Aerofotogeodeesia Fotogramm-meetria (3)

Aero vastused
1. Fotogramm - meetria ja selle ajalooline ülevaade.
Fotogramm-meetria on valguse abil objektide kujutamine ja mõõtmine.
14 saj. Lõpp. Leonardo da Vinci – leiutas läätsede jahvatamise ja poleerimise mehaanika .
1858 – esimene teadaolev aerofoto , õhupalliga Bievre linnast Nadari poolt
1895 – valmistas Laussedat esimese kasutuskõlbliku kaamera ja töötas välja selle tööprotsessi.
1909 – W. Wight tegi lennukilt esimese liikumise ajal tehtud aerofoto.
2. Fotogramm-meetrilised süsteemid.
Fotogramm-meetrilised süsteemid võib jagada kolmeks:
1) sateliitfotogramm-meetria – kasutatakse digitaalkaameraid (SPOT-süsteem).
2) fototeodoliit- ehk terrestriline fotogramm-meetria – kaamerad paiknevad maapinnal või selle vahetus läheduses ja on enamuses statsionaarsed .
3) aerofotogramm-meetria – fotod pildistatakse aerofotokaameraga.
Aerofotogramm-meetria eelised:

• fotokujutise objektiivsus
  
• informatsiooni suurem maht
  
• plaanimaterjali saamise kiirus
  
• välitööde mahu vähendamine
  
• sõltumatus ilmastikust plaani koostamisel
  
• tööde automatiseerimise võimalus
  

3. Aeropildistamine ja pilditootmise protsess
Aeropildistamine – maapinna pildistamist lennukilt, helikopterilt või õhupallilt. Olenevalt kaldenurga suurusest võib aeropildistamine olla plaaniline ( kaldenurk alla 3o) ja perspektiivne (üle 3o). Olenevalt pildistatava maa-ala asukohast, reljeefist ja mõõtakvast kasutatakse erinevat tüüpi lennukeid. Lennud võib jagada:

• madallend – 1000-2500m (linnas)
  
• keskmise kõrgusega lend – 2500-4000m
  
• kõrglend – 7000-8000m (mägedes)
  

Samuti võib aeropildistamise jagada kolmeks:

• üksikud võtted – väike maa-ala või objekt mahub ühe-kahe pildi peale
  
• magistraal- või marsruutpildistamine – kasut. raudteede, maanteede või muude jooneliste objektide pildistamiseks
  
• lauspildistamine – suurem maa-ala, lennusuund läänest itta ja idast läände.
  

Nõutav kattuvus aerofotodel: pikikattuvus 60% ja põikikattuvus 25%.
Pildi tootmise protsess puudu
4. Aeropildistamise planeerimine
Aeropildistamisel tuleb arvestada lennuki tehniliste omadustega. Lennukil peab olema hea tõusu- ja lennukiirus. Kasutatakse gürostabiliseerivat seadeldist, et vähendada aerofoto kaldenurki. Ajaliselt sobivad aeropildistamiseks varakevad või hilissügis, kui puud on raagus. Ilmastik peab olema selge, pilvitu. Päikese optimaalne kaldenurk on 30o, mis ei tekita väga pikki varje , mis raskendaksid objektide määramist.
Enne aeropildistamist koostatakse projekt, kus valmistatakse ette marsruudid ja aerofotode tsentrite soovitavad asukohad, määratakse aeropildistamise tehnilised näitajad ja täiendavad geodeetilise võrgu aerofototriangulatsiooni lähtepunktide asukohad. Maa-ala aeropildistamist planeeritakse selliselt , et üks ja sama ala oleks kujutatud külgnevatel aerofotodel (pikikattumine) naabermarsruutide aerofotodel (põikikattumine).
Maapinnale märgitakse tugipunktid, mis peavad olema hästi tunnetatavad nii aerofotodel kui looduses. Tavaliselt on need risti kujulised . Samuti tuleb arvestada taustvärviga, nt. heledale taustpinnale teha must markeering . Nende keskkohale määratakse geodeetilised koordinaadid. Tugipunkte kasutatakse aerofotode plaaniliseks või plaanilis-kõrguseliseks sidumiseks.
5. Fotogramm-meetrilised fototooted ja nende kasutusvõimalused.
Fototooded jagunevad:

• aerofotod – lennuaparaadile paigaldatud spetsiaalse fotokaameraga tehtud maapinnafoto, mille järgi on võimalik koostada topograafilisi ja temaatilisi kaarte või plaane
  
• fotomosaiigid – maastikufotod, mis on saadud mitmete järjestikuste fotode kattumisalade ühtseks pildiks monteerimisel.
  
• Satelliitpilt – igasugune mustvalge või värvifoto, kus igale värvile vastab teatav kood elektromagnetilisest spektrist
  
• Parandatud foto – kaldenurgast tulenevad vead on eemaldatud
  
• Ortofoto – maapinnapildid, kust on eemaldatud on perspektiivi aspektid
  
• Ortofotomosaiik – järjestikused ortofotod on moneeritud kokku üheks suureks pildiks
  
• Ortofotokaart – mõõtkavasse teisendatud ortofotode montaaž koos sellele kantud leppemärkidega
  

Digitaalse ortofoto valmistamise protsess:

• digitaalsete algallikate valmistamine
  
• fotode sisemine orienteerimine
  
• fototriangulatsioon
  
• kõrgusmudel valmistamine (DTM – ainult maapind , DSM – maapind koos obj.)
  
• ortotransformeerimine
  
• mosaiikimine ja radiomeetriline korrektuur
  
• lõpp- produkti valmistamine
  

6. Fotogramm-meetrilised rastertooted ja nende kasutusvõimalused
Rasterkuju – andmete organiseerimise vorm, kus need on esitatud ruudukujuliste elementidena (pikslitena).
Rastertooted:

• katastrialuskaart e. kõlvikute kaart – katastrisse kantava info aluskaardiks.
  
• Eesti põhikaart -
  
• digitaalsed kõrgusmudelid – (DEM) kindlas mõõtkavas kõrguslik mudel, mis annab visuaalse võimaluse maastikku näha. Punktide kogum, kus igal punktil on x,y,z.
  
• digitaalsed stereomudelid – koosneb kahest kõrvuti asetsevat aerofotot, mille kattuvus on vähemalt 60%.
  

7. Fotogramm-meetrilised vektortooted ja nende kasutusvõimalused.
Vektorkuju – andmete organiseerimise vorm, kus andmed kirjeldatakse punktide, joonte ja pindadena.
Vektortooted:

• planimeetrilised kaardid – maapinna objektide plaanilisi asukohad.
  
• samakõrgusjoontega reljeefikaardid – iga joon kujutab mingi tasapinna ja maastiku lõikejoont.
  
• topograafilised kaadid – näidatud nii objektide plaanilised asukohad kui samakõrgusjooned
  
• temaatilised kaardid e. teemakaardid – pühendatud teatud teemale ( mullakaart )
  
• profiilid – näitavad vertikaalse tasapinna ja maapinna ristumist
  
• 3D objektimudelid –
  

8. Valgus ja valguslained. Valguse refraktsioon , valguse dispersioon.
Valgus – elektromagnetiline lainetus , mis levib vaakumis kiirusega ligikaudu 300 000m/s.
Valguse kiirus sõltub ainest, milles ta levib. Nähtava valguse lainepikkus on 40-700nm.
Valguse refraktsioon – valguse kiire murdumine kui see läheb mingisse teisse keskkonda.
Valguse dispersioon – valguse lahutamine spektriks kasutades optilisi prismasid.
9. Fotoobjektiivid, nende ehitus ja klassifitseerimine
Objektiiv – annab esemest ümberpööratud kujutise. Peamised elemendid: raam, läätsed ja diafragma. Objektiivi läätsed on valmistatud spetsiaalse koostisega optilisest klaasist. Läätsesid on objektiivis 3 kuni 10. Vaatenurga järgi võib läätsed jagada kolmeks:

• normaalobjektiivid (vaatenurk kuni 75o)
  
• lainurkobjektiivid (vaatenurk 75o-100o) – kasutatakse aerofotode tootmiseks
  
• ülilainurkobjektiivid (vaatenurk üle 100o)
  

Diafragma – seade, mis piirab optilist süsteemi läbivat valgusvoogu. Jaotus:

• aperatuurdiafragma – piirab kujutist tekitavat valgusvoogu
  
• pinddiafragma – piirab kujutise mõõtmeid, pinda
  

10. Fotoobjektiivi karakteristikud

• fookuskaugus – määrab kindlaks kujutise suuruse ja aerofoto mõõtkava
  
• objektiivi valgusjõud e. suhteline ava – kujutise valgustus sõltub objektiivi avast ja fookuse kaugusest
  
• kujutise väljanurk – Kui suunata lühikese fookusega objektiiv lõpmatusse ja asetada fokaaltasandile mattklaas P, saame sellel erineva valgustusega ringi. Ringi, mille äärtel on valguse heledus minimaalne, nim vaateväljaks. Keskmine osa, mille äärtel kujutise teravus ja heledus on rahuldav, on kujutise väli. Nurk CSD= 2β, mille tipp asub objektiivi keskpunktis , on kujutise välja nurk.
  
• teravussügavus – kaugus lähima ja kaugeima teravuspiiri vahel objektiruumis
  
• hüperfokaalkaugus – lõpmatusele teravustatud objektiivi ja lähima teravalt joonistuva eseme vaheline kaugus
  
• lahutusvõime – võrdse jämedusega mustade /valgete joonte arv, mis mahub kujutise 1mm-le.
  

11. Fotograafilised aerofilmikaamerad (analoogkaamerad)
4 aerofotokaamera tüüpi:

• ühe objektiviga kaamera – nende abil saab suurima geomeetrilise kvaliteedi. Läätsi hoitakse kindlas vastavuses fokaaltasandiga
  
• mitme objektiiviga kaamera – tehtavaid pilte kasutatakse keskkonna monitooringuks, looduslike ressursside kaardistuseks, maavarade uurimiseks.
  
• piludiafragmaga kaamera – saab teha pilte, mis asuvad ühes marsruudis (maanteed)
  
• panoraamkaamera - pildistavad lennu suunaga risti olevat maapinna riba horisondist horisondini, peamiselt dešifreerimiseks
  

12. Digitaalsed aerokaamerad
Tüübid:

• väikeseformaadilised digitaalsed kaamerad (1000x1000 – 2000x3000 pikslit)
  
• keskmise formaadiga digitaalsed kaamerad (4000x4000 pikslit)
  
• suure formaadiga digitaalsed kaamerad (6000x6000 pikslit) – kasutatakse kaardistusel.
  

13. Analoog - ja digitaaltehnoloogia pildi saamise protsessi võrdlus
Analoog Digitaal
1) Pildistamine Pildistamine
2) Film Mälu
3) Filmi ilmutamine Andmetöötlus
4) Foto
5) Skanner Arhiivi materjalide põhjal digitaalses
tööjaamas töötlus -> printer
6) Digitaalne tööjaam
7) Ortofotod – DTM – Kaardid Ortofotod – DTM – Kaardid
14. Tsentraalprojektsioon, ortogonaalprojektsioon ja nende erinevus.
Tsentraalprojektsioon – kiired lähtuvad ühest punktist
Ortogonaalprojektsioon – kiired lähtuvad erinevatest punktidest ja on omavahel paralleelsed ning ristuvad maapinnaga
(erinevus puudu)
15. Aerofoto tasapinnaline ristkoordinaatide süsteem
Aerofotol on koordinaatmärgid , mis määravad foto koordinaatteljed. Vastastikku asuvate koordinaatide märkide ühendamisjoonte lõikepunkt on aerofoto tsentriks O’. Koordinaatide süsteemi algpunktiks on aerofoto tsenter. X- telg on suunatud kas läbi külgmiste koordinaatide märkide või poolitab jooni, mis ühendavad pildi nurkades asuvaid koordinaatide märke. Y-telg on x- teljega risti.
X on ida-läänesuunaline ja Y põhja-lõunasuunaline.
16. Ruumiline fotogramm- meetriline koordinaatide süsteem
Tavaliselt valitakse x-telg lennusuunas. X on ida-lääne suunaline , Y on põhja-lõuna suunaline ja Z osutab üles.
17. Aerofoto orienteerimise elemendid
Sisemised orienteerimise elemendid – suurused, mis määravad kindlaks projektsioonitsentri asukoha pilditasapinna suhtes.
Välised orienteerimise elemendid – suurused, mis määravad kindlaks projektsioonitsentri ja pilditasapinna geodeetilises koordinaatide süsteemis.
18. Punkti koordinaadid horisontaalsel aerofotol ja nende seos maastiku punkti koordinaatidega
Punkti asukoht aerofotol määratakse tavaliselt tasapinnaliste koordinaatidega.
Horisontaalse aerofoto puhul on x- ja y-teljed paralleelsed X- ja Y-telgedega.
X = x * (H-h)/f H- pildistamise kõrgus, h – kõrguskasv keskmise tasandi suhtes
Y = y * (H-h)/f f – fookuskaugus
19. Kaldaerofotol kujutatud punkti ja vastava maastikupunkti koordinaatide seos
kaldaerofotol kujutatud punkti ja vastava maastikupunkti koordinaatide seose leidmiseks on vaja määrata koordinaatide algpunkt. Koordinaatide alguseks võetakse o, c või n.
X = H * x/(f-sinα0)
Y = H * x/(f-sinα0)
20. Koordinaadid aerofotol ja nende seos teiste koordinaatidega ( vaata lab.tööd: a) punkti koordinaatide ja aerofoto kaldenurgast tingitud
mõõtkava moonutuste määramine ja b) punkti koordinaatide arvutamine riiklikus
Horisontaalse aerofoto koordinaadid:
x0 = f*x / (f-x*sinα) kus x ja y on koordinaadid kaldaerofotol
y0 = f*y / (f-x*sinα)
21. Horisontaalse aerofoto mõõtkava tasasel ja reljeefsel maastikul
Horisontaalse aerofoto mõõtkava ehk peamõõtkava
1/m = f/H - tasasel maastikul
Horisontaalse aerofoto mõõtkava reljeefse maastiku puhul ei ole konstantne
1/mh’ = f/(H-h) - reljeefsel maastikul ∆m/m = h/H (suhteline)
22. Kaldaerofoto mõõtkavad
Horisontaali mõõtkava (vabalt valitud horisontaalil)
1/mhh = (f-x*sinα)/H
Vertikaali mõõtkava
1/mv = f/H * (1-x/f*sinα)2
23. Moonutused ja nihked aerofotol (mis on mis)

• Kaldenurgast tingitud punktinihked – kaldaerofotol ja horisontaalsel aerofotol kujutatud ühe ja sama maastiku punkti erinevus
  
• Kaldenurgast tingitud suunamoonutused aerofotol - ∆φα = -x*α / 2f * sin2φ
  

φ – nurk antud suuna ja x-telje vahel x – kaugus punkti c ja lõikepunkti a vahel

• Kaldenurgast tingitud pindalamoonutus aerofotol –
  
• Reljeefist tingitud punktinihe aerofotol – δh = r*h / H
  

H – kõrguskasv algtasandi E suhtes H – pildistamise kõgus sama tasandi suhtes

• Reljeefist tingitud suunamoonutused aerofotol –
  
• Reljeefist tingitud pindalamoonutus aerofotol –
  

24. Kaldenurgast tingitud punktinihe, konhoid ja selle konstrueerimine
Konhoid – moonutustevaba piirkond.
Kanda iga kraadi teljele vastav pikkus valemist r = sqrt(δ*f / sinα*cosφ)
25. Reljeefist tingitud punktinihe aerofotol

• reljeefist tingitud nihe on proportsionaalne kõrguskasvuga ja kaugusega nadiirpunktist.
  
• δh võib olla positiivne või negatiivne olenevalt kõrguskasvu märgist, s.t. punktinihe võib olla suunatud nadiirpunktist kaugemale või nadiirpunkti poole
  
• H = m*f => sama mõõtkava puhul on nihe väiksem pikema fookuskauguse ja suurema lennukõrguse puhul
  
• nadiirpunktis on nihe 0
  
• teatud ringi raadiuses on reljeefist tingitud nihked lubatavad
  

26. Dešifreerimise protsess

• Ettevalmistustööd – tutvumine objektiga
  
• Väliuuringud – objektide karakteristikute määramine, kohanimede kogumine
  
• Dešifreeritavate objektide sisu ja piiride määramine
  
• Dešifreerimise tulemuste väljajoonestamine vastavalt kehtivatele leppemärkidele
  
• Korrektuur ja vajalike täiendavate uuringute tegemine
  
• Töö lõplik vormistamine ja üleandmine
  

27. Dešifreerimise liigid

• Topograafiline dešifreerimine – mõtestatakse lahti kõikide objektide karakteristikud, mis peavad olema kujutatud koostataval topokaardil või plaanil . Põhitähelepanu maapinnal olevatele objektidele
  
• Temaatiline dešifreerimine – vajalik spetsiaalsete küsimuste lahendamiseks (põllumajanduslik, metsanduslik, geoloogiline , mullastikuline, sõjaline jne)
  

28. Dešifreerimise meetodid ja viisid
Meetodid:

• Välidešifreerimine – kõik tööd tehakse vahetult, maastikul. Kasutatakse laus- (läbi käiakse kõik objektid) ja marsruudilist (läbi käiakse eelnevalt kavandatud marsruute) dešifreerimist. See meetod on kõige täpsem, aga ka kõige kulukam .
  
• Kameraalne dešifreerimine – maastiku objekte õpitakse tundma fotograafiliselt ja digitaalselt ning neid identifitseerima sisetingimustes . Tuginetakse varem koostatud materjalile. Ei sõltu ilmastikust, töömaht väike. Ei pruugi vastata dešifreerimise hetkeseisule.
  
• Kombineeritud dešifreerimine – kindlate tunnetatavate objektide dešifreerimine toimub kameraalselt. Väljas kontrollitakse ja tehakse vajalikud täpsustused.
  

Iga meetodi puhul võib kasutada kolme viisi:

• visuaalne
  
• arvutuslik
  
• kombineeritud
  

29. Aeropiltide dešifreerimise tunnused
Otsesed tunnused:

• objekti kuju – paljud topograafiaelemendid on kuju järgi äratuntavad (metsad, põllud, asulad, jõed, teed jne). Korrapärane – inimese poolt rajatud, ebakorrapärane – looduslik
  
• Objekti mõõtmed
  
• Objekti toon – sõltub peegeldusvõimest, niiskusest, päikese nurgast (põllud heledad, veekogud tumedad)
  
• Objekti varju kujutis – annab objektist ettekujutuse, jaguneb: oma vari (valgustamata külg) ja langev vari (objekti vari maapinnal)
  
• Objetki tekstuur – teraline (mets), triibuline (põllukultuur), ühtlane ( rohumaa , järv, asfalt)
  

Kaudsed tunnused:

• Objektide vastastikune paigutus – aitab aerofotol ära tunda seotud objektid, nt. asula individuaalhooned aiamaaga, laut koos karjakoplitega
  
• Inimtegevuse jäljed – aitab eristada kõlvikuid, nt. traktori jäljed põllul
  
• Kuuluvus teise objekti juurde – kui tee ühendab kahte asulat on tegemist külavaheteega, kui lõpeb põllumassiivi juures on tegemist põlluteega
  
• Iseloomulike omaduste omavaheline seos
  

30. Eesti põhikaart ja Eesti baaskaart (olemus, tootmise tehnoloogia , otstarve)
Eesti põhikaart:
Digitaalkaart mõõtkavas 1:10 000, trükitud kaart mõõtkavas 1:20 000.
Eesmärk: Olla aluseks riiklikele teemakaartidele ning ruumiinfot sisaldavatele registritele.
Kaardil kujutatud topograafiline info: ca 118 nähtust, digitaalkaardil puudub reljeef
Koostamis - ja kirjastamistööd:

• Generaliseerimine 1:10 000 mõõtkavast mõõtkavasse 1:20 000
  
• Reljeefi lisamine
  
• Kohanimede korrigeerimine ja täpsustamine
  
• Korrektne ja loetav info paigutamine kaardile
  
• Trükiks ettevalmistamine ja trükkimise organiseerimine
  

Eesti baaskaart:
Kaardiseeria sisaldab 103 trükitud lehte 1:50 000 mõõtkavas. Vektorinfo taustaks on trükitud satelliitpilt.
Eesmärk: Toota digitaalne kaart, mis sisaldab baasilist topograafilist infot (peamised teed, veed , olulisemad kõlvikuklassid). Olla baasiks vastava mõõtkavaklassi detailsematele topograafilistele kaartidele või teemakaartidele. Saada kogemusi digitaalkaardistusest.
Kaardistatud nähtused:

• Riigiteed + olulisemad kohalikud teed
  
• Vetevõrk
  
• Raudteed
  
• Kõrgpingeliinid
  
• Gaasitorud
  
• Kõlvikud (5 klassi)
  
• Piirid
  
• Reljeef (5m lõikevahega vanadelt vene topodelt)
  

10