VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ – TECHNICKÁ UNIVERZITA
OSTRAVA
Hornicko-geologická fakulta Institut geoinformatiky
STEREOSKOPICKÉ VYHODNOCOVÁNÍ
LETECKÝCH SNÍMKŮ NA PRACOVNÍ STANICI DPZ
Semestrální projekt
Mária Bárdyová, Vojtěch Bravenec, Tomáš Hubálek, Roman Ožana
OSTRAVA 2005
1
OBSAH
OBSAH 1
SEZNAM ZKRATEK 3
SEZNAM OBRÁZKŮ 4
SEZNAM TABULEK 5
SEZNAM VZORCŮ 6
ÚVOD 7
1 ZADÁNÍ PRÁCE 8
2 ÚVOD DO PROBLEMATIKY 9
2.1 Stereofotogrammetrie 9
2.2 Stereoskopické vidění 10
2.3 DMT 15
2.4 Datový model TIN 17
3 VSTUPNÍ DATA 19
3.1 Letecké snímky 19
3.2 Digitální mapa areálu VŠB-TUO 20
4 POSTUP PRÁCE 21
4.1 Seznámení se s existujícími projekty 21
4.2 Datový model 23
4.3 Příprava potřebných dat 26
4.4 Vytvoření stereo-projektu 30
4.5 Vzhodnocování 31
4.6 Vygenerování DMT 34
4.7 Kontrola a oprava DMT 36
2
4.8 Závěrečné zhodnocení DMT 41
5 POUŢITÉ VYBAVENÍ 46
5.1 Erdas Imagine 8.7. – modul Stereo Analyst 46
5.2 Brýle – CrystalEyes 46
5.3 ArcGIS 9.0 47
5.4 Pracovní stanice 48
6 ZÁVĚR 49
CITACE 51
LITERATURA 52
3
SEZNAM ZKRATEK
*.blk IMAGINE OrthoBASE Block File
*.dbf Database Format – databázový formát
*.fpj Stereo analyst feature project
*.img IMAGINE Image
*.shp Shape File
2D Two-dimensional (dvourozměrný ve smyslu počtu prostorů)
3D Three-dimensional (trojrozměrný ve smyslu počtu prostorů)
CPU Central Processor Unit – Hlavní procesorová jednotka
DMT Digitální model terénu
DPI Dots per Inch – počet rozlišovacích bodů na palec
DPZ Dálkový prieskum Země
ESRI Environmental Systems Research Institute
GB Gigabyte – datová jednotka
GIS Geografický informační systém
GPS Globálny polohovací systém
HDD Hard Disk Drive – pevný disk
HGF Hornicko-geologická fakulta
Hz Hertz – počet cyklů za jednu vteřinu
LCD Liquid Crystal Display – Displej využívající technologii tekutých krystalů
PC Personal Computer – osobní počítač
RAM Random Access Memory – Operační paměť využívající náhodnou adresaci
RGB Red, Green, Blue – barevná kompozice
RMSE Střední kvadratická chyba
TIN Triangulated irregular network
TTP Trvale travní porost
VŠB-TUO Vysoká Škola Báňská Technická Univerzita Ostrava
4
SEZNAM OBRÁZKŮ
Obrázek č. 1 - Prvky vnitřní a vnější orientace 10
Obrázek č. 2 – Rozpoznání vzdálenosti k předmětu 11
Obrázek č. 3 – Brýle s barevnými filtry 11
Obrázek č. 4 – Brýle CrystalEyes 11
Obrázek č. 5 – Určení paralaxy na základě dvou překrývajících se snímků 12
Obrázek č. 6 – Určení výšky bodů na základě paralaxy 14
Obrázek č. 7 – Příklad polyedrického modelu (vektorový model) 16
Obrázek č. 8 – Příklad rastrového modelu 16
Obrázek č. 9 – Struktura modelu TIN 18
Obrázek č. 10 – Vzhled programu SHP grid generátor 29
Obrázek č. 11 – Ukázka číslování bodů identifikátorem 29
Obrázek č. 12 – Struktura souboru 30
Obrázek č. 13 – Ukázka konfiguračního souboru 30
Obrázek č. 14 – Tvorba paralelní linie 31
Obrázek č. 15 – Dvojí nastavení zámku nástroje (otevřeno, zavřeno) 32
Obrázek č. 16 – Nestandardní ukončení programu ERDAS 33
Obrázek č. 17 – Ukázka vyhodnocených dat 34
Obrázek č. 18 – Ukázka vygenerovaného modelu 36
Obrázek č. 19 – Oprava DMT s využitím tablet PC (11:25) 37
Obrázek č. 20 – Oprava DMT s využitím tablet PC (17:42) 37
Obrázek č. 21 – Špatně umístěné body mají za následek pyramidy 38
Obrázek č. 22 – Totožné místo, u špatných bodů byla upravena Z souřadnice 38
Obrázek č. 23 – Logická chyba, zlom v komunikaci 39
Obrázek č. 24 – Totožné místo, upraven koncový bod linie 39
Obrázek č. 25 – Ukázka místa s malou hustotou umístěných bodů 40
Obrázek č. 26 – Digitální model terénu obsahující chybné data 41
Obrázek č. 27 – Odchylky umístění bodů ve směru osy X 44
Obrázek č. 28 - Odchylky umístění bodů ve směru osy Y 45
Obrázek č. 29 - Odchylky umístění bodů ve směru osy Z 45
Obrázek č. 30 - Krystalové brýle a jejich princip 47
5
SEZNAM TABULEK
Tab. 1 Základní parametry leteckých snímků 19
Tab. 2 Základní informace o datech měřených geodeticky 20
Tab. 3 Základní informace o prvním řešeném projektu 21
Tab. 4 Základní informace o druhém řešeném projektu 22
Tab. 5. Datový model objekt výškové bodové pole 23
Tab. 6. Datový model objekt strukturní linie komunikací 24
Tab. 7. Datový model objekt ořezový polygon 25
Tab. 8. Datový model objekt obtížně výškově určitelné plochy 25
Tab. 9 Tabulka vyhodnocovaných bodů 43
Tab. 10 Střední kvadratické chyby 43
Tab. 11 Jednoduché statistické vyhodnocení bodů 44
6
SEZNAM VZORCŮ
[1] Určení paralaxy 13
[2] Určení velikosti snímkové základny 14
[3] Určení nadmořské výšky ve zkoumaném bodě 14
[4] Výpočet měřítka snímků v jeho středu 19
[5] Výpočet měřítka snímku na okraji snímku 19
[6] Určení velikosti pixelu 20
[7] Určení chyby rezidua pro bod 22
[8] Celková reziduální chyba ve směru osy X 23
[9] Celková reziduální chyba ve směru osy Y 23
[10] Celková chyba rezidua 23
[11] Střední kvadratická chyba 41
7
ÚVOD
Na pokraji 21. století existuje celá řada způsobů jak získat prostorové data, které je
možné následně použít při tvorbě digitálních modelů objektů. Tímto objektem může být
například povrch, terén, reliéf, krajina, vegetace budova nebo její dílčí části. Jeden ze způsobů
sběru dat je i stereofotogrammetrie, tato metoda byla předmětem našeho semestrálního
projektu.
Jednalo se o práci stereoskopického vyhodnocení leteckých snímků části Ostravy –
Poruby s využitím pracovní stanice pro dálkový průzkum země.
Toto téma již bylo v minulosti dvakrát řešeno. Jednalo se o práce Antonína Orlíka a
od kolektivu Michala Biskupa, Alice Joštové, Tomáše Faldyny a Františka Klímka na něž
naše práce nepřímo navazovala. Všem předešlým řešitelům bychom tímto chtěli poděkovat za
jejich cenné poznatky a data, jež byly při naší práci využity.
8
1 Zadání práce
Cíle tohoto projektu jsou :
vytvořit základní datový model pro areál VŠB a okolí
vyhodnocovat prvky na základě datového modelu nad leteckými snímky
vygenerování digitálního modelu terénu
zhodnocení kvality vytvořených dat
začlenění vytvořených dat do metainformačního systému MIDAS
9
2 Úvod do problematiky
2.1 Stereofotogrammetrie
Stereofotogrammetrie je založena na schopnosti zdravého lidského mozku vnímat
prostřednictvím očí stereoskopicky prostorově nejen při pozorování svého okolí, ale rovněž v
situaci, kdy pomocí optiky pozorujeme dvojice fotografií ( pozemních nebo leteckých )
stejných předmětů či terénů, pořízených za dvou různých stanovišť. Při pozorování takto
pořízených fotografií vzniká prostorový vizuální efekt, který lze pomocí speciálních přístrojů
převést do digitální formy.
2.1.1 Principy pořízení stereoskopické dvojice snímků
Pro vyhodnocení stereoskopických fotografických měřičských snímků je nutno znát
prvky vnitřní a vnější orientace měřické komory:
2.1.1.1 Prvky vnitřní orientace:
Každá měřičská komora je definována technickými parametry, tyto parametry se
nazývají prvky vnitřní orientace:
f - konstanta komory je definována jako vzdálenost od hlavního snímkového
bodu ke středu výstupní pupily
poloha hlavního bodu snímku H (dx, dy), představuje průsečík roviny snímku
s paprskem, který odpovídá paprsku procházejícímu v předmětovém prostoru
středem promítání a který je kolmý na rovinu snímku.
distorze, vyjadřující optickou vadu objektivu, která má vliv na geometrické
zobrazení objektivem. Má dvě základní složky - radiální a tangenciální. Vliv
tangenciální distorze je zpravidla zanedbáván. Naopak vliv radiální distorze je
nutné u přesných prací do vnitřní orientace zahrnovat.
Tyto veličiny jsou známy předem, a jsou udávány výrobcem pro každou jim
vyrobenou fotokomoru. Lze je rovněž zjistit pomocí laboratorního měření. Jako měřičské
snímky jsou označeny ty snímky u kterých jsou tyto parametry známy.
2.1.1.2 Prvky vnější orientace:
X0, Y0, Z0 – souřadnice středů vstupní pupily
ω - sklon osy záběru
φ - vodorovný úhel, svírá ho průmět osy záběru s určitým stanoveným úhlem
κ - úhel pootočení, vyjadřuje otáčení snímku ve vlastní rovině kolem osy
záběru
10
Obrázek č. 1 - Prvky vnitřní a vnější orientace
Fotografická komora je nejčastěji umístěna na leteckém nosiči, který je v pohybu, je
vystaven meteorologickým a fyzikálním vlivům. Definuje se proto vnější orientace pro každý
snímek a její prvky považujeme za známé (souřadnice středu vstupní pupily X0, Y0, Z0, dále
sklony ω, φ, κ). Navigace i určování orientace měřické komory je v současné době zejména
díky GPS metodám nebo GPS v kombinaci s gyroskopy a sklonoměry na takové úrovni, že
můžeme přímo určit prvky vnější orientace. [c5]
V případě, že známe prvky vnější a vnitřní orientace, odpovídající si body, u nichž
známe souřadnice, nebo páry navzájem odpovídajících si bodů, u kterých souřadnice
neznáme. Můžeme pořízené snímky usadit do souřadnicového systému.
2.2 Stereoskopické vidění
Třetí rozměr obrazů - prostor umožňuje automaticky určovat relativní vzdálenosti
mezi předměty. Právě určování relativních vzdálenosti je hlavním předpokladem pro využití
stereoskopie jako podstatné součásti fotogrammetrie. Přirozené stereoskopické vidění je
možné jen díky binokulárnímu vidění, tzn., pozorování předmětu ze dvou různých úhlů.
Základem stereoskopického vjemu je konvergence očí a akomodace čočky. Osy pohledu obou
očí se tedy musí sbíhat v pozorovaném bodě. Akomodace čočky představuje zaostření vidění
na vzdálenost předmětu pozorování. Akomodace se děje změnou křivosti oční čočky, kterou
zajišťují oční svaly. [c4]
11
Obrázek č. 2 – Rozpoznání vzdálenosti k předmětu1
Pro použití stereoskopického vjemu ve stereoskopii musíme získat umělý stereo-vjem.
Pro jeho dosažení je využívána celá řada různých postupů; většina z nich vyžaduje použití
speciálních 3D brýlí. [c4] 3D brýle umožňují pozorovateli vidět pozorovanou scénu (ve filmu,
na fotografii a podobně) prostorově - včetně její hloubky. Objekty tak nejsou ploché, ale
působí reálným dojmem. Existují různé druhy 3D brýlí. Často jsou používány brýle s
modrozeleným a červeným průzorem (metoda zvaná anaglyph),
Obrázek č. 3 – Brýle s barevnými filtry
brýle s polarizovanými průzory nebo brýle,ve kterých dochází ke střídavému
zatmívání jednotlivých LCD průzorů.
Obrázek č. 4 – Brýle CrystalEyes
Pozorování objektu přímo očima je tak nahrazeno pozorováním obrazu předmětu na
měřických snímcích, kdy levý snímek pozorujeme levým okem a pravý snímek pravým okem.
Při pozorování očima se vlastně jedná o pozorování ze dvou stanovisek, délka oční základny
se pohybuje okolo 65 mm. Pořízené fotogrammetrické snímky by měly být pořízeny ze dvou
stanovisek o přibližně stejné nadmořské výšce, osy záběru by měly být rovnoběžné (u
pozemní fotogrammetrie se používá také metoda, kdy jsou osy záběru šikmé). Délka samotné
1 Převzato viz. citace [c2]
12
základny (vzdálenost stanovisek) závisí na vzdálenosti nejbližších a nejvzdálenějších bodů,
které budou vyhodnocovány s požadovanou přesností.[c4]
2.2.1 Určení horizontální paralaxy
Pro správný stereo-vjem je důležité, aby oči dobře vnímaly x-paralaxu (horizontální
paralaxa), a naopak, aby y-paralaxa (vertikální paralaxa) byly pokud možno nulová. Paralaxa
je definována jako rozdíl snímkových souřadnic odpovídajícího si bodu na obou snímcích.
Obrázek č. 5 – Určení paralaxy na základě dvou překrývajících se snímků2
A – bod umístěný na povrchu (nižší nadmořská výška)
B – bod umístěný na povrchu (vyšší nadmořská výška)
a, b – body A a B na levém snímku
a’, b‘ – body A a B na pravém snímku
xa – vzdálenost na ose x v od středu levého snímku
2 Převzato dle citace [c6]
13
x’a – vzdálenost na ose x od středu pravého snímku
o – střed levého snímku
o’ – střed pravého snímku
aaa xxp [1]
pa – paralaxa
xa – vzdálenost na ose x v od středu levého snímku
x’a – vzdálenost na ose x od středu pravého snímku
U letecké fotogrammetrie je horizontální paralaxa ve směru osy x a vertikální paralaxa
ve směru osy y. Zatím co u pozemní fotogrammetrie je horizontální paralaxa ve směru osy x
a vertikální paralaxa ve směru osy z.
2.2.2 Určení nadmořské výšky bodů a délky snímkové základny
Snímkovou základnu je možné vypočítat podle vzorce číslo 2.
yB3
1 [2]
B – velikost snímkové základny
y - střední vzdálenost zájmových předmětům
14
Obrázek č. 6 – Určení výšky bodů na základě paralaxy3
A – Určovaný bod umístěný na povrchu
YA – souřadnice bodu A ve směru osy X
XA – souřadnice bodu A ve směru osy Y
a – bod A na levém snímku
a’ – bod A na pravém snímku
ha – nadmořská výška terénu ve zkoumaném bodě
Určení nadmořské výšky je pak možné vypočítat podle vzorce číslo 3.
a
Ap
fBHh
* [3]
ha – nadmořská výška terénu ve zkoumaném bodě
H – Absolutní výška letu
B – velikost základny
f – konstanta fotokomory
pa - paralaxa
3 Převzato dle citace [c6]
15
2.3 DMT
Digitální modely terénu se využívají pro celou řadu aplikací v oblasti GIS, ať už
z hlediska prostého modelování či k realizaci analýz vyžadujících podrobnou znalost reliéfu
krajiny. Formát vyjádření DMT může být rastrový (model GRID) nebo vektorové (model
TIN).
2.3.1 Definice pojmu DMT
DMT obecně popisují průběh (geometrii) terénu v digitální podobě. Kromě reliéfu
terénu může také zahrnovat také geoprvky, které se nachází na zemském povrchu (vodstvo,
lesy, antropogenní objekty a podobně).
Geometrický popis terénní plochy – množina hladkých ploch, které se vzájemně
stýkají ve vrcholech a na hranách.
DMT tedy představuje digitální popis a reprezentaci povrchu terénu. Může však
reprezentovat i jiné povrchy, např. geologická rozhraní, hladinu podzemní vody apod. Průběh
terénu lze popsat body liniemi a polygony.
Body lze rozdělit na :
1. body nesoucí pouze údaj o nadmořské výšce povrchu terénu v daném bodě
2. body nesoucí vedle nadmořské výšky ještě další informaci (v atributové
tabulce) o průběhu terénu v tomto bodě
vrcholky kopců
nejnižší body v údolí
sedlové body
body odtoku z povodí
Linie lze rozdělit na:
1. linie popisující průběh terénu
2. horizontální řezy – vrstevnice
3. vertikální řezy – profily
4. obecné linie vedené po povrchu terénu (zvýrazňující nějaký jev v terénu)
5. linie popisující náhlé změny průběhu terénu
6. tzv. lomové linie (angl. Breaklines) – hrany útesů, lomů, propastí apod.)
7. linie popisující zvláštní liniové prvky povrchu terénu (tzv. strukturní linie)
hřbetnice, údolnice, spádnice, pobřežní linie
Plochy lze rozdělit na:
1. oblasti s konstantní nadmořskou výškou (hladiny jezer, parkoviště)
2. skryté oblasti (s neznámou nadmořskou výškou)
3. hranice modelované plochy
V souladu s tímto výčtem prvků lze definici DMT rozšířit: DMT je množina
reprezentativních bodů, linií a ploch povrchu terénu, uložená v paměti počítače a algoritmus
pro interpolaci nových bodů dané planimetrické pozice nebo pro odvození jiných informací
(např. sklonu svahu apod.)
16
2.3.2 Typy modelů terénu
Polyedrický model – element. Ploškami jsou nepravidelní rovinné trojúhelníky, které
k sobě přiléhají a tvoří nepravidelný mnohostěn, který se přimyká k terénu. Tento model je
výhodnější tam, kde v krajině dochází k prudkým změnám nadmořských výšek.
Obrázek č. 7 – Příklad polyedrického modelu (vektorový model)
Rastrový model – množina elementárních plošek nad oky pravidelného rastru.
Hranice plošek však na sebe spojitě nenavazují.
Obrázek č. 8 – Příklad rastrového modelu
17
Plátový model – rozdělí povrch na nepravidelné, obecně křivé pláty trojúhelníkového
nebo čtyřúhelníkového tvaru, přičemž hranice dělení jsou vedeny po případných
singularitách. Např. definice plátů pomocí hraničních křivek (Coons). Plátový model
umožňuje popsat terén s vysokou přesností bez zvýšení objemu primárních dat, ovšem za
cenu jisté výpočetní složitosti. Interpolací z něj pak lze vytvořit rastrový model vysoké
hustoty a přesnosti.
2.3.3 Kvalita DMT
I malé chyby v odvození výšek mohou vést k velkým chybám, protože chyby se na
sebe dále kumulují. Chyby vznikají taky při interpolaci výšek
Kvalitu DMT ovlivňuje:
vstupní data
množství (hustota) a rozmístění bodů s nadmořskou výškou
přesnost určení planimetrické pozice a nadmořské výšky u těchto bodů
využití strukturních linií (příp. dalších popisných prvků) při generování DMT
algoritmus pro odvození nových hodnot dané planimetrické pozice použitý při
interpolaci výšek
volba nevhodného algoritmu (metody) zpracování
2.3.4 Všeobecný postup při tvorbě DMT
Pořízení dat (zakoupení, vyhodnocením (vektorizací) a podobně)
Kontrola a úprava dat
Předzpracování dat – spojování, hledání vztahů mezi daty z různých zdrojů
Generování DMT – konstrukce modelu
Ladění a modifikace DMT
Zpracování DMT – Analýzy –generování odvozených modelů
(Zobrazení DMT a odvozených modelů)
Interpretace DMT a odvozených modelů
Vizualizace a prezentace DMT a odvozených modelů
Nejde o jednosměrný proces. Výsledky kteréhokoliv z výše uvedených kroků (etap) si
mohou vyžádat návrat zpět a opakování.
2.4 Datový model TIN
Tento model je používán především ke konstrukci vrstevnic a řezů. Zaručuje
především lineární interpolaci v trojúhelnících (určování neznámé nadmořské výšky). Bývá
popsán pomocí ploch (trojúhelníky), hran a vrcholů. Nedostatkem tohoto modelu je linearita
trojúhelníků a neplynulý (lámaný) průběh terénu.
Trojúhelníková síť vzniká spojením bodů nepravidelně rozmístěných v prostoru a
umožňující prezentovat spojité jevy (např. digitální model terénu),druh mozaikového modelu
založený na síti trojúhelníků
18
Obrázek č. 9 – Struktura modelu TIN
Pro každou hranu modelu se eviduje :
počáteční a koncový vrchol hrany (na obrázku je zobrazen číslem)
levá a pravá přilehlá plocha (na obrázku jsou označeny velkými písmeny)
levá a pravá přilehlá hrana v každém z vrcholů (větší nároky na paměť, ale
efektivní).
Rozšíření této struktury o několik málo atributů umožní definovat křivost terénu. Jeho
použití je univerzální. Tento typ datového modelu jsme se rozhodli použít pro tvorbu našeho
modelu terénu.
19
3 Vstupní data
3.1 Letecké snímky
Institut geoinformatiky na VŠB – TUO – HGF v Ostravě-Porubě získal z leteckého
snímkování provedeného firmou GEODIS Brno sedm snímků vhodných pro
stereofotogrammetrické vyhodnocení. Snímky byly pořízeny analogovou fotogrammetrickou
komorou na barevný film a později byly snímky naskenovány v rozlišení 1200DPI do
rastrového formátu (*.img). Tyto snímky zachycují část Ostravy-Poruby. Spolu s těmito
rastrovými snímky byl dodán kalibrační protokol a informace o prvcích vnitřní a vnější
orientace. Údaje o snímcích jsou zobrazeny v následující tabulce.
Parametr Hodnota
Rozměr snímků 23 x 23 cm
Datum snímkování 7. Dubna 2001
Absolutní výška letu 1380 m
Skutečná výška letu 1120 m
Komora RMK top 145855/00
Konstanta fotokomory f=153.029 mm
Tab. 1 Základní parametry leteckých snímků
3.1.1 Výpočet dalších parametrů snímků
Průměrná nadmořská výška terénu v zájmové oblasti je přibližně 260 m. Na základě
výše zmíněných parametrů snímků lze vypočíst jejich měřítko (mS). Je zřejmé, že měřítko
snímku se ve středu centrální projekce a na okraji snímku liší. Rovněž lze vypočítat
vzdálenost, kterou představuje jeden pixel ve skutečnosti. Pro měřítko snímku mS1 ve středu
centrální projekce platí.
7319153029.0
11201
f
hmS [4]
ms1 – měřítko snímku v jeho středu
h – skutečná výška letu (m)
f - konstanta fotokomory (m)
Chceme-li určit měřítko i na okraji snímku je vztah následující :
9155153029.0
112073192
23.0
2
2
2
2
2
1
2f
hms
m
S
S [5]
ms2 – měřítko na okraji snímku
ms1 – měřítko snímku v jeho středu
h – skutečná výška letu
f - konstanta fotokomory (m)
20
s – délka snímkové hrany (rozměr snímku) (m)
Ze znalosti počtu pixelů v řádce (sloupci) obrazového záznamu, který se dá zjistit
přímo z vlastností souboru nebo vypočíst z rozlišení při skenování (1200 bodů/palec) a
rozměru snímku (s = 0.23 m), lze odvodit následující vztah a zjistit, že změna měřítka způsobí
změnu velikosti jednoho pixelu od 0.155 m ve středu centrální projekce do 0.194 m na okraji
snímku.
DPI
m
bodůpočet
mspixeluvelikost SS 0254.0
__ [6]
K tomuto radiálnímu zkreslení se přičítá i zkreslení, které je způsobeno proměnlivými
výškovými poměry v terénu – vznikají radiální posuny, dále zkreslení objektivu a zkreslení
způsobené změnou vlastností filmového materiálu, při větších výškách letu je pak nutno
počítat se zakřivením Země a atmosférickou refrakcí. Všechna tato zkreslení znemožňují
vlícovat snímek do existující mapy nebo jej pro tvorbu mapy použít.
3.2 Digitální mapa areálu VŠB-TUO
Tyto data byly získány na základě spolupráce s Institutem geodézie a důlního měřictví.
Sada obsahovala. Data byla vytvářena v rámci disertační práce Ing. Böhmové Dagmar
([email protected]), téma této práce bylo: Aktualizace digitální mapy areálu VŠB-
TUO. V následující tabulce jsou uvedeny nejdůležitější údaje.
Autor zaměření Ing. Böhmová Dagmar ([email protected])
Způsob měření Geodetickým měřením pomocí totální stanice
Rok zaměření 2002
Třída přesnosti 3. třída (0.08 - 0.14 m)
Dostupné Formáty dat DXF, VYK, Shape File, Personal Geodatabase
Prostorový referenční systém, přímé planární S-JTSK
Prostorový referenční systém, přímé výškové výškový systém baltský - po vyrovnání
Cena Pro školní účely zdarma
Budovy Polygonová vrstva obsahující kolmé průměty budov.
Ke všem geoprvkům jsou doplněna mimo jiné
atributová data Zteren (definující nadmořskou výšku
podstavy)
Podklad Obsahuje množinu geoprvků, které spolu logicky nesouvisí, ale charakterizují prvků v krajině. Prvky
nejsou výškově určené.
Výškové body Pole výškově určených bodů (4720 bodů) v areálu
VŠB-TUO a přilehlém okolí.
Tab. 2 Základní informace o datech měřených geodeticky
Podrobnější informace jsou uvedeny ve školní verzi projektu MIDAS
(http://gis.vsb.cz/midasvsb - tento systém je dostupný pouze v rámci intranetu školy).
21
4 Postup práce
4.1 Seznámení se s existujícími projekty
Na začátku naší práce bylo potřebné seznámení se s již existujícími projekty.
Nejdůležitější zkoumanou částí obou projektů byly vytvořené geodata a projekt definující
aerotriangulaci.
Řešitel Antonín Orlík
Datum vytvoření 30.5.2002
Zaměření projektu zpracování leteckých měřičských snímků – aerotriangulace
ukázková vektorizace geodat pro areál VŠB-TUO
vytvoření digitálního modelu terénu a reliéfu z těchto snímků
vytvoření ortofotosnímku (část VŠB-TU Ostrava)
Reziduální chyba
vytvořeného projektu
definujícího aerotriangulaci (RMS)
RMSE = 0,804
Rozsah zpracované oblasti -1099723.45, -478695.81, -1101314.24, -479641.21
Plocha 1590.79m x 945.4m tedy 1 503 932.866m2
Vytvořené vrstvy Bodové
MassP1.shp – výškové bodové pole
MassP2.shp – výškové bodové pole
Liniové
Linie_hard.shp – strukturní linie
Linie_MasP.shp – liniové objekty upřesňující průběh terénu
Polygonové
Poly_HardRep.shp – plochy konstantní nadmořské výšky
hranice.shp – hranice vyhodnocované oblasti
Budovy.shp – Střechy budov
Proč jsme data nevyužili 1. Výškové bodové pole je nepravidelné s malou hustotou počet bodů je
2181.
2. Rozsah zpracované plochy neodpovídal naším požadavkům
Tab. 3 Základní informace o prvním řešeném projektu
Antonín Orlík navíc vytvořil aplikaci, která řešila generování pravidelné sítě bodů.
Tato aplikace byla vytvořena v programovém prostředí Visual Basic. Jeho aplikace byla
zdrojem inspirace pro námi vytvořenou aplikací, která řešila obdobný problém, viz kapitola
Vytvoření Pravidelné sítě bodů.
Řešitel Alice Joštová, František Klímek, Tomáš Faldyna, Michal Biskup
Datum vytvoření 28.8.2004
Zaměření projektu zpracování leteckých měřičských snímků – aerotriangulace
vytvoření datového modelu a jeho použití
ukázkové vyhodnocení geodat pro areál VŠB-TUO a přilehlých ploch
vytvoření digitálního modelu terénu a reliéfu z těchto snímků
výtvoření mapového výstupu areálu VŠB – TU a okolí
Reziduální chyba
vytvořeného projektu
definujícího aerotriangulaci (RMS)
RMSE = 0,412
Rozsah zpracované oblasti -1100405.00, -478900.00, -1101485.00, -480010.00
Plocha 1080m x 1110m tedy 1 198 800 m2
Vytvořené vrstvy Bodové
22
points – výškové bodové pole
zastavky – představují zastávky Městské Hromadné Dopravy
strom_ker – vegetace v areálu VŠB – TUO a okolí
Liniové
chodniky – středy chodníků v okolí areálu VŠB-TUO
draha – středy tramvajových kolejí v okolí areálu VŠB-TUO
komunikace – středy komunikací v okolí areálu VŠB-TUO
breakline – strukturní linie
Polygonové
budovy – střechy budov nepatřících do areálu VŠB-TUO
budovy_vsb – střechy budov patřících do areálu VŠB-TUO
polygons - plochy konstantní nadmořské výšky
vymezeni – hranice vyhodnocované oblasti
travni_porost – zatravněné plochy v areálu VŠB-TUO a okolí
puda – veškeré nezastavěné plochy
Proč jsme data nevyužili 1. Krok pravidelné sítě, kterou používali řešitelé byl 30 metrů, tato síť
bodů je velmi řídká a nedokáže dostatečně vystihnout průběh terénu.
Celkový počet bodů je 1261.
2. Počet zlomových strukturních linií v celkové ploše 1198800 m2 je jen
83.
3. Střechy budov, které byly vyhodnoceny neodpovídají skutečnosti 4. Počet vytvořených ploch s konstantní nadmořskou výškou je 5, což je
nedostačující
5. Rozsah zpracované plochy neodpovídal naším požadavkům
6. Ve vytvořených datech nejsou odstraněny linie nulové délky a body
nulové nadmořské výšky, které vznikly chybným vyhodnocením
Tab. 4 Základní informace o druhém řešeném projektu
Pořízené data prošli vizuální kontrolou a byly ohodnoceny jako nevyhovující u obou
předešlých projektů. Z následujících důvodů : polohová přesnost, špatně určené výškové
hodnoty geoprvků, malá hustota dat, rozsah zpracovávané oblasti a špatné vyjádření průběhu
terénu. Proto jsme přistoupili k vytvoření veškerých potřebných dat sami.
Jediné co bylo převzato byla data definující aerotriangulaci. Přičemž aerotriangulací
rozumíme proces, který stanoví matematickou souvislost mezi snímky obsaženými v projektu,
komorou nebo senzorem a zemským povrchem, přitom byla zohledněna lepší chybu rezidua.
Která se počítá dle následujícího vzorce.
22
irir yyxxRMSE [7]
RMSE – chyba rezidua někdy též nazývaná jako zbytková chyba
xi a yi jsou původní souřadnice
xr a yr jsou transformované souřadnice
Chyba rezidua vyjadřuje vzdálenost mezi původními a transformovanými
souřadnicemi pro jednotlivé identické body. Celková chyba rezidua je poté vypočtena dle
následujících vzorců.
23
n
i
ix XRn
R1
21 [8]
n
i
iy YRn
R1
21 [9]
22
yx RRT [10]
Rx – celková reziduální chyba ve směru osy x
Ry – celková reziduální chyba ve směru osy y
T – celková chyba rezidua
4.2 Datový model
Pro kvalitu DMT bylo za potřebí zvolit vhodné prvky, které tvoří základ pro
vygenerování DMT. Pro tyto prvky jsme si následně vytvořili datový model. Tvorba datového
modelu byla odvozena od definice DMT, viz kapitola. Definice pojmu DMT. Nejdůležitějším
atributem u všech vrstev datového modelu byla nadmořská výška, která se ukládala přímo do
definice geoprvků.
4.2.1 Bodové vrstvy
Třída Výškové bodové pole, reprezentuje body umístěné na terén, dle
stereoskopického vjemu.
Datová třída :
Výškové bodové pole
Geometrie : Body
M-hodnota : NE
Z-hodnota : ANO
Název atributu Datový typ Typ hodnoty Integritní omezení Výchozí hodnota Doména Klíč Délka Popis
OBJECTID číslo výčtové - - - ANO -
SHAPE geometrie - - - - NE -
IDnumber číslo výčtový > 0 - NE 11 Umělý
identifikátor
Avg_Z číslo poměrový - - - NE 11/2
Datum datum výčtový - - - NE - Doba
aktualizace dat
Vytvoril řetězec výčtový - - - NE - Zodpovědná
osoba
Tab. 5. Datový model objekt výškové bodové pole
Použito u vrstev :
vbp23_24.shp
vbp24_25.shp
vbp25_26.shp
vbp55_56.shp
24
vbp56_57.shp
Vrstvy jsou pojmenované podle příslušného stereopáru nad kterým byly vytvářeny.
Pro jejich jméno je zvolen klíč, přičemž zkratka vbp znamená výškové bodové pole, první
dvojice čísel pak představuje koncové dvojčíslí levého snímků a druhá dvojice snímku
pravého. Rozsah jednotlivých vrstev je vymezen překryvem právě této dvojice.
4.2.2 Liniové vrstvy
Liniové geoprvky reprezentují průběhy strukturních linii v terénu, hran komunikací,
hran chodníků a obvody parkovišť.
Datová třída :
Strukturní linie
Geometrie : Linie
M-hodnota : NE
Z-hodnota : ANO
Název atributu Datový typ Typ hodnoty Integritní omezení Výchozí hodnota Doména Klíč Délka Popis
OBJECTID číslo výčtové - - - ANO -
SHAPE geometrie - - - - NE -
FID_1 číslo výčtový - - NE 5
Avg_Z číslo poměrový - - - NE 11/2
Length číslo poměrový - - - NE 11/2 Délka linie
Width číslo poměrový - - - NE 11/2 Vzdálenost
paralelní linie
Datum datum výčtový - - - NE - Doba
aktualizace dat
Vytvoril řetězec výčtový - - - NE - Zodpovědná
osoba
Tab. 6. Datový model objekt strukturní linie komunikací
Použito u vrstev :
strukt_linie.shp
chodniky.shp
komunikace.shp
parkoviste.shp
25
4.2.3 Polygonové vrstvy
Třídu ořezový polygon byla použita pro vyznačení zájmové oblasti, která byla
vyhodnocována.
Datová třída :
Ořezový polygon
Geometrie : Polygon
M-hodnota : NE
Z-hodnota : ANO
Název atributu Datový typ Typ hodnoty Integritní omezení Výchozí hodnota Doména Klíč Délka Popis
OBJECTID číslo výčtové - - - ANO -
SHAPE geometrie - - - - NE -
FID_1 číslo výčtový - - NE 5
Avg_Z číslo poměrový - - - NE 11/2
Area číslo poměrový - - - NE 11/2 Obsah plochy polygonu
Perimeter číslo poměrový - - - NE 11/2 Obvod
polygonu
Datum datum výčtový - - - NE - Doba
aktualizace dat
Vytvoril řetězec výčtový - - - NE - Zodpovědná
osoba
Tab. 7. Datový model objekt ořezový polygon
Použito u vrstev :
clippoly.shp
Třída Obtížně výškově určitelné plochy byla použita, pro vyhodnocování ploch
zakrytých buď zcela, nebo částečně vegetací. V těchto místech je určení nadmořské výšky
bodů a linii velmi obtížné a proto v těchto místech nelze zcela důvěřovat tvaru modelu terénu.
Datová třída :
Obtížně výškově určitelné
plochy
Geometrie : Polygon
M-hodnota : NE
Z-hodnota : ANO
Název atributu Datový typ Typ hodnoty Integritní omezení Výchozí hodnota Doména Klíč Délka Popis
OBJECTID číslo výčtové - - - ANO -
SHAPE geometrie - - - - NE -
FID_1 číslo výčtový - - NE 5
Avg_Z číslo poměrový - - - NE 11/2
Area číslo poměrový - - - NE 11/2 Obsah plochy
polygonu
Perimeter číslo poměrový - - - NE 11/2 Obvod
polygonu
Datum datum výčtový - - - NE - Doba
aktualizace dat
Vytvoril řetězec výčtový - - - NE - Zodpovědná
osoba
Tab. 8. Datový model objekt obtížně výškově určitelné plochy
26
Použitu u vrstev :
vegetace.shp
4.3 Příprava potřebných dat
4.3.1 Vytvoření sítě výškových bodů
4.3.1.1 Volba rozložení bodů
Body byly rozloženy do pravidelné sítě, aby byla dodržena hustota pokrytí ve všech
místech. Pro vytvoření pravidelné sítě bodů nebyl nalezen žádný vhodný program, proto jsme
přistoupili k jeho vytvoření. Vygenerováním této sítě jsme si rovněž usnadnili práci, u
vytvořených bodů stačí již jen nastavit správnou nadmořskou výšku.
4.3.1.2 Požadavky na program
Jako vstup programu bude brán horní levý a dolní pravý roh ohraničujícího obdélníku.
Tento obdélník bude vyplněn bodovým polem, bude možno si zvolit krok ve směru x a y.
Rovněž bude možné zvolit si výšku bodu, souřadnici z. Tato souřadnice bude přiřazena všem
vygenerovaným bodům. Každému vygenerovanému bodu bude přiřazen jedinečný
identifikátor, ten se uloží do databáze. Jméno atributu uchovávajícího jedinečný identifikátor
bude taky možné zvolit. V programu bude možné zvolit jméno SHP souboru, do nějž se
výsledek uloží. Souřadnice jednotlivých bodů bude možné vygenerovat také do textového
souboru. Veškeré nastavení bude možné načíst ze strukturovaného textového souboru.
27
4.3.1.3 Grafické schéma tvorby dat
Start
Vytvoření nového bodu
v souřadnicích x a y
Nalezení minimálních souřadnic x a
y určujícího obdélníku
Vytvoření atributových dat bodu a
uložení bodu do souboru
Zvětšení souřadnice x o krok ve
směru osy x
Zvětšení souřadnice y o krok ve
směru osy y
Nastav x na minimální hodnotu
x souřaadnice určujícího
obdélníku
Je souřadnice y větší než
maximální y souřadnice
určujícího obdélníku ?
-
-
Je souřadnice x větší než
maximální x souřadnice
určujícího obdélníku ?
Stop
28
4.3.1.4 Použité programové komponenty a vybavení
Program je vytvořen v programovém prostředí DELPHI. Využívá Freeware
komponentu pro práci s ArcView® shape format. Tato komponenta i s jednoduchým popisem
je umístěna na internetové adrese http://www.triplexware.huckfinn.de/shpapi.html.
4.3.1.5 Algoritmus
Přístup k Shape File je realizován pomoci dvou proměnných. Jedná je typu
SHPHandle a druhá DBFHandle. Nový Shape File soubor je vytvořen pomoci funkce
ShpCreate. Této funkci je předán typ Shape File, předána je konstanta určující, že se jedná
právě o 3D Shape File. Rovněž je vytvořena nová databáze, typu DBF. Vytvoření nové
databáze je realizováno pomoci funkce SBFCreate.
Hlavní část algoritmu se skládá ze dvou cyklů s neznámým počtem opakování
vnořených do sebe. Z nichž první se stará o zvyšování souřadnice x a druhý z nich se stará o
zvyšování souřadnice y. Před vstupe do těchto dvou cyklů jsou nastaveny souřadnice na
číselně minimální souřadnice a poté je postupně přičítán krok. Oba cykly jsou ukončeny po
překročení maximálních souřadnic ve směru osy x a y.
Zdrojový kód hlavní části algoritmu
hSHPHandle := SHPCreate( PChar(Filename) , SHPT_POINTZ );
hDBFHandle := DBFCreate( PChar(Filename));
// přidání atributu do definice atributové části bodové vrstvy
DBFAddField(hDBFHandle, PChar(editIDname.Text), FTInteger, 11, 0);
repeat
repeat
// vytvoření nového objektu (bodu)
psShape := SHPCreateObject( SHPT_POINTZ, -1, 0, NIL, NIL, 1, @x, @y, @z, @m );
SHPWriteObject( hSHPHandle, -1, psShape ); //vložení objektu do SHP
DBFWriteIntegerAttribute( hDBFHandle, c, 0, c ); //zapsaní atributu (počítadlo)
SHPDestroyObject( psShape ); //zrušení již uloženého objektu
// jestliže je to vyžadováno zapiš souřadnic do textového souboru
if (toTxt.Checked) then
Writeln(outputtext,FloatToStr(x)+Char(9)+FloatToStr(y)+Char(9)+FloatToStr(z));
x:= x + krokX; // zvětši X o krok ve směru osy X
inc(c); //zvyš počítadlo bodů
until x >= getMax(x1,x2); //opakuj až po dosažení maximálního X
y:= y + krokY; // zvětši Y o krok ve směru osy Y
x:= getMin(x1,x2); // nastav X na minimální souřadnici
until y >= getMax(y1,y2); //opakuj až po dosažení maximálního Y
SHPClose( hSHPHandle ); //uložení SHP souboru
DBFClose( hDBFHandle ); //uložení DBF souboru
29
4.3.1.6 Vzhled programu
Obrázek č. 10 – Vzhled programu SHP grid generátor
Prostředí programu je velmi jednoduché. V první části se vyplňují souřadnice prvního
rohu a v další druhého. Těmito souřadnicemi je určen obdélník v němž mají být body
vygenerovány. V třetí části se volí krok, ten je možné zvolit v každém směru zvlášť. V
předposlední části se určuje souřadnice Z a jméno atributu v němž má být uložen jedinečný
identifikátor. Ten je přiřazen do atributové tabulky jednotlivých bodů. Poslední proměnnou
jež je nutno zvolit je jméno SHP souboru do nějž se mají uložit veškeré generované data.
Obrázek č. 11 – Ukázka číslování bodů identifikátorem
Tlačítko 1
30
4.3.1.7 Načtení proměnných
Program umožňuje načíst veškeré požadované proměnné s textového souboru. Načtení
je možno realizovat pomoci tlačítka číslo 1 (viz. obrázek č.11 nahoře).
4.3.1.8 Formát uložení nastavení programu
Obrázek č. 12 – Struktura souboru
Textový soubor je uspořádán stejně jako program, v první části se volí souřadnice
horního levého rohu nejprve x a poté y. Další dva údaje představují opět souřadnice x a y, ale
dolního pravého bodu ohraňujícího obdélníku. Pátý údaj uchovává souřadnici z. Údaje na
šestém a sedmém řádku určují krok ve směru osy x a osy y. Poslední řádek určuje jméno
souboru SHP.
Obrázek č. 13 – Ukázka konfiguračního souboru
4.3.2 Úprava datové sady areálu VŠB
Pro zpřesnění průběhu DMT byla použita vrstva budov. Do výpočtu modelu byly
zahrnuty jen budovy, jejichž základy leží na povrchu. Vrstva budov je 2D Shape File, údaje o
nadmořské výšce jsou uloženy v podobě atributů jednotlivých prvků. Na základě těchto
znalostí byl připraven v prostředí ArcGIS 9.0 3D Shape File spodky3D.shp. Tento soubor byl
začleněn pomoci importu do stereo-projektu.
4.4 Vytvoření stereo-projektu
Základem úspěšného zpracování zadaného úkolu bylo důkladné seznámení se
s prostředím Stereo Analyst 8.7 a následné použití pro vyhodnocení z leteckých snímků. Níže
je uveden popis vytvoření samotného projektu a popis použitých funkcí.
V modulu Stereo Analyst který umožňuje vyhodnocovat ve stereoskopickém módu,
byl nejprve vytvořen vlastní projekt. Vytvořený projekt poruba.fpj byl postaven na základě
převzatého projektu IMAGINE OrthoBASE, byl pojmenován poruba.blk.
Po načtení převzatého vytvořeného projektu se zobrazí první stereopár. Snímky jsou
v hlavním okně zobrazovány stereoskopicky, proto je třeba používat brýle pro vytvoření
31
stereoskopického vjemu. Jako výchozí zobrazení sme zvolili v Stereo Analyst
Options/StereoMode odpovedajúce nastavenie pre použitie brýlí CrystalEyes - Quad Buffer
Stereo. Výběr jiného stereopáru se provádí pomocí ikony Stereo Pair Chooser.
Pro lepší vizualizaci jsme vždy upravili kontrast a barevné podání jednotlivých snímků
(histogram RGB) z nabídky plovoucího menu General/Contrast, najvhodnejšie nastavenie
jsme si uložili. Ani toto nastavení však barevně nevyhovovalo pro všechny typy povrchů,
proto jsme obraz ještě dočasně zjasnili či ztmavili.
Vyhodnocováním jsou vytvářeny vektorové vrstvy ve formátu ESRI 3D Shapefile,
která může být vizualizována v prostředí 3D nebo může sloužit k vytvoření digitálního
modelu terénu pomocí vhodných interpolačních algoritmů.
4.5 Vzhodnocování
Vyhodnocování v prostředí ERDAS byla pohodlná, tento systém nabízel celou řadu
pomocných funkcí a nástrojů pro urychlení procesu vyhodnocování.
4.5.1 Nástroje pouţívané pro vyhodnocování
RESHAPE : Umožňuje změnu tvaru liniového prvku. Tento nástroje jsme
využili při změně výškového či polohového průběhu již existujícího prvku. Je
možné opravovat polohu jednotlivých bodů tvořících liniový prvek, jak jejich
horizontální polohu, tak i vertikální. Někdy bylo však jednodušší vytvořit
prvek znovu. Nástroj byl využíván zejména při editaci liniových geoprvků.
POLYLINE EXTEND : Tento nástroj umožňuje navázáni ke konci existujícího
liniového prvku a v pokračování jeho tvorby. Byl využíván opět při tvorbě
linií, zaručoval jejich návaznost.
REMOVE SEGMENTS : Pomoci této funkce bylo možné odstranit jakýkoliv
segment liniového prvku. Na označené linii se zvolil počátek a konec
odstraňované části. Čímž byl segment odstraněn a linie tak byla rozdělena na
dvě části.
PARALLEL LINES : Tento nástroj umožňuje vytvářet paralelní linii, vedle
vyhodnocované linie se vytváří totožná rovnoběžná linie, posunutá o námi
zvolenou vzdálenost. Funkce byla využívaná při tvorbě rychlostních
komunikací. Nebo tam kde byla jedna ze stran komunikací nezřetelná díky
stínu, budovám a podobně.
Obrázek č. 14 – Tvorba paralelní linie
Pro posun bodových geoprvků nebylo potřeba volit speciální nástroj, stačilo pouze
vybrat bod a editovat jeho umístění popřípadě nadmořskou výšku pomoci kurzoru myši.
Obdobně bylo možné posunout jakýmkoliv jiným prvkem. Tato vlastnost prostředí Stereo
Analyst se ukázala jako nevyhovující zejména díky ní vznikaly nechtěné editace prvků.
Často využívanou funkcí byl zámek nástroje, ten umožňoval opětovné použití nástroje.
Bylo-li například nutné vytvořit více geoprvků, stačilo vybrat nástroj vytváření nového prvku
32
a poté se stiskla ikona zámku nástroje čímž nedošlo po vytvoření geoprvku k návratu do
výchozího stavu.
Obrázek č. 15 – Dvojí nastavení zámku nástroje (otevřeno, zavřeno)
Při editaci nadmořské výšky se rovněž osvědčila hromadná editace bodů. Nástrojem
výběru bylo možné, vybrat několik bodů a u nich poté společně editovat nadmořskou výšku.
Přichytávání k lomovým bodům geoprvků, 3D Snap, umožňoval přichytávání prvky k
sobě nejen v rovině, ale zároveň i ve vertikálním směru (např. napojování strukturních linii).
Použití tohoto nástroje bylo nutností, při snaze vytvořit smysluplné a užitečné data.
Vzdálenost přichytávání (snap distance) je dobré nastavit podle aktuální potřeby.
4.5.2 Usnadnění určování nadmořské výšky
K usnadnění určování nadmořské výšky nabízí prostředí ERDASu výpočet
korelačního koeficientu v blízkém okolí kurzoru. Princip obrazové korelace spočívá
v porovnání dvou obrazů mezi sebou a nalezení páru, který si je nejvíce podobný. Pro
objektivní posouzení vzájemné podobnosti mezi obrazy je nutno definovat nějakou
podobnostní míru – korelační koeficient. Koeficient se pohybuje v rozmezí 0 až 1 (resp. 0 až
100%). Čím je hodnota korelačního koeficientu vyšší, tím je pravděpodobnost, že byl nalezen
správný bod, vyšší.
Nastavení korelačních parametrů se provádí v nabídce Stereo Analyst Options. Zde je
také je možno nastavit změnu barvy kurzoru při dosažení zvoleného korelačního koeficientu
(ten doporučujeme zvolit mezi 0.8 až 0.9 – tedy co největší korelaci).
Standardní velikost prohledávaného okénka kolem kurzoru je 41x41 obrázkových
bodů, v tomto okénku dochází k hledání totožného bodu. Toto nastavení bylo nevhodné pro
plochy, které měly podobnou texturu (povrch) ve všech místech (pole, zelená louka), zde bylo
potřeba zmenšit velikost prohledávaného okna. V okolí kurzoru je konstruováno korelační
okénko ve kterém se vypočítává korelační koeficient.
Funkcia umiestňujúca kurzor na terén se nazývá Terrain Following Cursor a je jí
možno nastavit v menu, které se zobrazí kliknutím pravým tlačítkem myši v oblasti snímku.
Při pohybu kurzoru se pak kurzor automaticky nastavuje pokud možno do výšky terénu.
Funkci Terrain Following Cursor jsme příliš nepoužívali, protože tato funkce nedokázala
vždy dobře umístit kurzoru na povrch.
4.5.3 Vlastní vyhodnocování
Při vyhodnocování (vytváření vektorových dat) doporučujeme provádět často uložení
veškerých dat, jelikož systém ERDAS čas od času skončil výjimkou a byly tím ztraceny
veškeré editace od posledního uložení.
33
Obrázek č. 16 – Nestandardní ukončení programu ERDAS
4.5.3.1 Úprava bodového pole
Jak již bylo řečeno v kapitole Příprava potřebných dat použili jsme pro usnadnění naší
práce pravidelné výškové bodové pole s konstantní nadmořskou výškou u všech bodů.
Nejprve tedy bylo nutné přizpůsobit tuto bodovou síť charakteru terénu, změnou
nadmořské výšky u jednotlivých bodů. Dále bylo potřeba zhuštění bodů v členitějším terénu
(náspy, staveniště), naopak k vymazání bodů došlo v místech výškově nepřehledných (byla to
zejména místa s hustou vegetací). Rovněž byly smazány body, které byly položeny příliš
blízko strukturních linii, nebo v místech s konstantní nadmořskou výškou (hřiště, parkoviště a
podobně). Tímto se zamezilo nechtěným průběhům DMT.
4.5.3.2 Strukturní linie
Strukturní linie by měly být voleny tak, aby co nejlépe vystihovaly terén, voleny by
měly být zejména hrany náspů, zlomy, okraje jam, okraje navýšenin, dna odvodňovacích
drenáží.
Při vyhodnocování dlouhých strukturních linii, bylo dobré linii rozdělit na několik
menších. Došlo-li totiž k nechtěné editaci neprojevila se tato tak na celé linii, ale pouze na
malé části a usnadnila se tak oprava. Tyto úseky je nutné na sebe přesně navázat (funkce
přichycení - snap). Díky špatnému průběhu strukturním liniím vznikaly zejména logické
chyby o kterých se zmiňujeme v kapitole Kontrola a oprava DMT.
4.5.3.3 Plochy a komunikace
Okraje ploch s konstantní nadmořskou výškou byly tvořeny uzavřenou strukturní linii,
tento geoprvek zcela postačoval k vyjádření průběhu terénu.
Komunikace by měla být rovina položená mezi jejími dvěma okraji. Dochází-li
k vyhodnocování těchto okrajů pomocí paralelní linie je možné tuto rovinu dodržet. Při
odděleném vyhodnocování je zpravidla velmi těžké umístit zlomové body tak, aby nedošlo
následkem triangularizace k poškození průběhu roviny komunikace (stupňovitost, zlomy…).
Následkem chybně vytvořených okrajů komunikace vznikají logické chyby (viz. Kontrola a
oprava DMT). Mezi tyto linie, reprezentující okraje komunikace nedoporučujeme umísťovat
výškové body.
34
4.5.3.4 Příklad vyhodnocené plochy
Obrázek č. 17 – Ukázka vyhodnocených dat
Na tomto obrázku je zobrazeno výškové bodové pole společně se strukturními liniemi,
oválný objekt uprostřed obrázku je hřiště. Je možné vidět, že v této ploše nejsou umístěny
body. Také je dodržena vzdálenost mezi body výškového bodového pole a strukturními
liniemi. Komunikace procházející v pravé části je tvořena pomoci nástroje paralelní linie.
4.6 Vygenerování DMT
Pro vytváření DMT jsme použili programový prostředek ArcGIS 9.0, jeho modul
ArcMap a extenzi 3D Analyst. Rozhodli jsme se vytvořit DMT typu TIN pomocí funkce
CreateTIN from Features. Bodové vrstvě jsme přiřadili vlastnost Mass Points, strukturním
liniím pak Hard Breaklines jako linie pevných zlomů jsem rovněž použili vrstvu podstav
budov, komunikací, chodníků a parkovišť. Pro definování zájmové oblasti jsme ještě vytvořili
polygon ohraničující tuto oblast a přiřadili mu vlastnost Soft Clip Polygons, bez udání
nadmořské výšky.
35
4.6.1 Kartografické schéma
vbp23_24
vbp24_25
vbp25_26
vbp55_56
vbp56_57
vbp55_56
parkoviste
vbp55_56
strukt_linie
vbp55_56
chodinky
vbp55_56
komunikace
vbp55_56
spodky3d
vbp55_56
clyppoly
vbp55_56
CREATE TIN FROM FEATURES
tin_model
Triangulate as : Mass points
Height source : Feature Z values
Triangulate as : Mass points
Triangulate as : Mass points
Triangulate as : Mass points
Triangulate as : Mass points
Triangulate as : Hard Line
Triangulate as : Hard Line
Triangulate as : Hard Line
Triangulate as : Hard Line
Triangulate as : Soft Clip
Triangulate as : Hard Line
36
Jako zdroj výšky jsme u všech vrstev použili přímo souřadnici z (zShape), která je
součásti geometrické definice geoprvků. Pro ukázku DMT bylo použito totožné místo jako
v kapitole Vlastní vyhodnocování.
Obrázek č. 18 – Ukázka vygenerovaného modelu
4.7 Kontrola a oprava DMT
Kontrolu DMT je možné provádět vizuálně nebo aplikací některých s výpočetních
metod (první, druhá derivace povrchu, hledání minima a maxim a podobně). Při vizuální
kontrole je dobré využít vhodného zobrazení DMT, nám se osvědčilo zobrazení podle
sklonitosti terénu. Rovněž se ukázalo jako velmi přínosné provést vygenerování vrstevnic a
následně provést vizuální kontrola těchto nově vzniklých dat. Při této kontrole bylo potřeba se
zaměřit zejména na délku vzniklých vrstevnic a také jejich tvar.
Kontrolu DMT jsme prováděli v dvoučlenných týmech, první pracovník pracoval u
digitální fotogrammetrické stanice a druhý u přenosného počítače4 s příslušným Softwarem
(ArcGIS 9.0). Na přenosném PC, byl načten model a jeho obsluha hlásila přibližné polohy
chyb, ty pak byly okamžitě opravovány. Tuto skutečnost dokládáme na následujících
fotografiích.
4 použili jsme platformu tablet PC z důvodu mobilnosti zařízení a snadné manipulace s ním
37
Obrázek č. 19 – Oprava DMT s využitím tablet PC (11:25)
Obrázek č. 20 – Oprava DMT s využitím tablet PC (17:42)
Dle našich zkušeností je možné chyby DMT rozdělit na globální a lokální.
4.7.1 Lokální chyby
Chyby postihující lokální část DMT, jejich náprava je jednodušší, napravují se
zpravidla smazáním, editací, doplněním geoprvku. Tyto lokální chyby je možné rozdělit na
zřejmé, logické a chyby vzniklé v důsledku malé či velké hustoty vstupních dat.
4.7.1.1 Zřejmé chyby
Jsou takové chyby k jejichž odhalení není potřeba rozsáhlejších postupů zpravidla
postačí zobrazení DMT v barevné škále rozdělené do tříd podle sklonitosti terénu. Mezi
typické zřejmé chyby patří tzv. pyramidy.
38
Tato chyba je způsobena bodem, jehož nadmořská výška se výrazněji liší od
nadmořské výšky okolních (sousedních) bodů. Příklad takové chyby uvádíme na následujících
obrázcích.
Obrázek č. 21 – Špatně umístěné body mají za následek pyramidy
Tato chyba se dá odstranit úpravou nadmořské výšky postižených bodů.
Obrázek č. 22 – Totožné místo, u špatných bodů byla upravena Z souřadnice
4.7.1.2 Logické chyby
Pro odstranění těchto chyb je nutné využít znalostí logických souvislostí. Jejich
nalezení je obtížnější. Odstranění je v podstatě totožné jako u chyb zřejmých.
Následující obrázky ukazují část komunikace, DMT v jejím okolí je zobrazen dle
sklonu. Horní hranice komunikace se skládá z několika segmentů, tyto segmenty však
nenavazují a na komunikaci se tímto vytvořil zlom.
39
Obrázek č. 23 – Logická chyba, zlom v komunikaci
Po úpravě koncového bodu již plocha komunikace hladce navazuje.
Obrázek č. 24 – Totožné místo, upraven koncový bod linie
Další logickou chybou, kterou jsme například odstraňovali bylo přerušení potoku
hrází. Tato chyba vznikla zahrnutím hran mostu do digitálního modelu terénu.
4.7.1.3 Chyby vzniklé v důsledku malé hustoty vstupních dat
Chyby vzniklé tímto způsobem je možné odstranit doplněním bodů. Tento způsob
však není použitelný například u míst pokrytých vegetací nebo zastavěných budovami.
40
Obrázek č. 25 – Ukázka místa s malou hustotou umístěných bodů
Tuto chybu se nám nepodařilo odstranit z důvodu velkého pokryvu vegetací. Takto
postižené místa byly vyznačeny pomoci vrstvy vegetace.
4.7.2 Globální chyby
Jsou chyby postihující celý DMT. Mezi tyto chyby patří například natočení, posunutí
zahrnutí chybných dat do výpočtu a podobně.
Model na následujícím obrázku dokumentuje globální chybu. Do výpočtu tohoto
modelu byly zahrnuty linie s nulovou délkou (atribut geoprvků Length=0), nebo body
s nulovou nadmořskou výškou (atribut geoprvků AvgZ=0). K odstranění této chyby jsme
využily dotazovacího nástroje prostředí ERDAS Stereo Analyst.
41
Obrázek č. 26 – Digitální model terénu obsahující chybné data
4.8 Závěrečné zhodnocení DMT
4.8.1 Střední kvadratická chyba
U digitálního modelu terénu je možné určit tzv. střední kvadratická chyba
fotogrammetrického vyhodnocení výšek ve fotogrammetrického modelu.
Tato chyba je závislá zejména na :
Chybě absolutní orientace, respektive její výškové složky
Zkušeností vyhodnocovatele
Měřítkem pozorovaného stereoskopického modelu
Typu vyhodnocovaného terénu a terénního krytu
Typu primárního obrazového nosiče
4.8.2 Metoda určení střední kvadratické chyby
Nejprve je nutné náhodně vybrat alespoň 30 bodů v ploše překrytu dvou
snímků
Každý vybraný bod musí být jednoznačně identifikovatelný ve snímku – tato
podmínka je nutná pro pozdější stereoskopické vyhodnocení těchto bodů.
Vybrané body je nutné připravit pro vytýčení (zaměření) v terénu (pomoci
tachymetrické stanice)
Dále se provede zaměření těchto bodů v terénu z kvalitně určené geodetické a
nivelační sítě, tak aby jejich chyby byly v III. třídě přesnosti
Poté se u těchto párů identických bodů určí polohová a výšková přesnost.
42
Souřadnice bodů získaných geodetickým měřením jsou stanoveny jako
absolutní, tedy formálně nebudou mít žádnou polohovou ani výškovou chybu
Dle standardních postupů je nyní možné určit střední kvadratickou chybu, viz
vzorec níže, popřípadě se vyhodnotí chyba statisticky
Metodu určení střední kvadratické chyby DMT jsme konzultovali s panem Ing.
Václavem Šafářem (http://www.geodis.cz), za jeho cenné rady mu bychom tímto chtěli
poděkovat.
4.8.3 Postup výpočtu střední kvadratické chyby
Střední kvadratická chyba je definována jako kvadratický průměr všech chyb. Jako
srovnávací měření budeme v našem případě brát přesné geodetické měření (budeme jej
považovat za bezchybné).
1
1
2
n
d
m
n
i
i
[11]
m – střední kvadratická chyba
d – odchylka (rozdíl zkoumaných souřadnic)
n – počet měření
4.8.4 Určení chyby našeho DMT
Vytvořená oblast byla rozsáhlá, proto byla určena chyba jen v překryvu snímků
2856.img a 2857.img. Tento překryv nejlépe pokrýval areál VŠB. Vyhodnocení výšek bylo
provedeno celkem v 51 bodech. Tabulka těchto měření je zobrazena níže. Všechny hodnoty
jsou uvedeny v metrech.
ID Xs Ys Zs Xg Yg Zg Dx dy dz
1 -479473.85 -1100793.69 265.53 -479474.08 -1100793.57 266.06 -0.23 0.12 -0.53
2 -479479.40 -1100866.34 265.18 -479479.22 -1100866.35 265.78 0.18 -0.01 -0.60
3 -479412.07 -1100896.54 267.43 -479412.25 -1100896.13 267.62 -0.18 0.41 -0.19
4 -479248.10 -1100930.56 268.70 -479247.71 -1100930.47 268.80 0.39 0.09 -0.10
5 -479071.85 -1100882.37 264.06 -479071.82 -1100882.56 264.39 0.03 -0.19 -0.33
6 -479045.53 -1100896.26 262.93 -479045.46 -1100896.42 263.37 0.07 -0.16 -0.44
7 -479143.83 -1100937.17 264.07 -479144.08 -1100937.34 264.46 -0.25 -0.17 -0.39
8 -479186.15 -1100961.33 266.90 -479185.97 -1100960.97 267.15 0.18 0.36 -0.25
9 -478968.20 -1100979.01 256.30 -478967.84 -1100979.55 256.68 0.36 -0.54 -0.38
10 -478940.19 -1100923.79 256.81 -478940.33 -1100924.19 257.42 -0.14 -0.40 -0.61
11 -479188.89 -1100967.00 267.44 -479188.86 -1100966.74 267.53 0.03 0.26 -0.09
12 -479339.34 -1100977.85 270.04 -479339.21 -1100977.81 270.46 0.13 0.04 -0.42
13 -479474.90 -1101060.06 266.68 -479474.92 -1101060.27 267.13 -0.02 -0.21 -0.45
14 -479461.10 -1101059.25 267.49 -479460.76 -1101059.65 268.36 0.34 -0.40 -0.87
15 -479312.87 -1101064.28 268.71 -479313.13 -1101063.64 268.67 -0.26 0.64 0.04
16 -479218.94 -1101028.49 268.01 -479219.06 -1101027.97 268.28 -0.12 0.52 -0.27
17 -479187.55 -1101064.39 265.45 -479187.14 -1101064.60 265.80 0.40 -0.21 -0.35
18 -479215.20 -1101112.22 263.87 -479214.89 -1101111.72 264.19 0.31 0.50 -0.32
19 -479455.30 -1101097.00 267.36 -479455.54 -1101096.73 267.77 -0.24 0.27 -0.41
20 -479526.36 -1101097.83 264.50 -479526.02 -1101098.11 265.07 0.33 -0.28 -0.57
43
21 -479533.66 -1101087.06 265.04 -479533.65 -1101086.81 265.37 0.01 0.25 -0.33
22 -479649.07 -1101159.67 257.93 -479648.94 -1101159.55 258.14 0.13 0.12 -0.21
23 -479649.29 -1101175.53 257.93 -479648.90 -1101175.50 258.24 0.39 0.03 -0.31
24 -479411.81 -1101142.63 268.33 -479411.70 -1101142.92 268.96 0.10 -0.29 -0.63
25 -479324.06 -1101125.90 267.96 -479324.00 -1101125.93 268.19 0.06 -0.03 -0.23
26 -479344.59 -1101126.25 268.15 -479344.43 -1101126.28 268.37 0.16 -0.03 -0.22
27 -479198.06 -1101120.70 263.87 -479198.90 -1101119.83 264.07 -0.84 0.87 -0.20
28 -479113.44 -1101118.08 261.36 -479113.19 -1101118.09 261.57 0.25 -0.01 -0.21
29 -479113.07 -1101221.14 256.52 -479113.15 -1101221.41 256.99 -0.08 -0.27 -0.47
30 -479185.92 -1101280.04 259.21 -479185.62 -1101280.23 259.50 0.30 -0.19 -0.29
31 -479208.29 -1101274.12 262.64 -479207.93 -1101274.87 262.92 0.36 -0.76 -0.28
32 -479213.62 -1101286.78 262.76 -479213.79 -1101286.88 263.03 -0.17 -0.10 -0.27
33 -479220.27 -1101283.57 262.76 -479220.29 -1101283.68 263.21 -0.02 -0.11 -0.45
34 -479276.51 -1101219.66 264.82 -479276.40 -1101219.55 265.34 0.11 0.11 -0.52
35 -479297.28 -1101205.41 266.45 -479296.99 -1101205.08 266.87 0.29 0.33 -0.43
36 -479300.80 -1101195.22 267.14 -479300.84 -1101195.12 267.35 -0.04 0.10 -0.21
37 -479313.71 -1101190.93 267.15 -479313.46 -1101190.87 267.64 0.25 0.06 -0.49
38 -479307.45 -1101197.34 267.15 -479307.58 -1101197.41 267.37 -0.13 -0.07 -0.22
39 -479572.32 -1101278.52 261.50 -479572.30 -1101278.35 261.38 0.02 0.17 0.12
40 -479318.09 -1101298.14 263.41 -479318.19 -1101298.10 263.59 -0.10 0.04 -0.18
41 -479311.76 -1101301.19 263.36 -479311.85 -1101301.06 263.76 -0.09 0.13 -0.40
42 -479246.43 -1101319.64 262.38 -479246.56 -1101319.60 262.75 -0.13 0.04 -0.38
43 -479236.02 -1101314.21 262.37 -479235.58 -1101314.47 262.85 0.44 -0.26 -0.48
45 -479225.87 -1101330.79 258.94 -479225.71 -1101330.80 259.58 0.16 -0.01 -0.64
46 -479332.55 -1101327.11 263.14 -479332.59 -1101327.17 263.67 -0.04 -0.06 -0.53
47 -479346.11 -1101340.73 263.25 -479345.75 -1101340.77 263.65 0.36 -0.04 -0.40
48 -479363.26 -1101346.62 263.25 -479363.59 -1101347.08 263.50 -0.34 -0.46 -0.25
49 -479644.22 -1101251.25 258.82 -479644.85 -1101250.78 258.67 -0.63 0.47 0.15
50 -479230.37 -1101445.93 253.55 -479230.35 -1101445.83 253.49 0.02 0.10 0.06
51 -479229.43 -1101461.35 252.56 -479229.26 -1101460.82 252.85 0.17 0.53 -0.29
52 -479230.58 -1101324.17 262.38 -479230.73 -1101324.33 262.38 -0.15 -0.16 0.00
Tab. 9 Tabulka vyhodnocovaných bodů
Střední kvadratickou chyba byla pak v jednotlivých směrech určena takto.
mx my mz
± 0.27 m ± 0.31 m ± 0.38 m
Tab. 10 Střední kvadratické chyby
Dále byly vyhodnoceny odchylky statisticky.
Ukazatel Hodnota X Hodnota Y Hodnota Z
Nejvyšší absolutní chyba 0.84 m 0.87 m 0.87 m
Nejnižší absolutní chyba 0.01 m 0.01 m 0.00 m
Maximální odchylka 0.44 m 0.87 m 0.15 m
Minimální odchylka -0.84 m -0.76 m -0.87 m
Počet záporných odchylek 21 26 46
Počet kladných odchylek 30 25 5
44
Průměrná velikost odchylky 0.20 m 0.24 m 0.16 m
Tab. 11 Jednoduché statistické vyhodnocení bodů
Chyby zkoumaných bodů byly vyznačeny graficky do následujících grafů. V grafech
je červenou barvou zobrazeno rozmezí střední kvadratické chyby, fialovou barvou pak střední
hodnota. Na ose y je vynášena odchylka v metrech, čím více se blíží bod k modré nulové
hladině tím přesněji byl bod určen. Na ose x jsou vyznačena pořadová čísla jednotlivých
bodů.
Obrázek č. 27 – Odchylky umístění bodů ve směru osy X
45
Obrázek č. 28 - Odchylky umístění bodů ve směru osy Y
Obrázek č. 29 - Odchylky umístění bodů ve směru osy Z
46
5 Pouţité vybavení
V této kapitole jsou popsány programové prostředky, které byly použity pro
zpracování projektu.
5.1 Erdas Imagine 8.7. – modul Stereo Analyst
Software ERDAS IMAGINE je především zaměřen na zpracování leteckých
a družicových snímků, a to od vytvoření ortosnímků až po vyhodnocení informací o typu
pokryvu, aktualizaci polohopisu a mapování výškopisu. K dispozici jsou nástroje pro
prostorovou analýzu, je možno vytvářet či využívat vektorová data ve standartních formátech
firmy ESRI. Jedná se o modulární systém, kdy si uživatelé mohou vybrat ty moduly, které
skutečně potřebují. V námi používaném modulu Stereo Analyst lze ze dvou orientovaných
snímků vytvořit stereoskopický model. Při pozorování tohoto modelu speciálními brýlemi
získá uživatel prostorový vjem zobrazeného území a může pak:
měřit výšky budov a stromů, měřit převýšení mezi dvěma body, zjišťovat sklon
trasy či její délky po terénu,
vytvářet vektorové vrstvy, jejichž prvky mají velmi přesně určenou polohu a
nadmořskou výšku,
kontrolovat přesnost stávající 2D vrstvy a obohatit ji o výškové informace,
měřit souřadnice význačných bodů terénu a digitalizovat prostorový průběh
tvarových čar, zlomů a hran v území, tato data pak mohou sloužit pro tvorbu
přesných výškových modelů (TIN),
vytvářet prostorové modely budov (včetně tvaru střech) a jiných objektů
texturovaných snímkem. Tyto budovy lze pak umístit ve 3D scéně např.
v IMAGINE VirtualGIS a dosáhnout tak maximální realističnosti scény.
5.2 Brýle – CrystalEyes
Pro vytvoření stereo-vjem byly použité speciální brýle CrystalEyes. CrystalEyes je
systém pracující na základě aktivních brýlí, mezi jejichž skly jsou tekuté krystaly. Krystalové
brýle patří do metody utváření stereovjemu pomocí sladěného clonění a promítání
jednotlivých snímků stereodvojice. Krystaly sou schopny rychle měnit denzitu (hustotu) a tím
i průchod světla.
Principielně je na monitor vysílán levý a pravý snímek a informace o tom, který
snímek je zobrazován, se vysílá infračerveným vysílačem nad monitorem do brýlí. Brýle
reagují tak, že vysílá-li se levý snímek, uzavřou průchodnost světla do pravého oka
zabarvením tekutých krystalů a naopak. Je-li frekvence této změny dostatečně vysoká,
alespoň 25 Hz, vnímá lidské oko tuto změnu jako kontinuální obraz obdobně jako
u klasického filmu.
47
Obrázek č. 30 - Krystalové brýle a jejich princip
5.3 ArcGIS 9.0
Výrobcem tohoto software je firma ESRI – světový tvůrce programových řešení pro
geografické informační systémy.
ArcGIS Desktop je k dispozici ve třech úrovních (tj. licencích): ArcView, ArcEditor
a ArcInfo, které se liší různou úrovní funkcionality. Záleží na konkrétním uživateli, které
produkty ArcGIS bude potřebovat pro svůj geografický informační systém. ArcGIS 9 tvoří
integrovaná sada produktů pro tvorbu komplexního geografického informačního systému.
Zaměřuje se zejména na zpracování prostorových dat (geoprocesing), 3D vizualizaci,
kartografii, interoperabilitu a infrastrukturu GIS.
5.3.1 ArcMap 9.0
ArcMap je centrální aplikace ArcGIS Desktop, která slouží pro všechny mapově
orientované úlohy včetně kartografie, prostorových analýz a editace dat. ArcMap je aplikace,
která poskytuje kompletní funkcionalitu pro tvorbu map.
Aplikace ArcMap poskytuje dva různé pohledy na mapu: zobrazení geografických dat
a zobrazení výkresu mapy. V zobrazení geografických dat pracujete s geografickými vrstvami
a můžete zde měnit symboliku, analyzovat a kompilovat datové sady GIS. Rozhraní tabulky
obsahu napomáhá organizovat a ovládat vlastnosti vykreslení datových vrstev GIS v datovém
rámci. Zobrazení dat je jakýmsi oknem do datových sad GIS, které máte k dispozici pro
danou oblast.
5.3.2 ArcScene
Slouží pro perspektivní zobrazení vektorových dat, snímků a map vašeho GIS na
základě průběhu reliéfu popř. jiného typu plochy (hladina spodní vody, koncentrace škodlivé
látky v půdě apod.). V jedné scéně můžete přitom pro různá data využívat různé zdroje výšek.
Jednotlivé vektorové prvky mohou být „vytaženy“ nad či pod úroveň terénu podle údajů v
atributové tabulce (budovy, studny aj.). Zobrazit lze i prvky přímo nesoucí 3D informaci
(domy se sedlovou střechou, mosty aj.). Realističnost scény umocní nasvícení sluncem
pohybujícím se v reálném čase po obloze i barevné přechody na obloze.
Funkce :
interaktivní 3D scény v reálném čase,
48
náhledy scény v aplikaci ArcCatalog,
modelovací nástroje pro 3D,
nástroje ArcTIN.
5.4 Pracovní stanice
Naši práci jsme prováděli na stereoskopické pracovní stanici INTEGRA, která má
následující technické parametry
2CPU Intel Pentium III procesor 870MHz
RAM 1GB
Monitor FD Trinitron SONY 21“
Grafická karta 3DLabs Oxygen GVX1
HDD Disk SCSI
Myš Trekker
Operační systém : Windows 2000
49
6 Závěr
Prací na daném projektu byly ověřeny praktické a teoretické znalosti z předmětů
fotogrammetrie a modelování terénu a krajiny.
V průběhu práce byly splněny následující úkoly :
Byl vytvořen základní datový modelu pro areál VŠB a okolí
Byly vytvořeny vrstvy dle datového modelu
Pro účel sestavení modelu bylo vyhodnoceno zhruba 15 000 geoprvků (linii a
bodů)
Na základě těchto prvků vznikl DMT části Ostrava Poruba o plošném rozsahu
4 884 710 m2 (polohové určení -1099708.87, -478001.40; -1102266.86, -
480284.13)
Byl teoreticky zpracován postup jak určit přesnost DMT
Byla určena přesnost DMT a vytvořených vrstev (střední kvadratická chyba)
Datové vrstvy byly převedeny do formátu Personal Geodatabase
Na základě DMT byly vytvořeny ortorektifikované snímky
Tyto ortorektifikované snímky byly spojeny do ortofotomapy
Vytvořené datové vrstvy byly začleněny do školní verze projektu MIDAS
(http://gis.vsb.cz/midasvsb - tento systém je dostupný pouze v rámci intranetu
školy)
Časová náročnost tohoto projektu je možné přímo odvodit od rozlišovací úrovně,
kterou si zvolíme. Digitální model terénu bude tím kvalitnější čím více vstupních prvků bude
obsahovat (pojmem kvalitnější rozumějme, že bude přesněji vystihovat průběh terénu). Je
vhodné zvolit rozumný kompromis. K chybám dochází zejména v důsledku :
Nedostatek zkušeností s použitou metodou (zejména na počátku práce,
s postupem času se dovednosti zlepšují)
Nezanedbání vegetačního pokryvu terénu (zejména travní porost)
Špatně zvolené reprezentující prvky v krajině z důvodu nepřímého kontaktu
s terénem
Nepřesně určena nadmořská výška v nepřehledných místech (místa ve stínu,
nebo zakryta vysokou vegetací zejména les a křoviny)
Nevhodně zvolená bodová síť (hustota, poloha)
Nezahrnutí všech podstav budov do DMT
Nezahrnutí všech komunikací a ploch konstantní nadmořské výšky do tvorby
DMT
Vyhodnocovaná část Ostravy Poruby a areál VŠB je dosti rozsáhlá, pro takovéto
plochy se metoda stereoskopického vyhodnocování leteckých snímků jeví jako dostatečně
rychlá a efektivní pokud bychom měli vytvořit DMT menší oblasti pak bychom s ohledem na
vyšší přesnosti zřejmě zvolili metodu geodetického mapování. Metoda geodetického
mapování by byla vhodnější také z důvodu přímého kontaktu krajinou (terénem).
50
Geodetického mapování či jinou metodu (například pomoci GPS) je však možné použít
k zpřesnění již existujícího DMT.
Pro zpřesnění průběhu bychom doporučovali :
Provést doplnění dat zejména v místech pokrytých vysokou vegetací. Zde bude
nutné zvolit takovou metodu, na niž nebude mít takový vysoká vliv.
Doporučovali bychom například geodetické měření nebo měření pomocí GPS
Námi vytvořený DMT je zpracováván nad snímky pořízenými v roce 2001, od
tohoto roku se v některých oblastech projevil vliv člověka tvar (průběh) terénu.
Doporučovali bychom vyhledání těchto oblastí a aktualizaci DMT.
Doplnit data o podstavách veškerých budov v oblasti
Doplnit výškové informace o veškerých komunikacích v okolí VŠB
Digitální model je možné využít k vizualizaci areálu VŠB-TU Ostrava v rámci její
internetové prezentace. Rovněž je možné jej využít v kombinaci s projektem Mapování
vegetace v areálu VŠB pro analýzy viditelnosti přípojných bodů na bezdrátovou sít. Také
může být využit pro studijní účely zejména při výuce předmětu Digitální modelování terénu
(vytváření analýz viditelnosti, hledání drenážní sítě, tvorba animací) či Fotogrammetrie
(interpretace ortorektifikovaných snímků, vyhodnocování objektů na povrchu dle
ortofotomapy). Vytvořená ortofotompa se může stát podkladem při výuce základních operací
(vytváření nové vektorové vrstvy, převod rastrových formátů a podobně, tvorba mapových
výstupů a podobně) v předmětu Úvod do GIS.
51
Citace
[c1] Radar and Stereoscopy : 4.2 X Parallax [online]. 12.10.2004. Kanada : 2004 , 2004 [cit. 2005-06-03]. Dostupný z WWW: <http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/learn/tutorials/stereosc/chap4/chapter4_3_e.html>.
[c2] Radar and Stereoscopy : Depth Perception [online] . 12.10.2004. Kanada : 2004 , 2004 [cit. 2005-06-03]. Dostupný z WWW: <http://www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/learn/tutorials/stereosc/chap2/chapter2_5_e.html>.
[c4] BISKUP, Michal, JOŠTOVÁ, Alice, FALDYNA, Tomáš, KLÍMEK, František. Stereografické vyhodnocování leteckých snímků na pracovní stanici DPZ. Ostrava, 2004. 41 s. VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ - TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA. Vedoucí semestrální práce Ing. David Vojtek.
[c5] PAVELKA, Karel. Fotogrammetrie 10. Ediční středisko ČVUT. Praha : ČVUT, 1998. Prvky vnější orientace, s. 31-31.
[c6] LILLESAND, Thomas M., KIEFER, Ralph W. Remote sensing and image interpretation : Third Edition. Barry Harmonn and Marian Provenzano; Jaime Perea. 3rd edition. USA : John Wiley & Sons, Inc., 1994. 750 s.
52
Literatura
[L1] Imagine OrthoBASE User’s Guide, ERDAS 2001, Inc. Atlanta, Georgia
[L2] ERDAS Stereo Analyst User’s Guide, ERDAS 2001, Inc. Atlanta, Georgia
[L3] Přednášky z předmětu Modelování terénu a krajiny, Ing. Kateřina Růžičková PhD (kapitola 2.3)