Σχεδιασμός, ίδρυση και μέτρηση πεδίου ελέγχου για τη βαθμονόμηση μηχανών αεροφωτογράφησης

Abstract

Η φωτογραμμετρία με χρήση αερομηχανών αποτελεί μια θεμελιώδη τεχνική για την παραγωγή αξιόπιστης, γεωμετρικά ακριβούς και υψηλής ευκρίνειας, πληροφορίας. Η βέλτιστη χρήση αυτής της τεχνολογίας και ειδικότερα σήμερα της ψηφιακής απεικόνισης, επιτρέπει τη γρήγορη συλλογή στοιχείων, την υψηλή ακρίβεια, το υψηλό επίπεδο αυτοματοποίησης και μια τεράστια αύξηση στις διάφορες επιστημονικές εφαρμογές. Η αξιοπιστία όμως, η ακρίβεια και η αποδοτικότητα της εναέριας φωτογραμμετρίας βασίζονται, αρχικά στη βαθμονόμηση των υψηλής ποιότητας δεκτών και έπειτα στην αυστηρή επεξεργασία των δεδομένων. Ενώ λοιπόν οι αναλογικές αεροφωτογραφικές μηχανές σχεδόν πάντα βαθμονομούνται στο εργαστήριο, οι διαδικασίες βαθμονόμησης των ψηφιακών συστημάτων βρίσκονται ακόμα υπό ανάπτυξη. Οι προκλήσεις που υπεισέρχονται στην ανάπτυξή τους, αφορούν την εκτενή ποικιλία και ιδιομορφία των ψηφιακών μηχανών και την ανάγκη για τη ραδιομετρική βαθμονόμησή τους, πέρα από την ακριβή γεωμετρική βαθμονόμηση όλου του συστήματος. Οι τελευταίες ωστόσο τεχνολογικές καινοτομίες, όπως η άμεση γεωαναφορά με χρήση συστημάτων GPS/INS, αλλά και η ανεπάρκεια των εργαστηριακών μεθόδων να συμπεριλάβουν τις πραγματικές επιχειρησιακές συνθήκες (airborne conditions), κάνουν τη βαθμονόμηση με χρήση πεδίου ελέγχου (Test field calibration) μια εναλλακτική, αλλά και απαραίτητη προσέγγιση για τον καθορισμό των παραμέτρων του εσωτερικού προσανατολισμού των μηχανών λήψης. Η υπόθεση που μελετήθηκε στην εργασία αυτή, αφορούσε καταρχάς την αναγκαιότητα και τη δυνατότητα κατασκευής ενός πεδίου ελέγχου, καθώς και τις προδιαγραφές του. Συγκεκριμένα, έγινε έρευνα στην υπάρχουσα βιβλιογραφία όσον αφορά την έκταση και γεωμετρία ενός πεδίου, το τρόπο υλοποίησής του και τη μέθοδο μέτρησης και προσδιορισμού του. Στη συνέχεια, η μεθοδολογία για τη βαθμονόμηση των αναλογικών και ψηφιακών μηχανών, χρησιμοποιώντας ένα τέτοιο πεδίο ελέγχου, αλλά και η σύγκριση των αποτελεσμάτων αυτών με τη βαθμονόμηση εργαστηρίου (από την οποία υπάρχει ήδη πρόσφατο πιστοποιητικό), αποτέλεσαν αντικείμενο παράλληλων διπλωματικών εργασιών των Ξυνογαλά Ε. και Παπαδόπουλου Ν. (2010). Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν, προέρχονταν από λήψη με την αναλογική φωτογραφική μηχανή RMK TOP 15 της Zeiss και την ψηφιακή DMC της Zeiss/Intergraph. Το πεδίο ελέγχου του Εργαστηρίου Φωτογραμμετρίας της ΣΑΤΜ του Εθνικού Μετσοβίου Πολυτεχνείου, που δημιουργήθηκε σε συνεργασία με την εταιρεία Geomatics A.E., στο Λαύριο Αττικής, απέδειξε τελικά ότι ένα μόνιμο πεδίο όπως αυτό, είναι εφικτό να κατασκευαστεί και μπορεί να αποτελέσει ένα αποδοτικό, ιδιαίτερα αυτοματοποιημένο και αξιόπιστο εργαλείο για τη βαθμονόμηση των συστημάτων αεροφωτογράφισης στην Ελλάδα. Αξίζει τέλος να αναφερθεί, ότι η ίδρυση του πεδίου αυτού αποτελεί την πρώτη ουσιαστική προσπάθεια στη χώρα και είναι αναγκαίο να σηματοδοτήσει την αρχή, ώστε η ελληνική επιστημονική κοινότητα, αλλά και οι ιδιωτικοί φορείς που δραστηριοποιούνται στο πεδίο της φωτογραμμετρίας, να κατανοήσουν τα οφέλη της ύπαρξης ενός τέτοιου έργου και έτσι να στηρίξουν, να συντηρήσουν, να ενισχύσουν και να αναπτύξουν περαιτέρω το όλο αυτό εγχείρημα.

Airborne photogrammetry constitutes a fundamental technique for the production of reliable, geometrically accurate and high-resolution information. The most optimal use of this technology, and more specifically in our days of digital imaging, allows for fast data collection, high accuracy, high level of automation, and has caused huge increase in various scientific applications. But the reliability, the accuracy and the efficiency of airborne photogrammetry are based, initially on the calibration of high quality sensors and then on the rigorous processing of data. While the analog airborne cameras are almost always calibrated in the laboratory, the calibration processes of the digital photogrammetric airborne imaging systems are under development. The challenges caused by their growth, pertain to the extensive variety and peculiarity of digital machines and to the need for their radiometric calibration, not mentioning the precise geometric calibration of the whole system. However, the last technological innovations, such as direct georeferencing with the use of GPS/INS systems, and also the insufficiency of laboratory methods to the real operational conditions (i.e. airborne conditions) into account, make the test field (Test field calibration) an alternative, but also an essential approach for the determination of the parameters of the interior orientation of the cameras. The main aim of the present thesis was to study the necessity and the feasibility of the construction of a test field, as well as its detailed specifications. Consequently, the existing literature was examined, with the extent and the geometry of the test fields in mind, its establishment and the measurement method for the determination of the co-ordinates of the points. Then, a methodology for the calibration of the analogue and digital cameras using such a test field was developed, and, in addition, the comparison of the results with the laboratory calibration (available through a recent calibration certificate), via two parallel diploma theses (Xynogalas, 2010; Papadopoulos, 2010). The image data used, were acquired by the analogue RMK TOP 15 of Zeiss and the digital DMC of Zeiss/Intergraph cameras. The test field of the Laboratory of Photogrammetry of the School of Rural and Surveying Engineering of NTUA (National Technical University of Athens), was constructed in collaboration with the company Geomatics A.E., in Lavrion area of Attica, and proved that a permanent field as this is feasible, and can constitute an efficient, particularly automated and reliable tool for the calibration of airborne systems in Greece. Finally it is worth mentioning that the establishment of this test field constitutes the first essential effort in our country and we hope it signals the beginning, for the Greek scientific community, but also the private institutions active in the field of photogrammetry, to comprehend the benefits of the existence of such a work and thus they should contribute to its maintenance, support and further development of all this effort.