Metodyka opracowania modelu 3D miasta cyfrowymi metodami fotogrametrii lotniczej i satelitarnej
Projekt badawczy własny (N526 008 32/1081) finansowany ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, realizowany w Zakładzie Fotogrametrii w latach 2007-2009 pod kierownictwem dr inż. Ireneusza Ewiaka.
Celem niniejszego projektu badawczego było opracowanie metodyki budowy modelu 3D miasta z wykorzystaniem produktów fotogrametrycznych pozyskanych w ramach jego realizacji. Celem technologicznym tego projektu było zapoznanie się z narzędziami programowymi integrującymi wytworzone produkty w jednym procesie odtwarzania przestrzeni topograficznej miasta, a także opracowanie metodyki:
- generowania ortoobrazów elewacji budynków z wykorzystaniem danych pozyskanych niemetryczną naziemną kamerą cyfrową, w tym metody kalibracji tej kamery,
- generowania prawdziwej ortofotomapy „true ortho" z wykorzystaniem wysokorozdzielczych danych satelitarnych (QuickBird-2, Ikonos-2),
- stereodigitalizacji szkieletów budynków z wykorzystaniem właściwości obrazowania lotniczej analogowej i cyfrowej kamery fotogrametrycznej, w tym kamery skanerowej,
- edycji i filtracji pomiarów fotogrametrycznych w procesie budowy modelu siatkowego (wektorowego) obiektów przestrzennych,
- integracji wektorowych i rastrowych danych pomiarowych w procesie odtwarzania położenia, kształtu i tekstury budynku.
Przeprowadzona przez zespół badawczy analiza metod wiernego odwzorowania (odtwarzania) przestrzeni topograficznej 3D, w szczególności budynków, miała na celu przygotowanie się do sprawowania w przyszłości przez Instytut Geodezji i Kartografii roli eksperta i konsultanta przy realizacji tego rodzajów projektów na obszarze naszego kraju.
W toku realizacji zadań niniejszego projektu badawczego opracowano metodykę generowania ortoobrazów obiektów architektonicznych, na podstawie danych pozyskanych niemetryczną naziemną kamerą cyfrową, dla której w procesie kalibracji wyznaczono elementy orientacji wewnętrznej. W ramach niniejszego zadania opracowano metodę automatycznego pomiaru numerycznego modelu elewacji budynków, której dokładność zestawiono z wynikami pomiaru naziemnego skaningu laserowego ScanStation2, metodę filtracji chmury punktów naziemnego skaningu laserowego położonych poza płaszczyzną elewacji budynku w różnych planach perspektywicznych oraz metodę eliminacji „martwych pól" w procesie ortorektyfikacji naziemnych obrazów źródłowych;
Opracowano również metodykę generowania „true ortho" na podstawie wysokorozdzielczych danych satelitarnych w ramach której zbadano wpływ wychylenia wiązki obrazującej QuickBird oraz deniwelacji terenu na dokładność odwzorowania na ortoobrazach dowolnego punktu przestrzeni topograficznej. Dla odwzorowania tego rodzaju punktów, określono uwarunkowania procesu ortorektyfikacji panchromatycznego zobrazowania satelitarnego QuickBird zabezpieczające kryterium dokładności mapy topograficznej w skali 1:10 000.
W toku realizacji zadań niniejszego projektu opracowano metodę pomiaru szkieletów budynków w środowisku MicroStation z wykorzystaniem modeli stereoskopowych wielkoskalowych zdjęć lotniczych. Dla różnych typów budynków określono schemat pomiaru punktów załamania zewnętrznych oraz wewnętrznych krawędzi dachów odpowiadający kodyfikacji programu CC-Modeler oraz metodę edycji stereoskopowych pomiarów krawędzi budynków w środowisku oprogramowania CC-Edit z uwzględnieniem eliminacji wzajemnego pokrycia dachów, różnych wysokości punktów załamania należących do tych samych płaszczyzn oraz nieregularności obrysów, a także metodę teksturowania fasad i dachów budynków na podstawie uprzednio wygenerowanych ortoobrazów naziemnych i satelitarnych z wykorzystaniem narzędzi i modułów oprogramowania CC-Mapping oraz CC-Autotex.
W wyniku opisanych działań metodycznych opracowane zostały modele 3D fragmentu obszaru zurbanizowanego Warszawy obejmującego siedzibę Instytutu Geodezji i Kartografii oraz jego najbliższe otoczenie.
Na podstawie przeprowadzonych analiz techniczno-ekonomicznych odnoszących się do obrazowych i skanerowych (skaning laserowy) metod pomiaru fotogrametrycznego w kontekście realistycznego odtwarzania brył obiektów (budynków) wyciągnięte zostały stosowne wnioski, które w głównej mierze wskazują na możliwości skutecznego zastąpienia drogiej techniki skaningu laserowego tradycyjnym pomiarem fotogrametrycznym.
Szczegółowe wyniki badań zamieszczono w sprawozdaniu technicznym z realizacji tego projektu. Dla udokumentowania i upowszechnienia badań z zakresu wykorzystania fotogrametrycznych danych obrazowych, pozyskiwanych z różnych pułapów, w procesie odtwarzania przestrzeni topograficznej miast na sympozjum naukowym, które miało miejsce w Chinese Academy of Surveying and Mapping w Pekinie, wygłoszony został referat " Accuracy of orientation of Quick Bird and ortho generation in urban area".