Térinformatika 5/2 Adatnyerés

Átírás

1 i eljárások Elsődleges, másodlagos adatnyerési módszerek Dr. Szabó György BME Fotogrammetria és Térinformatika Tanszék 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3., K I gyszabo@eik.bme.hu A térbeli információk nyerése Valós világ digitális leképezésének problémái: geometriai és attribútum adatok Elsődleges módszerek Földi geodéziai módszerek Fotogrammetriai módszerek Távérzékelési módszerek Műholdas helymeghatározás (GPS) Helymeghatározás vezeték nélküli hálózatok alapján (GSM, WIFI) Mobil mérőrendszerek Másodlagos módszerek Meglévő térképek digitalizálása Meglévő térképek szkennelése Digitális állományok átvétele GIS rendszer kiterjedésének és az adatnyerés módszerének kapcsolata Méretarány szám 2D terepi adatgyüjtés - direkt méréssel Lokális Önkormányzat Közmű Kataszter [cm-dm] Regionális Topográfia Környezet [dm-m] Globális Földrajz Kö rnyezet [10m-km] Geodézia Fotogrammetria Távérzékelés Elsődleges adatszerzési mód 3D terepi adatgyüjtés - indirekt méréssel Földi geodéziai eljárások Derékszögű koordinátamérés Poláris mérés Alaphálózat szükségessége Élőmunka igény idő, költségek 1

2 Mesterséges holdakon alapuló helymeghatározás GPS műholdjai Mesterséges holdakon alapuló helymeghatározás Mit is mérünk? 2π c = fλ = λ. T Elektromágnesen hullámterjedés alapján Kódmérés (C/A, P kód) - navigáció Fázismérés (L1, L2) - geodézia Doppler csúszás Időmérés: 9 nsec ingadozás/nap 10**-13 rel. p ~ 2.7 m Mérési elvek: abszolút, relatív meghatározás (x 3,y 3) Globális helymeghatározó rendszerek a világban 2-3 (x 1,y 1) (x A,y A ) (x 2,y 2 ) NAVSTAR USA globális rendszere, szolgáltatás 1978-tól, teljes üzem 1995-től Galileo EU kisérleti szakasz, üzemszerű működés 2013-tól Beidou Kína kísérleti regionális rendszere COMPASS Kína tervezett globális rendszere GLONASS Oroszország globális rendszere IRNSS India regionális rendszer (a Glonass-ból való kizárás miatt fejleszti) QZSS Japán regionális rendszere GPS alkalmazásai Aktív elemek: műhold rendszer, passzív elemek: vevők Eltérő kódrendszerek: polgári C/A, katonai P kód Statikus navigációs üzemmód Abszolút, relatív (differenciális) meghatározás Alappontok létesítése Navigáció Mobil adatgyűjtő rendszer pozíció meghatározása Korlátozott pontmennyiségű részletmérés Nem ionizáló sugárzás detektálása 2

3 Térinformatika 5/2 EMR észlelések a Geomedia rendszerben Emberi testet érő nem ionizáló sugárzás helyfüggése Fotogrammetriai technológia Fotogrammetria... Felvételek készítése (analóg, digitális) Képek pozíciójának meghatározása (indirekt légiháromszögelés, direkt inerciális rendszer) Képek tartalmi kiértékelése (analóg, analitikus, digitális) Fotogrammetriai termékek: vektoros térkép, felület modell, tónusos ortofotó térkép Fotogrammetriai módszerek alkalmazási lehetőségei, előnyei Tradicionális módszerek és termékek Nagytömegű, gyors, olcsó adatnyerés: vektoros sikrajzi elemek, terepfelszin, raszter kép előállitása z y x Homogén pontosság A fényképezett terület egy időpillanatban történő állapotrögzítése O O2 B η 1 H ρ 2 η N c 1 c ξ Természetbeni állapot és jogi állapot viszonyának rögzítése ξ O 2 1 c ρ pontos an merőleges felvétel ρ H P Z α R P 2 Z r. mo r. mo mo méretarányszámmal felnagyított ortofotó P3 r alaprajz az ortofotón P 4 β O P ona l P1 ntv Y szi Környezet időbeli változásának követése X 3

4 Térinformatika 5/2 1. Szint: Tivadar légifelvétel Szint: Tivadar digit digitális ális váztérkép 4. Szint: Tivadar vízrajzi atlasz 4. Szint: Tivadar 3D felszín modell 4. Szint: Tivadar komplex 3D modell 5. Szint: Beregi gátszakadás 107 mm-es vízállás szimulációja 4

5 Képek orto korrekciója vetítési centrum η Y Digitális ortofotó részlet η ξ ξ X Y Z Y X X Vektoros digitális térkép részlet Digitális térkép + ortofotó Zeiss fotogrammetriai kamarák LH Systems digitális kamarája 5

6 Z/I Imaging - digitális kamarák DMC, RMK-D A Dicomed BigShot Digitáls kamara Lássunk néhány XXI.századi megoldást És ma a Leica ADS40 digitális kamarája Z/I Imaging DMC digitális kamara modellje DMC moduláris optikai rendszere 1-8 db 7K*4K CCD Chip 12 x 12 micron felbontás 6

7 Vexcel UltraCam-Eagle/ Eagle/XP/-X/-D Sáv szélesség: 20,010 /17,310 / 14,430 / 11,500 Pixel Repülési irányban: 13,080 / 11,310 / 9,420 / 7,500 Pixel Nyers pankromatikus képméret: 260/ 196 / 139 / 84 Mpixel CCD Méret: 5,2/ 6.0 / 7.2 / 9 µm Radiometriai jel/zaj arány: 72 db AC/DC sávszélesség: 14 bit (16384) Radiometriai felbontás: > 12 bit/csatorna Nagy terepi felbontás 300m repmagasságon: 1.8cm / 2.2 cm / 2.7 cm Multispektrális felbontás (RGB,NIR): 5770x3770 Az Ultracam Eagle pan képe egyenértékű egy 23x15 cm analóg film 12 µm-es szkennelésével, de jobb paraméterekkel rendelkezik!!! Mester Objektív 4 RGB,NIR színes objektív Pánkromatikus objektív Pánkromatikus képalkotás Mester Objektív µm A B A C D C A B A 4 Lencse 4 Fókusz sík 9 CCD Szenzor 12 Átfedő terület µm Multispektrális kép (RGB+NIR) Lencse # 5,6,7,8, 1-1 Szenzor elem RGB and NIR Teljes Kép RGB/IR sávok transzfor málása a pankroma tikus képre 7

8 High Res PAN True Color Color Infrared 80% soron belüli 60% sorok közti átfedés Redundáns, robosztus blokk geometria 60% leképezés: /90% leképezés: 5/10 Valódi Ortofotó És Automatikus 3D város modell Helymeghatározás mobil hálózattal Cella pozíció Irány - előmetszés Microsoft Innovation & Education Konferenz Időkülönbség: hiperbola metszés Távolság - Hátrametszés 8

9 GSM hálózat Lágymányoson A különböző mobil helymeghatározási eljárásokkal elérhető pontosság Mobil pozíció a K épületben: Ország azonosító (CC): 216 Szolgáltató ID:(NC) 30 Cella kód (LAC): 92 Csatorna (CH): 737 Csatorna ID (CID):9325 GSM antennák GSM cellák GSM hálózat RFID alapú helymeghatározás RFID alapú bicikli detektálás Lézeres mérő rendszer elve Lézer szkenner V= m/s GPS + IMS X,Y,Z Fi,Om,Ka Mobil fedélzeti térképező rendszerek fejlődésének indokai Műszaki, gazdasági, techológiai indokok Direkt tájékozás szükségessége (lidar, SAR, multi/hiper spektrális szenzorok) Terepi illesztő mérések kiküszöbölése Költségcsökkentés Közel real-time adatszolgáltatás 9

10 Videó GPS rendszer GPS bázis állomás Előkészités RGB kép Laser profil IMU szenzor fi,om,ka Utófeldolgozás GPS vevő X,Y,Z 3D GIS rendszer A mobil térképező rendszer komponensei Pozicionáló komponens - GPS Tájékozó komponens - Inerciális Mérőrendszer (IMU) Részletpont meghatározását biztositó eszköz: lézer, digitális kamara Feldolgozó komponens: - OTF feldolgozás: real-time - Utófeldolgozás: közel real-time Példa az előző évezredből - az OSU AIMS rendszere GPS Antenna Imaging PC Trimble 4000SSI INS/GPS PC BigShot Hasselblad Camera LN-100 GPS Base Station A mibil rendszer lézeres mérő modulja (LIDAR) Részletpont meghatározását biztositó alapelv: a terepi objektumokon reflektálódó lézer távmérés Tipikus rendszer jellemzők: - Rep. magasság: m - Pontosság XY= m - Pontosság Z = m - Mérési sűrüség: pont/sec - Scannelési szélesség: +/- 7 (250m -1000m-es rep. magasságon) A lézeres mérőrendszerek technikai sajátosságai Gyors, azonnali direkt mérés Nagy relatív mérési sűrűség A szenzor és a reflektáló felület nagy pontosságú pozíció meghatározása Mit mérünk és mit nem? - többszörös reflektálás - árnyék hatás - objektumok karakterisztikus pontjai Lézeres mérőrendszerek árnyék zajai 10

11 Térinformatika 5/2 Lézeres mérőrendszerek mintavételezési problémái Fejlődés iránya Technológiai konvergencia, eltérő alapelvű rendszerek integrációja Direkt mérésen alapuló összetett rendszerek kalibrációs kérdései Geometriai pozíció és intenzitás adatok együttes alkalmazásának igénye - 3D város modell, valódi ortofotó Új termékek rohamos elterjedése Székesfehérvár: Geodézia, Fotogrammetria, Lidar integráció IGI LiteMapper HW komponensek Lidar pontfelhő (2x 45 millió pont, 5-10 pont/m2), Ortofotó (20Mpixel, 0,5m RGB, NIR), Földmérési alaptérkép (3Mbyte), Földi lidar (25M pont/ha 2500 pont/m2) IGI LiteMapper alapelvek Moduláris DigiCAM megoldások n x 60Mpixel 11

12 Topcon mobil térképező megoldások RIEGL megoldások IP-S2 HD Mobile Mapping System GNSS, IMU Lidar IP-S2 Vision Mobile Mapping System GNSS, IMU, Odometer, 360 deg panoráma kamera Trimble VX, GX megoldások (Total Spatial Imaging) Távérzékelés... Távérzékelési technológia Geometriai, radiometriai, szemantikai információk nyerése a vizsgálandó tárgyról készült kép alapján Felvétel készítése (földi, fedélzeti, műholdas) Radiometriai felbontás (spektrális sávok, csatornák száma) Geometriai felbontás (pixel méret) Időbeli feolbontás (képek készítésének gyakorisága) Alkalmazások: meteorológiai, erőforrás-kutatási, térképészeti, katonai Képek feldolgozása: georeferencia, értelmezés Távérzékelési műholdak felbontása Műhold/szenzor Felbocsájtás Felbontás [m] Landsat MSS Landsat TM SPOT XS SPOT P IRS1 C/D IKONOS QuickBird

13 NASA Földi erőforrás kutatás Elektromágneses spektrum Műhold szenzorok Landsat MSS és SPOT HRV szenzor működése Növényzet és talaj visszaverő képessége Budapest Landsat TM felvétel 13

14 Landsat TM tanulóteres osztályozása Landsat felvétel interpretációja Fedettségi adatbázis - tematikus térkép Másodlagos adatnyerési módszerek Elsődleges módszerek ( +minőség, pontosság/- költség, idő) Földi geodéziai módszerek Fotogrammetriai módszerek Távérzékelési módszerek Műholdas helymeghatározás Másodlagos módszerek( +gyors, olcsó/-minőség, aktualitás) Meglévő térképek digitalizálása Meglévő térképek szkennelése Digitális állományok átvétele Meglévő térképek digitalizálása Meglévő térképek szkennelése Nagytömegű, gyors raszteres adatnyerés szerepe Alapanyag tisztaságának, grafikai minőségének jelentősége Mérnöki, térképészeti, irodai szkennerek: fekete/fehér- színes, dpi felbontás Alapanyag minőségének jelentősége Tartalom aktualizálása Munkafolyamat: Előkészítés, Transzformáció, Digitalizálás, Adatszerkesztés, Javítás Transzformáció jelentősége: Helmert, Affin, Polinomos átszámítás Digitalizálási üzemódok: Pontonkénti, Út, Idő, Görbület változás Hibaforrások: Alapanyag + Eszköz + Módszer + Személyi hibák 14

15 Szkennelési technológia Munkafolyamat: Szkennelés, Képjavítás, Tisztítás, Transzformáció, Manuális félautomatikus automatikus vektorizálás, Adatszerkesztés, Javítás Raszter-Vektor konverzió: az automatizálás korlátai Táblás digitalizálás/szkennelés: idő, költségek, minőség, jelleg Raszter > Vektor konverzió R>V:??? V>R: OK Digitális állományok átvétele Térinformatikai adattárházak térnyerése Tárolt adatok fogalmi, logikai és fizikai szabványosításának jelentősége, adatcsere szabványok: ISO 19000, OGC, NATO-DIGEST, EU INSPIRE, GB-NTF, USA STDS Hazai helyzet: MSZ : Digitális földmérési alaptérkép (DAT) MSZ : 2: Digitális topográfiai térkép szabvány Hazai adatforrások: FÖMI, TÉHI, Kormányzati- Önkormányzati szervek, Közművek Anomáliák: adatok formátuma, minősége, árképzése, jogi státusa Attribútum adatok nyerése Attribútum adatok nyerésének sajátosságai: terepi helyszínelés, kérdőíves módszerek, folyamatos regisztrálás, távérzékelési módszerek, irodalmi- levéltári gyűjtés Környezeti és természeti erőforrás adatok: KHVM Szocio-ökonómiai adatok: KSH Infrastrukturális adatok: Közművek 15