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Infos zur Photogrammetrie für Uni Erfurt/Dr. Grywatsch 2016-06-22 Anett Seela ([email protected]) 1 Photogrammetrie im TLVermGeo

Photogrammetrie im TLVermGeo - thueringen.de · Infos zur Photogrammetrie für Uni Erfurt/Dr. Grywatsch 2016-06-22 Anett Seela ([email protected]) 1 Photogrammetrie

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Infos zur Photogrammetrie

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Photogrammetrie im TLVermGeo

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Begriffe/Abkürzungen - TLVermGeo obere Landesvermessungsbehörde

- LBA Landesluftbildarchiv

- LB, DLB analoge, digitale Luftbilder

- OP, DOP analoge, digitale Orthophotos

- FE Fernerkundungsergebnisse

- DGM digitales Geländemodell

- DOM digitales Oberflächenmodell

- LoD1 3D-Gebäudemodell im Level of Detail 1 (Klötzchen)

- LoD2 3D-Gebäudemodell im Level of Detail 2 (Klötzchen mit Standard- dachformen)

- PHO Photogrammetrie

- TLUG Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie

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Photogrammetrie - Das Messen in Photos -

- Rekonstruktion von Objekten in Lage,

Höhe und Form aus Bildern (Photos)

- berührungsloses Messen von Objekten

- Dokumentation eines Momentzustandes

- Aufnahme und Auswertung räumlich und

zeitlich getrennt möglich

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- spezielle Verfahren und Instrumentarien notwendig • Spezialkameras

• Auswertetechnik

- hohe Anforderungen an Hard- und Software • digitale Bildverarbeitung

Photogrammetrie

- Das Messen in Photos -

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- Aufnahmekamera

• Standort am Boden, unbeweglich

• z.B. Phototheodolit (siehe Abb.)

- Aufnahmeobjekt

• Bauwerke, Werkstoffe, Autos

- Anwendung, z.B.:

• Architektur : Bestandsaufnahmen von Fassaden,

• Bauwerksüberwachung : Deformationsmessungen, Bauschäden

• Werkstoffkunde, Robotik, Automobilindustrie (z.B. Crashtest)

- Nahbereichsphotogrammetrie - Terrestrische Photogrammetrie

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Dokumentation historischer Bauwerke

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Ermittlung von Maßangaben zur Restaurierung

Altar der Dresdner Frauenkirche

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- Aufnahmekammer • Standort in der Luft, beweglich

• Reihenmesskammer (analog)

• digitale Kameras mit Flächen- oder Zeilensensoren

- Aufnahmeobjekt • Gelände, Erdoberfläche

Aerophotogrammetrie

- Anwendung, z.B.:

• Bestandsaufnahmen und Ermittlung von Veränderungen der Landschaft, Herstellung von Karten

• Bergbau: Massenberechnungen

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1930er Jahre

Antarktis-Expedition, Max Bundermann,

Fotograf (Hansa Luftbild)

1980er Jahre

analoge Luftbildkamera (LMK, Carl Zeiss Jena)

2000er Jahre

digitale Luftbildkamera (UltraCamXp von

Vexcel), zeitgleiche Aufnahmen der

Spektralkanäle : panchromatisch, rot,

grün, blau und nahes Infrarot

Luftbildkameras

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Farb-Bild oder RGB-Bilder :

Kombination der Spektralkanäle rot-

grün-blau

Color-Infrarot-Bild : Kombination der

Spektralkanäle nahes Infrarot-rot-grün

Schwarz/weiß-Bild oder PAN-Bilder :

panchromatischer Spektralkanal

Luftbilder

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- Prinzipskizze – Aufbau -

Luftbildkamera

Optik

Filmkassette bzw.

Speicher

Aufhängung zur Kompensation

der Flugzeugbewegungen

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- Speziallinsensystem • geminderter Helligkeitsabfall

• geringe Verzeichnung

• geringe Aufspaltung des Lichtes (Aberration)

- feste Brennweiten, z.B. • analoge Kameras :

- ca. 150 mm für Höhenauswertung

- ca. 300 mm für Luftbildkarten

• digitale Kameras : - z.B.: 120 mm, 100 mm, 92 mm, 80 mm

- Aufbau Optik -

Luftbildkamera

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- durch das Objektiv der Aufnahmekamera

- Zunahme von der Objektivmitte radial zum Rand

- Abbildungsgesetze der Zentralprojektion nicht anwendbar

„Lupeneffekt“ = gekrümmte

Geraden, Kissenbild

Verzeichnungen im Luftbild

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- Anlegerahmen mit

Rahmenmarken

• mindestens 4 Stück

• zur Definition eines

Koordinatensystems im

Bild

• Bestimmung der

Verzeichnung der Optik

- Innerer Aufbau - Analoge Luftbildkamera

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- Anpressplatte

• Ansaugen des Filmes während der Aufnahme

• durch Vakuum

• zur Vermeidung von Deformationen des Filmmaterials

- Filmkassette mit Rollenfilm

• 24 cm breit

• unperforiert

Analoge Luftbildkamera

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- stabilisierte Plattform, die die 3

Drehbewegungen des

Flugzeuges kompensiert

- Bildwanderungsausgleich,

gleicht die Vorwärtsbewegung

des Flugzeuges während der

Aufnahme aus

- spezielle Montage im Flugzeug -

Luftbildkamera

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- FMC - forward motion compensation -

- Ein Punkt bildet sich als

Linie ab unscharfes Bild

- Ein Punkt wird als Punkt abgebildet scharfes Bild

ohne

FMC

mit

FMC

Bildwanderungsausgleich

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Das

Luftbild

(LB)

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- Zentralprojektion

- Verzeichnungen durch das Objektiv

- Verzerrungen durch Höhenunterschiede im Gelände

- unbekannte Orientierung

- kein einheitlicher Maßstab

- kein Koordinatenbezug

Das Luftbild (LB)

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Nicht möglich sind :

- Höhenmessungen

- Lagemessungen

- Entfernungsmessungen

- stereoskopische Betrachtungen

- Montagen

Geeignet für :

- Interpretationen

Das Luftbild (LB)

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Y

X

Y‘

X‘

Z Y

X

Y‘

X‘

Zusammenhang eines regelmäßigen

Gitters in der XY-Ebene und des

entsprechend verzerrten Gitters in der

Bildebene

Zentralprojektion

Gitter im

Messbild/Luftbild

Orthogonalprojektion

Gitter in der

Karte/Orthophoto

Gelände

Bild

Projektions-

zentrum

Verzerrungen durch

Höhenunterschiede

im Gelände

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1. Herstellung der digitalen Luftbilder (Bildflug) :

Einsatz digitale Luftbildkamera

es entstehen direkt digitale Luftbilder

Einsatz analoge Luftbildkamera

es entstehen analoge Luftbildoriginale auf Film

Scannen der analogen Luftbildoriginale (14 μm 1800 dpi)

- Photogrammetrische Bearbeitungsschritte -

Vom Luftbild zum Orthophoto

Ergebnis : digitales Luftbild

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- Aerotriangulation, Berechnung der Verzeichnung

- Verwendung von signalisierten Passpunkten

2. Orientierung der Luftbilder

- Photogrammetrische Bearbeitungsschritte -

Vom Luftbild zum Orthophoto

Signalisierung als Winkel und als Kreis

Ergebnis :

orientiertes Luftbild mit

Georeferenzierung

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- Zentralprojektion

- bekannte Verzeichnungen durch das Objektiv

- Verzerrungen durch Höhenunterschiede im Gelände

- bekannte Orientierung

- kein einheitlicher Maßstab

- Koordinatenbezug

Das orientierte Luftbild (LB)

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Nicht möglich sind :

- Montagen

Geeignet für :

- Interpretationen

- Lagemessungen

- Höhenmessungen

- Entfernungsmessungen

- stereoskopische Betrachtungen

Spezielles

Instrumentarium

notwendig

Das orientierte Luftbild (LB)

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3. Herstellung des Digitalen Geländemodells (DGM)

4. Entzerrung der Luftbilder

Photogrammetrische Höhenmessung als 3dimensionale Auswertung

(Stereoskopie), um die Verzerrungen, die durch die Höhenunterschiede

im Gelände verursacht werden, im Schritt 4. berücksichtigen zu können.

Berechnung der Orthophotos

- Photogrammetrische Bearbeitungsschritte -

Vom Luftbild zum Orthophoto

Ergebnis : entzerrtes Luftbild (Orthophoto)

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- Orthogonalprojektion

- keine Verzeichnungen durch das Objektiv

- keine Verzerrungen durch Höhenunterschiede im Gelände

- bekannte Orientierung

- einheitlicher Maßstab an jeder Stelle des Bildes

- Koordinatenbezug

- Das entzerrte Luftbild -

Das Orthophoto (OP)

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Nicht möglich sind :

- Höhenmessungen

Geeignet für :

- Interpretationen

- Lagemessungen

- Entfernungsmessungen

- Montagen

- Das entzerrte Luftbild - Das Orthophoto (OP)

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• Luftbilder Photogrammetrie, Landesluftbildarchiv

• orientierte Luftbilder, -paare Photogrammetrie,

3D-Auswertung

Erstellung DGM,

Gebäudeauswertung

• Orthophotos Topographie,

Landschaftsmodell

Verwendung auch in : - Katasterbereichen, ALF

- Verwaltung (TMLNU, OFD, Kommunen)

- Wirtschaft

- Schulen, Hochschulen

- Web-Dienste (Geoproxy, Google, bing)

Produkte und ihre Verwendung

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- Bildflugbedingungen -

- Zweck : • topographische Fortführung

• Fortführung Geländemodell

• Gebäudeauswertung

- Aufnahmemaßstab mb 12.500 bzw. 18 cm Bodenauflösung

- Kammerkonstante (Brennweite) <= 15 cm

- Befliegungszeitraum : 15.3.-15.4.

- laublose Vegetation

- Sonnenstand > 30°

- frei von Schnee, Überschwemmungen, Wolken, Dunst

Bildflüge des TLVermGeo

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- Überdeckung

• mind. 60% Längsüberdeckung

• 30% Querüberdeckung

- Flugrichtung

• Längsstreifen

Ost/West, West/Ost

• Querstreifen

i.d.R. Nord/Süd, Süd/Nord

- Bildflugbedingungen -

Bildflüge des TLVermGeo

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Das

Landesluftbildarchiv

in

Thüringen

1999 Erfurt, Steigerwaldstadion

1945

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- Sammlung und Archivierung von Luftbildern (LB) und

Fernerkundungsergebnissen (FE)

- Sammlung und Registrierung von Bildflugvorhaben/-

projekten

- Koordinierung von Bildflug- und Fernerkundungsvorhaben

- Veröffentlichungen von Informationen zu Bildflügen

- Erstellen von Auszügen und Auskünften aus dem LBA

- Aufgaben -

Landesluftbildarchiv (LBA)

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- erhält jeder, der ein berechtigtes Interesse hat

- Kopien und Vergrößerungen von den Originalen

- Beratung und Einsichtnahme

- Auswertung durch den Kunden unter Nutzung der im LBA vorhandenen Auswertetechnik

- Ausleihe

- Auskünfte und Auszüge -

Landesluftbildarchiv (LBA)

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- TLVermGeo

- ALF

- Dritte :

• Verwaltung: z.B. Landwirtschaft, Umwelt, Geologie,

Polizei, Kommunen

• Wirtschaft: z.B. Versorgungsunternehmen, Ingenieurbüros,

Gutachter

• Privatpersonen

• Schulen, Hochschulen, Institute, Forschungsanstalten

- Kunden für Auskünfte und Auszüge -

Landesluftbildarchiv (LBA)

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- Aufbau seit 1991

- kontinuierliche Erweiterung des Bestandes

• Durchführung von Bildflugvorhaben

kontinuierlich seit 1994

z.T. in Kooperation mit Dritten

• Ankauf

Übernahme der Luftbilder der Jahre 1980-89

Ankauf von historischen Luftbildern (1953, 1945, 1943-45)

- Betrieb eines Photolabors bis Mitte 2009

- Ausstattung mit Auswertetechnik (analoge, analytische)

Das LBA im TLVermGeo

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Gesamtbestand ca. 154.000 LB und ca. 42.000 DOP

- Luftbildbestand -

Landesluftbildarchiv (LBA)

Jahrgang mB Auftraggeber ck/Bildformat Emulsion

Kriegsluftbilder 1943-

1945

4‘-60‘ Aufklärungsflüge der

US-Armee

91/18x21,

60+30+15/23x23

s/w

Sommer 1945 40‘ US-Armee 15/23x23 s/w

Sommer 1953 22‘ SU-Armee 20/30x30 s/w

1980-89 5‘, 12,5‘, 18‘, 27‘ Geodäsie und

Kartographie

30+15/23x23 s/w

1989-2008 12,5‘

z.T.: 3‘, 7‘, 14‘

TLVermA / TLVermGeo 15/23x23 s/w,

z.T. color

2010 - heute 18 cm

Bodenauflösung

TLVermGeo Digitale Luftbildkameras

mit Flächensensoren

s/w, color,

nahes Infrarot

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Digitale Höhenmodelle

des

TLVermGeo

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- Geländemodell

Oberfläche ist die

Geländeoberfläche, das

Relief.

- Oberflächenmodell

Oberfläche ist die Oberfläche

der Vegetation und künstlichen

Objekte sowie in offener Land-

schaft des Geländes.

- Beschreibung einer Oberfläche durch ein Punktraster in

Lage (X,Y) und Höhe (Z)

Höhenmodelle

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Geländemodell (DGM) Oberflächenmodell (DOM)

Erfurt

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Höhenmodelle des TLVermGeo

- Datengrundlage:

• Erfassung durch Laserscanning-Verfahren ab 1996

1996 – 2006 : mittlere Punktabstände : 4,5 m – 1,5 m

mittlere Punktdichte : 0,05-1,8 Punkte/m²

2010-2014 ff : mittlere Punktabstände : 0,5 m

mittlere Punktdichte : 4 Punkte/m²

• unregelmäßig verteilte Punkte

Ableitung regelmäßiger Rasterweiten (DGM+DOM)

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Höhenmodelle des TLVermGeo

- Genauigkeit :

• Standardabweichung in der Lage <= |30| cm

• Standardabweichung in der Höhe <= |15| cm

- Fortführung durch :

• stereoskopische Luftbildauswertung – lokal; nur für DGM

• Laserscanning-Verfahren

- Nutzung :

• Berechnung des DGM2 und DOM2

• Entzerrung der Luftbilder (Orthophoto-Herstellung)

• 3D-Gebäudemodell LoD1 und LoD2

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DGM mit 5m x 5m Rasterweite DGM mit 2m x 2m Rasterweite

Laserscanning 2014 Au

tob

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AB

4 -

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be

rgtu

nne

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Laserscanning 1996/1997

Geländemodell des TLVermGeo

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- Vermessung (DGM)

• Orthophotoherstellung, Gestaltung topographischer Karten

- Wasserwirtschaft (DGM)

• Hochwasserschutz, -simulationen

- Verkehrswesen (DGM+DOM)

• Trassenprojektierung, Flugsimulation, Schallausbreitungsmodell

- Telekommunikation(DGM+DOM)

• Funknetzplanung, Abschattungsberechnung

- Landwirtschaft (DGM)

• Bodenerosionsanalyse, Hangneigungsberechnung

Anwendungen des DGM und DOM

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- Erfassung -

- reflektorlose Entfernungsmessung

(Laser)

- Positionsbestimmung mit GPS

- Neigungsbestimmung mit inertialem

Navigationssystem (INS)

Airborn-Laserscanning-Verfahren

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- dichter Punktabstand

durch hohe Pulsfrequenz

Durchdringung von Vegetation

- Mehrfachreflektionen z.B. an

Vegetation

Punktwolken, die sowohl den Boden

als auch die Vegetation, Bauwerke und

Gegenstände umfasst

- Erfassung -

Airborn-Laserscanning-Verfahren

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Trennung der Punktwolke in:

• Bodenpunkte Geländemodell (DGM)

• Nichtbodenpunkte Teil d. Oberflächenmodells (DOM)

Profil durch

Punktwolke

- Klassifizierung -

Airborn-Laserscanning-Verfahren

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- Landesluftbildarchiv

Frau Kinzel, 0361 / 57 41 76 450,

[email protected]

- Photogrammetrie

Frau Seela, 0361 / 57 41 76 420,

[email protected]

Für weitere Informationen :

Wasserburg Heldrungen 1999

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !