Opracowanie metody modelowania przestrzeni 3D z wykorzystaniem współczesnych technologii lotniczych i naziemnych kamer cyfrowych

Projekt badawczy statutowy finansowany ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego,  realizowany w Zakładzie Fotogrametrii w 2009 roku pod kierownictwem dr inż. Ireneusza Ewiaka

Projekt badawczy jest odpowiedzią na wzrost zainteresowania odbiorców komercyjnych technologią opracowania wirtualnych map przestrzennych z wykorzystaniem metod pomiarowych fotogrametrii lotniczej i naziemnej. Opracowana została metodyka modelowania przestrzeni 3D, ze szczególnym uwzględnieniem obszarów zabudowanych. Realizacja projektu odbywała się w dwóch równoległych etapach. W pierwszym z nich dokonana została analiza wykorzystania współczesnych lotniczych kamer cyfrowych do modelowania zewnętrznego budynków, w drugim zaś określona została możliwość zastosowania wysokorozdzielczych naziemnych niemetrycznych kamer cyfrowych w procesie modelowania wnętrz tych budynków.

W ramach pierwszego etapu przeprowadzono szereg badań mających na celu sprawdzenie skuteczności metod i narzędzi pomiarowych dedykowanych dla opracowań przestrzennych z wykorzystaniem danych obrazowych z lotniczych kamer cyfrowych typu skanerowego i matrycowego, a w szczególności sprawdzenie w odniesieniu do tych danych skuteczności techniki pomiaru autokorelacyjnego, a także określenie stopnia przydatności tych danych w procesach fotogrametrycznych wspomagających technologię budowy modeli 3D miast.

Do realizacji niniejszego zadania wykorzystano pakiet oprogramowania firmy INPHO, w skład którego wchodzą moduły odpowiedzialne za pomiar, filtrację, klasyfikację oraz wizualizację chmury punktów numerycznego modelu pokrycia terenu. Badania były przeprowadzone na podstawie danych testowych pozyskanych przy udziale zintegrowanego systemu pomiarowego lotniczej kamery cyfrowej ADS40. W badaniach wykorzystano obrazy skanerowe ADS40 o rozdzielczości geometrycznej 0.2 m pozyskane z wysokości około 2000 m.

W oparciu o zorientowane modele stereoskopowe ADS40 przeprowadzono autokorelacyjny pomiar chmury punktów opisujących przestrzeń topograficzną. Wykorzystując możliwości wspomnianego oprogramowania przeprowadzona została interpolacja chmury punktów obejmująca:

  • podział punktów na podobszary,
  • wybór punktu o najniższej wysokości w każdym podobszarze (zamiennie może być stosowany również punkt o średniej wysokości),
  • utworzenie powierzchni z wybranych punktów,
  • wagowanie punktów w zależności od ich odległości od płaszczyzny (punkty leżące poniżej płaszczyzny dostają największe wagi, punkty leżące powyżej płaszczyzny dostają wagi odwrotnie proporcjonalne do odległości od powierzchni,
  • iteracyjne tworzenie powierzchni i nowe wagowanie.

W dalszym ciągu realizacji pierwszego etapu opracowania przeprowadzony został proces klasyfikacji polegający na wyeliminowaniu błędów grubych pomiaru, filtracji szaty roślinnej oraz wydobyciu punktów położonych na elementach zabudowy.

Na podstawie porównania zbioru chmury punktów z pomiaru autokorelacyjnego oraz zbioru homologicznego pomierzonego manualnie na obrazach stereoskopowych stwierdzono nieznaczne różnice ich położenia. Stwierdzono również, że pomiary autokorelacyjne cechują się większą dokładnością, ze względu na specyfikę pomiaru oraz na fakt iż w tych pomiarach nie kumulują się błędy obserwatora. Na obszarach zurbanizowanych o dużym stopniu pokrycia szatą roślinną następuje częściowa utrata danych opisujących elementy zabudowy. Z tego względu należy stosować pomiary uzupełniające wykorzystując zalety fotogrametrii bliskiego zasięgu. Wyniki pomiarów korelacyjnych pokazały, że wobec silnej ekspansji na rynku komercyjnym technik skaningu laserowego nie należy przekreślać znaczenia tradycyjnych technik pomiaru przestrzennego stosowanych w fotogrametrii cyfrowej, które wydaja się tańszym rozwiązaniem w procesie budowy mapy przestrzennej 3D.

Obszerny opis badań i wyników przedstawiony jest w publikacji:

  • Karwel A. K., 2010. Określenie zakresu wykorzystania pomiarów autokorelacyjnych w aspekcie wyznaczenia modeli 3D budynków, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol.21, s. 141-148.