Photogrammetrie im TLVermGeo - thueringen.de · Infos zur Photogrammetrie für Uni Erfurt/Grundschulpäd./Dr. Raith 13.12.2018 Anett Seela ([email protected]) 3

Infos zur Photogrammetrie

für Uni Erfurt/Grundschulpäd./Dr. Raith

13.12.2018 Anett Seela ([email protected]) 1

Photogrammetrie im TLVermGeo




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

Quellen : Werbeprospekt Messbildstelle Dresden




- spezielle Verfahren und Instrumentarien notwendig • Spezialkameras

• Auswertetechnik

- hohe Anforderungen an Hard- und Software • digitale Bildverarbeitung

Photogrammetrie

- Das Messen in Photos -




- 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

Quelle

n :

Werb

epro

spekt

Carl Z

eis

s J

ena




Dokumentation historischer Bauwerke





Ermittlung von Maßangaben zur Restaurierung

Altar der Dresdner Frauenkirche





- 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

Quellen : Werbeprospekt Carl Zeiss Jena GmbH




- Aufnahmesystem • Standort in sehr großen Höhen

(Weltraum), beweglich

• Sensoren : - optische (multispektral)

- Radar

- Aufnahmeobjekt • Gelände, Erdoberfläche

Fernerkundung

- Anwendung, z.B.:

• Beobachtung Landbedeckung, Ermittlung von Veränderungen, Notfalldienste

• Copernicus (europäisches Erdbeobachtungsprogramm)

Quelle : Wikipedia 12.12.2018;




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

Quellen : Werbeprospekte der genannten Firmen




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


Quelle

n :

Werb

epro

spekt

Carl Z

eis

s J

ena G

mbH




- Prinzipskizze – Aufbau -

Luftbildkamera

Optik

Filmkassette bzw.

Speicher

Aufhängung zur Kompensation

der Flugzeugbewegungen





- 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





- durch das Objektiv der Aufnahmekamera

- Zunahme von der Objektivmitte radial zum Rand

- Abbildungsgesetze der Zentralprojektion nicht anwendbar

Verzeichnung so gering wie möglich durch Linsensystem

„Lupeneffekt“ = gekrümmte

Geraden, Kissenbild

Verzeichnungen im Luftbild




- stabilisierte Plattform, die die 3

Drehbewegungen des

Flugzeuges kompensiert

- Bildwanderungsausgleich,

gleicht die Vorwärtsbewegung

des Flugzeuges während der

Aufnahme aus

- spezielle Montage im Flugzeug -

Luftbildkamera





- 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





Das

Luftbild

(LB)




- Zentralprojektion

- Verzeichnungen durch das Objektiv

- Verzerrungen durch Höhenunterschiede im Gelände

- unbekannte Orientierung

- kein einheitlicher Maßstab

- kein Koordinatenbezug

Das Luftbild (LB)




Nicht möglich sind :

- Höhenmessungen

- Lagemessungen

- Entfernungsmessungen

- stereoskopische Betrachtungen

- Montagen

Geeignet für :

- Interpretationen

Das Luftbild (LB)




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




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




- Aerotriangulation, Berechnung der Verzeichnung

- Passpunkte (signalisiert oder luftsichtbare

topographische Objekte; z.B. Kanaldeckel)

2. Orientierung der Luftbilder



Signalisierung als Winkel und als Kreis

Ergebnis :

orientiertes Luftbild mit

Georeferenzierung




- Zentralprojektion

- bekannte Verzeichnungen durch das Objektiv

- Verzerrungen durch Höhenunterschiede im Gelände

- bekannte Orientierung

- kein einheitlicher Maßstab

- Koordinatenbezug

Das orientierte Luftbild (LB)





- Montagen

Geeignet für :

- Interpretationen

- Lagemessungen

- Höhenmessungen


- stereoskopische Betrachtungen

Spezielles

Instrumentarium

notwendig

Das orientierte Luftbild (LB)




3. Herstellung des Digitalen Geländemodells (DGM)

4. Entzerrung der Luftbilder

durch

- photogrammetrische Höhenmessung als 3dimensionale Auswertung

(Stereoskopie) oder

- Airborne Laserscanning

um die Verzerrungen, die durch die Höhenunterschiede im Gelände

verursacht werden, im Schritt 4. berücksichtigen zu können

Berechnung der Orthophotos



Ergebnis : entzerrtes Luftbild (Orthophoto)




- 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)





- Höhenmessungen

Geeignet für :

- Interpretationen

- Lagemessungen


- Montagen

- Das entzerrte Luftbild -

Das Orthophoto (OP)




• Luftbilder Photogrammetrie,

Landesluftbildarchiv

• orientierte Luftbilder, -paare Photogrammetrie,

3D-Auswertung

Erstellung DGM,

Gebäudeauswertung

• Orthophotos Topographie,

Landschaftsmodell

Verwendung auch in : - Katasterbereichen, Flurneuordnung

- Verwaltung (TMLNU, OFD, Kommunen)

- Wirtschaft

- Schulen, Hochschulen

- Web-Dienste (Geoproxy, Google, bing)

TLVermGeo : Produkte und ihre Verwendung




- Bildflugbedingungen -

- Zweck : • topographische Fortführung

• Fortführung Geländemodell

• Auswertung der Gebäudegrundrisse und Dachformen

- 18 cm Bodenauflösung

- Kammerkonstante (Brennweite) ca. 10 cm

- Befliegungszeitraum : 15.3.-15.4.

- laublose Vegetation

- Sonnenstand > 30°

- frei von Schnee, Überschwemmungen, Wolken, Dunst

Bildflüge des TLVermGeo




- Überdeckung • mind. 60% Längsüberdeckung

• mind. 40% Querüberdeckung

- Flugrichtung • Längsstreifen

Ost/West, West/Ost

• Querstreifen

i.d.R. Nord/Süd, Süd/Nord

- Bildflugbedingungen -

Bildflüge des TLVermGeo



Bildflug 2018 : i.A. L 60%, Q 40%

201802_SDH 201803_ART

201807_SLZ 201808_SM

201809_MGN

201810_HBG

201811_ARN

201804_EF

201805_WE 201806_JE

201901_NDH

201903_SDH

201909_GRZ

201911_SCZ

201908_PN

201906_GE

201912_SON

201905_EA

201904_MHL

201902_HIG

201907_RU

201910_SLF

201801_NDH

Befliegungsgebiete 2018 und 2019

Bildflug

großformatige digitale Luftbildkameras mit Flächensensoren, Boden-auflösung 18 cm, GPS/INS, PAN-Luftbilder, RGBI-Luftbilder (rot-grün-blau-nahes infrarot als 4-Kanalbilder) 201801_NDH Bezeichnung Bildfluggebiet Bildflugfirma mit Kameratyp Begrenzungen der Bildfluggebiete sind unabhängig vom Kartenblattschnitt

Stand : 28.11.2018

Bildflug 2019 : i.A. L 80%, Q 40%+ 50%

Bild

flü

ge d

es T

LV

erm

Geo

2-J

ah

res

-Zyklu

s




Das

Landesluftbildarchiv

in

Thüringen

1999 Erfurt, Steigerwaldstadion

1945



2018-11-15 Anett Seela ([email protected]) 32

- 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

Landesluftbildarchiv (LBA) - Aufgaben -




- TLVermGeo

- Dritte : • Verwaltung: z.B. Landwirtschaft, Flurneuordnung, Umwelt,

Geologie, Polizei, Kommunen

• Wirtschaft: z.B. Versorgungsunternehmen, Ingenieurbüros,

Gutachter

• Privatpersonen

• Schulen, Hochschulen, Institute, Forschungsanstalten

Landesluftbildarchiv (LBA) - Nutzer -




- 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 Landesluftbildarchiv im TLVermGeo




Gesamtbestand :

• ca. 194.300 LB-Originale, davon ca. 3% analog; Stand incl. vollst. Bifl2018

• ca. 50.000 DOP; Stand incl. vollst. Bifl2017

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

Das Landesluftbildarchiv im TLVermGeo - Luftbildbestand -




Übersichten : www.thueringen.de/th9/tlvermgeo/geoinformation/geotopographie/luftbilder

Das Landesluftbildarchiv im TLVermGeo - Luftbildbestand -




Digitale Höhenmodelle

des

TLVermGeo




- 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




Geländemodell (DGM) Oberflächenmodell (DOM)

Erfurt




Höhenmodelle des TLVermGeo

- Datengrundlage:

• Erfassung durch Airborne Laserscanning-Verfahren

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)




Höhenmodelle des TLVermGeo

- Genauigkeit :

• Standardabweichung in der Lage <= |30| cm

• Standardabweichung in der Höhe <= |15| cm

- Fortführung durch :

• stereoskopische Luftbildauswertung – lokal; nur für DOP

• Airborne Laserscanning-Verfahren

- Nutzung :

• Berechnung des DGM2, DGM1 und DOM2, DOM1

• Entzerrung der Luftbilder (Orthophoto-Herstellung)

• 3D-Gebäudemodell LoD1 und LoD2




Zyklus der Höhenmodelle des TLVermGeo

Laser_2xx_2016

ungefähre Gebietsgrenzen !!

Erfassung/Klassifizierung 2014






Lasergebietsname :

Laser_Nr.Bearbeitungsgebiet_Jahr d. Hauptarbeiten

Freistaat Thüringen

Landesamt für Vermessung und Geoinformation

Zyklische Erfassung primäres DGM

durch Airborne Laserscanning Verfahren

mit 4 Punkten pro m²

ab 2014

zur Fortführung des DGM, DOM und LoD2

Stand : 01/2017

Laser_2xx_2014

Laser_2xx_2015

Laser_2xx_2017

Laser_2xx_2018

Laser_2xx_2019




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

Laserscanning 2014 Au

tob

ahn B

AB

4 -

we

stlic

he

r Te

il d

es J

agd

be

rgtu

nne

ls

Laserscanning 1996/1997

Geländemodell des TLVermGeo




- 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




- Erfassung -

- Entfernungsmessung (Laser)

- Positionsbestimmung mit GPS

- Neigungsbestimmung mit inertialem

Navigationssystem (INS)

Airborne-Laserscanning-Verfahren

Quellen : Werbeprospekt TopScan GmbH




- 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 -


Quellen : Werbeprospekt TopScan GmbH




Trennung der Punktwolke in : • Bodenpunkte Geländemodell (DGM)

• Nichtbodenpunkte Teil d. Oberflächenmodells (DOM)

Profil durch

Punktwolke

- Klassifizierung -


Quellen : Werbeprospekt TopoSys GmbH




- 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 !

Documents

Photogrammetrie im TLVermGeo - thueringen.de · Infos zur Photogrammetrie für Uni Erfurt/Grundschulpäd./Dr. Raith 13.12.2018 Anett Seela ([email protected]) 3