fotogrametrija

SAOBRAĆAJNI FAKULTET

Fotogrametrija

(Seminarski rad)

Geodezija

Profesor: doc. Dr. Stević Dragan

Travnik, Januar 2013. Student: Admir Terzić

INTERNACIONALNI UNIVERZITET TRAVNIK

1. SADRZAJ:

1. Fotogrametrija 3.1.1. Vrste snimaka u fotogrametriji 4.1.2. Fotogrametrija jednog snimka 4.

2. Terestička fotogrametrija 5.3. Stereofotogrametrija 6.

3.1 Orijentacija 8.4. Aerofotogrametrija 9.5. Digitalna fotogrametrija 10.6. Uređaji u fotogrametriji (Primjer) 11.7. Literatura 13.

2


INŽENJERSKA GEODEZIJADio geodezije koji se bavi primjenama geodezije u inženjerskimprojektiranjima i izgradnji objekata.Obuhvada geodetske mreže kao osnove za projektiranje, iskolčenje i izradugeodetskih podloga za projektiranje, geodetske radove pri projektiranju,gradnji i kontroli prometnica: ceste i željeznice, mostova, tunela,dalekovoda i hidrotehničkih objekata

1.Fotogrametrija je vještina, znanost i tehnologija dobivanja pouzdanih kvantitativnihinformacija o fizičkim objektima na Zemlji i okolišu, procesom zabilježbe, mjerenja,analiziranja i interpretacije fotografskih snimaka i scena elektromagnetskogzračenja dobivenih senzorskim sustavima (URL 11). Fotogrametrija je metod indirektnog mjerenja za određivanje objekata po obliku,veličini i položaju iz fotografske slike Fotogrametrijska metoda snimanja zasniva se na fotografskom metodu snimanja terena,na osnovu kojeg se izarđuju planovi snimljenog terena. Mjerenja nisu na samom objektu,nego se vrše na fotografskoj ili elektronskoj slici. Osnovni elemenat fotogrametrije je fotogrametrijski snimak,koji se naziva fotogram. Fotogram je ustvari fotografija objekta,snimljena posebnim fotografskim instrumentima,na koju se,skupa sa objektom preslikava i jedan koordinatni sistem čiji je koordinatni početak u središtu fotograma. Koordinatni početak nije vidljiv na fotogramu,nego je određen presjekom linija kojima se spajaju posebne oznake preslikane na nasuprotne rubove fotograma. Uovom sitemu mogu se odrediti koordinate bilo koje snimljena tačke.

Prema načinu,odnosno mjestu snimanja,razlikuje se terestička i aerofotogrametrija. Kod aerofotogrametrije snimanje se vrši iz zraka sa aerofotogrametrijskom kamerom koja se nalazi u avionu,montirana na podu aviona. Kod terestičke metode,snimanje se vrši pomoću fototeodolita,instrumenta koji se sastoji od fotoaparata i teodolita.

Zavisno od broja snimaka koji se koriste za izradu plana ili karte razlikuje se fotogrametrija jednog snimka i stereo fotogrametrija.

Kod stereofotogrametrije snima se isto područje sa dvije različite tačke tako da se dobije par snimakaodnosno par stereosnimaka istog područja.

Proces fotogrametrijske izmjere obuhvaća slijedeće osnovne postupke :• izradu projekta izmjere,• pripremu terena za izmjeru,• izvršenje fotogrametrijske izmjere,• određivanje orijentacijskih točaka,• stereofotogrametrijsku izmjeru,• dopunsku geodetsku izmjeru eventualno zaklonjenih detalja.Zbog brzine i ekonomičnosti, fotogrametrijska odnosno aerofotogrametrijskametoda izmjere zemljišta, najznačajnija je metoda u procesu izrade podloge zaprojektiranje cesta.

3


1.1.Vrste snimaka u fotogrametriji

Vrste snimaka u fotogrametriji s obzirom na položaj ose snimanja (nadirni otklon ν) vertikalni (aerofotogrametrija) horizontalni (terestrička fotogrametrija) blago nagnuti (terestrička fotogrametrija) kosi (aerofotogrametrija ili terestrička fotogrametrija, ređe)

Kod aerofotogrametrije imamo ujednačenu razmeru, dok kod terestričke fotogrametrije ona može biti i izrazito nejednakaVrste snimaka s obzirom na širinu vidnog polja

o normalnio uskougaonio širokougaonio superširokougaoni

1.2.Fotogrametrija jednog snimka

Na osnovu jednog snimka može se dobiti dvodimenzionalni prikaz snimljenog područja,odnosno površine. Snimanje se može vršiti sa instrumentima koji se nalaze na povrsini terena(terestička fotogrametrija) ili iznad zemlje (aerofotogrametrija). Na osnovu jednog snimka dobija se samo situacija u ravnini plana bez visinske predstave-fotoplan ili fotokarta. Koristi se kod snimanja ravnih površina

4


2.Terestička fotogrametrija

Fototeodolit

- instrument sličan teodolitu s razlikom da umjesto durbina ima mjernu kameru.

- služi nam za određivanje elemenata vanjske orijentacije (ω, φ, κ)

Osnovni matematički model

U fotogrametrijskom modelu mjerenje pojedinih točaka u trodimenzionalnom koordinatnomsustavu koji ćemo nazvati globalni koordinatni sustav, određeno je iz opažanja.

Vrste opažanja

Opažanja imaju stohastičke osobine, tj. na njih utječu slučajne pogreške i grube pogreške. Uovom slučaju nećemo se baviti grubim pogreškama već samo slučajnim pogreškama.Slučajne pogreške možemo kvantificirati standardnom devijacijom ili srednjom kvadratnompogreškom. Najveći broj mjerenja su mjerenja slikovnih ili modelnih koordinata. To mogu biti i mjerenja u modelu koji nije apsolutno orijentiran. U tom slučaju radi se o lokalnom koordinatnom sustavu a u taj sustav mogu biti uključena i mjerenja izvedena nefotogrametrijskim metodama. To mogu npr. biti prostorne koordinate iz konstrukcijskih planova za neko vozilo.

Hibridna mjerenja kao npr. tahimetrijska mjerenja, mjerenje prostornih smjerova, mjerenjeprostornih udaljenosti među točkama također mogu biti uključena u sustav.Mogu biti uključena i mjerenja oblika (features ili gestalts), osobina koje ne možemo mjeritiinstrumentom a koja su određena ljudskim osjetilima i na osnovu iskustva. Tipični oblici suprikazani na slici:

5


Dvije ili više točaka:u horizontalnoj ravnini (P1,P2 ili P9, P11,P13), u vertikali ( P11, P14 ili P1, P3).

Tri ili više točaka:na proizvoljnoj ravnoj liniji (P17, P18, P19),u vertikalnoj ravnini (P9, P11, P14, ili P1, P2, P3, P4),u dvije vertikalne ravnine koje se sijeku s jednom točkom na presječnici (P9, P11, P1).

Četiri ili više točaka:u proizvoljnoj ravnini (P14, P17, P15, P19).

Oblici mogu biti uključene krivulje:u paralelnim ravnim linijama (P17, P19 i P20, P23),u paralelnim vertikalnim ravninama ( P1, P2, P3, P4, i P5, P6, P7, P8),kao krajnje točke dva pravca jednake dužine (P20, P21 kao prvi i P22, P23 kao drugi)

Pet i više točaka:u paralelnim ravninama (P114, P15, P16 u jednoj ravnini i P20, P23 u drugoj paralelnoj ravnini). Osim navedenih primjera kao oblici mogu biti uključene krivulje umjesto pravaca i zakrivljene plohe umjesto ravnina. Općenito uzevši to su fiktivna opažanja.Općenito u fotogrametriji pretpostavljamo da su poznati elementi unutarnje orijentacije tekoordinate orijentacijskih ili kontrolnih točaka. U stvarnosti te veličine za koje pretpostavljamo da su bezpogrešne nisu bez pogrešaka, imaju stohastičke osobine. Prema tome one se mogu smatrati također kao opažanja u izjednačenju indirektnih mjerenja po metodi najmanjih kvadrata.S druge strane nepoznati elemetni npr. vanjske orijentacije nisu uvijek nepoznati (terestrička fgm. ili aerofgm. s uporabom GPS i inercijalnih sustava).Prije navedena razmišljanja vode do općenitog koncepta opažanja u kojem postoje opažanja sstandardnom devijacijom 0 i ∞.Opažanje sa srednjom pogreškom = 0 je konstanta, a ono sa srednjom pogreškom = ∞ jenepoznanica.

3.StereofotogrametrijaStereoskopsko promatranjeStereoskopija je znanost i umjetnost koja se bavi korištenjem slika za rekonstrukcijutrodimenzionalnog modela s karakteristikama istovjetnim originalu promatranim u prirodi.U fotogrametriji postoje tri osnovne primjene stereoskopije:pomoć u interpretaciji trodiemnzionalnih oblika objekata,procjenjivanje nagiba i relativnih visinskih razlika,pomoć prilikom kartiranja slojnica prilikom preciznog mjerenja visinskih razlika

Osnovni principi stereo-promatranja:U trodimenzionalnoj percepciji prostora promatrač koristi različite vizualne karakteristike,osnove, kako bi odredio oblik i veličina promatranog objekta.Karakterisitke mogu biti monokularne ili binokularne ovisno o tome mogu li se procjeniti sjednim okom ili su potrebna oba oka.

6


Binokularno promatranje

Dvije osnove koje omogućavaju stereo promatranje i prostorni zor su kut konvergencije iretinalna nejednakost.Pretpostavka da su oči fokusiranu na točku P no u vidnom polju je i točka A.Retinalna nejednakost se može objasniti tvrdnjom da ako slike točke A, a i a’, padaju na istomjesto retine u oba oka onda su točke A i P na istoj udaljenosti od pravca položenog kroz obaoka.

Opet je fokusirana točka P no sada točka a nije na istoj udaljenosti kao točka P.Ako slike točke A, a i a’ nisu preslikane na istom mjestu retine stvara se dojam različiteudaljenosti.

7


Stereoparalaktička komponentaStereoparalaksa je komponenta totalne paralakse u smjeru osi X

Paralaksa je razlika položaja točke na jednoj snimci od položaja te iste točke na drugoj

3.1.OrijentacijeIzmjera modela je moguća na osnovu:rekonstrukcije vanjskog snopa zraka (unutarnja orijentacija), međusobne orijentacije vanjskih snopova kako bi na presjeku bio stvoren umanjeni nedeformirani model snimljenog objekta (relativna orijentacija), orijentacije rekonstruiranog modela u odnosu na referentni koordinatni sustav (apsolutna orijent).

Unutarnja orijentacijaSsastoji se od orijentacije snimke prema projekcijskom središtu.Elementi unutarnje orijentacije su: konstanta kamere cK i poznat položaj glavne točke snimke H’. Navedenim elementima osiguran je minimum potreban za rekonstrukciju vanjskog snopa zraka kongruentan snopu koji je izvršio preslikavanje.

Relativna orijentacijaOrijentacija jedne snimke prema drugoj sa svrhom dobivanja umanjenog i nedeformiranogmodela snimljenog područja.Obzirom na rješenja rel.orijentacija može biti: optičko-mehanička, numerička, analitička.Rješenja ovise prvenstveno o instrumentariju na kojem se radi, te općenito o metodologiji itehnologiji izmjere.

8


Bilinearna transformacija

Orijentacija digitalnih fotogrametrijskih snimakaNakon završene realtivne i apsolutne orijentacije snimki stereopara stvoreni su uvjeti za stvaranjenormalizirane slike. Normalizirnaa slika odgovara slici u normalnom stereoparu odnosnoprilikom normalnog promatranja (ljudski zor).Prema tome postoje samo ξ’ paralakse, te se stoga korelacija svodi na jedno-dimenzionalnizadatak.

4.AerofotogrametrijaKoristi se kod snimanja velikih područja. Snimanje se vrši iz aviona,stim da je osa fotokamere u prostoru vertikalna. Visina leta aviona pri snimanju zavisi od karakteristika fotokamere i razmjere u kojoj će se razrađivati plan (za razmjeru 1:1000 visina snimanja je od 800 do 1000 m ) . Snimanje se vrši pri konstantnoj visini aviona,kretanju po zadatom pravcu i sa preklapanjem snimaka 60 do 65 %. Za orijentaciju dobijenih snimaka i kontrolu tačnosti,prije snimanja se markiraju tačke sa poznatim koordinatama.Snimke su: snimljene iz zraka (aviona), vertikalne ili približno vertikalne,snimljene s mjernom kamerom.Platforma za snimanje: avion (na propeler ili mlazni, dvomotorni, visokokrilac).Klasifikacija u odnosu na vidni kut objektiva:Digitalni ortofoto je avionski snimak tla, u digitalnom (rasterskom) obliku koji je posebnim postupcima "ortorektificiran". Ortorektifikacija je postupak obrade fotografije koji uključuje uklanjanje geometrijskih netočnosti zbog perspektive, utjecaja reljefa, leće fotoaparata i sl., kao i uklanjanje razlika u svjetlini i osobinama boja pojedinih fotograma (pojedinačnih avionskih snimaka).

9


Aerotriangulacija - ili fototriangulacija je proces progušćivanja položajnih i/ili visinskih kontrolnih točaka u kojem se mjerenje kuteva odnosno dužina na preklapajućim fotografijama dovodi u vezu s prostornim rješenjem uz korištenje perspektivnih osnova fotografije

- simultani proces prostornog presjeka natrag i prostornog presjeka naprijed zraka svijetlosti. Konjugirani par zraka iz dviju ili više snimaka koje se preklapaju presjecaju se u zajedničkoj točki terena i na taj način određuju njezine prostorne koordinate X, Y i Z. Cjelokupni skup presjecanih zraka dovodi se u vezu sa zemljišnim koordinatnim sustavom procesom izjednačenja. Na taj način nakon završenog izjednačenja zemljišne koordinate nepoznatih (novih) točaka određene su presjekom naprijed izjednačenih zraka svjetlosti.

5.Digitalna fotogrametrija: Takodje i u oblasti fotogrametrije značajno je učešće novih tehnologija,kako u snimanju tako i u obradi podataka snimanja. U tu svrhu se mogu koristiti skenirani avio snimci ili fotografije u digitalnom formatu dobijene iz digitalnih avio senzora. Osim toga digitalna kamera moze imati i senzore koji nisu u vidljivom dijelu spektra,te se mogu skupljati informacije u ostalim spektralnim područjima.Obrada snimaka se vrši odgovarajućim softverom. Softver obuhvata module za unutarnju orijentaciju,transformaciju koordinata. Podaci se mogu prevesti u formate GIS i CAD sistema. Koristi se za izradu topografskih i tematskih podloga i 3D-podataka za GIS baze podataka.

Istovremenim korištenjem tehnologije GPS,laserskih skenera i digitalne aerofotokamere,mogu se praktično u realnom vremenu dobiti vrlo precizne topološke karte i digitalni ortofoto. skenirani aerosnimak se posebnim računskim postupkom uz primjenu digitalnog modela reljefa i orijentacijskih točaka prevodi iz centralne u ortogonalnu projekciju.

Digitalni ortofoto se izračunava s odgovarajućom rezolucijom u zadanim granicama geodetskog pravokutnog koordinatnog sustava. Dodavanjem vektorskog sadržaja, toponima, te opisom kartografske projekcije izrađuju se ortofoto karte.

10


6.Uređaji u fotogrametrijiMjerna kamera Wild P31/100Fototeodolit Wild P31 (slika 18) sastoji se od postolja s orijentacijskim uređajem, na kojemse nalazi nosač kamere. Na njegovoj nagibnoj osovini nalazi se prsten u koji se ulažekamera (slika 19). Os snimanja može se nagibati za fiksne iznose ±7, ±14, ±25, ±30, + 100g (na principu utora). Valjuškasti nosač dade se na istom principu zakretati oko vertikalneosovine spram orijentacijskog uređaja za iznose: 0g, 100g,200g i 300g, kao paralelnozakrenute snimke s postavima od 25g, 375g, 175g i 225g.Format ploča za kameru P31 je 4 x 5 inča (10,6 x 12,7 cm, korisni format je 83 x 117mm).Kamera je snabdjevena širokokutnim objektivom žarišne daljine od 98,8 mm, a svijetlosnajačina je 1:8.

Objektiv nije čvrsto ugrađen u kameru, već se između njega i kamere ulažu međuprstenovikojih ima 8 komada, za udaljenosti od: 25; 7; 4; 2.5; 1; 1.8; 1.6; i 1.4 m, što uz korištenjeminimalnog otvora zaslona daje mogućnost snimanja već od 1.29 m. Objektiv je proviđeniris zaslonom (od 1:8 do 1:22) i centralnim zaporom s eksponažama B, sinhronizacijom zaelektronsku bljeskavu rasvjetu, i elektromagnetskim daljinskim sinhroniziranimeksponiranjem.Sa stražnje strane kamere nalazi se slikovni okvir, koji je izveden u obliku staklene ploče,koja nosi ugravirane oznake za rubne markice, kao i za položaj glavne točke snimka.Ubacivanje ove planparalelne staklene ploče ne predstavlja novost kod konstrukcijefototeodolita (takav slučaj imamo već kod Eichbergove kamere ali s drugom svrhom).Kako planparalelna ploča sječe nutarnji snop zraka, pa time utječe i na distorziju slike, toje njezina uloga uzeta u obzir zajedno sa distorzijom objektiva. Prednost ovakvog rješenjaje u tom da se može snimati na planfilm ( npr. kolor), jer se na planparalelnoj ploči film

11


izravnava pritiskom. Na snimak se također preslikavaju podaci za konstantu kamere, koja odgovara za daljinuod 25 m, dodatak za promjenu konstante za određeni međuprsten i broj snimaka.Slikovni okvir je obzirom na optičku os objektiva ugrađen ekscentrično, tako da je glavnatočka pomaknuta u smjeru kraće stranice za 15 mm. Na taj se način kod snimanja saširokim formatom zakretanjem kamere oko optičke osi dobije bolje obuhvaćanje objektasnimanja. Međutim, kod snimanja s visokim formatom ovaj ekscentricitet predstavljapomak objektiva u stranu.

12


7. Literatura

13

fotogrametrija

Documents