Maa-57.220 Fotogrammetrinen kartoitus

Luento-ohjelma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

(Henrik Haggrén, 31.10.2002)

Luento 13: Uudet 3-D kartoitustekniikat

AIHEITA

Laserskannerit

(Uwe Lohr, 1997)

Reconstruction of forest. (Ulla Pyysalo, 2000)

Reconstruction of single trees: Birch. (Ulla Pyysalo, 2001)

Validation of airborne laser scanner data collected from the tree canopies. Laser data and a panoramic image mosaic have been  georeferenced and the point cloud kas been superimposed for visual check. The exact 3-D validation would need both stereoscopic registration and stereoscopic viewing facility. (Image processing by Petri Rönnholm, 2001)

Osa 3-D kaupunkimallia Karlsruhesta, Saksasta (Uwe Lohr, 1999). Vaikka laseraineiston pistetiheys on suuri, taiteviivat toistuvat siinä huonommin kuin valokuvalla. Laserkeilaukseen liitetäänkin yhä useammin samalla lennolla tehty valokuvaus. Kun valokuva ja laserdata liitetään yhteen, kyetään nopeasti tuottamaan fotorealistisia kaupunkinäkymiä. Ympäristö- ja kaupunkimallin tuottaminen edellyttää kuitenkin aineiston tulkintaa. Ilmavalokuvilta malli tulkitaan stereokartoituksena. Taiteviivat erottuvat hyvin ja mallin yksityiskohtaisuus viimeistellään valokuvan tekstuurein (oikeanpuoleinen kuva), mutta muu osa ympäristöstä "häviää". (Rapidscene, Rosslyn city scape, SocetSet).


System
ALTM 1020
TopoSys
TopEye
ATM II
ScaLARS
Company
Optech
TOPOSYS
Saab Dynamics
NASA
Institute for the Navigation of Stuttgart
Method of measurement
travel time of a laser impulse
travel time of a laser impulse
travel time of a laser impulse
travel time of a laser impulse
measure multifrequency dephasing
Information provided by the system
points 3D
points 3D
points 3D
points 3D
points 3D and value of réfléctance
Wavelength of the laser
1047 Nm
1535 Nm
1064 Nm
523 Nm
1064 Nm
Maximum distance
1000 m
1000 m
500 m
700 m
750 m
Resolution of the distance
0.03 m
0.10 m
0.10 m
0,10 m
0.06 m
Frequency of measurement
2000 Hz
80 kHz
6000 Hz
2 to 10 kHz
7000 Hz
Cut beam on the ground
0.25 m to 1000 m
0.20 m to 1000 m
0.60 m to 500 m
?
1.50 m &agrave 750 m
Method of scanner
oscillating mirror
mirror in rotation and optical fibre
?
mirror in rotation
mirror in rotation
Frequency of sweeping
50 Hz
600 Hz
?
20 Hz
?
Angle of sweeping
variable Until + - 20
+ - 7
variable until + - 10
+ - 15
+ - 14 / + - 20
Density of points on the ground
1 point for 2.6 m2
5 points per m2
1 points for 4 m2
1 - 4 points for 1 m2
1 point for 4 m2

Table 1.1-1 Principal characteristics of some systems laser scanner

 ALACE.

TopoSys

(Uwe Lohr, 2001)

(Uwe Lohr, 2001)

(Uwe Lohr, 1999)

(Uwe Lohr, 1999)

Lasersäde divergoi eli leviää. Jos divergenssi on 0.25 mrad ja lentokorkeus 1000 m, laserpisteen halkaisija on maanpinnalla 25 cm. Osa valosta heijastuu vastaanottimeen puun lehvästöstä, osa vasta maanpinnasta. Useat laserskannerit kykenevät vastaanottaman useampia kaikuja. "First pulse"-kaiut kuvaavat lähinnä kasvillisuutta, lehvästöä, sähköjohtoja, myös lintuja, kun taas "last pulse"-kaiut kuvaavat rakennuksia, tien pintaa, autoja, paljasta maanpintaa. (Norbert Haala, 1999)

"Last pulse"-havainnot eli pisteet, jotka otetaan vastaan lähetetyn pulssin viimeisenä kaikuna. Puut erottuvat kohdissa, joissa laserpulssi ei ole läpäissyt metsää lainkaan. (Christian Wever and Joachim Lindenberger, 1999)

Laserkeilain läpäisee metsän sitä paremmin, mitä kapeampi keilaimen avauskulma on. (Uwe Lohr, 1997)

piha talo piha tie talo piha puu talo piha paikoitusalue piha

Laserhavainnot yhdellä keilainrivillä. (Christian Wever and Joachim Lindenberger, 1999)
 

Linjoittain keilaavan laserskannerin havaintojen pistejakauma on keilainrivin suunnassa tasavälinen ja pisteiden välimatka riippuu lentokorkeudesta. Lentosuunnassa pisteväliin vaikuttaa lentokoneen maanopeus. Kun korkeusmalli lasketaan tasavälisenä ruutumallina paikalliseen koordinaatistoon, mallin korkeuslukemat interpoloidaan laserhavainnoista. (Uwe Lohr, 1997)

Kuvattava alue lennetään jonoina, jotka peittävät toisensa osittain. Kuvaus voidaan toistaa myös jonojen poikkisuunnassa. (Christian Wever and Joachim Lindenberger, 1999)

Laserhavainnot sisältävät kohteesta kaiken, joten ne on luokiteltava. Maastopisteet voidaan erottaa kasvillisuudesta vertaamalla pisteen korkeuksia naapuripisteiden korkeuksiin, joko yksittäisiin tai keskiarvokorkeuksiin.  (Christian Wever and Joachim Lindenberger, 1999)


Laserskannerin kuva metsäkohteesta ja kuvasta tulkittu maanpinta. (TopoSys)


Sama kohde maastossa maakuvalla ja ilmakuvalla. (TopoSys)

Tulkittu korkeusmalli. (Christian Wever and Joachim Lindenberger, 1999)

Tulkittu ympäristömalli. (Christian Wever and Joachim Lindenberger, 1999)

Puuston korkeuksien tulkintaa. (Christian Wever and Joachim Lindenberger, 1999)

Esimerkki puiden ja rakennusten tulkinnasta laserhavainnoista. Vasen kuva (b) on ero välillä "summer last" ja maanpinta, oikea kuva (c) on ero välillä "summer first" ja "summer last". (Karl Kraus and Wolfgang Rieger, 1999)

Kuvassa (d) on erotettu alueet, jotka täyttävät ehdot: kuvien (b) ja (c) ero on suurempi kuin 1 m ja  arvo kuvalla (c) pienempi kuin 1 m. Näin saadulla maskilla on rajattu korkeusmallista rakennukset (e). (Karl Kraus and Wolfgang Rieger, 1999)

Ortokuva (a) ja (f) rakennukset esitettyinä varjostetulla korkeusmallilla. (Karl Kraus and Wolfgang Rieger, 1999)

3-D kaupunkimalli, Karlsruhe. (Uwe Lohr, 1999)
 
 

Voimalinja näkyy laserskannerilla mitatussa korkeusmallissa. (Uwe Lohr, 1999)

Laserskannerilla kuvattu korkeusmalli voidaan liittää samassa koordinatistossa muuhun paikkatietoon ja laserilla mitatut korkeudet voidaan liittää näihin. (Uwe Lohr, 1999)

The upper plot shows a village in the Netherlands. Characteristic for the TopoSys system is the high amount of details visible in the DEM
allowing analyzing even minor differences in elevation. (Uwe Lohr, 2000)

The river Ems in Germany was scanned during low tide. Tideways and other structures of the landscape can easily be analyzed in a 1 m raster DEM. (Uwe Lohr, 2000)

Syvyyskartoitus

Laserkeilain LADS MkII kartoittaa merenpohjaa 240 m leveänä kaistana. Havainnot kerätään pisteittäin 900 hertsin taajuudella säännölliseen ruudukkoon. Ruudukon pisteväli on 5 m, kun kuvauskorkeus on 500 m ja koneen lentonopeus 90 m/s.

Tutkakuvaus

Yhdistelmäkuva 28 ERS-1/ERS-2 intensiteettikuvasta. Kuvat kuuluvat tandem-kuvauslentoon eli peräkkäisinä päivinä otetusta kuvaparista on  laskettu intensiteettikuvien keskiarvo ja koherenssikuva. Tämä kuva on muunnettu pääkomponenttimuunnoksen avulla kolmeksi kuvaksi 14 intensiteettikeskiarvokuvasta ja 14 koherenssikuvasta. (Törmä, 2001)

SAR:in kuvausgeometria. SAR: Synthetic Aperture Radar. (Richard Bamler, 1999)

SAR-amplitudikuva esittää koherentin tutkasignaalin heijastumaa kohteesta. (Richard Bamler, 1999)

SAR-interferometria perustuu kahden tutkan yhteiskäyttöön ja kohteesta palaavien tutkasignaalien vaiheiden vertaamiseen. (Richard Bamler, 1999)

  Vaihe-eron suuruudesta voidaan laskea etäisyyserot interferometritutkan ja kohteen välillä ja johtaa näistä eroista korkeusmalli. (Richard Bamler, 1999)

SRTM-lennon interferometritutkan antenni avattuna täyteen 60 m pituuteen. SRTM: The Shuttle Radar Topography Mission. Interferometrisesti valmistetun korkeusmallin ruutukoko on 30 m x 30 m. Korkeusmallin sisäinen tarkkuus on 10 m. Ruudukon ulkoinen tarkkuus on 16 m korkeus- ja 20 m tasokoordinaateissa. (Richard Bamler, 1999)

 Sukkulan SRTM-lennon kuvaus tehtiin talvella 2000, jolloin 11 päivän aikana kuvattiin alue,  joka kattoi n. 80 % maapallon maapinta-alasta.  Suomen alueelle kuvaus ei ulottunut, koska sukkulalennot rajoittuivat pohjoisessa 60° ja etelässä 56° leveyspiireille. (Richard Bamler, 1999)

Yhdeksästä ERS-1/2-kuvaparista interferometrisesti valmistettu ja koottu korkeusmalli Etelä-Saksasta Baijerista. Alueen koko on n. 300 km x 200 km. (Richard Bamler, 1999)

Julkaisuja


Maa-57.220 Fotogrammetrinen kartoitus
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13