2 Adatnyerés

Térinformatika 5/2 Adatnyerés

Adatnyerési eljárások

A térbeli információk nyerése • Valós világ digitális leképezésének problémái: geometriai és attribútum adatok

Elsődleges, másodlagos adatnyerési módszerek

• Elsődleges módszerek – Földi geodéziai módszerek – Fotogrammetriai módszerek – Távérzékelési módszerek – Műholdas helymeghatározás (GPS) – Helymeghatározás vezeték nélküli hálózatok alapján (GSM, WIFI)

Dr. Szabó György

– Mobil mérőrendszerek

BME Fotogrammetria és Térinformatika Tanszék 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3., K I. 31.

• Másodlagos módszerek – Meglévő térképek digitalizálása – Meglévő térképek szkennelése

E-mail: gyszabo@ [email protected]

– Digitális állományok átvétele

GIS rendszer kiterjedésének és az adatnyerés módszerének kapcsolata Méretarány szám

1000000

2D terepi adatgyüjtés - direkt méréssel

Globális Földrajz Kö rnyezet [10m-km]

100000

Regionális Topográfia Környezet [dm-m]

10000

1000

Lokális Önkormányzat Közmű Kataszter [cm-dm]

Elsődleges adatszerzési mód

Geodézia Fotogrammetria Távérzékelés

3D terepi adatgyüjtés indirekt méréssel

Földi geodéziai eljárások •Derékszögű koordinátamérés

• Poláris mérés

•Alaphálózat szükségessége •Élőmunka igény – idő, költségek

•1


Mesterséges holdakon alapuló helymeghatározás GPS műholdjai

Mesterséges holdakon alapuló helymeghatározás – Mit is mérünk?

c = fλ =

2π λ. T

Elektromágnesen hullámterjedés alapján

Időmérés:

• Kódmérés (C/A, P kód) - navigáció

• 9 nsec ingadozás/nap 10**-13 rel. p

• Fázismérés (L1, L2) - geodézia

• ~ 2.7 m

• Doppler csúszás

Mérési elvek: abszolút, relatív meghatározás (x3,y3)

3-1

Globális helymeghatározó rendszerek a világban

1-2

• NAVSTAR – USA globális rendszere, szolgáltatás 1978 1978--tól, teljes üzem 19951995-től

(xA,yA)

2-3

• Galileo – EU kisérleti szakasz, üzemszerű működés 2013 2013--tól

(x1,y1)

(x2,y2)

•

Beidou – Kína kísérleti regionális rendszere

•

COMPASS – Kína tervezett globális rendszere

•

GLONASS – Oroszország globális rendszere

• IRNSS – India regionális rendszer (a Glonass Glonass--ból való kizárás miatt fejleszti) •

GPS alkalmazásai

QZSS – Japán regionális rendszere

Nem ionizáló sugárzás detektálása

• 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

•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


1. Szint: Tivadar légifelvétel

2. 2.--3. 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


Képek orto korrekciója

Digitális ortofotó részlet

vetítési centrum η

Y

3’

4’

3

4

1’

2’

1

2

η

ξ ξ

X

∆Y

Z Y ∆X

X

Vektoros digitális térkép részlet

Zeiss fotogrammetriai kamarák

Digitális térkép + ortofotó

LH Systems digitális kamarája

•5


Z/I Imaging - digitális kamarák DMC, RMKRMK-D

A Dicomed Dicomed BigShot Digitáls kamara

És ma a Leica ADS40 digitális kamarája

Lássunk néhány XXI.századi megoldást…

Z/I Imaging – DMC digitális kamara modellje

DMC moduláris optikai rendszere

1-8 db 7K*4K CCD Chip 12 x 12 micron felbontás

•6


Vexcel UltraCam-Eagle/ Eagle/XP/-X/-D Mester Objektív •

Sáv szélesség: 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: 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 µm--es szkennelésével, szkennelésével, de jobb paraméterekkel rendelkezik!!!

4 RGB,NIR színes objektív

Pánkromatikus objektív

Mester Objektív

17310 Pixels @ 6 µm

Pánkromatikus képalkotás

A

B

A

C

D

C

A

B

A

4 Lencse 4 Fókusz sík 9 CCD Szenzor 12 Átfedő terület

11310 Pixels @ 6 µm

Multispektrális kép (RGB+NIR)

Lencse # 5,6,7,8, 1-1 Szenzor elem

Teljes Kép

RGB and NIR

RGB/IR sávok transzfor málása a pankroma tikus képre

•7


High Res PAN True Color Color Infrared

80% soron belüli 60% sorok közti átfedés

Redundáns, robosztus blokk geometria 60% leképezés: 2 - 3 80/90% leképezés: 5/10

Valódi Ortofotó És…

Automatikus 3D város modell

Helymeghatározás mobil hálózattal

Cella pozíció Irány - előmetszés

Microsoft Innovation & Education Konferenz 2006

47

Időkülönbség: hiperbola metszés

Távolság - Hátrametszés

•8


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 cellák

GSM antennák

GSM hálózat

RFID alapú helymeghatározás

Lézeres mérő rendszer elve V=50-200 m/s Lézer szkenner

GPS + IMS X,Y,Z Fi,Om,Ka

RFID alapú bicikli detektálás

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 real--time adatszolgáltatás

•9


GPS vevő X,Y,Z

GPS rendszer

A mobil térképező rendszer komponensei

IMU szenzor fi,om,ka

GPS bázis állomás

• Pozicionáló komponens - GPS • Tájékozó komponens - Inerciális Mérőrendszer (IMU)

Videó RGB kép Laser profil

• Részletpont meghatározását biztositó eszköz: lézer, digitális kamara

Utófeldolgozás

Előkészités

3D GIS rendszer

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 lézeres mérőrendszerek technikai sajátosságai

• Feldolgozó komponens: - OTF feldolgozás: real real--time - Utófeldolgozás: közel real real--time

A mibil rendszer lézeres mérő modulja (LIDAR) • Részletpont meghatározását biztositó alapelv: a terepi objektumokon reflektálódó lézer távmérés • Tipikus rendszer jellemzők: - Rep Rep.. magasság:300magasság:300-1000 m - Pontosság XY= 0.010.01-0.5 m - Pontosság Z = 0.030.03-0.3 m - Mérési sűrüség: sűrüség: 10.00010.000-1.000.000 pont/sec - Scannelési szélesség: +/ +/-- 7° (250m -1000m1000m-es rep rep.. magasságon)

Lézeres mérőrendszerek árnyék zajai

• 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

•10


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


Topcon mobil térképező megoldások

IP-S2 HD Mobile Mapping System GNSS, IMU Lidar

RIEGL megoldások

IP-S2 Vision Mobile Mapping System •GNSS, IMU, Odometer, •360 deg panoráma kamera

Trimble VX, GX megoldások (Total Spatial Imaging) Imaging)

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 erőforrás--kutatási, térképészeti, katonai • Képek feldolgozása: georeferencia, georeferencia, értelmezés

Távérzékelés ...

Távérzékelési műholdak felbontása Műhold/szenzor

Landsat MSS Landsat TM SPOT XS SPOT P IRS1 C/D IKONOS QuickBird

Felbocsájtás

Felbontás [m]

1972 1984 1986 1986 1995 1999 2001

80 30 20 10 5.8 1 0.6

•12


NASA Földi erőforrás kutatás

Műhold szenzorok

Növényzet és talaj visszaverő képessége

Elektromágneses spektrum

Landsat MSS és SPOT HRV szenzor működése

Budapest Landsat TM felvétel

•13


Landsat TM tanulóteres osztályozása

Fedettségi adatbázis tematikus térkép

Landsat felvétel interpretációja

Másodlagos adatnyer adatnyerési ési 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 fekete/fehér-színes, 400400-1200 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


Szkennelési technológia • Munkafolyamat: Szkennelés, Képjavítás, Tisztítás, Transzformáció, Manuális – félautomatikus – automatikus vektorizálás, Adatszerkesztés, Javítás

Raszter > Vektor konverzió • R>V: ???

• Raszter Raszter--Vektor konverzió: az automatizálás korlátai • Táblás digitalizálás/szkennelés: idő, költségek, minőség, jelleg

• V>R: OK

Digitális állományok átvétele • Térinformatikai adattárházak térnyerése • Tárolt adatok fogalmi, logikai és fizikai szabványosításának jelentősége, adatcsere szabványok: ISO 19000, OGC, NATONATO-DIGEST, EU – INSPIRE, GBGB-NTF, USA – STDS • Hazai helyzet: – MSZ 77727772-1: Digitális földmérési alaptérkép (DAT) – MSZ 77727772-2: Digitális topográfiai térkép szabvány

• Hazai adatforrások: FÖMI, TÉHI, Kormányzati 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, irodalmiirodalmilevéltári gyűjtés • Környezeti és természeti erőforrás adatok: KHVM • Szocio Szocio--ökonómiai adatok: KSH • Infrastrukturális adatok: Közművek

•15

2 Adatnyerés

Recommend Documents