Maa-57.220 Fotogrammetrinen kartoitus

Luento-ohjelma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
(Henrik Haggrén, 25.10.2002)

Luento 8: Topografinen peruskartoitus

AIHEITA

Topografinen kartoitus

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 eli lähinnä 1 m pikselikoon 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)

Erotuskyky ja tulkittavuus

Satelliittikuvan pikselikoon vaikutus rakenteiden tulkittavuuteen.

Object
Detection (Havaittavuus)
Identification (Tulkittavuus)
Global (Sijainti/Laji)
Accurate
(Muoto/Tyyppi)
Bridges
6.0
4.50
1.50
Radar
3.0
1.00
0.30
Radiocommunication
3.0
1.50
0.30
Material Depots
3.0
0.50
0.15
Troop Units/Bivouacs
6.0
2.00
0.50
Air Base Facilities
6.0
4.50
3.00
Artillery/Rockets
1.0
0.50
0.15
Aircraft
4.5
1.50
0.15
C2 Headquarter
3.0
1.00
0.30
Missile Sites
-(SSM.SAM)
3.0
1.50
0.15
Medium-sized Surface Vessels
15.0
4.50
0.15
Vehicles
1.50
0.50
0.15
Land Mine Fields
3.0
1.50
0.30
Ports
30.0
6.00
1.50
Coasts and Landing Beaches
15.0
4.50
0.50
Railroads & Yards & Shops
15.0
4.50
1.50
Roads
6.0
4.50
1.50
Urban Areas
60.0
15.00
3.00
Military Airfields
 
90.00
4.50
Submarines on the Surface
7.5
4.00
0.15

Kuvan resoluution vaikutusta kohteiden tulkittavuuteen ja tunnistettavuuteen on tutkittu paljon varsinkin sotilassovelluksissa.

Maastotietokanta

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 mP lasketaan toistetuista havainnoista ja niiden koordinaattieroista. Kun mX = mY, 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 dX ja dY.


Tulkintamenetelmä
Aineisto
Mittakaava
Identifioitavuus [m]
1
2
3
4
Tarkkuusstereokoje 
Ilmakuva
1 : 16 000
0.5 / 1
-
    
1 : 31 000
1 / 2
-
    
Kartoitusstereokoje
1 : 16 000 - 31 000
1 / 1
3 / 3
5 / 5
10 / 10
1 : 16 000 - 60 000
5 / 5
10 / 10
15 / 15
30 / 30
Digitointipöytä
Ortokuva
1 : 5 000
3 / -
5 / -
10 / -
15 / -
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 / -
 
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.htmlhttp://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)

Julkaisuja

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