Maa-57.220 luento 11 syksy 2004

Maa-57.220 Fotogrammetrinen kartoitus

Luento-ohjelma

(Alkuperäinen luento: Henrik Haggrén, 25.10.2002

Muutoksia: Eija Honkavaara 17.10.2004)

Luento 11: Kartoitusprojektit

Paikkatietoaineistot

Suurikaavainen kartoitusprojekti

Esimerkki

Kartoitusprojektin vaiheet

Paikkatietoaineistot

Kartat, mallit, ortokuvat käsitteinä?

Paikkatietoaineistot
Mittakaava	Mallin yksityiskohtaisuus	Mallin ulottuvuus						Lähin tarkastelu- etäisyys
1 : 10 000 000	1 km	*						2500 km
1 : 5 000 000	500 m	G						1250 km
1 : 2 000 000	200 m	L						500 km
1 : 1 000 000	100 m	O	*					250 km
1 : 500 000	50 m	B	N					125 km
1 : 200 000	20 m	A	A					50 km
1 : 100 000	10 m	L	T					25 km
1 : 50 000	5 m	*	I	*				12.5 km
1 : 20 000	2 m		O	R				5 km
1 : 10 000	1 m		N	E				2.5 km
1 : 5 000	0.5 m		A	G				1.25 km
1 : 2 000	0.2 m		L	I				500 m
1 : 1 000	0.1 m		*	O	*			250 m
1 : 500	50 mm			N	L			125 m
1 : 200	20 mm			A	O	*		50 m
1 : 100	10 mm			L	C	I		25 m
1 : 50	5 mm			*	A	N	*	12.5 m
1 : 20	2 mm				L	D	P	5 m
1 : 10	1 mm				*	O	R	2.5 m
1 : 5	0.5 mm					O	O	1.25 m
1 : 2	0.2 mm					R	D	50 cm
1 : 1	0.1 mm					*	U	25 cm
2 : 1	0.05 mm						C	12.5 cm
5 : 1	0.02 mm						T	5 cm
10 : 1	0.01 mm						*	2.5 cm

Paikkatietoaineiston yksityiskohtaisuutta 1:1 tarkastelun tarpeisiin voidaan arvioida lähtien ihmissilmän lähinäön erotuskyvystä, joka on 0.1 mm. Kun tämä muunnetaan lineaarisesti mittakaavan mukaan, saadaan oheinen vastaavuustaulukko 3D mallin yksityiskohtaisuuden ja 2D karttojen mittakaavatasojen välille.

3D mallin vaatimukset muuttuvat havainnollistamisen ulottuvuuksien lisääntyessä 2D kartasta 3D malliksi. Kartalla mittakaava muuttuu karttatasoittain ja samanaikaisesti esitetään vain yhtä 2D karttatasoa. 3D mallilla mittakava muuttuu perspektiivin mukana ja samanaikaisesti on esitettävä mittakaavaltaan useita eri tasoja. Tämä asettaa havainnollistettavan paikkatietoaineiston hallinnoimiselle erityisiä vaatimuksia, koska samaan näkymään on tuotava sisältöä eri tasoilta, eri etäisyyksillä ja erilaisella yksityiskohtaisuudella.

Suurikaavainen kartoitusprojekti

Suurikaavainen kartoitus 1:500 - 1:2,000 tehdään yleisesti numeerisena kaavoituksen pohjakartaksi tai kunnallistekniikan suunnittelua varten. Ohjeena voidaan käyttää maanmittauslaitoksen kaavoitusmittausohjeita. Nykyisin kartoitus tehdään yhä useammin myös suunnitelmien visualisoimiseksi.
Kartan tuottajan kannalta fotogrammetrisessa kartoitusprojektissa on useimmiten kyse kertaluonteisesta perusaineiston toimittamisesta. Kartoitus tehdään ilmakuvilta stereokartoituksena.
Suomessa suurikaavaiset kartoitustyöt tehdään pääasiassa kartoitusprojekteina alan konsulttiyrityksissä. Pääkaupunkiseudun kunnat sekä Tampereen kaupunki tekevät kartoituksia omiin tarpeisiinsa.
Maastotyöt ennen kuvausta ja maastotäydennykset kartoituksen jälkeen kartan käyttäjä tekee usein itse, samoin myöhemmät täydennysmittaukset.
Digitoituihin ilmakuviin perustuvat ajantasaistustehtävät voidaan suorittaa yhä useammin myös käyttäjän toimesta.
Yrityksiä

Maa ja Vesi Oy
FM-kartta Oy
SITO Oy

Viitteet

Manmittauslaitoksen karttakohdemalli kaavan pohjakartoille

Käsikirja karttakohteiden mallinnuksesta ja esitystavasta suurimittakaavaisissa kartoissa. Maanmittauslaitoksen julkaisuja n:o 85.. Tuotekoodi 1183. ISBN 951-48-0152-0. ISSN 1236-5084. Painopaikka: Yliopistopaino, Helsinki 1997.

http://www.nls.fi/kartta/julkaisu/kmo/index.html

Esimerkki

SITO-yhtiöt, Suomalainen Insinööritoimisto SITO Oy ja CityCAD Oy

Tutustuminen yhtiön kartoitustoimintaan 19.10.2001

Tj. Erkki Jännes, Veikko Korhonen ja Erno Puupponen

Päätoimialat (SKOL luokituksen mukaan)

Geotekniikka
Liikennetekniikka
Siltatekniikka
Mittaus- ja kartoitustekniikka
Rakennetekniikka
Tie- katu- ja aluetekniikka
Tutkimus ja kehitys
Maisemasuunnittelu
Tele- ja turvatekniikka
Ympäristösuunnittelu
Yhdyskuntasuunnittelu ja kaavoitus

Henkilökunta konsernissa 115 henkilöä ja liikevaihto n. 40 Mmk

Tuotteet ja palvelut

Numeeriset kartat
3-D mallit
Digitaaliset ortokuvat
GIS-konsultointi
Maastomittaukset (täydentävää kartoitusta)
Erikoisfotogrammetria (esim. julkisivukartoituksia, kattokartoituksia)
Kehityshankkeet

Mittausmenetelmät

Maastomittaukset
Perinteinen fotogrammetria (stereodigitointia analyyttisellä stereokartoituskojeella)
Kuvakorrelaatio (automaattista pintamallin laskentaa digitaalisilta sterokuvilta)
Globaali rekonstruktio (automaattista korkeusmallin ja ortokuvan laskentaa digitaalisilta pienkamerakuvilta, KADIP)
Laserkeilaus
Maastomittaukset

Kartoitusprojekti "Vuores", Tampereen ja Lempäälän rajalla

Numeerinen kartta ja maastomalli

kaavan pohjakartta mittakaavaan 1 : 1'000
kaksi kuntaa ja kaksi korkeusjärjestelmää, joten erilaiset korkeuskäyrät

mitataan maastomalli, josta käyrät lasketaan

Työvaiheet

valmistelevat maastotyöt (IV-2001)

runkoverkon rakentaminen, mittaus ja signalointi
harva runkoverkko ( < 1 lähtöpiste / malli)
rajapyykkien signalointi tarvittavilta osin

osa mitataan pistetihennyksenä, osan kunnat mittaavat itse

ilmakuvaus (1/V-2001)

1 : 3'300, kuvauskorkeus 500 m, 350 kuvaa

laserkeilaus ja kuvaus digitaalikameralla (4/V-2001)

laserilla kyetään kuvaamaan manpintaa myös peitteisellä alueella, mikä vähentää täydentävän kartoituksen tarvetta
kuvaus helikopterilla, kuvauskorkeus 300 m

ilmakuvakartoitus

projektiokeskusten GPS-hvainnoilla tuettu ilmakolmiointi
stereodigitointi analyyttisillä kartoituskojeilla (Wild Aviolyt BC2)

laseraineiston käsittely

maanpinnan pintamallin suodatus pistepilvestä

ortokuvan laskenta digitaalikameran kuvista

mosaikointi ja pakkaus

jatkokäsittely

numeerisen kartan editointi kartan kuvausteknisten vaatimusten mukaan

kiinteistöt
rakenteet (rakennukset, tiet, sähkölinjat, pylväät, kaivot, jne.)
käyrät, poistetaan rakennuksien ja teiden kohdalta
pyykit, numerot
maastomallin erikoismerkit (viettoviivat, korkeusluvut, maanpinnan korkeuspisteet)
tienpinnan laatu, ojien virtaussuunnat
erikoismerkit (sähkölinjan Z, nurmi, metsä, jne.)

maastomallin tarkistus

maastomallin pistetiheyden riittävyyden ja taiteviivojen edustavuuden arviomiseksi
vertailuprofiilit (laskettu - mitattu)

toimitetaan asiakkaalle
laaditaan Tielaitoksen tarkan maastomallin vaatimusten mukaisina

maastomallista laskettu
samalta stereomallilta mitattu, mutta maastomallia huomattavasti tiheämmällä pistevälillä

katvealueiden määrittäminen
laser- ja stereoaineiston yhdistäminen
korkeuskäyrien laskenta

Kehityshankkeita

KADIP

digitaalikameran kuvien käyttö korkeusmallin ja kuvamosaiikin tuottamiseen PC-klusterilla
tavoite 10 cm korkeustarkkuus, saavutettiin 1 m

OMEGA

jäätikköalueiden maastomallin laskenta eri menetelmin

syskuussa 2001 kuvattu 550 digitalista kuvaa, pituuspeitto 60 %, sivupeitto 40 %

Lasekeilaus

maanpinna ja rakenteiden kartoitus

"True"-ortokuvat

rakenteiden oikaisu pystyyn
katveiden tekstuurit viereisiltä kuvilta

Kartoitusprojektin vaiheet

Kartoitusprojekti sisältää työsuunnitelman, aikataulun, resurssivaraukset, kustannusarvion. Kartoitusprosessi sisältää työmenettelyn kartan valmistamiseksi.
Projekti on valmis, kun kartta on valmis ja vastaa sille asetettuja vaatimuksia, ja sekä asiakas eli kartan käyttäjä ja tuottaja eli kartan tekijä ovat kummatkin tyytyväisiä lopputulokseen.
Projektin vaiheet

Tarjouspyyntö

selvitys aineistoista, joilla kartan tekemisen kannalta on merkitystä: aiemmat kartoitukset alueella, pisterekisteri, pyykkien koordinaatit..?
selvitys muista mittaustarpeista: kaivot, viemärit, maanalaiset johdot..?
asiakkaan tiedostoformaatit: Fingis, Tekla, Intergraph..?
muut kartoitusprosessiin vaikuttavat tarpeet: 3-D digitointi, pistetihennys..?

Työsuunnitelma

Asiakkaan kannalta hyvä aikataulu on seuraava

tammi-helmikuu: tarjouspyynnöt
toukokuu: kuvaus
kesäkuu: stereokartoitus
elokuu: maastotäydennykset
joulukuu: lopputarkastus

Kuvaus

lentokorkeus h = 600 m, kuvausmittakaava 1:4,000, kuvaus väripositiivifilmille

Pistetihennys
Stereokartoitus

Suomessa käytössä olevalla kojekannalla

analogiakojeilla 1:1,000 - 1:2,000

koje: Wild A8, ..
kartoitusohjelmisto: CADMAP, ...

analyyttisillä stereokartoituskojeilla

koje: Wild BC2, Zeiss Planicomp P3, ..
kartoitusympäristö: Intergraph InterPro, Zeiss Phocus, ..
päällenäyttö

digitaalisilla stereokartoituskojeilla

kojeiden kuntotestit säännöllisesti

järjestelmäkalibrointi
seurantakalibrointi joka projektin yhteydessä, alussa ja lopussa

Maastotäydennykset

räystäsmittaukset
mahdolliset sokkelimitat asiakkaalta

Kartan editointi

paikkatietoaineiston muokkaus
graafinen työasema
koordinaatistomuunnokset
visualisointi
tulostus: elektrostaattisella piirturilla

Kartan tarkistus

graafinen
numeerinen: heti stereotyön jälkeen!

Kartan tulostus

graafisesti muoville: Wild TA10, ..
numeerisesti: korppu, disketti, nauha, ..

Kustannukset

Seuraavassa on esimerkki kustannusten jakaantumisesta yhdessä kartoitusprojektissa. Esitetyt kustannukset eivät perustu todelliseen tapaukseen, vaan ovat kuviteltuja. Luvuilla on kuitenkin tarkoitus antaa todenkaltainen käsitys siitä, mitä resurssivarauksia stereokartoitus analyyttistä stereokojetta käyttäen 1990-luvun puolivälissä edellyttää. Esimerkissä on huomattava, ettei siinä ole maastotöiden kustannuksia huomioitu lainkaan.
Numeerinen kartta 1:1000, 430 ha, yhteensä 317,000.- mk (n. 750.- mk/ha)

Ilmakuvaus 31,000.- mk

3 jonoa, 10 kuvaa/jono, 700.- mk/kuva, yht. 21,000.- mk
lento 10,000.- mk

Mittaustyöt stereokojeella 96,800.- mk

Pistetihennyksen havaintotyöt 10,800.- mk

27 mallia, n. 1 malli/h, työ 100.- mk/h, yht. 2,700.- mk
koje 300.- mk/h, yht. 8,100.- mk

Stereokartoitus 86,000.- mk

430 ha, 2 ha/h, 215 h (5 vko), työ 100.- mk/h, yht. 21,500.- mk
koje 300.- mk/h, yht. 64,500.- mk

Tietojenkäsittely 14,800.- mk

Pistetihennyksen laskenta 800.- mk

3 jonoa, 1 h/jono + 1h, työ 100.- mk/h, yht. 400.- mk
laitekustannukset 100.- mk/h, yht. 400.- mk/h

Kuntotestit, muunnokset, 70 h, (100.- + 100.-) mk/h, yht. 14,000.- mk

Kartografia 139,600.- mk

Viimeistely

1 ha/h, 430 h (2.5 kk), (100.- + 200.-) mk/h, yht. 129,000.- mk

Tulostus

10 ha/h, 43 h, (100.- + 100.-) mk/h, yht. 8,600.- mk

Oikoluku

20 h, 100.- mk/h, 2,000.- mk

Johto ja valvonta 34,800.- mk

sisävalvonta, 76 h, 300.- mk/h, 22,800.- mk
yleisjohto, 40 h, 300.- mk/h, 12,000.- mk

Numeerinen kartta 1:500, n. 1,500.- mk/ha

Sovellustoimituksia

Intergraph

MGE (Modular GIS Environment)
GIS Office
GeoMedia

Bentley Microstation
ESRI

Tiekartoitus

Tarveselvitys
Yleissuunnitelma

Numeerinen stereokartoitus 1 : 2000, kattaa 500 - 1000 m leveän kaistan tielinjan kummallakin puolen.
Kuvaus n. 1 : 12700 (h = 1900 m, f = 150mm)
Tukipisteistö, GPS:llä mitattu, 2 kpl 4 lk:n XYZ-pisteitä/malli tielinjalla, lisäksi 2 kpl korkeustukipisteitä mallin päissä.
Kuvaselvennys maastossa, mm. tukipisteiden tulkinta.
Kaavan pohjakartan mukainen maaastomallimittaus.
Muunnos KKJ:stä tielaitoksen omaan 'paalujärjestelmään'.

Tiesuunnitelma

Tarkka, numeerinen maastomallimittaus.
Kuvaus 1: 3300, h = 500 m.
Stereomallille 12 kpl orientointitukipisteitä, jotka tihennetään kuvauksesta.
Lähtöpisteet signaloidaan, rakennetaan pakkokeskisiksi pulttikierteellä siten, että signaalille ei tarvitse tehdä erillistä korkeusmittausta.
On-line pistetihennys.
Sädekimppualuetasoitus, kaikki havainnot samanpainoisia, ei lisäparametreja, tavoitteena sigma(0) < 0.006 mm.
Tukipisteet mitataan stereomalleja varten pistepareina, jolloin toinen varmistaa.
Maaston korkeusmalli

Maanpinta mitataan epäsäännöllisenä kolmioverkkona stereotulkintaa käyttäen.
Taiteviivat mitataan murtoviivoina, pinta kolmioidaan pistevälillä <10 m.
Korkeuspisteistä saadaan mitattua stereokojeella 80 - 90 %.
Loput mitataan maastotäydennyksenä, esim. puuston katveet, siltarakenteiden aluset.
Korkeuspisteiden keskihajonta on 5 - 6 cm.

Rakennussuunnittelu

Tehdään tiesuunnitelman maastomallilla.
Rakennussuunnittelun poikkileikkauskuvat tuotetaan korkeusmallin geometriatiedoista.

Tieliikelaitoksessa edellä kuvattua fotogrammetrista menetelmää käytetään nykyään vain satunnaisesti. Maastomallituotanto perustuu ensisijaisesti laserkeilaukseen. Keilausten yhteydessä otetaan myöskin digitaaliset ilmakuvat, joista muodostetaan ortokuva. Ortokuvalta koodataan kohteita kartalle ja maastomalliin.

Videokuvamosaiikki

Erno Puupponen, Tiesuunnittelussa käytettävien kuvamosaiikkien tuottaminen videokuvista
EnsoMOSAIC (Janne Sarkeala, 1999)

A number of variables are taken into account in the flight planning. The most important ones are the total area and resolution of the final image mosaic and the image overlap along and between the flight lines.

A work sheet provides the planner all the numeric information, part of which is presented here.

The numeric data are entered into the navigation and camera control software for aerial operations.

EnsoMOSAIC - Mission planning

USER-SPECIFIED VALUES		CALCULATED VALUES
Area of mosaic, ha	60,000
Area of imagery, ha	65,000

Flying height, m	700
Camera opening angle, deg	58
		Image width, m	776
Image width, pixels	1528	Resolution	0.51
Image length, pixels	1046	Image length, m	531

Overlap between lines, %	30
Image overlap on line, %	50	Image area, effective, ha	14.4
		No. of images, total	4505
		No. of images, mosaic	4158
Image size, MB	1.2	Size, total, GB	5.6
		Size, mosaic, GB	1.8

		No. of flight lines, square	46.9
		Length of flight line, square	25.5
		No. of images/line, square	96
No. of flight lines, actual	48.0	Line interval, m	543
Length of flight line, actual	28.0	Frame interval, m	266
Aircraft speed, imaging, km/h	190	Frame interval, sec	5.0

EnsoMOSAIC imaging process, flight planning. (http://212.213.110.18/forestconsulting/eng/ensomosaic/imaging.html)

EnsoMOSAICK imaging process, flight navigation. (http://www.vtt.fi/aut/rs/staff/holm/ilmakurssi/navcam.gif)

EnsoMOSAICK image processing, tie point measurements. (http://212.213.110.18/forestconsulting/eng/ensomosaic/processing.html)

EnsoMOSAICK image processing, block adjustment. (http://212.213.110.18/forestconsulting/eng/ensomosaic/processing.html)

EnsoMOSAICK Image processing, mosaicking. The geometric accuracy of the mosaic is 1-5 m with control points and a terrain model, and 5-10 m with the aerial GPS observations only. (http://212.213.110.18/forestconsulting/eng/ensomosaic/processing.html)

· Digital Terrain Model (DTM)

o The EnsoMOSAIC system presented here is PC-based and fully operative. It automatically calculates altitude values for each given tie point. An internal DTM is processed from these altitude points and applied in orthorectification of the mosaic. The altitude values can also be exported to any GIS application and a DTM can be processed.

EnsoMOSAICK DTM. (http://212.213.110.18/forestconsulting/eng/ensomosaic/ensomosaic.html)

GLORE

Simultaneously with the PC system, a prototype of an image processing system based on parallel computing has been created. The parallel system automatically creates a mosaic by first calculating a digital terrain model of the stereo images, and then orthorectifying the images with the terrain model. The 3-D system can be applied to produce a detailed digital terrain model. Since an altitude value is calculated for each pixel, the processed DTM is very accurate. (Image source: Holm, M. 1999. Linux-cluster computes 3D image mosaics for forest management and road construction. CSC News, Vol. 11, No. 4, pp. 14-16. - Click picture for enlargement.)

EnsoMOSAICK, 3D orthophoto and DTM. (http://212.213.110.18/forestconsulting/eng/ensomosaic/ensomosaic.html)

Saksittua

TEKES, Vuosikertomus 1996

Enso Forest Development Oy Ltd ja VTT Automaation Kaukokartoitusryhmä ovat kehittäneet uuden videokuvausjärjestelmän lentokoneesta tapahtuvaan luonnonvarojen yksityiskohtaiseen kaukokartoitukseen. Yksittäiset videon pysäytyskuvat digitoidaan ja liitetään toisiinsa yhtenäiseksi kuvamosaiikiksi puoliautomaattisesti pc-tietokoneohjelmalla. Mosaikoinnin edellytys on, että pysäytyskuville on kerätty GPS-paikannustieto (Global Positioning System) lennon aikana.
TEKES:in tuella toteutettu projekti alkoi vuonna 1994 ja se päättyi vuoden 1996 lopussa. VTT on vastannut ohjelmiston kehitystyöstä ja Enso Forest Development testauksesta ja operatiivisesta käytöstä. Menetelmä kehitettiin erityisesti trooppisiin olosuhteisiin, joissa pilvisyys haittaa sekä ilma- että satelliittikuvien saantia.

Janne Sarkeala, Stora Enso Forest Consulting (Syyskuussa 1999)

Stora Enso Forest Consultingin ja VTT Automaation Kaukokartoitusryhmän kehittämä digitaali-ilmakuvausjärjestelmä on korvannut aiemman videokuvaukseen perustuvan metsäkartoitussovelluksen. Kuvat otetaan digitaalikameralla Minolta RD-175. Videokameraa käytetään vain lähi-infra-alueella kuvattaessa. "Oikeastaan jako pitäisi olla ilmavalokuva - ilmavideokuva - ilmadigitaalikuva; sen verran paljon videokuva ja digitaalikuva poikkeavat toisistaan ominaisuuksiltaan ja kuvanottotekniikaltaan.
Järjestelmässä käytetään laajakulmaobjektiivilla varustettua 3ccd -kameraa, jolla laskennallinen kuvaresoluutio on 1528x1046 pikseliä. Maastossa pikselikoko on 0.5 metriä 700 metrin korkeudelta ja 1.0 metriä 1400 metrin korkeudelta kuvattaessa.
EnsoMOSAIC'in tärkeimmät käyttökohteet ovat ympäristösovellukset, kuten metsäkartoitus ja maankäytön seuranta. Kartoitukseen kuvaus sopii varsinkin kehitysmaissa joissa olemassaolevien karttojen tarkkuus on kyseenalainen tai karttoja ei ole.
EnsoMOSAIC'in käyttö on operatiivista. Kaikkiaan on kuvattu ja kartoitettu n. 2 milj hehtaaria kahdeksassa maassa. Ilmakuvamosaiikin tarkkuus on n. 4 metriä (ero ns. oikeaan tulokseen eli suomalaiseen peruskarttaan tai dgps-mittaukseen (verrattuna) keskihajontana ilmaistuna. Tähän päästään pelkkien lentokoneen DGPS-havaintojen perusteella. Tarkkuutta voidaan parantaa maastomittauksilla, joita ei ole kuitenkaan yhdessäkään operatiivisessa hankkeessa käytetty.
Digitaalikuvaus on kilpailukykyinen ja sopii filmi-ilmakuvausta paremmin kun

kohdealue on suhteellisen pieni (alle 1 milj ha), ja
oikaistu lopputuote halutaan nopeasti, päivissä tai viikoissa (kuvaus voidaan tehdä pilven alta ja prosessointi on nopeaa),
lopputuote halutaan suoraan paikkatietojärjestelmään (erillistä skannausta tai oikaisua ei tarvita, vaan kaikki hoituu samalla ohjelmalla), ja
prosessin sivutuotteena syntyvälle korkeusmallille on kysyntää tai arvoa.

Ylläoleva koskee digitaalikuvien prosessointia PC:llä. Tämän lisäksi on meneillään VTT:n TEKES-projekti KADIP, jossa pyritään kuvien automaattiseen rinnakkaisprosesointiin.
Esimerkkikuvia on tarjolla demo-CD:nä. Samoin toki painettua materiaalia.
Julkaisuja

Sarkeala, J., 1998. Competitor for Aerial Photography. In: A Look at the Earth - Significance of Earth Observation for Finland. TEKES, Technology Development Centre, Finland.
Holm, M., Lohi, A., Rantasuo, M., Vaatainen, S., Höyhtyä, T., Puumalainen, J., Sarkeala, J., Sedano, F., 1999. Creation of large mosaics of airborne digital camera imagery. The Fourth Airborne Remote Sensing Conference, 21-24 June 1999, Ottawa, Canada.
Sarkeala, J., 1999. Digitaali-ilmakuvasta paikkatiedoksi. Positio 1/99

Tilanne 2004: http://www.indufor.fi/pdf-files/ensomosaic.pdf

Kamera:

Digital still camera, 5.33 megapixel CCD sensor
Output image resolution 3 008 × 1 960 pixels
Sensitivity of the sensor 125-800 ASA (ISO)
Image storage on IBM Microdrive or Compact Flash cards
Minimum image interval 2 seconds
14mm Nikkon lens: opening angle 78 degrees

Mosaicking software

Automatic tie point and control point measurement.
Automatic image rectification and resampling of mosaic
Spectral corrections
DEM production
Orthorectification, output of single images and mosaic tiles
Productivity: 2 000 images / week / computer time.

KADIP

TEKES-hankkeessa "Korkeusmallin automaattinen tuottaminen digitaali-ilmakuvista PC-klusterilla" selvitettiin globaalin rekonstruointimenetelmän (GLORE) soveltuvuutta käytännön kartoitussovelluksiin. Tutkimushankkeen toteutti VTT Automaation kaukokartoitusryhmä ja se päättyi vuonna 2000.
Tutkimuksen kohteena oli korkeusmallin automaattinen tuottaminen kolmiulotteisuudeltaan hankalissa kohteissa, esimerkkeinä

kaupunkimallit radiopuhelinverkkojen suunnittelun tarpeisiin,
tiensuunnittelun maastomallit massalaskennan tarpeisiin,
maa- ja metsätalousvaltaisten alueiden ympäristömallit metsäninventoinnin tarpeisiin.

Globaalin rekonstruointimenetelmän perusalgoritmit on kehitetty VTT:ssä 1990-luvulla (Holm, 1994). Menetelmä on tarkka, koska siinä mallinnetaan samanaikaisesti kohteen geometria ja ilmiasu ja havainnot kerätään tiheällä videoilmakuvauksella, jonka pituus- ja sivupeitot ovat luokkaa 60-70 %. Vuosina 1995-1998 toteutetussa EU:n ESPRIT-III projektissa menetelmä esiteltiin rinnakkaislaskentakoneissa (Telmat 330, Telmat 310 ja IBM SP2) ja kuvaukset tehtiin digitaalikameroilla.
KADIP-projektissa rinnakkaislaskentaympäristö rakennettiin PC-klusterina Vaasan Technobothnian tiloihin. Klusteri valmistui keväällä 1999, jolloin se käsitti 16 PC-konetta. Koneiden prosessorina on PIII 650. Näistä yksi toimii edustaokoneena ja muut sivukoneina. Edustakoneessa on muistia 384 MB ja levytilaa 45 GB, sivukoneissa 128-384 MB ja levytilaa 10 GB. Rinnakkaislaskentaohjelmistona on Oak Ridge National Laboratoryn Parallel Virtual Machine PVM ja käyttöjärjestelmänä SuSe Linux 6.0.
Koekuvauksia tehtiin neljässä kohteessa.

Kuvausaluksena käytettiin matalakuvauksissa (150 - 250 m) helikopteria ja korkeakuvauksissa (1000 m) lentokonetta.
Digitaalikameran kuvakoko oli 1532 x 980 pikseliä ja resoluutio maastossa matalakuvauksissa 0.10 - 0.20 m, korkeakuvauksissa 0.70 m.
Suurimmat kuvablokit käsittivät 10 - 15 jonoa, joissa yhteensä 400 - 500 kuvaa 60 - 70 % pituus- ja sivupeitolla.

Tuloksia ja johtopäätöksiä:

Korkeusmallin tarkkuuden todettiin olevan 1-2 metriä, mikä riittää hankkeessa käsiteltyihin sovelluksiin. Tarkkuus vastaa suhdelukua 0.5-1 % lentokorkeudesta.
Rekonstruointimenetelmä edellyttää toimiakseen kameraorientointien likiarvot. Käytännössä ne hankitaan ilmakolmioinnilla. GPS-havaintojen tarkkuus ei yksinään riitä, vaan niiden lisäksi on käytettävä inertiaalipaikannusta..
GLORE-sovelluksen automaattinen ajaminen rinnakkaislaskentaympäristössä edellyttää tähän soveltuvan käyttöliittymän kehittämistä.

References

VTT, KADIP http://www.vtt.fi/tte/research/tte1/tte14/proj/kadip/
TEKES, 2001. TEKES, Uutisia: Virtuaalimalleja ilmakuvien pohjalta http://www.tekes.fi/uutisia/uutis_tiedot.asp?id=995

Ohjeisto

FKS Suositukset Suomessa tehtävälle mittaus- ja kartoitusilmakuvaukselle

Mittausepävarmuus vaihtelee erilaisilla kohteilla. Oheisen taulukon arvot on laskettu kuvauskorkeudelle 1050 m, jolloin mittakaava on 1:7000 ja kartoitusmittakaava 1:2000. Signaloidut pisteet, jotka kolmioidaan, ovat tarkimmat ja voidaan havaita 0.006 mm keskivirheellä kuvalta, mikä vastaa 4.2 cm keskivirhettä maastossa. Tätä voidaan kutsua tämän kuvauksen perusepävarmuudeksi. Korkeushavainnon epävarmuuden promillekertoimena voidaan signaloiduille pisteille pitää arvoa 0.06, mikä vastaa maastossa 6.3 cm epävarmuutta. Luonnollisten kohteiden kartoitusepävarmuus voidaan arvioida lisäämällä signaloidun pisteen epävarmuuteen kyseisen kohteen tulkinnan epävarmuus. Jos esimerkiksi rakennuksen nurkan tulkintaepävarmuus kohteella on 10 cm ja tähän lisätään toiseksi komponentiksi kuvauksen perusepävarmuus 4.2 cm, saadaan havainnon yhteiseksi epävarmuudeksi 10.8 cm.

FKS Ohjeet tarkan fotogrammetrisen kartoitusmittauksen suorittamista varten

http://foto.hut.fi/seura/julkaisut/erillisjulkaisu1_1993/teksti.html

Lopputuloksen tarkkuus

= 20 mm ja = 30 mm, yksikäsitteisille symmetrisille kohteille, kuten ilmakuvasignaaleille
= 35 mm ja = 50 mm, tavanomaisissa epäsymmetrisissä, yksikäsitteisissä kohteissa

Tarkastaminen

Mitataan maastossa n kpl pisteitä, jotka voidaan yksikäsitteisesti tunnistaa ja mitata ilmakuvilta.
Tarkastusmittausten keskivirheen tulee olla parempi kuin = 15 mm ja = 15 mm. Tasokoordinaatit tarkastetaan säteettäisellä mittauksella ja korkeus vaaitsemalla tai trigonometrisesti.
Ensimmäisessä vaiheessa lasketaan testisuure t ja verrataan sitä testirajaan t_o, Testisuureelle lasketun arvon tulee olla kullakin koordinaatilla pienempi kuin testiraja. Tulkintaepävarmuus otetaan huomioon kohteilla, joita ei voida yksikäsitteisesti tunnistaa.

Tavallisissa kohteissa testiraja on t_o = 120 mm, mikä vastaa likimäärin arvoa 60 mm, kun satunnainen ja systemaattinen virhe yhdistetään (neliöllinen keskiarvo).

Toisessa vaiheessa testataan sitä, kuinka moni yksittäinen koordinaattipoikkeama d_iylittää testirajaan t_o. Jos tämä ylittää sallitun määrän, toistetaan testi kaksinkertaisella määrällä tarkastuspisteitä. Jos testi ei edelleenkään mene läpi, työ ei täytä asetettuja tarkkuusvaatimuksia.

Pisteiden kokonaismäärä	Tarkastuspisteiden lukumäärä n	Sallittu ylitysten määrä	k
50 - 100	5	0	1.2
101 - 150	10	0	1.4
151 - 500	15	1	1.5
501 - 1000	20	1	1.5
1001 - 5000	30	2	1.6
	40	2	1.6
5001 - 10000	50	3	1.6
	60	4	1.6
10001 - 50000	100	6	1.7
	200	12	1.7

Tarkastusmittauksissa otetaan huomioon kohteen tulkintaepävarmuus. Testisuure d = 0, kun kohde asettuu tulkintaepävarmuuden r alueelle, muulloin d_X, d_Y ja d_Z.

Geodeettinen runkoverkko ja signalointi

Sekä tasokoordinaattien että korkeuden täytyy olla homogeenisessa järjestelmässä. Tämä edellyttää yleensä alueen runkoverkon tarkistamista ja uudelleenlaskentaa.
Kiintopisteiden koordinaatit ja korkeudet on määritettävä suhteellisella tarkkuudella 1:50 000. Jos pisteväli on alle 500 m, pistevirheen tai korkeuden keskivirheen maksimiarvo on 10 mm.
Kiintopistemerkit rakennetaan niin, että signaalit voidaan kiinnittää niihin keskisesti esim. kierrepultilla.
Signaalit ovat valkoisia ristisignaaleja, joiden osat ovat noin 100 mm x 600 m, tai pyöreitä levyjä, joiden halkaisija on 250 ... 300 mm.

Signaalit voidaan myös maalata suoraan kohteeseen.
Signaalit maalataan mattavalkoisella ja huolehditaan siitä, että kontrasti on joka suuntaan hyvä.

Ilmakuvaus

Kuvaus suoritetaan pääsääntöisesti laajakulmakameralla

Kamerassa tulee olla kahdeksan kehysmerkkiä.
Mikäli kuvaustavasta aiheutuva kuvaliike ylittää 15 µm , on käytettävä kuvaliikkeen kompensaattorilla varustettua kameraa.
../../../300/luennot/8/8.html#Kuvaus- ja kartoitusmittakaavat

Kuvaus tehdään 60 % pituus- ja 60 % sivupeitolla mittakaavassa 1:3500 tai tätä suuremmassa mittakaavassa.

Reunimmaisten jonojen kuvien on ulotuttava noin 60 % varsinaisen mittausalueen ulkopuolelle ja jonojen päissä olevien kuvien on sijaittava kokonaisuudessaan varsinaisen mittausalueen ulkopuolella.
Kuvausjonot tulee mahdollisuuksien mukaan suunnitella itä-länsisuuntaisiksi.

Kuvalaatua kontrolloidaan testitaulujen avulla.
Ilmakuvauksissa noudatetaan muilta osin Fotogrammetrian ja Kaukokartoituksen Seuran ja Kuntaliiton toimesta laadittuja suosituksia.

Suositukset Suomessa tehtävälle mittaus- ja kartoitusilmakuvaukselle, Fotogrammetrian ja Kaukokartoituksen Seura ry:n julkaisu 1/1993 (http://foto.hut.fi/seura/julkaisut/erillisjulkaisu1_1995/teksti.html)

Ilmakuvauksen valokuvauksellisen laadun kontrollointi voidaan suorittaa tehokkaasti testitaulujen avulla. Testitauluissa on toisiaan vastaan kohtisuorissa suunnissa testikuviot, joiden kontrasti on 1:8 ja viivataajuudet 20 ja 30 viivaparia/mm (lp/mm) kuvausmittakaavassa. Viivojen ja viivavälien suuruudet kuvalla ovat tällöin 25 µm ja 17 µm. Esimerkiksi kuvausmittakaavassa 1:3000 testitaulun viivojen ja viivavälien leveys on tällöin vastaavasti 75 mm ja 50 mm.

Lp/mm	Juovaleveys kuvalla (µm)	Juovan mitat levyllä (mm)
Lp/mm	Juovaleveys kuvalla (µm)	leveys	pituus
20	25	75	400
30	17	50	400

Kuvausmittakaavan ollessa 1:3000 testilevyn mitat ovat oheisen taulukon mukaisia.

Pistetihennys

Tasolähtöpisteiden välimatka ei saa olla yli 500 m eikä korkeuslähtöpisteiden väli yli 300 m.
Tihennyspisteitä tulee olla kuvaa kohti vähintään 15 kpl ja keskimäärin vähintään 20 kpl sijoitettuina niin, että ne mallikohtaisessa mittauksessa kattavat mitattavan alueen.

Pistetihennyksessä voidaan haluttaessa määrittää koordinaatit kaikille kartoitettaville pisteille.
Mittausalueen ulkopuolelta on mitattava ylimääräisiä pisteitä siten, että tasoituspisteistö on homogeeninen.

Kuvakoordinaatit mitataan komparaattorilla tai analyyttisellä stereomittauskojeella komparaattorimoodilla.

Mittauskojeen koordinaattimittauskeskivirhe saa olla on enintään 3 µm.

Tarkkuus todetaan gitterimittauksella jokaisen mittaustehtävän yhteydessä.
Mitattavan materiaalin on ennen mittausta annettava stabiloitua mittaushuoneen lämpötilaan ja kosteuteen. Myös mittauskojeen on annettava stabiloitua mittausolosuhteisiin.

Havainnot muunnetaan kamerakoordinaatistoon affiinisella muunnoksella käyttäen kahdeksaa kehysmerkkiä.

Kehysmerkkimuunnoksessa maksimijäännösvirhe saa olla korkeintaan 15 µm.

Kuvakoordinaateista poistetaan maan kaarevuuden ja ainakin symmetrisen säteettäisen piirtovirheen vaikutus.

Blokkitasoitukseen valitaan homogeeninen pisteistö, jossa jokaisella kuvalla on vähintään 15 pistettä ja keskimäärin ainakin 20 pistettä kuvaa kohti. Havaintoja käsitellään samanpainoisina.

Estimoitu kuvakoordinaattihavainnon keskivirhe ei saa ylittää arvoa 6 µm eikä maksimijäännösvirhe arvoa 20 µm.
Itsekalibrointiparametrien käyttö on sallittua, mutta ei välttämätöntä. Parametrien tulee kuitenkin olla blokkikohtaisia eikä kuvakohtaisia.
Kaikkien tasoituksessa mukana olevien tihennyspisteiden tulee olla liitospisteitä eli pisteet on mitattu vähintään kolmelta kuvalta.

Stereomittaus

Stereomittaus suoritetaan stereomalleilta, joissa pituuspeitto on noin 60%.
Mittauslaitteena käytetään analyyttistä stereomittauskojetta.

Laitteen koordinaattimittauskeskivirhe saa kalibroinnin perusteella olla korkeintaan 3 µm.
Mittauksessa otetaan huomioon maan kaarevuuden ja ainakin symmetrisen säteettäisen piirtovirheen vaikutus.
Kuvamateriaalin ja mittauskojeen on annettava stabiloitua mittausolosuhteisiin.

Sisäinen orientointi tehdään affiinisella muunnoksella käyttäen kahdeksaa kehysmerkkiä.
Keskinäinen orientointi suoritetaan vähintään kymmenen pisteen avulla (ns. Gruber-pisteet täydennettyinä tunnetuilla pisteillä).

Keskinäisen orientoinnin jälkeisen pystyparallaksin maksimiarvo on 10 µm.

Absoluuttisessa orientoinnissa tulee käyttää lähtöpisteinä kaikkia pistetihennystasoituksessa mukana olleita pisteitä.

Tukipisteiden muodostaman piirin tulee sulkea sisäänsä koko mallilta mitattava alue.
Absoluuttisen orientoinnin jäännösvirheet eivät saa ylittää arvoa 60 mm.

Orientoinnin stabiiliutta tulee seurata mallin mittauksen aikana.

Jos korkeuslähtöpisteissä havaitaan yli 60 mm ristiriita, on orientointi kokonaisuudessaan uusittava (myös sisäinen orientointi).
Jos mittauksen aikana havaitaan oleellisessa määrin pystyparallaksia, on orientointi myös tällöin kokonaisuudessaan uusittava.

Tielaitoksen ohjeet fotogrammetrisen maastomallimittausten suorittamisesta

Julkaisu sisältää ohjeet fotogrammetrisen pistetihennyksen, fotogrammetrisen maastomallimittauksen ja maastomallin täydennysmittauksen suorittamiselle sekä standardin maastomallin maastopistetiedolle.

Fotogrammetrinen pistetihennys

FKS:n ohjeiden 1/1993 mukaan.
Fotogrammetristen ja geodeettisten koordinaattieneroista (DX, DY, DZ) lasketun neliökeskiarvon tulee olla alle 0,05 m. Yksittäiset erot, jotka ovat yli 0,1 m, raportoidaan tilaajalle.
Tulosteet, mm. reunamerkkimuunnokset, tasoituksen runkopisteet ja niiden koordinaatit, ratkaisun jäännösvirhe, suurin koordinaatin korjaus, suurin residuaali, summa (pvv), kuvien orientointitekijät, mitattujen pisteiden korjatut kuvakoordinaatit ja residuaalit, tukipisteiden fotogrammetriset ja geodeettiset koordinaatit ja niiden erot (neliökeskiarvot ja absoluuttikeskiarvot), liitospisteiden ja tihennettävien kiintopisteiden koordinaatit.

Fotogrammetrinen maastomallimittaus

FKS:n ohjeiden 1/1993 mukaan.
Taitekohdat mitataan taiteviivoina ja muut aluet hajapistein. Hajapisteistöä ei saa mitata säännöllisenä linjastona tai ruudustona. Yli 10 m metrin pisteväliä ei saa käyttää. Lisäksi mitatan tilaajan osoittamat signaloidut kohteet ja muut yksityiskohdat.
Tarkkuusvaatimukset

Mittaustarkkuus

FKS:n ohjeiden mukainen tarkkuusvaatimusten testisuure t tulee olla 130 mm.

Maastomallin interpolointitarkkuus

Pisteistö tulee mitata siten, että mallista interpoloitujen ja suoraan stereomallilta mitattujen leikkausten väliset poikkeamat noudattava seuraavia arvoja:

Sallitut poikkeamat korkeudessa:

keskipoikkeama: alle 100 mm,
maksimipoikkeama: alle 250 mm,
maksimin ylittäviä: 1 %.

Poikkeamat tarkistetaan vertaamalla leikkauksia keskenään. Leikkauksia mitataan vähintään yksi kultakin stereomallilta. Ne piirretään mittakaavassa 1:1000 / 1:50 ja poikkeamista lasketaan keskiarvo, maksimi, sallitun maksimin ylittävien prosenttiosuus. Lukuarvot lasketaan kullekin leikkaukselle erikseen ja koko hankkeelle yhteensä.

Tulosteet, mm. peitteisyyden takia mittaamatta jääneiden alueiden rajaukset numeerisina, stereomallien orientointipöytäkirjat, pirretyt testileikkaukset, indeksi mitatuista pisteistä.

Maastomallin täydennysmittaukset

Mitataan koordinaattihavaintoina takymetrillä.

Kaikkien mittausten lähtötietoina olevien maastomallipisteiden korkeudet tarkistetaan maastossa ja todetraan mahdolliset poikkeamat kuvilta mitattuihin korkeuksiin.
Maastomallin pisteet valitaan kuten stereomallilla. Mittaukset tehdään vain kuvamittauksena mittaamatta jääneiltä alueilta ja mittausten tulee saumattomasti yhtyä kuvilta mitattuun pisteistöön. Avokallioiden rajaukset mitataan erikseen sovittaessa myös kuvilta mitatulta alueelta.

Tarkkuusvaatimukset

Mittaustarkkuus

Pisteistö tulee mitata niin, että kaikkien pisteiden osalta päästään seuraaviin tarkkuuksiin:

keskivirhe 50 mm,
maksimivirhe 125 mm,
maksimin ylittäviä 1 %.

Mittausvirheitä tarkastellaan lähimpien mittauksen lähtöpisteiden suhteen.

Maastomallin interpolointitarkkuus

Kuten kuvamittauksessa.
Poikkeamat todetaan vertaamalla kultakin täydennettävältä aluelta mitattavaa tarkistusleikkausta vastaavaan maastomallista laskettuun leikkaukseen.

Kuvilta mitattujen pisteiden tarkistus

Kaikkien lähtöpisteinä olevien kuvamittauspisteiden korkeudet tarkistetaan maastossa, todetaan poikkeamat ja informoidaan tilaajaa yli 10 cm:n poikkeamista.