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 1

2 GIS rendszer kiterjedésének és az adatnyerés módszerének kapcsolata Méretarány szám Regionális Topográfia Környezet [dm-m] Globális Földrajz Környezet [10m-km] 1000 Lokális Önkormányzat Közmű Kataszter [cm-dm] Geodézia Fotogrammetria Távérzékelés Elsődleges adatszerzési mód 2D terepi adatgyüjtés - direkt méréssel 2

3 3D terepi adatgyüjtés - indirekt méréssel Földi geodéziai eljárások Derékszögű koordinátamérés Poláris mérés Alaphálózat szükségessége Élőmunka igény idő, költségek 3

4 Mesterséges holdakon alapuló helymeghatározás GPS műholdjai Mesterséges holdakon alapuló helymeghatározás Mit is mérünk? π c = fλ = 2 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 4

5 Mérési elvek: abszolút, relatív meghatározás (x 3,y 3 ) (x A,y A ) (x 1,y 1 ) (x 2,y 2 ) Globális helymeghatározó rendszerek a világban 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 5

6 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 6

7 EMR észlelések a Geomedia rendszerben Emberi testet érő nem ionizáló sugárzás helyfüggése 7

8 Fotogrammetria... Fotogrammetriai technológia 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 8

9 ρ c H N O c ρ ρ m o méretarányszámmal felnagyított ortofotó alaprajz az ortofotón O Z β pontosan merőleges felvétel P P α R r. mo r H Térinformatika 5/2 Fotogrammetriai módszerek alkalmazási lehetőségei, előnyei Nagytömegű, gyors, olcsó adatnyerés: vektoros sikrajzi elemek, terepfelszin, raszter kép előállitása Homogén pontosság A fényképezett terület egy időpillanatban történő állapotrögzítése Természetbeni állapot és jogi állapot viszonyának rögzítése Környezet időbeli változásának követése Tradicionális módszerek és termékek z y x c O 1 η 1 ξ 1 B O 2 η 2 ξ 2 P 2 Z r. mo P3 Y P 1 P 4 X szintvonal 9

10 1. Szint: Tivadar légifelvétel Szint: Tivadar digitális váztérkép 10

11 4. Szint: Tivadar vízrajzi atlasz 4. Szint: Tivadar 3D felszín modell 11

12 4. Szint: Tivadar komplex 3D modell 5. Szint: Beregi gátszakadás 107 m-es vízállás szimulációja 12

13 Képek orto korrekciója vetítési centrum η Y η ξ ξ X Y Z Y X X Digitális ortofotó részlet 13

14 Vektoros digitális térkép részlet Digitális térkép + ortofotó 14

15 Zeiss fotogrammetriai kamarák LH Systems digitális kamarája 15

16 Z/I Imaging - digitális kamarák DMC, RMK-D A Dicomed BigShot Digitáls kamara 16

17 A nagyfelbontású digitális felvevő renszerek által megteremtett új lehetőségek Ultracam XP példa Az alapvetően interaktív feldolgozással szemben az automatizálhatóság feltételeinek megteremtése Részletgazdag képanyag: nagyobb terepi felbontás nagyobb radiometriai felbontás multispektális leképezés Nagyobb soron belüli és és sorok közötti átfedés 60%\20% ->80%\60% redundancia fokozása robosztusabb geometriai modell, automatikus hiba detektálás takarások, árnyékok minimalizálása objektumok közel frontális leképezése, a kifekvés elkerülése Közel automatikus termékkészítés (Ortofotó, 3D Modell) Vexcel UltraCam-XP/-X/-D Sáv szélesség:17,310 / 14,430 / 11,500 Pixel Repülési irányban: 11,310 / 9,420 / 7,500 Pixel Nyers pankromatikus képméret: 196 Mpixel / 139 Mpixel / 84 Mpixel CCD Méret: 6.0 µm / 7.2 µm / 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 XP pan képe egyenértékű egy 23x15 cm analóg film 13 µm-es szkennelésével, de jobb paraméterekkel rendelkezik!!! 17

18 Mester Objektív 4 RGB,NIR színes objektív Pánkromatikus objektív Pánkromatikus képalkotás Mester Objektív 18

19 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) RGB and NIR 19

20 Lencse # 5,6,7,8, 1-1 Szenzor elem Teljes Kép RGB/IR sávok transzfor málása a pankroma tikus képre High Res PAN True Color Color Infrared 20

21 80% soron be 60% sorok köz átfedés 21

22 Redundáns, robosztus blokk geometria 60% leképezés: /90% leképezés: 5/10 Valódi Ortofotó És 22

23 Automatikus 3D város modell Microsoft Innovation & Education Konferenz Helymeghatározás mobil hálózattal Cella pozíció Irány - előmetszés Időkülönbség: hiperbola metszés Távolság - Hátrametszés 23

24 GSM hálózat Lágymányoson 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 A különböző mobil helymeghatározási eljárásokkal elérhető pontosság 24

25 RFID alapú helymeghatározás RFID alapú bicikli detektálás 25

26 GPS rendszer GPS vevő X,Y,Z GPS bázis állomás IMU szenzor fi,om,ka Videó RGB kép Laser profil Utófeldolgozás Előkészités 3D GIS rendszer Integrált fedélzeti térképező rendszerek (AIMS) fejlődésének indokai Műszaki, gazdasági, techológiai indokok Direkt tájékozás szükségessége (lidar, SAR, multi/hiper spektrális szenzorok) Terepi illesztő mérések kiküszöbölése Költségcsökkentés Közel real-time adatszolgáltatás 26

27 Az AIMS 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 Integrált fedélzeti térképező rendszerek (AIMS - Airborne Integrated Mapping System) Szenzorok pozició meghatározása Szenzorok tájékozása Mérendő pontok meghatározása Mérés mintavételi sűrüsége Gyakorlati tapasztalatok 27

28 Az AIMS rendszer navigációs komponensei Pozicionáló komponens - GPS: X,Y,Z Tájékozó komponens - Inerciális Mérőrendszer (INS): Fi,Om,Ka GPS - 1 Hz GPS jelsürüség - hosszutávu stabilitás INS Hz INS jelsürüség - nagy relativ pontosság, gyors hibahalmozódás Az AIMS 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) 28

29 Lézeres mérő rendszer elve Lézer szkenner V= m/s GPS + IMS X,Y,Z Fi,Om,Ka 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 29

30 Lézeres mérőrendszerek árnyék zajai Lézeres mérőrendszerek mintavételezési problémái 30

31 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 Lidar pontfelhő (2x 45 millió pont, 5-10 pont/m 2 ), Ortofotó (20Mpixel, 0,5m RGB, NIR), 31

32 Távérzékelés... Távérzékelési technológi 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 32

33 Távérzékelési műholdak felbontása Műhold/szenzor Felbocsájtás Felbontás [m] Landsat MSS Landsat TM SPOT XS SPOT P IRS1 C/D IKONOS QuickBird NASA Földi erőforrás kutatás 33

34 Elektromágneses spektrum Műhold szenzorok 34

35 Landsat MSS és SPOT HRV szenzor működése Növényzet és talaj visszaverő képessége 35

36 Budapest Landsat TM felvétel Landsat TM tanulóteres osztályozása 36

37 Landsat felvétel interpretációja Fedettségi adatbázis - tematikus térkép 37

38 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 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 38

39 Meglévő térképek szkennelése Nagytömegű, gyors raszteres adatnyerés szerepe Alapanyag tisztaságának, grafikai minőségének jelentősége Mérnöki, térképészeti, irodai szkennerek: fekete/fehér- színes, dpi felbontás 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 39

40 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 40

41 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 41