Ανάπτυξη φωτογραμμετρικών μεθόδων δύο μέσων για τη γεωμετρική τεκμηρίωση μνημείων

Abstract

Η αλματώδης ανάπτυξη της τεχνολογίας των τελευταίων ετών έχει ανοίξει νέους ορίζοντες στη Φωτογραμμετρία, ξεπερνώντας εμπόδια που παλιότερα ήταν ανυπέρβλητα, μειώνοντας τον χρόνο, αυξάνοντας την ακρίβεια των αποτελεσμάτων και πολλαπλασιάζοντας τις εφαρμογές. Ωστόσο, ενώ η συνεχής ανάπτυξη φωτογραμμετρικών μεθόδων για την γεωμετρική τεκμηρίωση μνημείων σε στεριά και θάλασσα φαίνεται να συμβαδίζει, οι τεχνικές για την αποτύπωση ενάλιων αρχαιολογικών χώρων, κείμενων σε μικρό βάθος είναι ανεπαρκείς ενώ η εφαρμογή των κλασικών μεθόδων αδύνατη ή αντιοικονομική. Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία, μέσω της αποτύπωσης καταποντισμένου αρχαιολογικού χώρου στην περιοχή της Επιδαύρου, σε βάθος που κυμαίνεται από 0.5 έως 2 μέτρα, επιχειρεί την ανάπτυξη τέτοιων Φωτογραμμετρικών μεθόδων δύο μέσων για την γεωμετρική τεκμηρίωση μνημείων. Αφού ανασκοπείται η σχετική βιβλιογραφία που πραγματεύεται αντίστοιχες εφαρμογές σε δύο μέσα αλλά και μονάχα στο νερό, αναφέρονται οι διαδικασίες συλλογής και επεξεργασίας των απαραίτητων δεδομένων. Ανάμεσά τους συγκαταλέγονται οι βαθμονομήσεις της φωτογραφικής μηχανής που χρησιμοποιήθηκε στην ξηρά και στο περιβάλλον αέρα/νερού, η ίδρυση του απαραίτητου γεωδαιτικού δικτύου, ο προγραμματισμός και η πραγματοποίηση των λήψεων των εικόνων μέσω ειδικού τρίποδα ανύψωσης. Επιπλέον γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στα ειδικά προβλήματα που προκαλούνται από την παρουσία του νερού καθώς και στην αντιμετώπισή τους. Γίνεται αναφορά στην πρόκληση σφαλμάτων λόγω των κυματισμών, στην αλλοίωση των χρωμάτων και στην μέθοδο αντιμετώπισής της. Ιδιαίτερη σημασία δίνεται στις επιδράσεις της διάθλασης της οπτικής ακτίνας στη διαχωριστική επιφάνεια αέρα/νερού στις φωτογραμμετρικές εργασίες δύο μέσων και στη Συνθήκη Συγγραμμικότητας και σχεδιάζεται ειδικό πρόγραμμα διόρθωσής τους βασισμένο στην αναλυτική γεωμετρία. Ο αλγόριθμος αυτός, εφαρμόζεται πριν το στάδιο της καθαυτό φωτογραμμετρικής επεξεργασίας. Σχολιάζονται τα προβλήματα που προκαλεί στον προγραμματισμό λήψεων και συγκρίνονται τα αποτελέσματα των Φωτογραμμετρικών προσανατολισμών εικόνων διορθωμένων και μη, δημιουργώντας δύο ξεχωριστά μπλοκ. Παρατηρείται η συστηματικότητα των σφαλμάτων που προκύπτουν αλλά και η σχέση της μεταβολής της εστιακής απόστασης της μηχανής με τη μεταβολή των υψών λήψεως διορθωμένων και αδιόρθωτων εικόνων. Σχολιάζονται τα προβλήματα που προέκυψαν κατά την συλλογή των Ψηφιακών Μοντέλων Υψομέτρων αλλά και κατά την παραγωγή ορθοφωτογραφιών. Παράγονται ορθοφωτογραφίες του αρχαιολογικού χώρου σε κλίμακα 1:50, σχεδιάζεται μηκοτομή του και αναφέρονται χαρακτηριστικά παραδείγματά τους. Τέλος, σχολιάζονται τα τελικά παράγωγα και παρατίθενται συμπεράσματα και προτάσεις για μελλοντική εργασία.

The rapid development of technology in recent years has opened new horizons in Photogrammetry, overcoming obstacles sometimes insurmountable, reducing time and increasing accuracy of results. However, while the continuous development of close-range Photogrammetric methods for the geometric documentation of monuments on land and sea seem to go hand in hand, techniques for capturing marine archaeological sites situated at shallow depth are inadequate while application of traditional methods is impossible or uneconomical. This diploma thesis aims to develop two-media (through air and water) photogrammetric techniques through modelling of submerged archaeological site of Epidaurus in a depth ranging from 0.5 to 2 meters. Afterwards the relevant literature is reviewed that addresses some respective applications in two-media and also in water, indicating the procedures for the necessary data acquisition and processing. These procedures include among others the calibration of the digital non-metric camera used under different working conditions involving two media (air/water), the establishment of the necessary geodetic network and planning and implementation of taking pictures with the help of a special tripod. Moreover specific reference is made to the various problems caused by the presence of water and how they were addressed. Errors in depth determination caused by waves, colour absorption and chromatic aberration are also being addressed. Particular attention is given to the effects of refraction at the air/water interface on the Condition of Collinearity. To re-establish collinearity, a simple refraction correction algorithm based upon analytical geometry was developed and is described. This algorithm is implemented before the stage of photogrammetric processing. Problems are also mentioned, which are caused by the presence of water at the planning and implementation of shooting pictures and comparison of the results of Orientations between refraction corrected and non-corrected images by creating two separate blocks of images is also performed. It is also observed that systematic errors arose because of the refraction effects and that there is correlation between the change of focal length of the camera and the camera heights. Some problems have also been encountered in the acquisition of DEMs and the creation of ortho-images. Finally, ortho-images are being generated and cross section data were collected.