Maa-57.220 Fotogrammetrinen kartoitus
(Alkuperäinen luento: Henrik
Haggrén, 25.10.2002
Muutoksia: Eija Honkavaara,
24.10.2004)
Luento
13: Ympäristömallien tiedonkeruu
Luento 13: Ympäristömallien tiedonkeruu
Ilmakuvauksen vaihtoehdot ympäristömallien tiedonkeruussa
Digitaaliset kuvat käsitteissä
Ilmavalokuvan ja ilmavideokuvan käyttöominaisuuksista
- Nurminen, Kimmo, 2002. Digitaalisten ilmakuvien käyttö
kaupungin paikkatietojärjestelmässä (Digital Aerial Photographs in
Municipal Geographic Information System), diplomityö, TKK, 2002
"Ilmakuvat liittyvät paikkatietojärjestelmässä lähinnä tiedon ylläpitoon ja esittämiseen. Tässä diplomityössä tarkastellaan suuri- ja keskimittakaavaisten ilmakuvien käyttömahdollisuuksia kaupungin paikkatietojärjestelmässä." (Nurminen, 2002)
"Nikinmäen
ortomosaiikki ja asekaavan pohjakarttaa, © Vantaan kaupungin mittausosasto
1997. Vantaan ortokuva-aineistoista Nikinmäki on geometrisesti tarkin. Alueella
oli jo valmiina merkittävä osa korkeuskäyrästöstä vektorimuotoisena ja loput
digitoitiin käsin MicroStation- ja Stella-ohjelmistoilla syyskesällä 1997.
Tiestö, luiskat, ojat, alueella sijaitseva jokiuoma ja muut kaavan pohjakartan
täydennettävät kohteet saatiin analyyttiseltä kojeelta 3D:nä. Koska alue on
Vantaan kaupungin koillisrajalla ja rajautuu Keravaan ja Sipooseen, Vantaan
ulkopuolisilla alueilla käytettiin Maanmittauslaitoksen 25x25 metrin
ruutukorkeusmallia. Kuvaus oli kuuden kuvan jono ja siten mosaiikin laidoilla
maastovirhe on jo merkittävä. Kuvien skannaus tehtiin Leica/Helava DSW200
–skannerilla 12.5 mm:n resoluutiolla." (Nurminen, 2002)
Tikkurilan ortomosaiikkia HMR-formaatissa ja kaavan pohjakarttaa, © Vantaan kaupungin mittausosasto 1997. (Nurminen, 2002)
"Vapaalan vuoden 2000 ortomosaiikki tehtiin alueen stereomallien yhteydessä. Kuvaus oli tavallinen kaavan pohjakartan ylläpitokuvaus. Peitot olivat 60% / 30% eli eivät parhaat ortokuvia ajatellen. Kuvaus oli signaloitu. Orto-oikaisussa käytettiin Maanmittauslaitoksen mallia. Vapaalan kuvaus on tyyppiesimerkki suuriresoluutioisesta kaupunkikuvauksesta. Ortokuvan maastopikseli voi olla niinkin pieni kuin 5 cm. Useimmat paikalliset mosaiikit tultaneen kuitenkin uudelleennäytteistämään 10 cm:iin." (Nurminen, 2002)
"Osa Ilolan kantakartan stereotäydennyksestä. Nykyisessä kokoonpanossaan piirto-ohjelmisto koostuu kahdesta pääohjelmistosta. MicroStation/J GeoGraphics ja Stella. Stella-kohdeluokitus tulee MicroStation:ssa toimivan STATTACH.MDL-sovelluksen kautta." (Nurminen, 2002)
"Ortokuvapari Hakunilasta, maastopikseli 12.5 cm, © Vantaan kaupungin
mittausosasto 1998. Mikäli ortokuvilta halutaan saada kauttaaltaan
kolmiulotteinen näkymä, luodaan stereoparin toisesta kuvasta tavallinen
ortokuva ja toiselle kuvalle tehdään orto-oikaisu keinotekoisella
vaakaparallaksilla px. Syntynyttä kuvaparia kutsutaan stereo-ortokuvapariksi.
Ortokuva on ortogonaaliprojektio ja sen stereopari
yhdensuuntainen vinoprojektio." (Nurminen, 2002)
3-D
mallien tiedonkeruu
- Heikkinen, Jussi, 2002.
Feature based photogrammetry. Erikoistyö,
TKK.
- 3-D mallien tiedonkeruu ilmakuvilta (Jussi Heikkinen, 1998)
- Virtuaalimallin tuotannon vaiheet:
- Tiedonkeruu
- Ilmakuvat, satelliittikuvat, laserkeilaus
- Maastomittaukset: geodeettiset,
fotogrammetria, laserkeilaus, tekstuurikuvat
- Paikkatiedot: korkeusmallit, kartat
- 3D-datan tuottaminen
- Rekisteröinti
- Geometrisen mallin luominen (usein monilla
resoluutioilla)
- Tekstuurin lisääminen malliin
- Renderöinti
3-D mallinnus. (Madani, 1996).
Straight line matching in a stereopair. (Grün, 2000)
(Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999)
(Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999)
(Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999)
(Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999)
(Dieter Fritsch, 1999)
(John Danahy, 1999)
(John Danahy, 1999)
(John Danahy, 1999)
(John Danahy, 1999)
(Michael Gruber, 1999)
(Michael Gruber, 1999)
(Michael Gruber, 1999)
(Michael Gruber, 1999)
(Michael Gruber, 1999)
(Dieter Fritsch, 1999)
(Dieter Fritsch, 1999)
(Dieter Fritsch, 1999)
(Dieter Fritsch, 1999)
- References
- Dieter Fritsch, 1999. Virtual cities and landscape models - what has photogrammetry to offer?, Photogrammetric Week '99, Wichmann, 1999, p. 3-14.
- Michael Gruber, 1999. Managing Large 3D Urban Databases, Photogrammetric Week '99, Wichmann, 1999, p. 341-349.
- John Danahy, 1999. Visualization Data Needs in Urban Environmental Planning and Design, Photogrammetric Week '99, Wichmann, 1999, p. 351-365.
- Armin Gruen and Xinhua Wang, 1999. CyberCity Modeler, a tool for interactive 3-D city model generation, Photogrammetric Week '99, Wichmann, 1999, p. 317-327.
- Jussi Heikkinen, 1998. 3D mallit, http://foto.hut.fi/opetus/3DMalli/start.html.
Ilmakuvauksen
vaihtoehdot ympäristömallien tiedonkeruussa
- Digitoidut kartoituskuvaukset
- Maaston korkeusmallin mittaus - havaintotyö
puoliautomaattista, maanpinnan seuraaminen toimii - malli editoitava
- Ilmakolmiointi - havaintotyö lähes
automaattista, toimii - blokki geometrisesti erittäin hyvä, koska kuvien
välisiä liitospisteitä voidaan käyttää lähes rajattomasti
- Digitaaliset ilmakuvaukset
- Ensimmäiset koekuvaukset 1990-luvun lopulla.
- 2004: Markkinoilla useita laajaformaattisia
digitaalisia ilmakuvakameroita, Luento 3
- Laserskannaukset
- Käyttö lisääntymässä: Luento 8, Laserskannerit
- Videokuvaus
- Valmiina tuotteena:
- Kehitystyö käynnissä:
- Aiempia kehityshankkeita:
- Videoprofilointi (Airborne 3-D Videoprofilometer,
1995)
- Viistokuvat
- Satelliittikuvaus
Digitaaliset
kuvat käsitteissä
- Analogiakuvat - digitaaliset kuvat?
- Ilmakuvat käsitetään yleisesti lentokoneesta
otetuiksi analogisiksi valokuviksi.
- Ilmakuvausta tehdään myös videokuvauksena,
kuvaavilla spektroradiometreillä, tutkalla, mikroaaltoradiometreillä, ym.
- Satelliittikuvat käsitetään yleisesti
satelliitista otetuiksi digitaalisiksi kuviksi.
- Ilmakuvat - satelliittikuvat?
- Nykyisellään ei kuvaustekniikan eikä
kuvankäsittelytekniikan puolesta ole erityistä syytä korostaa eroa
ilmakuvien tai satelliittikuvien välillä.
- Kuvaustoimintana ilmakuvaus on
projektiluonteista.
- Satelliittikuvaus on jatkuvaa, mutta voidaan
tarpeen tuleen suorittaa myös tilauksesta.
Ilmavalokuvan
ja ilmavideokuvan käyttöominaisuuksista
- Perusominaisuudet kartoitussovelluksia
ajatellen
- Valokuva
- filmille
- kuvakoko 230 mm x 230 mm
- geometria, esim. 1 : 230,000
- resoluutio, esim 60 lp/mm
- digitoitava
- kuvien ulkoinen orientointi hallitaan
- Videokuva
- kuvanauhalle tai kovalevylle
- kuvakoko 512 x 512 pikseliä
- geometria, esim. 1 : 5-10,000
- resoluutio, esim. 400 p/juova
- digitoitu
- kuvien ulkoinen orientointi edellyttää
käytännössä myös kuvauksenaikaista paikannusta koneessa
- Kuvien informatiosisältö
- Ilmavalokuvan informaatiosisältö on
ylivertainen videokuvaan nähden. Suhde seuraavassa esimerkissä 4761:1 :
- Valokuva: (60 lp/mm x 230 mm)² = 13 800²
lp²
- Videokuva: 200² lp
- Aluekuvauksissa kuvien lukumääriä
verrattaessa videokuvaus on tehokkaampi. Suhde seuraavassa esimerkissä
1:100 :
- Valokuva: matalakuvauksissa kuvanottoväli 3
- 5 sekuntia => 450 kuvaa 30 minuutissa, jos kuvanottoväli 4
sekuntia.
- Videokuva: 30 min x 60 sek x 25 kuvaa/sek =
45.000 kuvaa/30_min
- Tutkijan näkemys näiden kahden
ilmakuvausmenetelmän tulevaisuudesta:
- Ilmakuvien käyttö kartoituskuvauksissa
perustuu yhä enemmän hyvän kuvageometrian hyödyntämiseen,
- 0.001 mm : 230 mm => 1 : 230,000.
- Videokuvauksen käytössä korostuu
radiometrinen hyödyntäminen,
- 25 kuvaa/sekunti
- suuri kuvamäärä ja katveet vähenevät,
- muutokset kuvalta toiselle vähäisiä,
- välitön tiedonkäsittely,
- mahdollisuus matalakuvaukseen myös
pilvisellä säällä.
Kaksikuvamittaus
- Kaksikuvamittaus on kolmiulotteista
kartoitusta ilmakuvilta ilman stereotarkastelua.
- Kaksikuvamittaus tehdään oikaisemattomillta
ilmakuvilta. Kuvien ulkoinen tunnetaan samoin kuin stereokartoituksessa. .
- Mittaus perustuu nadiirisuorien
hyväksikäyttöön. Nadiirisuora on ilmakuvalle projisioitu suora viiva, joka
kulkee kuvan nadiiripisteen kautta. Kaikki kohteen pystysuorat viivat ovat
nadiirisuoria.
- Jos maaston korkeusmalli tunnetaan, kohde voidaan mitata kolmiulotteisesti yhdeltä kuvalta. Jos sama kohde havaitaan uudestaan joltakin toiselta kuvalta, kohteen kolmiulotteinen sijainti voidaan havaita nadiirisuoria käyttäen. Tällöin ei korkeusmallia tarvita ja näitä havaintoja voidaan tarvittaessa käyttää korkeusmallin editoimiseen.
Kaksikuvamittauksen geometria. (Rönnholm, 1997).
Kohdepisteen korkeus tulkitaan kaksikuvamittauksessa nadiirisuorien avulla. (Rönnholm, 1997).
Kaksikuvamittauksen työvaiheet. (Rönnholm, 1997).
Kaksikuvamittauksella mitattuja talomalleja. (Rönnholm, 1997).
- Viitteet
- Petri Rönnholm, 1997. Kaksikuvamittaus digitaalisilta
ilmakuvilta, TKK,
diplomityö, Espoo 1997
3-D kaupunkimallit
(Laurent Renouard and Frank Lehmann, 1999)
Tekstuurikartta kolmiopinnalla. (E. Lindberg, 1997).
- Viitteet
- Laurent Renouard and Frank Lehmann, 1999. High Resolution Digital Surface Models and Orthoimages for Telecom Network Planning, in: Photogrammetric Week '99, Wichmann, p. 241-246.
- Erik Lindberg, 1997. Tekstuurien määritteleminen
pinnoille VRML 1.0 -syntaksia käyttäen
Julkaisuja
- ASPRS, Manual of Photogrammetry, Fifth Edition, 2004. Chapter 14.1 3-Dimensional Reconstruction and Virtual Reality 1015-1021
- Nurminen, Kimmo, 2002. Digitaalisten ilmakuvien käyttö
kaupungin paikkatietojärjestelmässä, diplomityö, TKK, 2002
- Mostafa Madani, 2001. Importance of Digital Photogrammetry for a complete GIS. 5th Global Spatial Data Infrastructure Conference, Cartagena, Columbia May 21-25, 2001 http://codazzi4.igac.gov.co/gsdi5/documentos/M_Madani.pdf
- OEEPE-koetyö Test on 3D-City Models
- Grün, Armin, 2000. Semi-automated approaches to site recording and modeling, ISPRS, Commission V, Amsterdam 2000.
- Roman Englert, Eberhard Gülch One-Eye Stereo System for the Acquisition of Complex 3D Building Descriptions, GIS 4/1996, p. 16-21.
- Jenni Vepsäläinen Senaatintorin ja TKK:n päärakennuksen rautalankamallit