Luento 8: Ilmakuvaus - Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen ...
Luento 8: Ilmakuvaus - Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen ...
Luento 8: Ilmakuvaus - Fotogrammetrian ja kaukokartoituksen ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
peräkkäiset kuvat peittävät toisensa yleensä 60 % (pituuspeitto). Vierekkäiset jonot kuvataanpuolestaan siten, että ne peittävät toisensa 20 - 30 % (sivupeitto). Runsailla peitoilla pyritäänvarmistumaan siitä, että koko alue tulee kuvattua stereomalleina. Suurta tarkkuutta vaativissakartoitustöissä kuvaukset tehdään myös jonojen kesken 60 % sivupeitolla (tarkka kartoituskuvaus).Tällöin useimmat maaston yksityiskohdista näkyvät vähintään neljällä kuvalla <strong>ja</strong> kohteitajää katveisiin vastaavasti vähemmän. Kamerassa käytettävän objektiivin polttoväli f <strong>ja</strong> kuvauskorkeusH määrittyy kartoitustarpeen mukaan.Ilmakuvan kuva-ala• Ilmakuvia (Vantaan kaupunki)o Vantaa, Tikkurilan keskustao Vantaa, Jokiniemi
Kartoituskuvaus tehdään mikäli mahdollista karttalehti<strong>ja</strong>on mukaan <strong>ja</strong> alue kuvataan pääilmansuuntiensuuntaisin jonoin. Stereomallien kannalta on edullista, jos yksittäiset kuvat peittävätesimerkiksi koko karttalehden tai sen puolikkaan. Tällöin karttalehdet koostuvat kokonaisistamalleista. Aluekuvauksen kuvajoukkoa kutsutaan ilmakuvablokiksi.
Suomessa käytetään yleisimmin laa<strong>ja</strong>kulma- tai välikulmakameraa. Laa<strong>ja</strong>kulmakamera soveltuuerityisesti topografiseen kartoitukseen. Sillä kuvattaessa stereomallin kantasuhde on parempi kuinvälikulmakameralla, millä on merkitystä korkeusmallien mittaustarkkuuteen. Välikulmakameraakäytetään mm. maanmittauslaitoksen maastotietokannan a<strong>ja</strong>ntasaistustoiminnassa, jossa kartoitusperustuu aiemmin mitattuun korkeusmalliin <strong>ja</strong> ns. ortokuvaukseen. Välikulmaobjektiivilla kuvattaessamaaston peitteisyydestä aiheutuvat katveet ovat kuvalla pienemmät kuin laa<strong>ja</strong>kulmaobjektiivillakuvattaessa.Koordinaatisto <strong>ja</strong> signalointiJärjestelmällinen kuvaaminen edellyttää, että kuvaus suunnitellaan <strong>ja</strong> se kyetään toteuttamaanmahdollisimman tarkasti (täsmäkuvaus). Navigointi perustuu satelliittipaikannukseen (GPS).Samo<strong>ja</strong> paikannushavainto<strong>ja</strong> voidaan käyttää myös kameran kuvanottopaikkojen likiarvoina ilmakolmioinnissa.Projektiokeskusten koordinaatit ratkaistaan GPS-havainnoista maailmanlaajuisessaWGS84-koordinaattijärjestelmässä. Muunnos paikalliseen karttakoordinaatistoon mitataan kuvauksenyhteydessä.
Kartan tulee muodostua saumattomaksi kokonaisuudeksi yhdessä <strong>ja</strong> samassa koordinaatistossa.Koordinaatisto on merkitty maastoon runkopisteinä, jonoihin koko ilmakuvablokki sidotaan(tasolähtöpisteet, korkeuslähtöpisteet). Kartoitusalue tulee ra<strong>ja</strong>ta niin, että kaikki stereomallitsi<strong>ja</strong>itsevat lähtöpisteverkon sisällä. Tämän lisäksi kaikki stereomallit sidotaan toisiinsa <strong>ja</strong> lähtöpisteidenkautta koko kartoitusalueen koordinaatistoon omilla tukipisteillään (mallien liitospisteet).Kaikki lähtöpisteet näkyvöitetään ennen kuvaamista (signalointi). Liitospisteinä voidaan käyttäämyös luonnollisia pisteitä, jotka valitaan kuvilta kuvauksen jälkeen.Maapistelava. Peruskartoituksessa lähtöpisteiden näkyvöittämiseen käytetään pärelavo<strong>ja</strong>. Signaalintulee näkyä kuvalla, joka otetaan 4.500 metrin korkeudesta. Signaali keskistetään maassa olevankolmiopisteen tasosi<strong>ja</strong>innin suhteen. Jos samaa signaalia käytetään myös korkeuslähtöpisteenä, senkorkeus maanpintaan on mitattava <strong>ja</strong> tämä on otettava huomioon kuvia orientoitaessa. (Kuva: OssiJokinen, Padasjoki, 27.4.1979).
Signaalin tulee olla muodoltaan symmetrinen <strong>ja</strong> sen kontrastin tulee olla hyvä, jotta se näkyisikuvalla. Tämä signaali on keskistetty niin taso- kuin korkeussi<strong>ja</strong>intinsa suhteen.Ra<strong>ja</strong>signaali. Ennen kuvausta signaloidaan kaikki maastonkohteet, joiden koordinaatit halutaanrekisteröidä tarkasti. Tässä on kyse kiinteistöra<strong>ja</strong>n näkyvöittämisestä <strong>ja</strong> signalointi on tehty maanmittauslaitoksenpoh<strong>ja</strong>kartoituksen 1 : 5.000 yhteydessä. Kontrastia on lisätty kuusenhavuilla.(Kuva: Ossi Jokinen, Kuhmoinen, Koivumäki).
T-signaali. Ristisignaali voidaan keskistää myös näin. Oleellista on se, että signaalin avullakartoitettava piste si<strong>ja</strong>itseen ristin sakaroiden tai niiden <strong>ja</strong>tkeiden leikkauspisteessä. Signalointitehdään epäsymmetrisesti, jos se symmetrisenä jäisi osittain esimerkiksi rakennuksen katveeseen taijos symmetrisen signaalin rakentaminen maaston olosuhteiden vuoksi on hankalaa. Joissain tapauksissasignaali on korvattava kokonaan varasignaalein. Varasignaale<strong>ja</strong> tulee olla vähintään kaksi <strong>ja</strong>ne rakennetaan varsinaisen mittauspisteen lähelle niin, että ne näkyvät kuville. Varasignaaleistamitataan etäisyydet (sidemitat) kartoitettavalle pisteelle. (Kuva: Ossi Jokinen).Signalointikartta, Humppila. Kaikki signalointitiedot merkitään kartalle. Muuten niitä ei voikäyttää kartoitukseen. Tärkeitä muistiin merkittyjä tieto<strong>ja</strong> ovat tiedot signaalien epäkeskisyydestä,
korkeusmitoista, varasignaaleista <strong>ja</strong> niiden sidemitoista. Signalointikartalle merkitään myös nesignaloitavat kohteet, joita ei ole maastossa onnistuttu löytämään. (Kuva: Ossi Jokinen).Identifiointi. Kuvauksen jälkeen signaalit identifioidaan <strong>ja</strong> merkitään joko pinnakkaiskopioille taisuurennoksille. (Kuva: Ossi Jokinen).Kuvaa<strong>ja</strong>t• Kuvauksia kartoituskameroillao Maanmittauslaitos (http://www.maanmittauslaitos.fi) Maanmittauslaitos tekee ilmakuvauksia keväisin <strong>ja</strong> alkukesästä sekä omaakartoitusta varten että tilauksesta, mm. 1 : 16 000 -mittakaavaisia mustavalkoilmakuvauksia kunnittain, 1 : 31 000 -mittakaavaisia mustavalkokuvauksia peruskarttalehdittäin, <strong>ja</strong> 1 : 31 000 -mittakaavaisia väri-infrakuvauksia, lähinnä Pohjois-Suomessa. Maanmittauslaitos kuvaa vuosittain noin 15% Suomen pinta-alasta. Vuosittainenkuvausmäärä vaihtelee 10.000 - 13.000 kuvan välillä. Tällä hetkellä pääosamaanmittauslaitoksen kuvauksista tehdään maastotietokannan päivitystarpeisiin<strong>ja</strong> poh<strong>ja</strong>kartan tuotantoon. Esimerkiksi vuonna 1995 otetuista 13.000ilmakuvasta lähes 12.000 kuvaa oli joko mittakaavaan 1 : 16 000 tai 1 : 31 000kuvattu<strong>ja</strong> maastotietokuvauksia. <strong>Ilmakuvaus</strong>indeksit 1995-2003http://www.maanmittauslaitos.fi/Default.asp?id=47&docid=323Kaikki kuvat digitoidaan Ilmakuvakeskuksessa kuvausta seuraavaan kevääseenmennessä <strong>ja</strong> niistä muodostetaan digitaaliset stereomallit <strong>ja</strong> ortokuvat.Kuvauskamera: Wild Leica RC 20, laa<strong>ja</strong>kulmaobjektiivilla (f = 150 mm, f:4) taivälikulmaobjektiivilla (f = 210 mm, f:4).
oooooMaanmittauslaitoksen kuvauskone: Rockwell Turbo Commander 690A.Muut kuvausindeksitOrto-CD (http://www.maanmittauslaitos.fi/Default.asp?id=125&docid=66)Maastotietojärjestelmän (MTJ) ortokuvat(http://www.maanmittauslaitos.fi/Default.asp?id=125&docid=71)Puolustusvoimien Topografikunta (http://www.mil.fi/laitokset/topk/index.dsp) http://www.mil.fi/laitokset/topk/tehtavat.dsp Topografikunta kuvaa vuosittain mustavalkofilmille korkeakuvauksena kokovaltakunnan aluetta siten, että kuvaukset uusitaan seutukunnasta riippuen 3-5vuoden välein. (Kuvaustilanne 1.9.1998) kuvauskorkeus on 9 200 m <strong>ja</strong> kuvausmittakaava 1 : 60 000 (c = 15cm). Lisäksi Topografikunta on aiemmin kuvannut Lapissa alueita väriinfrafilmillemittakaavassa 1 : 31 000. Osallistuu Open Skies -toimintaan toimien mm. Suomen Open Skieslaboratoriona. Topografikunta myy tilauksesta kopioita ilmakuvistaan mm. suurennoksina 1: 4 200 mittakaavaan asti. Aineisto voidaan toimittaa myös digitaalisena.Vanhimmat saatavilla olevat kuvat ovat 1930-luvulta.FM-kartta Oy Esimerkkejä projekteistaFM-International Oy FINNMAPKonekorhonen Oy Konekorhonen Oy kuvaa pääasiassa suurimittakaavaisia ilmakuviayhdyskuntasuunnittelun <strong>ja</strong> metsätalouden käyttöön. kuvauskamerana on Zeiss RMK A 15/23 kuvat diapositiiveina tai pinnakkaisvedoksina 23 x 23 cm,kuvasuurennoksina mittakaavaan 1 : 2 000 - 1 : 50 000Ruotsin maanmittauslaitoshttp://www.lantmateriet.se/cms/niva2index.asp?produktgrupp=5A• Kartoituskuvauksia digitaalikameroillao GIS Air Oy Ltd http://www.gisair.fi/o StoraEnso EnsoMOSAIC Aerial Digital Imaging http://www.storaenso.com/CDAvgn/main/0,,1_-1362-2381-,00.html• Tieliikelaitos (http://www.tieliikelaitos.fi/9_4_paikkatieto.asp)o videoilmakuvaus (http://www.tieliikelaitos.fi/uutiskeskus/esitteet/Videoilmakuvaus.pdf)o laserkeilaus (http://www.tieliikelaitos.fi/uutiskeskus/esitteet/Laserkeilaus.pdf)• Maisema- <strong>ja</strong> inventointikuvauksiao Lentokuva Vallas Oy Ks. myös DiaboxIlmakuvakameratTällä hetkellä Euroopassa on kaksi varteenotettavaa kameravalmista<strong>ja</strong>a, sveitsiläinen Leica(aiemmin Wild) <strong>ja</strong> saksalainen Zeiss.
Ilmakuvakamera Zeiss RMK TOP. Oikealla kameran oh<strong>ja</strong>usyksikkö T-CU <strong>ja</strong> vasemmallakäytöno<strong>ja</strong>in T-TL.Ilmakuvakameran Zeiss LMK 2000 osia. Vasemmalta navigointikaukoputki, kuvaliikkeenoh<strong>ja</strong>usyksikkö, keskusyksikön terminaali, sekä kamera.Zeissin LMK 2000 kamerajärjestelmä koostuu seuraavista perusyksiköistä, (Hakkarainen, 1992):• Objektiivikartioita LC 2000 on neljälle polttovälille. Kussakin on kiinteä fokusointi, kuvaportti,suljinkoneisto, lisätietojen rekisteröintilaitteet <strong>ja</strong> valotusmittari.• Käyttöyksikössä DU 2000 on kaksi erillistä osaa kaseti molemmin puoli. Yksikössä on filminsiirtomoottori, tyhjiöpumpun moottori <strong>ja</strong> näiden vaatimia oh<strong>ja</strong>uslaskimia.• Filmikasetissa MA 2000 on veto- <strong>ja</strong> varastopuola, imu- <strong>ja</strong> painolevy, filmin siirtomekanismi <strong>ja</strong>kuvaliikkeen kompensoinnin laitteet.• Stabiloidulla <strong>ja</strong>lustalla SM 2000 kamera kiinnitetään lentokoneeseen. Jalusta on kolmen koordinaattiakselinsuhteen gyrostabiloitu. Eri objektiivikartioita varten on omat adapterirenkaat.
• Kuvaliikkeen oh<strong>ja</strong>usyksikköä CU 2000, jossa on elektro-optinen etsinjärjestelmä kameransuuntaamiseksi, maa- <strong>ja</strong> kuvaliikkeen määrittämiseksi, peiton määrittämiseksi <strong>ja</strong> komponentitkuvaliikkeen kompensoinnin oh<strong>ja</strong>amiseksi.• Navigointi- <strong>ja</strong> oh<strong>ja</strong>usyksikköä NCU 2000, jossa on etsinkaukoputki visuaalista navigointiavarten, voidaan käyttää vaihtoehtoisesti kuvaliikken oh<strong>ja</strong>usyksikön kanssa. Kummassakin onsama <strong>ja</strong>lustaosa.• Keskusyksikkö CM 2000 sisältää päätietokoneen, joka on kameran toiminnallinen keskusyksikkö.Keskusyksikön terminaalin kautta syötetään kameralle kaikki kuvauslennon oh<strong>ja</strong>ustiedot<strong>ja</strong> kuvan laitaan tulostettavat lisätiedot.Ulkoinen orientointi. Kameran ulkoisenorientoinnin muuttu<strong>ja</strong>t ovat kamerankuvaushetkinen si<strong>ja</strong>inti (X, Y <strong>ja</strong> Z) sekä kierrotkoordinaattiakselien ympäri (kappa, phi <strong>ja</strong>omega). Sen lisäksi, että kuvausta oh<strong>ja</strong>taansatelliittipaikannusta käyttäen, kameranprojektiokeskuksen koordinaatit rekisteöiäänkuvaushetkellä. Jälkikäsiteltyinä koordinaattienepätarkkuus on alle 10 cm. Kameran <strong>ja</strong>lustastabiloidaan niin, että kallistukset ovatkeskimäärin alle 0.5 astettaStabiloitu <strong>ja</strong>lusta T-AS <strong>ja</strong>kuvaliikkeen kompensointi ZeissRMK TOP kamerassa. Kamerankuvaliikkeitä ovat poikittaiset kulmaliikkeet<strong>ja</strong> pitkittäinen kuvaliike. Näidenvaikutus kuvaan pyritään poistamaanuusimmissa ilmakuvakameroissa automaattisesti.Kulmaliikkeitä aiheuttavatlentokoneen moottori <strong>ja</strong> lentokoneenheilahtelut. Lisäksi lentokone sortaalentosuuntaansa nähden lähes ainajonkun asteen tuulen painamana.Moottorin vibraatioita vaimennetaankameran <strong>ja</strong>lustan jousituksella <strong>ja</strong>heilahteluita gyrolaitteisiin perustuvallastabilointijärjestelmällä. Pitkittäinen kuvaliike määritetään kameran kuvatasolla näkyvänmaaliikkeen mukaan <strong>ja</strong> filmiä siirretään valotuksen aikana vastaavasti. Maaliike mitataan elektroopisinsensorein. Samalla sensorilla mitataan myös lentokoneen sortuma, jonka mukaan kameraakierretään siten, että kuvasivu on aina lennon suuntainen.
<strong>Ilmakuvaus</strong>ta Wild RC 10 -kameralla. Kuvaussuunnitelma<strong>ja</strong> -kartta on kameran käyttäjän polvella.Kuvaa<strong>ja</strong> tarkastaa tähtäinkaukoputkellaan kuvausalueenra<strong>ja</strong>t jonon suunnassa <strong>ja</strong> aloittaa kuvauksensiten, että ensimmäinen kuva otetaan kokonaisuudessaankartoitusalueen ulkopuolelta. Tämänjälkeen kameran laukaisuväli määräytyy maaliikkeen <strong>ja</strong>suunnitellun pituuspeittoprosentin mukaan.Tähtäinkaukoputki (Zeiss). Tähtäinkaukoputkesta kuvaa<strong>ja</strong> näkee par'aikaa kuvattavan kuvausjonon,naapurijonojen peittoalueet sekä sen maastonkohdan, joka on jonolla suoraan koneenalapuolella. Tämä <strong>ja</strong> seuraava mahdollinen kuvanottopaikka on merkitty jonolle ympyröillä.
Sortuma. Lentokone sortuu suunnastaan tuulen vuoksi. Jotta kone pysyisi suunnitellulla kuvausjonolla,konetta on oh<strong>ja</strong>ttava tuulta vasten <strong>ja</strong> kameraa kierrettävä <strong>ja</strong>lustassa saman verran vastakkaiseensuuntaan. Tällä kor<strong>ja</strong>uksella varmistetaan se, että kuvasivut pysyvät jonon suunnassa.Navigointilaite <strong>ja</strong> peittosäädin (Zeiss NS 1). Navigointilaitetta käytetään visuaalisena peittosäätimenä<strong>ja</strong> sortuman kor<strong>ja</strong>amiseen. Maaliike mitataan visuaalisesti lentosuunnassa liikkuvan ketjunavulla.GPS-tuettu navigointijärjestelmä. Kuvauslennon suunnittelutieto<strong>ja</strong> käytetään sekä kuvauslennonettä kuvauskameran tarkkaan oh<strong>ja</strong>amiseen. Kone navigoidaan satelliittipaikannuksen avulla kuvausjonolle<strong>ja</strong> pidetään sillä tämän näytön avulla. Yläreunan musta palkki havainnollistaa sen, mihinsuuntaan koneen oh<strong>ja</strong>imia on käännettävä <strong>ja</strong> kuinka paljon, jotta kone pysyisi suunnitellullajonollaan. Myös kameran toimintaa oh<strong>ja</strong>taan satelliittipaikannuksen tiedoin <strong>ja</strong> kuvaussuunnitelmavoidaan toteuttaa tarkasti. Koordinaatteihin perustuva kuvauksen erityisenä etuna on se, että yksittäisenkuvan ottamisen jonolla voi välttää vaikkapa alueella havaitun pilven vuoksi <strong>ja</strong> palataottamaan tämä kuva saman lennon myöhemmässä vaiheessa. (Holm, 1998)
Ilmakuvakameran Zeiss LMK 2000 objektiivit: LC 2009, LC 2015, LC 2021 <strong>ja</strong> LC 2030 objekttivit.Objektiivikartioissa on standardina kiertolevysulkimet, jotka on vaihdettavissa ilman, että kameransisäistä orientointia muutetaan. Valotusaikaa voidaan säätää rajoissa 1/60 - 1/1000 s.ObjektiiviLMK 2009 SuperLamegon PI 5.6/90CLMK 2015 Lamegon PI4/150DLMK 2012 Lamegoron PI5.6/210ALMK 2030 Lamegor PI5.6/300Baukko polttoväli(mm)kuvakulma(astetta)max. kaartuma(0.001 mm)5.6 89 123 5 124 152 94 2 115.6 210 76 2 105.6 305 56 2 10linssienlukumääräKiertolevysuljin.
LMK 2000 ilmakuvakameran suotimet. Jokaisen objektiivikartion mukana on standardivarustuksenasuotimet 405 nm (auer), 490 nm (kelta) <strong>ja</strong> 530 nm (oranssi).• Zeiss RMK TOP kamerajärjestelmän kuvalle tulostamia tieto<strong>ja</strong>:o lennon numero, jonon numero,o kuvan mittakaava,o peitto,o kameravakio,o pvm <strong>ja</strong> kellonaika,o suodin, aukko, valotusaika,o filmi,o maa- <strong>ja</strong> kuvaliikkeen nopeus,o kuvan numero
Kir<strong>ja</strong>llisuutta• Hakkarainen; Juhani, Tärkeimmät nykyaikaiset ilmakuvakamerat, Maanmittaus, nro 1/1992,s. 41-73• "Suositukset Suomessa tehtävälle mittaus- <strong>ja</strong> kartoitusilmakuvaukselle", <strong>Fotogrammetrian</strong> <strong>ja</strong><strong>kaukokartoituksen</strong> seura (FKS), julkaisu 1/1995URL: http://foto.hut.fi/seura/julkaisut/erillisjulkaisu1_1995/teksti.html• Ehdotus uusiksi kaavoitusmittausohjeiksi, Maanmittauslaitos, 1995Lisätarpeet luennolla:• Videoo Leica ASCOT Aerial Survey Control Tool GPS-supported flight navigation system interactive flight planning guidance during approach and turns accurate line navigation automatic camera release photographs taken at the right spot flexible data annotation storage of mission datao Leica PAV30 Gyro-Stabilized Camera Mount automatic vertical photography high image quality less stress for flight crew efficient survey flights extended flying hours• Ilmakuvafilmi <strong>ja</strong> -puola, valokuvauslaboratoriosta• Ilmakuvapari "Helsinki, rautatientori", FIM 8007, 2-3, sekä pinnakkaiset että diapositiivitMaa-57.300 <strong>Fotogrammetrian</strong> perusteet<strong>Luento</strong>-ohjelma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Change language