Hlavní navigace

Geografický informačný systém GRASS (5)

Rado Bonk 3. 9. 2002

V minulom dieli sme si ukázali, ako rektifikovať skenovanú mapu do kartografických súradníc. Členitý reliéf nedovoľuje priame georeferencovanie letckých snímok, ktoré sú cenným zdrojom informácií. Snímky sa preto procesom ortorektifikácie prevedú na ortofotosnímky, ktoré sa potom už dajú súradnicovo priradiť. V dnešnej časti si pripravíme potrebné dáta a vysvetlíme princípy ortorektifikácie.

Letecká fotografia a fotogrametria

Letecká fotografia je pre mnohé vedné disciplíny základným zdrojom informácií (geodetický výskum, geológia, hydrológia, v urbánne a regionálne plánovanie. Veľkosť detailu, ktorý môžme získať z leteckých fotografií závisí od niekoľkých faktorov, medzi ktoré patria: výška letu nosiča, na ktorom je namontovaná kamera (najčastejšie ide o lietadlo), ohnisková vzdialenosť objektívu kamery, vlastnosti filmu, vertikálna členitosť reliéfu, a stupeň prekrytia po sebe nasledujúcich snímok.

Ohnisková vzdialenosť (vzdialenosť od šošovky k filmu) je vo väčšine kamier 150 mm. Mierka leteckej fotografie (S) je potom daná ako pomer ohniskovej vzdailenosti (f) k výške kamery nad zemským povrchom (h).S = f / h napr. ak je výška kamery nad zemským povrchom 7 500 m a f = 150 mm = 0,15 m

S=0,15 / 7500 = 1 / 20 000 = 1 : 20 000

Vzťah medzi ohniskovou vzdialenosťou, fotografovanou plochou na zemskom povrchu a vyškou letu predstavuje Obr. 1

Interpretácia údajov z leteckej fotografie vyžaduje schopnosť rozpoznať objekty na zemskom povrchu. Môžu sa interpretovať priamo z digitálnej leteckej fotografie – „on screen“. Pre túto potrebu však treba snímku kvalitne ortorektifikovať.

Pre väčšinu praktických účelov, treba brať ohľad na vertikálnu členitosť reliéfu, pretože umiestnenie každého bodu na snimke je funkciou nadmorskej vyšky povrchu v tomto bode a takisto jeho horizontálnych súradníc na zemskom povrchu (Obr. 2). Snímka je rovinnou (ortografickou) projekciou zemského povrchu, prostredníctvom kužeľa lúčov, ktoré sa zbiehajú v objektíve kamery (Obr. 3). Pre bod zemského povrchu s danými horizontalnými súradnicami platí, že posun jeho identického bodu na snímke sa so zvyšujúcou nadmorskou výškou zväčšuje. Veľkost posunu sa zväčšuje smerom od stredu snímky k jej okrajom. Veľkost skreslenia zemského povrchu na snímke teda závisi najmä od vertikálnej členitosti reliéfu záujmoveho územia a jeho rozlohy.



Trochu teorie.

Každý, kto sa už pokúšal georeferencovať leteckú snímku v GISe, spoznal galeje, najmä ak išlo o snímku z vertikálne členiteho územia, ktorú ani naša maximálna sústredenosť a dobrá vôľa nemohla dostať tam, kde sme ju chceli dostať.

Kvalita informácii z leteckých snímok (ich rozlišovacia schopnosť) je pomerne veľká, rádovo niekoľko decimetrov. Ich horizontálne skreslenie je však hlavne v členitejšom území natoľko veľké, že sa nedajú v GIS aplikáciach georeferencovať s požadovanou kvalitou, následne z nich interpretované informácie nemajú potrebnú polohovu presnosť. Toto skreslenie rastie s vertikálnou členitosťou územia a rastie smerom od stredu k okrajom snímky. Proces, ktorym sa projekcia leteckej snímky stáva planimetrickou (rovinnou) sa nazýva ortorektifikácia. Ide teda o proces v ktorom sa obraz (letecká snímka) presúva z jednej súradnicovej sústavy do inej. Letecká snímka, jej zoscanovaná podoba, nemá kartografickú súradnicovu sústavu. Počet riadkov a stĺpcov tvorí jej vlastnú, lokálnu, súradnicovu sústavu. V procese ortorektifikácie sa súradnice snimky (x, y; – počet riadkov, počet stĺpcov rastra) konvertujú do súradnicovej sústavy mapy, každy pixel sa prepočítava zvlášt. Výsledkom je obraz v súradnicovej sústave mapy, bez skreslení, ktoré boli spôsobené vertikálnou členiťostou reliéfu a parametrami kamery v čase snímkovania.

Ortorektifikacia

Ako sme na začiatku spomínali, neortorektifikovaná snimka sa nedá, alebo len veľmi tažko da presne georeferencovať, napr. za účelom digitalizácie „on screen“. Do procesu ortorektifikácie vstupuje s dostatočnym rozlíšením zoskenovaná letecká snímka (600dpi, manuál k softvéru OrthoEngine doporučuje 1000 dpi) dôležité je, aby boli zachytené značky na rohoch snímky, nemusia byť všetky, ale pod 5 by nemali klesnúť (pri niektorych snimkach, kde sú značky len v strede hrán, stačia 3).

Snímku do GRASS dostaneme využiutím modulu r.in.gdal. Od poskytovateľa leteckej snímky, pravdepodobne to bude Vojenský topografický ústav, požiadame parametre kamery a parametre snímky. Ide o nasledovné parametre 1. názov kamery, 2. identifikačné číslo kamery, 3. ohniskova vzdialenosť, 4. súradnice stredu leteckej snímky x, 5. súradnice stredu leteckej snímky y 6. súradnice okrajových bodov snímky (je ich zvyčajne 8, v angličtine tzv. „fiducial marks“, Obr 4).

Ďalej potrebujeme digitálny model reliéfu vypočítaný v metroch, mal by pokrývať celé záujmove územie, ortorektifikácia mimo územia s vypočítaným DMR nedáva požadované výsledky. V GRASSe existuje niekoľko interpolačných metód, ktoré zo „site file“ súboru vypočítajú DMR (vrátime sa k nim neskôr). Pre potreby ortorektifikácie stačí, ak vypočítame len raster nadmorských výšok (Obr. 5).

DMR môže byť vyrátany napr. s rozlišenim 10 m, záleží od požiadaviek na kvalitu modelu, ale pred samotnou ortorektifikáciou príkazom g.region res=1 zmeníme rozlišenie rastra nadmorských výšok na 1 m, kvalita informácie sa nam tym nezvýši, pre naše potreby je však dôleťitejši počet pixlov, neskôr uvedieme prečo. Ďalej predpokladáme, ze naša LOCATION má už zadefinované súradnice, preto raster nadmorskych výšok je presne tam, kde má byť, teda v takých súradniciach, aby reprezentoval územie z topografickej mapy, z ktorej boli digitalizované vrstevnice. Preto nam nebude robiť žiadny problém dostat do GRASSu zoskenovanú podobu topografickej mapy (r.in.gdal input=topomapa output=tmapa). Topografická mapa nám musí presne sadnúť na raster vypočitaných nadmorskych výšok. Pre kontrolu zobrazme najprv raster nadmorských vyšok a naň, bez prekreslenia obrazovky raster topografickej mapy a overme príkazom d.what.rast map=elevmap či nam pri kliknutí na známu kótu sedia nadmorské výšky. V hlavičke rastra topografickej mapy by mali byť rovnaké súradnice, akými sme ju georeferencovali pri digitalizácii vrstevníc.

V ďalšom pokračovaní seriálu preberime krok sa krokom samotnú rektifikáciu s vysvetlením jednotlivých modulov v GRASSe.

Použitá literatúra:

1. Ch. Jones (1997) Geographical Information Systems and Computer Cartography, Addison Wesley Longman, str.97–120.
2. J.Tucek (1996) Geografické Informačné Systémy, Technická Univerzita vo Zvolene, Lesnícka fakulta, 186 str.
3. M. Neteler a H. Mitášová. 2002. Open Source GIS: A GRASS GIS Approach. 1st edition. Kluver Academic Publishers.
4. ERDAS Inc. ERDAS Field Guide 4th ed., 1997. Atlanta, Georgia. 5. http://gras­s.itc.it

Našli jste v článku chybu?

6. 9. 2002 9:07

Fanda Fiala (neregistrovaný)

Výborný seriál - moc mně pomohl. A o tu diplomku bych měl také zájem:-)
Díky Fanda


5. 9. 2002 13:55

rado bonk (neregistrovaný)

Zdravim,
ak myslite tu diplomovku, poslal by som va to ako *.pdf subor.


Vitalia.cz: Vláknina: Rozpustná, nebo nerozpustná?

Vláknina: Rozpustná, nebo nerozpustná?

Podnikatel.cz: Dárky v podnikání. Jak je uplatnit v daních?

Dárky v podnikání. Jak je uplatnit v daních?

Podnikatel.cz: Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Vitalia.cz: Jak koupit Mikuláše a nenaletět

Jak koupit Mikuláše a nenaletět

Vitalia.cz: I církev dnes vyrábí potraviny

I církev dnes vyrábí potraviny

Lupa.cz: Google měl výpadek, nejel Gmail ani YouTube

Google měl výpadek, nejel Gmail ani YouTube

Podnikatel.cz: EET: Totálně nezvládli metodologii projektu

EET: Totálně nezvládli metodologii projektu

Lupa.cz: Avast po spojení s AVG propustí 700 lidí

Avast po spojení s AVG propustí 700 lidí

120na80.cz: Rakovina oka. Jak ji poznáte?

Rakovina oka. Jak ji poznáte?

Podnikatel.cz: Víme první výsledky doby odezvy #EET

Víme první výsledky doby odezvy #EET

DigiZone.cz: Flix TV má set-top box s HEVC

Flix TV má set-top box s HEVC

DigiZone.cz: Další dva kanály nabídnou HbbTV

Další dva kanály nabídnou HbbTV

Vitalia.cz: 9 největších mýtů o mase

9 největších mýtů o mase

Podnikatel.cz: Na poslední chvíli šokuje vyjímkami v EET

Na poslední chvíli šokuje vyjímkami v EET

Měšec.cz: Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Zdravotní a sociální pojištění 2017: Připlatíte

Lupa.cz: UX přestává pro firmy být magie

UX přestává pro firmy být magie

Měšec.cz: Finančním poradcům hrozí vracení provizí

Finančním poradcům hrozí vracení provizí

Vitalia.cz: Chtějí si léčit kvasinky. Lék je jen v Německu

Chtějí si léčit kvasinky. Lék je jen v Německu

Vitalia.cz: Paštiky plné masa ho zatím neuživí

Paštiky plné masa ho zatím neuživí

DigiZone.cz: Sony KD-55XD8005 s Android 6.0

Sony KD-55XD8005 s Android 6.0