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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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
Térinformatika 5/2 Adatnyerés
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