Politechnika Świętokrzyska – R Florek Paszkowski
Geomatyka -
PODSTAWY FOTOGRAMETRII
1 Definicja fotogrametrii jako specjalności geomatyki
Geomatyka jest dyscypliną nauki, która integruje pozyskiwanie, przetwarzanie,
analizowanie, wizualizowanie i zarządzanie danymi przestrzennymi, to jest danymi
identyfikowanymi według atrybutu lokalizacji czyli geo-położenia. Bazując na nauce geodezji,
jako jej podstawowej specjalności, geomatyka stosuje podziemne, naziemne, morskie,
podmorskie, napowietrzne i satelitarnie umiejscowione sensory do pozyskiwania tych danych
przestrzennych i innych danych. Geomatyka obejmuje proces przetwarzania danych
przestrzennych z różnych źródeł do wspólnego systemu informacyjnego z dobrze zdefiniowaną
charakterystyką dokładności.
Geomatyka jawi się w tym świetle, jako nazwa nadrzędna i nowoczesny zwornik
dotychczasowych dyscyplin geodezyjnych i mierniczych oraz grupy nowych dyscyplin
wynikających z rozwoju technologicznego.
W powyższym opisaniu geomatyki pojawia się jej dziedzina geodezja, ale po polsku jest to
wyższa geodezja. Używane w Polsce terminy geodezja, geodezja miejska, geodezja
inżynieryjna, geodezja rolna, geodezja przemysłowa, itp. nazywane są w nomenklaturze
światowej miernictwem z dodatkiem określającym rodzaj tego miernictwa, np. land surveying,
czyli polskie pomiary katastralne wykonywane przez geodetę uprawnionego, zwanego w świecie land surveyor zaś po polsku mierniczy.
1) GEODEZJA (wyższa) – systemy współrzędnych przestrzennych i innych, ziemskie i
poza ziemskie.
2)
POZYCJONOWANIE I NAWIGACJA – GPS i inne systemy (gsm, morskie,
podziemne, radiowe).
3) CYFROWE
OBRAZOWANIA,
FOTOGRAMETRIA,
KARTOGRAFIA,
TELEDETEKCJA – jak wydobyć geoinformacje z obrazów i danych z sensorów,
stosownie do aplikacji tematycznej, jak wykonywać różnorodne mapy.
4) GIS (Systemy Informacji Geograficznej) – systemy komputerowe zdolne do łączenia,
przechowywania, przetwarzania, modelowania, i prezentowania informacji
przestrzennych w odniesieniu do lokalizacji geograficznej.
5)
SYSTEMY INFORMACJI O TERENIE, KATASTER NIERUCHOMOŚCI –
własnościowe i fiskalne (lub łączne) systemy katastralne (w tym rejestry
nieruchomości – gruntów, budynków, lokali) systemy informacji o terenie.
6) MIERNICTWO INŻYNIERSKIE – całokształt zastosowań technologii geomatycznych
w zastosowaniu do dokumentowania, obsługi i badania stanów i procesów w różnych
dziedzinach (budownictwo, górnictwo, sieci radiowe i przesyłowe, itd.)
W powyższym wykazie dziedzin geomatyki pojawiają się jej dziedziny: fotogrametria i teledetekcja.
Fotogrametria i teledetekcja są dziedzinami Geomatyki, dotyczącymi zdalnego
pozyskiwania geoinformacji o obiektach fizycznych i środowisku, poprzez proces rejestracji kamerami fotograficznymi i skanerami, fotointerpretacji, pomiaru i analizy geoinformacji, przy
wykorzystaniu promieniowania elektromagnetycznego.
Fotogrametria dotyczy głównie pomiarów i wykonywania map, w szczególności cyfrowych
ortofotomap zawierających w treści zobrazowanie fotograficzne.
Politechnika Świętokrzyska – R Florek Paszkowski
Teledetekcja środowiska geograficznego i obiektów fizycznych skupia się na zdalnym
określaniu cech spektralnych powierzchni ziemi, atmosfery, i wód, w celu badania ich stanu i
zjawisk.
Pojedynczy fotogrametryczny system pomiarowy obiektu obejmuje trzy elementy składowe:
1)
- detektor - służy do wykrywania i rejestracji energii promieniowania
elektromagnetycznego (emulsja fotograficzna, światłoczuła matryca elektroniczna
CCD, …)
2)
- sensor – urządzenie zawierające detektor umożliwiające zdalną rejestrację,
przechowanie i przekazanie danych zarejestrowanych (kamera fotograficzna, skaner,
mikroskop, …)
3)
- platforma sensora – nośnik sensora (samolot, balon, satelita, rakieta, stanowisko
naziemne, podziemne, podwodne, …)
Używane przedziały spektrum promieniowania elektromagnetycznego przedstawione są na
Rys.1-widmo. Szczególną rolę odgrywają zakres widzialny RGB 400-700 nanometrów,
podczerwień bliska 700-800 nanometrów oraz kanały podczerwieni termalnej 1-10
mikrometrów.
Technika wielospektralna polega na jednoczesnym fotografowaniu bądź skanowaniu w kilku
kanałach spektralnych, np. R czerwony, G zielony, B niebieski, IR podczerwony bliski
widzialnemu. Kanał poczerwieni bliskiej IR szczególnie uwypukla wody i tereny wilgotne, oraz
chorą roślinność.
Rys.1-widmo
Kamery fotogrametryczne rejestrują obrazy analogowe bądź cyfrowe w rzucie środkowym
(perspektywa) definiowanym przez rzutnię (płaszczyznę obrazu) i środek rzutów. Odległość od
środka rzutów od rzutni nazywa się odległością obrazu. Rzut ortogonalny środka rzutów na
rzutnię nazywa się punktem głównym.
Rys.2-zdjęcie-teren
Ortofotomapy definiowane są w rzucie równoległym i mogą posiadać nakładki tematyczne
skompilowane z treścią fotograficzną (warstwice, kataster, uzbrojenie terenu, itd.). Istotną
rzeczą jest wyeliminowanie wpływu nachylenia zdjęcia i deniwelacji terenu na przesunięcia
radialne punktów.
Rys.3-Przesunięcie_radialne.
Fundamentalne znaczenie w fotogrametrii ma wykorzystywana zasada steroskopowego
widzenia i rekonstrukcja modelu przestrzennego do pomiaru 3 współrzędnych x, y, z punktów
terenu. Dlatego zdjęcia fotogrametryczne wykonywane są z zachowaniem odpowiedniego
pokrycia podłużnego i poprzecznego.
Rys.4-Pokrycie zdjęć
Aerotriangulacja przestrzenna jest formą wyrównania danych fotogrametrycznych w oparciu
o wysokiej dokładności osnowę terenowych punktów kontrolnych, co zapewnia uzyskanie
wysokiej i jednorodnej dokładności wyznaczanych współrzędnych punktów mierzonych.
Wymienione powyżej zagadnienia będą tematami zajęć z fotogrametrii w dalszym toku
studiów.
2 Przykłady produktów i opracowań fotogrametrycznych.
Przedstawione są wybrane zastosowania fotogrametrii do sporządzania ortofotomapy,
kompilowania ortofotomapy z nakładkami tematycznymi lub innymi mapami (zasadnicza,
ewidencyjna).
Politechnika Świętokrzyska – R Florek Paszkowski
2.1 Ortofotomapa katastralna
Przykład ortofotomapy przedstawiony na rys.5 pokazuje kompilację treści fotograficznej w
barwach naturalnych z nakładką ewidencji gruntów i budynków, w skali 1:500.
Rys.5 – ortofoto500-kataster
ZADANIE 2.1. Przeanalizuj wszystkie elementy dodane do ortofotomapy nie będące treścią
fotograficzną.
2.2 Weryfikacja ewidencji gruntów i budynków na podstawie ortofotomapy.
Na ortofotomapie katastralnej możliwym jest wykrywanie budowli wzniesionych a
nieuwidocznionych na mapie ewidencyjnej bądź zasadniczej.
Podobnie można zauważyć wyburzone już obiekty budowlane a ciągle istniejące w
ewidencji gruntów i budynków.
Porównując obrysy obiektów na mapie ewidencyjnej i zasadniczej z ich obrazami na
ortofotomapie, można określić niezgodności wynikające z braku inwentaryzacji powykonawczej
lub oparcia jej tylko o dane projektowe.
Rys.6 – orto_ewid_porownanie
ZADANIE 2.2. Znajdź i opisz lokalizację budowli nieistniejącej w terenie a figurującej w
ewidencji i odwrotnie, istniejącej w terenie a niewykazanej w ewidencji.
2.3 Ortofotomapa z nakładką uzbrojenia
Położenie mediów (prąd, woda, gaz, kanalizacja, itd.) na podkładzie ortofotomapy ułatwia
ich lokalizację w terenie.
Rys.7 – orto_media
ZADANIE 2.3. Przeanalizuj rodzaje uzbrojenia wykazanego na przykładzie, kolory i sposób
opisania, scharakteryzuj kwestię lokalizacji w terenie z pomocą treści fotograficznej (roślinność,
uprawy).
2.4 Ortofotomapa z warstwicami
Ortofotomapa skompilowana z informacją o wysokościach umożliwia zastosowania
wymagające posługiwania się wysokościami i konfiguracją terenu.
Rys.8 – orto_warstwice
ZADANIE 2.4. Wymień przynajmniej 2 elementy informacji wysokościowej pokazane na
przykładowej mapie. Scharakteryzuj kwestię konfiguracji terenu w aspekcie fotograficznego
widoku pokrycia terenu.
2.5 Zdjęcia lotnicze i ortofotomapa jako dowody sądowe
Ortofotomapa katastralna, zawierająca fotograficzny zapis wyglądu terenu, sposobu jego
użytkowania (np. szlak drogowy lub piesza ścieżka) i jego pokrycia wykonana na aktualny lub
przeszły stan, może stanowić materiał dowodowy
1. dla celów prawnych (zasiedzenie, służebności, rozgraniczenie, ustalenia granic,
wykonywanie użytkowania);
2. dla określenia odszkodowania w sprawach ubezpieczeniowych, np. w przypadku
zniszczeń spowodowanych klęskami żywiołowymi (powódź, pożar) i katastrofami
(osunięcie ziemi, tąpnięcie górnicze).
ZADANIE 2.5. Uwzględniając prawny termin zasiedzenia służebności gruntowej przechodu
i przejazdu 20 lat w dobrej wierze i 30 lat w złej wierze, opisz możliwość i procedurę
Politechnika Świętokrzyska – R Florek Paszkowski
wykorzystania fotogrametrycznych zdjęć lotniczych, jako materiału dowodowego w
postępowaniu sądowym o zasiedzenie tejże służebności.
2.6 Ortofotomapa, jako warstwa lokalizacyjna dla projektu miejscowego
planu zagospodarowania przestrzennego lub studium uwarunkowań do
planu wykładanych dla społeczności lokalnej objętej planem.
Użycie ortofotomapy jako warstwy georeferencyjnej dla projektu planu miejscowego lub
studium uwarunkowań podnosi łatwość orientowania się w szczegółach przebiegu
projektowanych dróg i granic obszarów zagospodarowania, zwłaszcza dopuszczonej zabudowy
mieszkaniowej i innej.
ZADANIE 2.6. Podaj na przykładach zalety zastosowania ortofotomapy dla celów
prezentowania projektów planów miejscowych i studium uwarunkowań.
2.7 Tereny zalewowe
W procesie wytwarzania ortofotomapy powstaje dokładny wysokościowy model terenu,
który może być wykorzystany do określenia terenów zalewowych dla zadanej wysokości wody
powodziowej.
Rys.9 – orto_zalewowe
ZADANIE 2.7. Skomentuj przeznaczenie i formę map zalewowych.
2.8 Ortofotomapa składowiska przemysłowego
Fotogrametria jako bezkontaktowa metoda pomiaru pozwala nie tylko na pomiary
niebezpiecznych składowisk ale także ich interpretację pod względem stanu, składu i dynamiki.
Rys.10 – orto_haldy
ZADANIE 2.8. Rozwiń powyższe zdanie wymieniając techniczne, teledetekcyjne i
technologiczne aspekty wykorzystania zdjęć satelitarnych, lotniczych i naziemnych do
rejestrowania i badania składowisk materiałów przemysłowych.
2.9 Ortofotomapa osadników odpadów płynnych
W świetle niedawnej katastrofy zbiorników toksycznych odpadów na Węgrzech w
kombinacie produkującym aluminium, rejestrowanie stanu wypełnienia stawów osadnikowych i
wałów jest wymagane dla zabezpieczenia ich przed ewentualnym uszkodzeniem. Wylanie się
toksycznych substancji to zagrożenie dla środowiska, ludzi i zwierząt.
Rys. 11 – orto_osadniki
ZADANIE 2.9. Opisz, jakie pomiary i badania powinny być prowadzone dla zapewnienia
bezpiecznej eksploatacji przemysłowych stawów osadnikowych.