Ugrás a tartalomhoz

Nagyméretarányú térképezés 7., Digitális fotogrammetriai módszerek és dokumentálása DAT készítéséhez

Dr. Vincze László (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

7.3 Fotogrammetriai módszerek és műszerek; az adatnyerés lehetséges módjai

7.3 Fotogrammetriai módszerek és műszerek; az adatnyerés lehetséges módjai

A terepről készült fényképet vagy digitális felvételt felhasználva a fotogrammetria módszerei alkalmasak a geometriai jellegű adatnyerésekre:

  • vektor jellegű állomány létrehozására és aktualizálására,

  • raszter jellegű állomány létrehozására és aktualizálására,

  • digitális ortofotók előállítására,

  • digitális felület- és terep- (egyszóval: magassági) modellek létrehozására, továbbá

  • egyes pontok helyzetének meghatározására.

A fotogrammetriai adatnyerés kétségtelen előnyei a következők:

  • tömeges adatnyerésre a leggyorsabb elsődleges adatgyűjtési módszer,

  • fajlagos (területegységre viszonyított) költsége alacsony,

  • lehetővé teszi vektor jellegű adatállományok megfelelő (pl. topológiai) modell szerinti előállítását,

  • homogén pontosságú,

  • igen sok gyakorlati pontossági igényt kielégít.

Alkalmazása bizonyos esetekben hátrányokkal is járhat:

  • a képek előállítása évszak – időjárás - és szabad légtér-függő,

  • kiegészítő földi méréseket és interpretációt igényel,

  • a hardver és a szoftver igen drága,

  • a mérésekhez és kiértékelésekhez jól képzett szakemberek szükségesek.

Napjainkban a film mellett a CCD- kamerákban szokásos rendszereket is felhasználják a mérőképek tárolásához, ami által közvetlenül számítógépbe vihetők a gyűjtött adatok.

A képek feldolgozásának módját az előállítandó adatállomány jellege szabja meg, vagyis hogy vektoros vagy raszteres adatállományt kívánunk e előállítani.

a.) Vektor jellegű adatállományok előállítása a „fényképek 3 dimenziós digitalizálás”-ának tekinthető. A feldolgozás legfőbb feltétele, hogy a területről egymást legalább 60%-ban átfedő képek álljanak rendelkezésre.

A feldolgozás eszközei a térkiértékelő fotogrammetriai műszerek:

  • a mérési eredmények digitális rögzítését megoldó analóg műszerek,

  • a számítógépes irányítással működő analitikus térkiértékelő plotterek, és

  • a digitális fotogrammetriai munkaállomásként, digitális képeket feldolgozó interaktív grafikus számítógépes környezet.

b.) Raszeres térképi állományok előállítása egyetlen kép alapján lehetséges, amennyiben ismeretesek a terület magassági viszonyai (pl. digitális magassági modellből). A raszterállomány előállítása szinte kizárólag digitális képek (CCD) alapján történik. Előállítható komplex digitális fotogrammetriai munkaállomással, vagy annak egyszerűbb (a harmadik dimenziót nem biztosító) hardver-szoftver konfigurációjával. Az előállított termék a digitális ortofotótérkép, amelyhez ugyancsak szükséges a digitális magassági modell ismerete. Digitális ortofotótérkép (csakúgy, mint a térfotogrammetriai adatnyeréshez szolgáló modellhez) elkészíthető analóg ortofotó digitalizálása (szkennelése) segítségével is. A digitális térképi állományokban a tónusus képi tartalom önálló rétegként kezelve, gyakran mintegy háttér-ként szerepelhet.

c.) Digitális magassági modell létrehozása az előbbi műszerekkel, más-más módszerrel lehetséges:

  • szintvonalak egyes pontjai mérése és rögzítése,

  • egyenletes rácsháló pontjainak mérése és rögzítése,

  • rácspontok és jellegzetes geomorfológiai pontok (idomváz-pontok) mérése és rögzítése (ez a megoldás adja a legolcsóbban a legalakhűbb képét a terepnek, a legkevesebb mérés alapján) formájában.

d.) Egyes pontok nagy pontosságú meghatározására - több kép alapján - a tömb-kiegyenlítés számításával juthatunk eredményre. Ez ugyan látszólag lassú adatnyerés de a pontossága miatt legalább felmérési alappont-értékű meghatározást jelent.

A távérzékelés további megoldásai egyelőre csak korlátozottan alkalmasak a nagyméretarányú felhasználási igényeket kielégítő digitális térképek előállításához, de a földminőség-határok gyakran jól kivehető elszíneződései a külterületi térképek karbantartásához nem elhanyagolandó előnnyel bírnak.

A fotogrammetriai adatnyerés eszközei láthatóan változatosak:

  • digitális szög- és lineáris jeladókkal kiegészített analóg és

  • analítikus műszerek, valamint

  • digitális plotterek, továbbá

  • számítógépek képezik a hardverek alapját.

A korábbi műszerek közül azok alkalmasak valamilyen szintű digitális adatnyerésre, amelyekből az adatok számszerű (digitális) formában kinyerhetők és on-line (összekapcsolt), vagy off-line (adathordozó beiktatásával: szétválasztott) üzemmódban számítógépbe továbbíthatók.

7.3.1 Fotogrammetriai adatgyűjtési módok

A fotogrammetria eredetileg fényképmérést jelent. Azaz a terepről vagy tereptárgyakról olyan felvételeket (fotográfiai eljárással vagy elektronikus képrögzítéssel, azaz: digitálisan) készítünk, amelyek lehetőséget adnak arra, hogy az ábrázolt terület torzulásmentes képét bizonyos méretarányban elő tudjuk belőlük állítani. Ezáltal a felvételek mérő(fény)képekként funkcionálnak. Legtöbbször vagy az „álláspont” helyét és a tárgytávolságot rögzítik vagy olyan pontokat, amelyeknek a helye megfelelő pontossággal már ismert és azok alapján „mérhetők ki” a felvételekből a tereptárgyak helyzeti és alaki információi.

Nagyméretarányú térképezésre

  • régebben kizárólag fotográfiai képrögzítéssel, újabban

  • digitális képrögzítésű légi felvételeket

használnak, tehát nem érintve a felvétel tárgyát, azaz tulajdonképpen „távérzékelés” útján állítják elő a térképeket vagy más rajzokat.

Újabban a lézerszkenner-ekkel rögzített ún. „pontfelhők”-ből is kinyerhetők az adatok, megfelelő szoftveres támogatás eredményeképpen és abból készülhetnek el a térképek és más rajzok. Utóbbi megoldások egyaránt sorolhatók a fotogrammetriához, de a geodéziai módszerekhez, sőt a távérzékeléshez, vagy akár a térinformatikai adatgyűjtésekhez is. Nagyméretarányú térképezésben egyelőre nem tűnik gazdaságosnak a felhasználásuk, csupán a fotogrammetriai eljárások korszerű alkalmazásaként, illetve a mérnökgeodéziában, de a technikai fejlődés igen gyors e téren is.

Térképészeti célokra a légi (fotográfiai vagy elektronikus képrögzítéssel készült) felvételek alkalmazhatók:

  • digitális térkiértékeléssel (sztereofotogrammetria elvén), vagy

  • a felvételek ortogonális vetületűvé történő átalakítása után, digitális ortofoto, képernyőn történő digitalizálásával.

Ma már egyre elterjedtebbek a digitális felvételek, amelyek a terepi felbontóképesség tekintetében előnyösebbek és nagyobb ábrázolási pontosságot ígérnek, ami által a térképezésben ismét várható a fotogrammetriai technológiák előretörése, melyet a gazdaságossága jelenősen támogat.

A XX. században elsősorban grafikus adatnyerésre használták a fotogrammetriai módszereket: fototérképeken és rajzi térkiértékelés formájában, amelyhez a fényképi tartalomból a térképezendő részletek kiválasztását

  • tónusos vagy

  • vonalas részletminősítéssel oldották meg.

A térfotogrammetriai (sztereofotogrammetriai) adatnyeréshez

  • előzetes vagy

  • utólagos minősítést is végezhettek.

Az előbbi esetben még csupán a fénykép-nagyítások álltak ehhez rendelkezésre, tehát ebben az esetben is tónusos minősítést kellett végezni, míg a második esetben a térmodellből kiértékelt tartalom helyszíni ellenőrzésére és kiegészítésére került sor.

Digitális fotogrammetriai megoldások esetében is célszerű az előzetes minősítést alkalmazni, de nincs kizárva az utólagos helyszíni ellenőrzés sem.

A felvételek tartalmának kinyerésére vonatkozó elvek és elmélet a Fotogrammetria tantárgyba tartozik. Jelen modulban elsősorban a térképezési célú felhasználás érdekében végrehajtandó teendőket tekintjük át, csupán a használatos fogalmak megértéséhez szükséges alapismeretek felelevenítésére törekszünk.

A térkép a terep "kicsinyített mása". Célszerű tehát, hogy a terepről (légi-) fényképfelvételt készítsünk és - a szükséges átalakítások után - azt tekintsük térképnek.

Az átalakításokra azért van szükség, mert a fényképezőgép objektívébe a tereptárgyakról a "vetítősugarak" nem merőlegesen (ortogonális vetületként), hanem összetartó egyenesek mentén jutnak be. Ezenkívül egyéb hibaforrások is torzítják a képet.

Ezeknek a torzulásoknak a kiküszöbölésére egyrészt olyan módszereket, műszereket alkalmaznak, melyek azokat figyelembe veszik, másrészt - egyúttal a geodéziai rendszerrel való kapcsolatteremtéshez is - illesztőpontokat határoznak meg.

Az illesztőpontok tehát olyan - geodéziai rendszerben (vízszintes és/vagy magassági értelemben) meghatározott alappontok, melyek a fototermék egyes torzulásainak kiküszöbölésére és a fényképezett terület képének a geodéziai rendszerhez való "illesztését" oldják meg.

Kezdetben valóban közvetlenül az átalakított fényképpel, a fototérképpel oldották meg a feladatot (egyképes- vagy síkfotogrammertia), majd a térbeli szemlélés nagyobb megbízhatósága kiaknázására térfotogrammetriai kiértékelő berendezéseket használva alakultak ki a sztereofotogrammetriai eljárások. (előbb ún. grafikus, majd numerikus változatban).

Ezt követően a tónusos ábrázolás gazdag információ-halmazát megőrző, de már pontosabb ortofotogrammeriai, és napjainkban alakultak ki a digitális (tér- és orto-) fotogrammetriai eljárások.

A fotogrammetria segítségével a terepről szerzett információk a fénykép által közvetett úton kerülhetnek a térképre, ezért ezeket a módszereket (más közvetett módszerekkel együtt) távérzékelésnek is nevezik.

A fotogrammetriai technológiák - további - igen széles skálája alakult ki a fejlődés során; ezek egy része a mai elvárások szerint már nem is alkalmazható, másik részük erős megszorításokkal, míg a korszerű változatok továbbra is - elsősorban sajátos célú, illetve magassági felmérésekre - versenytársai (különösen gyorsaság, homogenitás és nagyobb időjárás-függetlensége révén) a korszerű geodéziai módszereknek.

Napjainkban az egyképes megoldások közül a síkfotogrammetriai eljárást már nem tudjuk alkalmazni nagyméretarányú célokra, mert nem eredményez megbízható koordinátát a térképi pontoknak.

A felmérendő területek (felmérési) alappontokkal való ellátásában, a homogén pontmező kialakításában szerep juthat a fotogrammetriai megoldásoknak a mérőállomások elterjedése mellett is.

Bár a belterületek nagy részén és a volt zártkertekben egyelőre kevésbé célszerű fotogrammetriai technológiával új felmérést végezni (kivéve a digitális technikákat) de a külterületek egy részén továbbra is gazdaságosak lehetnek ezek az eljárások, elsősorban szintén a számszerű végeredményt adó megoldások.

A nagyméretarányú alaptérképek magassági tartalmának előállítását ugyancsak továbbra is célszerű fotogrammetriai eljárással biztosítani.

Mindezek alapján szükséges megismerni a különféle technológiák legfontosabb ismérveit, folyamatát, munkarészeit és azt, hogy melyik módszertől milyen pontosság várható el.