1

CURS 2

1.3.1 METODE I PRODUSE FOTOGRAMMETRICE

Produsele fotogrammetrice pot fi grupate n urmtoarele categorii principale: fotograma, mozaicul, fotoplanul, planul restituit, ortofotoplanul sau ortofotoharta, date numerice (suprafee, volume, coordonate etc.), hri tematice, produse speciale. Fotograma este produsul primar n fotogrammetrie-teledetecie (fig.2.1). Se obine n urma procesului de aerofotografiere cu ajutorul camerelor aerofotogrammetrice (fig.2.2,a). Fotograma aerian poate avea unul din formatele:18cm/18cm, 23cm/23cm sau 30cm/30cm. Fotograma cu geometrie constant este obinut printr-o singur expunere cu ajutorul camerelor aerofotogrammetrice, fototeodolitelor, camerelor multispectrale cu obiectiv unic montate pe o platform terestr, aerian sau satelitar. Legile de formare i corectare a deformaiilor geometrice datorate nclinrii axului optic al camerei de preluare fa de verticala locului (unghiurile i care sunt constante pentru ntreaga imagine), distorsiunea sistemului optic, refracia atmosferic, curbura Pmntului etc. se pot aplica pentru ntreaga imagine adoptnd un model matematic general (fig.2.2,b). Fotograma cu geometrie dinamic se obine prin baleiaj n spaiul-obiect cu ajutorul unor senzori optico-mecanici sau opto-electronici, prin compunerea n mod secvenial, pixel cu pixel, linie cu linie sau cadru cu cadru a imaginii digitale. Un astfel de sistem are componentele artate n figura 2.3. Elementele de orientare exterioar vor fi diferite pentru fiecare pixel, linie de baleiaj sau cadru din cuprinsul imaginii digitale. n acest mod opereaz camerele fotoaeriene cu fant, panoramice, dispozitivile optico-mecanice de baleiaj sau dispozitivele opto-electronice de baleiaj (uni- sau bidimensionale). De calitatea geometric i fotografic a fotogramei obinute, n urma aerofotografierii, depinde precizia i calitatea produselor obinute. Elementele de orientare exterioar ale acestei fotograme sunt diferite de la pixel la pixel, de la o linie-imagine la alta sau de la grup de linii-imagine la altul, n funcie de modul de baleiaj specific senzorului utilizat. Fotograma, atunci cnd este nregistrat de sistemele optico-mecanice sau opto-electronice pe un suport transparent, se numete fotogram analogic, iar cnd aceste sisteme de nregistrare formeaz imaginea digital, sub form de rastru, n care fiecare element imagine sau pixel (care este un element de suprafa) este dat prin linia i coloana sa n cadrul imaginii, se numete fotogram digital. Atunci cnd, prin operaia de digitizare prin scanare o fotogram analogic este stocat pe un suport magnetic se obine o fotogram digitizat.

2

b

a aerofotografiateImaginea zonei

Directia de zbor

Fig. 2.1 Fotograma aerian i datele auxiliare nregistrate concomitent cu preluarea: a-n mod analogic (camera MRB-Zeiss); b-n mod digital (camera Wild R C 20); 1-indicii de referin; 2-imaginea nivelei sferice; 3-ora; 4 i 5 indicatorul nlimii de zbor; 6-numrul conului obiectivului utilizat; 7-constanta camerei; 8-numrul casetei de film utilizate; 9-denumirea proiectului; 10-data prelurii; 11-numrul fotogramei; 12-scara de gri; 13-date privind orientarea exterioar din timpul prelurii; 14-acoperirea; 15-timpul de expunere; 16-compensarea trenrii; 17-scara fotogramei; 18-numrul foii de hart; 19, 20, 21-longitudinea, latitudinea i altitudinea de preluare; 22-viteza de deplasare a filmului; 23-deschiderea diafragmei; 24-factorul de filtrare; 25-utilizatorul; 26-numrul de contract; 27-tipul de film utilizat; 28-tipul de filtru; 29-instituia care face zborul; 30-echipajul; 31-voltajul; 32-presiunea pompei de vacuum; 33-cod de eroare; 34-seria camerei.

3

l

Fig.2.2 Obinerea i formarea fotogramei cu geometrie constant; a camera aerofotogrammetric: 1-obiectivul; 2-corpul camerei; 3-caseta de film; 4-bobina receptoare; 5-bobina debitoare; 6-fotograma; b formarea fotogramei cu geometrie constant: 1-piramida optic interioar; piramida optic exterioar; ,, -elementele unghiulare de orientare exterioar a fotogramei; l-latura fotogramei n planul imagine; L-latura fotogramei n teren; H-altitudinea de aerofotografiere; kc - constanta camerei de preluare; O - centrul de proiecie

Fig.2.3 Principalele pri componente ale unui sistem de preluare a imaginii digitale: 1-motor; 2-oglind de baleiaj; 3-sistem optic de focusare; 4-sistem optic de dispersie; 5-detectorii; 6-sistem de amplificare; 7-prelucrarea semnalului; 8-transmisia la sol sau nregistrarea pe suport magnetic.

Cele dou tipuri de prezentare digital a fotogramelor pot fi prelucrate geometric, radiometric i exploatate. Mozaicul se obine prin asamblarea fotogramelor, pentru evidenierea acoperirilor realizate la preluare, precum i dispunerea benzilor adiacente de fotograme n zona aerofotografiat. Fotoplanul se obine prin redresarea fotogramelor, care este o operaie de transformare a fotogramei nclinate ntr-o fotogram pentru care axul optic al camerei de preluare s aib o poziie impus (de obicei nadiral), precum i o aducere la o scar dat pentru fotograma transformat.

4

Redresarea optico-mecanic se efectueaz n terenuri plane pentru care avem diferene de nivel mici sau 500/pm . Redresarea se poate efectua pe baza unor date auxiliare ( )00 ,,,,,, kc sau pe baza unor puncte de sprijin date prin coordonatele-teren i schia de descriere pentru identificarea lor n planul fotogramei. Fotogramele astfel redresate se asambleaz pentru a acoperi o foaie de plan innd seama de poziia raportat a punctelor de sprijin. Se completeaz cu reeaua kilometric, toponimie, cu elementele cadrului interior i exterior foii de plan i se obine fotoplanul sau fotoharta, care are toate caracteristicile unei hri i difer de aceasta prin faptul c prezint i imaginea fotografic a detaliilor n loc de semne convenionale corespunztoare acestor detalii. n terenurile accidentate redresarea optico-mecanic nu poate fi aplicat, n acest caz trebuie inut seama de influena diferenelor de nivel din teren. Acest lucru se realizeaz prin redresarea diferenial sau ortofotoredresarea. Transformarea fotogramei nclinate ntr-o proiecie ortogonal se realizeaz, n acest caz, prin preluarea din spaiul-imagine folosind baleierea profil cu profil a acesteia, a unor elemente punctiforme, liniare sau de suprafa i expunerea acestora funcie de cota lor medie la o scar impus obinndu-se astfel ortofotoharta sau ortofotonegativul. Planul restituit este cel mai important produs obinut pe baza exploatrii fotogramelor, constituind i cel mai mare domeniu de aplicare al fotogrammetriei. Ansamblul a dou fotograme adiacente dintr-o band de fotograme cu o acoperire longitudinal cuprins ntre 60% i 90% formeaz o stereogram. Exploatarea stereogramei prin procedeul observrii stereoscopice se numete stereorestituie sau restituie. Aceasta se efectueaz la aparate special construite numite aparate de exploatare stereofotogrammetric, atunci cnd se prelucreaz fotograma analogic, n timp ce exploatarea fotogramei digitale sau digitizate se efectueaz la staii digitale fotogrammetrice. Aceast prelucrare se efectueaz pe baza punctelor de sprijin, puncte cunoscute prin coordonatele-teren (din reeaua de triangulaie sau nivelment, pot fi determinate prin reperaj fotogrammetric sau aerotriangulaie), precum i prin imaginea lor identificat, marcat i numerotat pe fotogram. Punctele de sprijin trebuie s aib o dispunere la limita zonei utile a stereomodelului (fig.2.4). Etapele exploatrii stereogramei sunt:

a) orientarea interioar este operaia care const n reproducerea fasciculului fotogrammetric de la preluare. Se poate efectua prin congruen sau afinitate;

b) orientarea exterioar a stereogramei este operaia care const n aducerea stereogramei n sistemul de referin i se realizeaz n dou etape:

- orientarea relativ este operaia de orientare reciproc a celor dou fascicule fotogrammetrice generate la proiecie de cele dou fotograme, astfel nct s reproducem condiiile de la preluare. n urma orientrii relative direciile corespondente ale celor dou fascicule se intersecteaz dou cte dou, iar mulimea acestor puncte formeaz modelul stereoscopic sau stereomodelul. Stereomodelul se formeaz prin eliminarea paralaxelor transversale n punctele standard ale stereogramei.

5

Fig.2.4 Zona util a stereomodelului: 1,2,3,4,5,6 dispunerea punctelor standard;

A,B,C,D,E,G,H dispunerea punctelor de sprijin

Stereomodelul format n urma orientrii relative are o orientare i o scar total diferite de sistemul de referin teren i de scara de stereorestituie.

- orientarea absolut este operaia n cadrul creia se aduce stereomodelul n sistemul de referin i la scara de exploatare. Aceast operaie comport o aducere n scar aproximativ, orizontalizarea stereomodelului i apoi punerea n scar definitiv;

c) exploatarea planimetric i altimetric a stereomodelului este operaia prin care se ntocmete originalul de stereorestituie al planului sau hrii. n cadrul acestei operaii se extrage informaia metric prin trasare grafic (trasarea n culori, prin gravare sau imprimare fotografic a poziiei detaliilor planimetrice), prin digitizare dinamic (digitizarea n baz de timp sau spaiu a detaliilor planimetrice sau curbelor de nivel urmrite cu marca de msurare n stereomodel) sau digitizare static (punctarea detaliilor punctiforme, cu marca de msurare i aplicarea semnelor convenionale corespunztoare) sau a punctelor de cot n stereomodel. Pentru exploatarea planimetriei trebuie s inem seama de atlasul de semne convenionale, pentru scara corespunztoare, i de fotointerpretarea de teren efectuat n acest scop. Fotogramele fotointerpretate la teren trebuie s conin detaliile ce pot fi reprezentate la scar, identificate la teren i completate cu caracteristicile principale care trebuie s apar pe plan (tonaj, material construcie la poduri sau nlimea, specia i densitatea la pduri etc.) i toate detaliile care nu apar pe fotogram dar care trebuie reprezentate pe plan, precum: reele subterane, limite administrative etc. Fotogramele fotointerpretate trebuie s conin toponimia principalelor elemente ce apar pe planul restituit, culeas, verificat i selectat la teren.

6

Originalul astfel obinut trebuie completat la teren privind detaliile care nu au putut fi identificate precis i trasate din stereomodel (detalii punctiforme mici ce nu pot fi identificate, situate n umbr etc.)

1.3.2 TENDINE MODERNE N FOTOGRAMMETRIE

Fotogrammetria este o tiin i tehnologie modern. Fotogrammetria clasic bazat pe exploatarea imaginii analogice obinut numai n zona vizibil a spectrului electromagnetic a fost completat de nregistrri analogice sau digitale preluate n toate zonele spectrului electromagnetic, att la nivel aeropurtat ct i satelitar. Progresele imprimate acestei tiine au fost determinate, pe de o parte, de dezvoltarea fr precedent a sistemelor de preluare care s-au extins asupra ntregului spectru electromagnetic folosind senzori din ce n ce mai performani i, pe de alt parte, a progreselor din domeniul tehnicii de calcul care permit prelucrarea n timp real a unui volum de date din ce n ce mai mare. Printre preocuprile viitoare din domeniul fotogrammetriei se pot enumera i urmtoarele direcii de cercetare:

- dezvoltarea de noi tipuri de senzori, precum i a performanelor celor existeni i mbuntirea stabilitii platformelor sau a determinrilor dinamice ale poziiei lor n timpul prelurii la nivel terestru, aerian i satelitar de preluare;

- dezvoltarea senzorilor optici i din domeniul microundelor n scopul efecturii studiilor asupra geosferei i biosferei;

- dezvoltarea unor tehnologii de cartare n timp real; - dezvoltarea unor sisteme de integrare, gestionare i analiz a datelor n

cadrul unor sisteme informaionale geografice; - integrarea sistemelor de prelucrare a imaginii digitale fotogrammetrice i

interpretare automat a acesteia n cadrul sistemelor de cartografie digital; - dezvoltarea unor tehnologii de calibrare i orientare a noilor senzori; - dezvoltarea de noi algoritmi de reconstrucie tridimensional a suprafeei

obiectelor din spaiu pe baza exploatrii a dou sau mai multe fotograme; - prelucrarea automat a imaginii fotogrammetrice n scopul recunoaterii

automate a diferitelor detalii i extragerea acestora n mod automat; - ntocmirea tehnologiilor de realizare a ortofotohrilor digitale pe baza

Modelului Digital Altimetric al Terenului (MDAT) i a Sistemelor Informaionale ale Teritoriului tridimensionale (SIG 3D);

- extinderea domeniilor de utilizare a fotogrammetriei cu aplicaii specifice n medicin, arhitectur, ingineria mediului, aplicaii inginereti, arheologie etc.;

- dezvoltarea aplicaiilor tematice, pe baza exploatrii nregistrrilor satelitare de mare rezoluie, n studii de poluare, urbanism, amenajare urban i rural etc.;

- dezvoltarea i implementarea unor algoritmi de interpretare complet automat a imaginii.

- Aceste direcii nu exclud i alte preocupri menite s mbunteasc tehnologiile existente sau s duc la automatizarea acestora. n tabelul 2.1 sunt prezentate principalele metode fotogrammetrice, aparatele de exploatare fotogrammetric i principalele produse fotogrammetrice.

7

Tabelul 2.1 Principalele metode i produse fotogrammetrice precum i aparatele la care se obin

Produsul Metoda de obinere Aparatul fotogrammetric utilizat Fotograma Preluare

fotogrammetric Camere aerofotogrammetrice,

Camere multispectrale i digitale Fototeodolite, sisteme fotogrammetrice

digitale pentru distane scurte Fotoplanul Redresare Fotoredresatoare optico-mecanice

Ortofotoplanul Ortofotoredresare Aparate de ortofotoredresare optico-mecanic, sisteme digitale de

ortofotoredresare Planul

topografic Stereorestituie

analogic Aparate de stereorestituie

Coordonate X,Y,Z

Aerotriangulaie Aparate de stereorestituie, Aparate de fotogrammetrie analitic

Planul numeric

Redresare analitic, Stereorestituie

analitic

Aparate de stereorestituie, Aparate de fotogrammetrie analitic

Planul digital Stereorestituie digital Staii fotogrammetrice digitale Hri tematice Stereorestituie,

Prelucrarea imaginii Aparate de stereorestituie,

Staii digitale fotogrammetrice

1.4 DOMENII DE UTILIZARE A FOTOGRAMMETRIEI

Utilizarea la preluare a ntregului spectru electromagnetic a extins considerabil domeniile de utilizare a imaginii cu geometrie constant sau dinamic utilizat n fotogrammetrie. Dac, pn nu demult, principalul domeniu de utilizare al fotogrammetriei a fost ntocmirea planurilor topografice, astzi asistm la o multitudine de aplicaii ale fotogrammetriei i teledeteciei. n domeniul energiilor nalte ale razelor gama, nregistrrile fotogrammetrice permit determinri n acceleratoare de neutroni. Prelucrarea nregistrrilor din domeniul razelor n mod monoscopic sau prin stereoradiografie sunt folosite n aplicaii dintre cele mai diverse n identificarea obiectelor strine n corpul omenesc, n chirurgie la detectarea tumorilor, ulcerelor, n depistarea deformaiilor de poziie ale corpului uman, n stomatologie pentru urmrirea tratamentelor corective ale dinilor etc. Aplicaiile fotogrammetriei i teledeteciei sunt foarte diverse i acoper toate domeniile tehnice ale tiinelor inginereti printre care se pot enumera:

Geologie, pentu studiul resurselor naturale minerale, n sudiul zonelor muntoase;

Glaceologie, pentru studiul evoluiei ghearilor; Agricultur, pentru cartarea, delimitarea i studiul zonelor agricole, deltaice

privind evaluarea produciei vegetale, a cartrii i studiul eroziunii solului sau n estimarea gradului de dezvoltare a covorului vegetal n vederea aplicrii tratamentelor necesare;

Domeniul forestier, pentru: amenajarea, controlul amenajrii, delimitarea i cartarea pdurilor i a arboretelor, n studii de protecie a pdurilor pentru: identificarea i delimitarea calamitilor precum incendii, alunecri de teren, zone afectate de duntori etc. n studiile de exploatare a pdurilor pentru proiectarea

8

drumurilor de exploatare etc., precum i n controlul i studiul evoluiei n timp a arboretelor sau a diferitelor fenomene specifice;

Arhitectur i arheologie, pentru idetificarea i ntocmirea planurilor diferitelor obiective arheologice prin fotogrammetrie aerian, n studiul monumentelor sau cldirilor istorice prin fotogrammetrie terestr sau la scurt distan;

Domeniul astronomiei i cercetrilor cosmice, pentru determinri de poziie a corpurilor pe bolta cereasc sau pentru cartarea altor planete etc.;

Rezistena materialelor, pentru studiul deformaiilor n grinzile supuse diferitelor eforturi din timpul exploatrii. Studiul deformaiilor diferitelor poduri rulante sub sarcin, cablurilor funicularelor etc.;

Domeniul apelor, pentru studii de amenajare complex a bazinelor versante, a eroziunii malurilor rurilor i a modificrilor geomorfologice a cursurilor de ap, n studii de desecare i irigare a unor suprafee agricole;

Domeniul cilor ferate, drumuri, poduri, pentru studiile de ansamblu n ntocmirea planurilor topografice n vederea alegerii variantei optime a drumurilor sau autostrzilor, n lucrrile de modernizare a reelelor stradale existente, precum i n studiul comportrii sub sarcin a diferitelor poduri.

1.5 ORGANIZAREA ACTIVITII PE PLAN NAIONAL I INTERNAIONAL N DOMENIUL FOTOGRAMMETRIEI

Activitatea de fotogrammetrie este organizat la nivel internaional ct i naional, urmrind printre obiectivele sale principale i urmtoarele aspecte:

impulsionarea dezvoltrii domeniului prin prezentarea, susinerea i ncurajarea noilor metode, tehnologii i aparaturi specifice;

ntreinerea unei comunicri ntre specialitii ce lucreaz n acest domeniu; orientarea direciilor de dezvoltare a domeniului; ncurajarea nvmntului de specialitate i impunerea unor standarde

tehnice i etice pentru practica fotogrammetric. La nivel internaional activitatea de fotogrammetrie este organizat de Societatea Internaional de Fotogrammetrie (International Society of Photogrammetry) care a luat fiin n anul 1909 cu ocazia primului congres al acestei societi, care a avut ca preedinte pe profesorul de geodezie, de origine austriac, Eduard Dolezal. Pentru nceput, societatea avea doar doi membri: Austria i Germania. Urmtorul congres are loc n 1913 la Viena. De atunci, din patru n patru ani comunitatea tiinific ce activeaz n acest domeniu se ntlnete la congres. Societatea, ca urmare a extinderii domeniului de activitate, s-a redefinit, pentru o mai bun cuprindere, n anul 1975 n Societatea Internaional de Fotogrammetrie i Teledetecie (ISPRS de la International Society of Photogrammetry and Remote Sensing), aa cum funcioneaz i astzi. La nivelul societii, activitatea este organizat pe apte comisii tehnice

Comisia I. Senzori i platforme pentru teledetecie; Comisia a II-a. Teorii i concepte ale tiinei Informaiilor Spaiale; Comisia a III-a. Analiza imaginii n fotogrammetrie; Comisia a IV-a. Baze de date geospaiale; Comisia a V-a. Fotogrammetrie la scurt distan, analiz i aplicaii; Comisia a VI-a. Educaie, aspecte profesionale i economice; Comisia a VII-a. Prelucrarea, modelarea i analiza datelor de teledetecie; Comisia a VIII-a. Aplicaii ale teledeteciei

9

n cadrul fiecrei comisii activitatea este organizat pe grupe de lucru, care concretizeaz principalele direcii de activitate ale comisiei. La fiecare patru ani se organizeaz un congres internaional, de fiecare dat n alt ar, lucrrile desfurndu-se pe cele opt comisii enumerate mai sus. n 1996 a fost organizat al XVIII-lea congres ISPRS la Viena, n 2000 la Amsterdam, n 2004 la Instanbul, n 2008 la Beijing, iar la Melbourne a avut loc cel de-al XXII-lea Congres ISPRS n 2012. La mijlocul perioadei dintre congrese se organizeaz de ctre preedinii de comisie un simpozion, unde sunt prezentate realizrile diferitelor grupuri de lucru. La noi n ar activitatea de fotogrammetrie este organizat dup modelul ISPRS. n 1969 ia fiin Comitetul Romn de Fotogrammetrie. Publicaia acestui Comitet a fost Buletinul de Fotogrammetrie. Acest comitet s-a transformat n 1990 n Societatea Romn de Fotogrammetrie i Teledetecie (SRFT) a crei activitate este organizat corespunztor acelorai opt comisii tehnice de specialitate ca i ISPRS. Societatea este afiliat la ISPRS i editeaz n regim bianual Buletinul Societii Romne de Fotogrammetrie i Teledetecie, unde sunt publicate cele mai importante rezultate ale cercetrilor din domeniul fotogrammetriei i teledeteciei din ar.