Hlavní navigace

Geografický informačný systém GRASS (6)

Rado Bonk

V tejto časti si vysvetlíme krok za krokom proces ortorektifikácie leteckých snímok. V minulej časti sme si vysvetlili teoretické princípy, výsledkom z dnešnej časti bude ortorektifikovaná letecká snímka.

Na ortorektifikáciu potrebujeme digitálny model reliéfu (DMR) a zoskenovanú topografickú mapu. Rozlíšenie DMR by malo byť okolo jedného metra, alebo viacej (v zmysle 0,7m, 0,5m). Málokedy sú však k dispozícií DMR s takýmto rozlíšením, preto je nutné existujúci model resamplovať, alebo nanovo interpolovať (r.resample, s.surf.rst). Topografická mapa by mala byť aspoň v takej mierke v akej je letecká snímka, lepšie však vo väčšej, aby sa nestratili dôležité detaily, ktoré je na snímke videť, ale v mape malej mierky môžu byť generalizované.

Vrátim sa ešte raz k problému skenovania leteckej snímky. Nakoľko dpi ju treba zoskenovať? To záleží od veľkosti objektu ma zemskom povrchu, ktorý má byť na snímke rozpoznateľný. Ak chceme rozpoznať objekty veľkosti okolo jedného metra, treba snímky zoskenovať s rozlíšením cca 40cm (snímku nemôžme skenovať na rozlíšenie 1m, pretože jeden pixel nám objekt na povrchu neidentifikuje). Koľko dpi to je v skutočnosti, sa dá určiť z jednoduchej rovnice.

V procese ortorektifikácie sa zoskenovaná snímka prevádza z x, y súradnicovej sústavy do cieľovej súradnicovej sústavy topografickej mapy a DMR. Rozlíšenie cieľovej LOCATION by sa malo rovnať aspoň rozlíšeniu leteckej snímky. Napr. ak je rozlíšenie leteckej snímky 1m, rozlíšenie DMR v cieľovej LOCATION môže byť 0.5, alebo 0.3m. Ak je mierka leteckej snímky 1: 25000, mierka topografickej mapy by mala byť 1:10000. Rozdiely medzi nerektifikovanou (Obr. 1a) a ortorektifikovanou snímkou (Obr. 1b) sú najväčšie pri vertikálne členitom území a narastajú v smere od stredu snímky k jej okrajom, teda tak, ako jej skreslenie.




Ortorektifikácia

Začína príkazom i.ortho.photo, ktorý obsahuje interaktívne menu:

  1. Select/Modify Imagery group: Tu sa definuje skupina (adresár) obsahujúci snímky určené na ortorektifikáciu. Snímky v tejto skupine sú podmnožinou rastrových vrstiev v danej LOCATION.
  2. Select/Modify Imagery group target: Tu sa definuje cieľová LOCATION. Krok v tejto časti menu sa dá vykonať aj samostatným príkazom i.target.
  3. Select/Modify targer elevation model: Tu sa definuje cieľový DMR.
  4. Select/Modify imagery group camera: V tomto kroku treba definovať špecifické parametre kamery, ktoré sme dostali s leteckou snímkou. Najdôležitejším parametrom je Calibrated focal length. Tiež tu treba vyplniť súradnice rohových bodov snímky (fiducial marks), získali sme ich spolu s leteckou snímkou.
  5. Compute image-to-photo-transformation: V tomto kroku sa rohovým značkám snímky priradia koordináty definované v predchádzajúcom kroku. Vytvorí sa tak spojenie medzi koordinátmi a rastrom leteckej snímky. Operácia sa prevádza v grafickom okne, kde sa zobrazí letecká snímka a tabuľka koordinátov. Myšou, za pomoci jednoduchého grafického menu, sa potom definujú jednotlivé fiducial marks. K dispozícií je menu ANALYZE, ktoré umožňuje vyradiť nesprávne definované body. Táto operácia by sa mala robiť za aktívneho využitia zoom funkcie, aby body boli definované čo najpresnejšie. Predtým než sa pustíme ďalej potrebujeme získať aspoň približné súradnice nadiru našej leteckej snímky. preto spustíme krok 7 a ignorujeme „warning“ hlásenia, ktoré sa objavia. Na pravú stranu monitora si dáme vykresliť topografickú mapu a pomocou myši zistíme súradnice toho bodu topografickej mapy, ktorý je identický s priesečníkom spojníc rohových bodov leteckej snímky (fiducial marks). Teda skúsime čo najpresnejšie lokalizovať stred leteckej snímky na mape. Súradnice si uložíme. Modul i.ortho.photo je dosť robustný na to, aby dal akceptovateľné výsledky aj pri menej presnom odhade súradníc nadiru.
  6. Initialize exposure station parameters: Tu sa definujú parametre letu nosiča kamery (X, Y súradnice nosiča, sú vlastne súradnice nedávno získaného nadiru, a nadmorskú výšku nosiča). Parametre Omega a Phi môžme zanedbať, parameter Kappa predstavuje uhol o ktorý treba otočiť leteckú snímku, aby bola orientovaná na sever (+90 v smere hodinových ručičiek, –90 v protismere hodinovych ručičiek).
  7. Compute ortho-rectification parameters: Tu prebieha zber tzv. „ground control points“. Treba tu bodom na leteckej snímke priradiť identické body na topografickej mape (Obr. 2). Treba vyberať také body, ktorých poloha sa nemení, napr. križovatky ciest, rohy budov, parkoviská a podobne. Neodporúča sa vyberať body, ktoré predsa len majú akú-takú mobilitu, napr. okraj lesa, či sútok dvoch tokov. Pri budovách treba vyberať len rohy základne budovy, pretože rohy strechy sú vplyvom centrálnej perspektívy skreslené. Ak máme možnosť zozbierať súradnice objektov na leteckej snímke pomocou GPS, môžme to využiť a zadať ich cez klávesnicu. Treba sa pohrať s menu ANALYZE a vylúčiť tie body, ktorých stredná polohová chyba je viacej ako polovica rozlišovacej hodnoty pixla leteckej snímky. Toto pravidlo sa dá uplatniť len pri vysoko presnej ortorektifikácii (kde sú aj vstupné dáta kvalitnejšie). Ak pracujeme v zalesnenom teréne zvyčajne sa uspokojíme s chybou aj niekoľko metrov, záleží od požiadaviek na presnosť.


  8. Ortho-recify imagery files: V tomto kroku prebieha samotná ortorektifikácia. Zadefinujeme tu nové meno pre rektifikovanú leteckú snímku, zadáme cieľovú LOCATION a nakoniec zadefinujeme najmenší región, ktorý pokrýva letecká snímka. Proces rektifikácie sa presunie do pozadia a po jeho skončení nám GRASS pošle mail na localhost. Za ten čas môžme z GRASSu odísť a začať pracovať v inej LOCATION (v cieľovej LOCATION pracovať až do skončenia ortorektifikácie nemôžme.)

Nakoniec porovnáme, ako presne sme ortorektifikovali. Na ortorektifikovanú snímku naložíme vektorové vrstvy cestnej siete, prípadne vodných tokov a výsledok máme pred sebou (Obr. 3). Teším sa na budúce stretnutie.

Použitá literatúra:
1. M. Neteler a H. Mitášová. 2002. Open Source GIS: A GRASS GIS Approach. 1st edition. Kluver Academic Publishers.
2. http://gras­s.itc.it
3. Ch. Jones (1997) Geographical Information Systems and Computer Cartography, Addison Wesley Longman, str.97–120.
4. ERDAS Inc. ERDAS Field Guide 4th ed., 1997. Atlanta, Georgia.

Našli jste v článku chybu?