Fotogrametria

João MatosDepartamento de Engenharia Civil e Arquitectura

(Versão 1.0) – 11 de Abril de 2007

Motivação

Fotogrametria como processo de produção de cartografia com ummínimo de deslocação ao terreno.

A fotogrametria na cadeia de produção cartográfica.

Definições

Fotogrametria é o processo de derivação de informação métrica de um objecto através de medições feitas em fotografias desse objecto

Foto-interpretação é a extracção de informação qualitativa dos objectos fotografados por análise visual humana

O termo Detecção Remota é introduzido posteriormente aos anteriores e abrange a fotogrametria e a foto-interpretação, integrando técnicas computacionais em complemento à análise visual, tendo com aplicação a imagens em geral e não somente a fotografias.

(Mikhail et alli, 2001)

Notas Históricas sobre Fotogrametria

Início do sec. XIX – desenvolvimento da fotografia por Niepce e Daguerre

1858 – Nadar faz fotografia a partir de balão

1895 – Laussedat desenvolve a primeira câmara e procedimentos para medições fotogramétricas (que designa por metrophotographic)

1909 – Primeiras fotografias tiradas a partir de avião por Wilbur Wright

1911 – von Orel e Zeiss produzem o primeiro “stereoautograph” para desenho a partir de fotografias terrestres

1923 – Heinrich Wild produz o Autograph A1

1947 – Wild A7

1951 – Desenvolvimento do Balplex na Bausch & Lomb

1960 – Yzerman e Kern desenvolvem o restituidor PGS

1961 – Restituidor Analítico desenvolvido por Uki Helava

Felix Tournachon (Nadar)

Balão utilizado por Nadar

Foto de paris (1860)

Fotografia Aérea (1ª Guerra Mundial)

1939 - Model A Reading plotter

Notas Históricas sobre Fotogrametria em Portugal

Os Serviços Cartográficos do Exército (SCE) introduzem em 1937 os processos fotogramétricosna cadeia de produção com o sistema Multiplex Bausch&Lomb. A partir de 1940 os métodos clássicos de levantamento são substituídos nos SCE pelos processos fotogramátricos com restituidores fotogramétricos Wild A5 e A6.A primeira cobertura nacional de fotografia aérea foi realizada pela Royal Air Force em 1948, num voo à escala 1:30000 destinado a apoiar a série cartográfica 1:25000 dos Serviços Cartográficos do Exército. A USAF realizou em 1958 um voo com cobertura nacional destinado à produção de cartografia NATO à escala 1:50000.

A fotogrametria aérea, como técnica de produção cartográfica no sector empresarial, foi iniciada em Portugal em 1937 pela Sociedade Portuguesa de Levantamentos Aéreos, Lda. (SPLAL). A SPLAL teve como um dos sócios fundadores e director técnico o General José Norton de Matos, director dos serviços de geodesia e agrimensura na Índia de 1890 a 1900 e personagem público notável da primeira metade do século XX português (foi professor da disciplina de Topografia no Instituto Superior Técnico).

Esta empresa aplicou processos fotogramétricos no levantamento à escala 1:2000 e 1:5000 da Costa do Sol e colaborou até 1946 na execução da cartografia 1:25000 dos SCE. Esta empresa funcionou até 1949.

Avião e equipamento de fotografia aérea utilizados pela Artop na década de 1950.

Princípios geométricos da Fotogrametria

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Paralaxe e estereoscopia

Sobreposição entre fotografias aéreas adjacentes numa mesma fiada

Simulação de visão estereoscópica com pares de fotografia aéreas

Paralaxe de pontos conjugados varia com a altitude

Processo Fotogramétrico de Produção de Cartografia

Escala média de voo

“Escala” da cartografia

Altitude médiaacima do terreno

1/5 000 1/1 000 762m

1/8 000 1/2 000 1219m

1/20 000 1/5 000 3048m

1/27 500 1/10 000 4191m

Escolha da escala média de voo (câmara com 152mm de dist. focal).

Z/I Imaging, Digital Mapping Camera (DMC)

RC30 Aerial Camera System

Aquisição da Fotografia Aérea

Scanner para digitalização de filme diapositivo

Orientação Relativa : Formação do modelo estereoscópico garantindo que os raios de pontos conjugados se intersectam, reconstruindo a geometria epipolar.

Orientação Absoluta: Estabelecimento da relação entre o espaço do modelo e o sistema de coordenadas do espaço do objecto

A orientação absoluta requer a utilização de coordenadas de pontos identificáveis na fotografia (pontos fotogramétricos). O número de pontos cujas coordenadas são determinadas no terreno é reduzido através do processo de aerotriangulação. A utilização de GPS a bordo do avião, juntamente com sistemas inerciais, veio ainda contribuir para o melhoramento do processo de aerotriangulação.

Construção dos Modelos Estereoscópicos

Fiada de fotografias e Pontos de Apoio Fotogramétrico

- PF plani-altimétrico

- PF planimétrico

- PF altimétrico

Ponto Fotogramétrico Artificial (danificado)

Equipamentos de Restituição Fotogramétrica

Resultado da restituição fotogramétrica e imagem ortorrectificada em fundo

VooDigitalização

Apoio de campo Aerotriangulação

Orientaçãode Modelos

Restituição

CompletagemEdição

Cadeia de Produção Cartográfica

Cobertura aerofotográficaConjunto de fotografias aéreas cobrindo uma dada área.

Apoio fotogramétricoConjunto de pontos, designados por Pontos Fotogramétricos, dos quais são determinadas as coordenadas e que se destinam a suportar a operação de aerotriangulação e a orientação de modelos fotogramétricos.

AerotriangulaçãoOperação que permite a determinação de um número suplementar de pontos para orientação dos modelos fotogramétricos, realizada sobre um conjunto de modelos fotogramétricos com recurso a Pontos Fotogramétricos coordenados no terreno e opcionalmente à posição da câmara fotográfica.

Restituição FotogramétricaOperação de desenho tridimensional realizada sobre modelos fotogramétricos tendo como objectivo a representação geométrica de características geográficas. Habitualmente considera-se parte deste processo a componente de foto-interpretaçãoque permite alguma descriminação temática das características geográficas representadas.

Completagem de campoOperação complementar da restituição fotogramétrica, consistindo na aquisição de informação posicional e temática não perceptível nas fotografias aéreas.

EdiçãoOperação realizada sobre o desenho cartográfico que comporta o acréscimo ou a eliminação de elementos gráficos do desenho, assim como a alteração das suas propriedades.

Ortorrectificação

Correcção da distorsão da câmara e do relevo

Fotografia ortorrectificada (com o efeito visível na margem)

Imagem Ikonos ortorrectificada(com o efeito visível na margem)

Fotogrametria Terrestre

Levantamento de apoio à desmontagem do Cais das Colunas - MELIOBRA (1997)

Leica R5 Elcovision

Levantamento de Antas e Menires no Concelho de Arraiolos (1993)

Fotogrametria Monoscópica

Correcção geométrica numa perspectiva muito desfavorável

Pórtico no Castelo de S. Jorge

(Baratin et allii - Universidade de Bolonha)

Porque razão não se devem realizar voos para fotogrametria no período que medeiaaproximadamente entre Novembro e Fevereiro ?

Qual a diferença entre um ortofoto e uma fotografia aérea ?

Porque razão as fiadas de fotografias aéreas são feitas com sobreposição lateral e longitudinal ?

Qual a finalidade da aerotriangulação ?

Questões de consolidação e revisão de conhecimentos

Sugestões de Pesquisa

http://www.isprs.org

Fotogrametria Moderna: Analytica e Digital; José Luís Lerma Garcia. Ed. UniversidadePolitécnica de Valência, 2002

Aerial Photography and Image Interpretation; David paine, James Kiser. Ed . John Wiley & Sons, 2003.

Introduction to Modern Photogrammetry; Edward Mikhail, James Bethel, J.Chris McGlone. Ed. John Wiley& Sons, 2001

Casos de aplicação

Cadernos de encargos para aquisição de cartografia e trabalhos topográficos à escala 1/1000 utilizados poruma empresa de engenharia.