortokuvien geometrinen tarkkuus täytti laatuvaatimukset suuressa osassa maassa, mutta visuaalinen laatu (radiometria, spatiaalinen erotuskyky) oli monin paikoin varsin heikko, koska ilmakuvatuotannon laatuvaatimukset eivät vastanneet tyypillisten kartoituskuvausten laatuvaatimuksia.
Toinen vaihe alkoi vuonna 2002. Kuvamateriaalina ovat skannatut 1:31 000 väärävärikuvat. Skannausresoluutio on n. 0.014 mm. Kuvien orientoinnit määritetään pääosin GPS- tai GPS/IMU-tuetulla ilmakolmioinnilla käyttäen lähtöpisteinä joko MML:n tihennyspisteitä tai maastossa GPS:llä mitattuja yksityiskohtia. Kuvat oikaistaan 0.5 m pikselikoolla peruskarttalehtineljänneksittäin (5 km x 5 km) kkj-koordinaatistoon käyttäen nadiiria lähinnä olevat kuvanosat. Korkeusmallina on MML:n Korkeusmalli25.

Urakoitsijoina ovat olleet FM-Kartta Oy, Maanmittauslaitos sekä Suomen Mittaus ja Kartoitus Oy
Ohjelmistot

Orientointi: LH-Systems SocetSet, Inpho Match-AT, ISM SysImage
Orto-oikaisu: LH-Systems SocetSet, PCI OrthoEngine, ISM SysImage

Laadunvalvonta: Laatujärjestelmä on laadittu Geodeettisella laitoksella, Geoaudit Oy on suorittanut operationaalista laadunvalvontaa.

Kuvien käyttöön peltolohkosovellutuksissa liittyviä ongelmia

kuvien saumat, mosaiikkien saumat
korkeusmallin virheistä johtuvat ortokuvan virheet ja epäjatkuvuudet mosiikkien rajoilla
kuvien vaihteleva radiometria (kuvausolosuhteet, emulsiot, positiivi vs. negatiiviprosessi,...)
lohkorajoja peittävät metsät ja niiden varjot
pilvet ja pilvien varjot (kuvilla sallitaan pieniä määriä pilviä)

Esimerkkikuvat

o Topografikunnan mustavalkokuva, pikselikoko 1 m.

o Vuonna 2003 kuvattu väärävärikuva, jossa pikselikoko 0,5 m.

o Kokonainen ortokuva, säätämätön, kuvausvuosi 2002.

o Kokonainen ortokuva, säädetty, kuvausvuosi 2002.

o Säätämätön väärävärikuva

o Säädetty väärävärikuva

o Värikuva

o Siirtymä

o Mosaiikkisauma

o Neljän pk-lehden neljänneksen risteyskohta

o Epäjatkuvuus

o Pilvi+varjo

LPIS-ortokuvien tuotanto vuosina 1996-1997. Laadunvalvonnan perusteella määritetyt geometrisen tarkkuuden laatuluokat (Honkavaara, Kaartinen, Kuittinen, Huttunen, Jaakkola, 1999: Quality of FLPIS Orthophotos. Reports of the Finnish Geodetic Institute, 99:1.). Laatuluokat 1-2, 3a, 4: pistekeskivirhe <2 m, 3b: pistekeskivirhe < 3 m.

MMM:n LPIS projekti, kuvatuotantoprosessi ja sen laadunvalvonta

MMM:n LPIS projekti, ortokuvatuotantoprosessi ja sen laadunvalvonta

Väärävärikuvien sävynsäätö

Säätämätön ja metsäsovellutuksiin säädetty väärävärikuva. Alkuperäinen kuva: FM-Kartta Oy. Säädetty kuva: Lauri Markelin.

Kuusimetsää, Mäntymetsää turvemaalla

Lehtimetsää, sekametsää ja avokalliota.

Alkuperäinen kuva: FM-Kartta Oy. Säädetty kuva: Lauri Markelin.

Kohde maastosta ja kuvalta nähtynä. Kuvat: Lauri Markelin.

Punaisen, vihreän ja sinisen kanavan säädöt. Vaaka-akselilla alkuperäisen ja pystyakselilla säädetyn kuvan sävyarvot; skaala 0-255. (kuvat: Lauri Markelin)

Alkuperäisessä ilmakuvassa (orig) ja sävymallikuvassa (malli) käytetyt sävyjen lukumäärät R, G ja B –kanavilla. (Kuva: Lauri Markelin)

Julkaisuja

· Ari Tella, 2000. JAKO/TDS - The National Topographic Data System in Finland. The Nordic GIS Conference in Reykjavík, 26-28.10.2000. http://www.ginorden.org/konf/getpaper.php?ID=9

· Ari Tella, 2000. JAKO/ National Topographic Data System in Finland. Smallworld 2000 EMEA, 29-30.5.2000, Freiburg. http://www.smallworld.co.uk/large_docs/Tella.ppt

· Dieter Fritsch, 1999. Virtual cities and landscape models - what has photogrammetry to offer?, Photogammetric Week '99, Wichmann, p. 3-14. http://www.ifp.uni-stuttgart.de/publications/phowo99/phowo99.htm

· Honkavaara, Kaartinen, Kuittinen, Huttunen, Jaakkola, 1999: Quality of FLPIS Orthophotos. Reports of the Finnish Geodetic Institute, 99:1

· Kari Ingberg, 1998. Digitaalinen ortokuva ja elementtimenetelmä ajantasaistustyökaluna maastotietojärjestelmässä, TKK, erikoistyö, Espoo 1998

· Jyrki Lämsä, 1998. Digitaalisille ortokuville asetettavia vaatimuksia maastotietojen keruussa, TKK, diplomityö, Espoo 1998

· Mikael Johansson, Scott B. Miller, A. Stewart Walker, 1995. Digital orthophotography at the National Land Survey of Sweden, Maanmittaustieteiden Seuran Julkaisu, Espoo 1995.

Maa-57.220 Fotogrammetrinen kartoitus

Luento-ohjelma