-
1/24
Ciljni razvojni projekt
Novelacija in nadgradnja informacijskega sistema o zemeljskih
plazovih
in vključitev v bazo GIS UJME
Priloga III :
Merske metode za spremljanje premikov zemeljskih plazov
Datum 30.10.2005
Številka projekta: V2-0857, številka pogodbe: 3311-03-828857;
2511-03-20054
-
2/24
Kazalo 1. UVOD
......................................................................................................................................................................
3
1.1. Klasifikacija merskih metod
..........................................................................................................................
3 1.2. Merske metode za izmero aktivnosti plazov
.................................................................................................
3
1.2.1. Geološko hidrološke meritve
.............................................................................................................
3 1.2.2. Geodetske metode
............................................................................................................................
4
2. REFERENČNE GEODETSKE
METODE.................................................................................................................
5 2.1. Klasične geodetske
meritve..........................................................................................................................
5 2.2. GPS meritve
.................................................................................................................................................
7
2.2.1. Metode GPS izmere
..........................................................................................................................
7 2.2.2. GPS
sprejemniki................................................................................................................................
9 2.2.3. Planiranje GPS izmere
....................................................................................................................
10
3. GEODETSKE METODE ZA MASOVNI
ZAJEM.....................................................................................................
11 3.1. Fotogrametrična
izmera..............................................................................................................................
11
3.1.1. Fotogrametrični viri
..........................................................................................................................
11 3.1.2. Fotogrametrične
tehnike..................................................................................................................
12 3.1.3. Vrste fotogrametričnih
snemanj.......................................................................................................
12 3.1.4. Ocena natančnosti fotogrametričnih meritev
...................................................................................
14
3.2. Lasersko
skeniranje....................................................................................................................................
15 3.2.1. Opredelitev
tehnologije....................................................................................................................
15 3.2.2. Natančnost laserskih
skenerjev.......................................................................................................
16 3.2.3.
Doseg..............................................................................................................................................
17 3.2.4. Vidno
polje.......................................................................................................................................
18 3.2.5. Gostota skeniranja in velikost pike
..................................................................................................
18
4. DRUGE GEODETSKE METODE
..........................................................................................................................
19 4.1. Uporaba satelitskih
posnetkov....................................................................................................................
19
4.1.1.
Sateliti..............................................................................................................................................
19 4.1.2. Postopki uporabe satelitskih posnetkov
..........................................................................................
21
4.2. Uporaba SAR za določanje modela reliefa
.................................................................................................
22 4.2.1. Postopek interferometrične obdelave za izdelavo modela
reliefa.................................................... 22
5. VIDIKI PRI IZBIRI MERSKE
METODE..................................................................................................................
23 5.1. Metode za določitev stanja pred nastankom plazu
.....................................................................................
23 5.2. Metode za določitev premikov
....................................................................................................................
23 5.3. Metode za izdelavo posnetka
stanja...........................................................................................................
24
-
3/24
1. Uvod Zemeljski plaz je pojav, ko se velika količina zemlje,
blata, kamenja, skalovja in drobirja pomika po pobočju navzdol.
Poznamo tri vrste plazov: padajoče, drseče in tekoče. Plaz
padajočega kamenja nastane, kadar ogromne pečine zgrmijo po strmem
pobočju; ob dotiku s tlemi se pogosto nalomijo v manjše kose. Pri
drsečem plazu drsijo po pobočju velikanske množine kamenja in
skalovja s hitrostjo tekoče vode. Prav tako se sprožajo tudi drseči
plazovi drobirja, sestavljeni iz tankih plasti rahle zemlje in
manjšega kamenja. Pri mokrih zemeljskih plazovih teče navzdol zmes
blata in vode in sproti pobira vse, kar ji leži na poti.
Za uspešno preventivo pred posledicami zemeljskih plazov je
potrebno dobro poznavanje pojavov plazenja. Lastnosti plazenje
lahko določimo z različnimi merskimi tehnikami. Samo s
sistematičnimi zbiranjem podatkov o nastanku, poteku in sanaciji
zemeljskih plazov lahko zgradimo bazo, ki bo podlaga za preventivno
odločanje v prihodnosti.
1.1. Klasifikacija merskih metod Za pridobivanje različnih tipov
podatkov uporabljamo različne merske metode. Merske metode v zvezi
z premiki na plazovih lahko razdelimo na:
• direktne / indirektne
o direktne : merjenje premikov
o merjenje količin, ki lahko sprožijo premike (padavine,
vode,...)
• globinske / površinske
o vrtine, geofizikalne meritve
o meritve premikov na površini
• posamezne / masovne
o opazovanje premikov na posameznih točkah
o posnetek celotnega stanja plazu v različnih časovnih
presekih
• velikost premikov
o mali premiki (mm / leto)
o veliki premiki (dm,m / mesec)
1.2. Merske metode za izmero aktivnosti plazov Na podlagi
primerov elaboratov smo evidentirali naslednje vrste uporabljanih
meritev : • geološko / hidrološke metode • geodetske meritve
1.2.1. Geološko hidrološke meritve Med geološko-hidrološke
meritve smo šteli vse meritve, ki niso izvedene z geodetskim
inštrumentarijem. Mednje sodijo :
• meritve premikov v vrtinah z inklinomeri : gre za meritve
majhnih premikov (ranga 1 mm - 10 mm ) v daljših časovnih obdobjih;
to vrsto meritev uvrščamo med globinske metode
• vrsto indirektnih meritev to je meritev parametrov, na osnovi
katerih lahko ocenjujemo možnosto drsenja ali sproženja plazov; v
to skupino sodijo
• merjenje padavin • merjenje vodnih pretokov • kemična analiza
vode
Omenjene metode niso geodetske in jih v nadaljnjem ne
obravnavamo.
-
4/24
1.2.2. Geodetske metode Geodetske merske metode predstavljajo
nabor tehnik s katerimi določamo koordinate objektov v prostoru. na
osnovi teh meritev pa izračunavamo premike v dalolčenih časovnih
obdobjih. Geodetske metode delimo v zvezi z meritvami aktivnosti
plazov v tri skupine :
• referenčne geodetske metode, ki jih uporabljamo za določevanje
koordinat manjšega števila posameznih točk, za katere pa koordinate
lahko določimo z visoko natančnostjo; sem sodijo
• klasične geodetske meritve (tahimetrične meritve – mertive
horizontalnih in vertikalnih kotov ter razdalj)
• GPS meritve • geodetske brezkontaktne metode za masovne
zajeme, s katerimi lahko na terenu v kratkem času
izmerimo veliko število točk
• fotogrametrične metode
• laserska skeniranja
• druge geodetske metode, ki jih lahko uporabljamo kot
dopolnilne metode
• satelitska snemanja
Skupna značilnost geodetskih metod ja, da so :
• površinske - točke, ki jih merimo so namreč na površju
plazu,
• direktne, saj merimo direktno pozicije točk, s tem pa premike
plazu.
-
5/24
2. Referenčne geodetske metode Referenčne geodetske metode
uporabljamo za določevanje koordinat manjšega števila posameznih
točk, za katere pa koordinate lahko določimo z visoko natančnostjo.
V to skupino sodijo :
• klasične geodetske meritve
• GPS meritve
Referenčne geodetske metode zaradi njihove natančnosti
uporabljamo na plazovih v treh primerih :
• za direktne meritve pozicij izbranih točk, ki jih merimo v
različnih časovnih obdobjih in na osnovi katerih določamo premike
plazov,
• za umeščanje (lociranje, orientacijo) ostalih vrst meritev
(masovnih in drugih) v prostor,
• za kontrolo ostalih vrst meritev.
2.1. Klasične geodetske meritve Za merjenje horizontalnih kotov
danes uporabljamo praktično le še elektronske teodolite, ki so
najpogosteje kombinirani z elektronskimi razdaljemeri. Govorimo o
elektronskih tahimetrih. Elektronski teodolit je optično mehanični
in elektronski inštrument za merjenje horizontalnih in vertikalnih
kotov (zenitnih razdalj).
Tahimeter je teodolit z vgrajenim razdaljemerom, tako da lahko
hkrati merimo kote in dolžine. Današnji sodobni elektronski
tahimetri imajo vgrajen elektrooptični razdaljemer (EDM) in
elektronsko določevanje horizontalnih in vertikalnih kotov.
Odčitane vrednosti horizontalnega in vertikalnega kota ter dolžino
prikaže na zaslonu. Horizontalna dolžina, višinska razlika in
koordinate se samodejno izračunajo ter shranijo skupaj z meritvami
in dodatnimi informacijami. Osnova elektronskega tahimetra je
klasični optični teodolit z elektronskimi dodatki in izboljšavami,
kot so:
• elektronski način določanja odčitkov na krogih,
• elektronski dodatek kompenzatorju (postavitev indeksa,
korekcija nagiba stojiščne osi ...),
• digitalni zapis merskih vrednost (shranjevanje, prenos),
• notranji procesor (elektronsko justiranje, preračun merskih
vrednosti, pretvorba v grafično obliko),
Sodobni elektronski tahimetri imajo lahko vgrajene določene
napredne funkcije, s katerimi si olajšamo terensko delo, predvsem
pa povečamo produktivnost s hitrejšim zajemom večjega števila točk.
Nekatere izmed teh funkcij so:
• Avtomatsko iskanje prizme: tahimeter poišče prizmo v na
delovišču, ne glede na to, kje se le-ta nahaja. Z aktivacijo
iskanje prizme se instrument zavrti okoli navpične osi in odda
vertikalni laserski snop (40 gon). Ko snop zadane v prizmo, se
tahimeter preneha vrteti, precizno viziranje pa prevzame avtomatsko
prepoznavanje tarč.
• Avtomatsko prepoznavanje tarč: prizmo samo grobo naviziramo z
dioptrom in sprožimo meritev – tahimeter nato opravi vse ostalo:
precizno viziranje, merjenje in shranjevanje podatkov.
• Sledenje prizme: po začetni avtomatski meritvi, tahimeter
ostane "priklenjen" na prizmo in ji sledi, tudi ko se ta premika.
Med sledenjem prizme lahko kadar koli sprožimo meritev in shranimo
podatke. Inteligentni algoritmi predvidevajo gibanje prizme, zato
tahimeter sledi prizmi tudi, kadar se med njima pojavijo kratke
prekinitve žarka (npr. zaradi drevja, mimo vozečih vozil ipd.).
• Daljinsko upravljanje: z daljinskim upravljalnikom z vgrajenim
radio-modemom tahimeter nadzoruje in upravlja operater pri
prizmi.
Če želimo opraviti posnetek terena s elektronskim tahimetrom, je
potrebno določiti položaj in višino točk na osnovi merjenja kotov
in dolžin (polarna metoda določitve koordinat). V ta namen
inštrument postavimo na ustrezno točko v lokalnem koordinatnem
sistemu. Drugo, navezovalno, točko, ki ima znane koordinate, pa
potrebujemo za orientacijo inštrumenta. Z inštrumentom nato
izmerimo horizontalni in vertikalni kot ter poševno razdaljo do
nove točke, ki je lahko tudi signalizirana z odbojno prizmo.
Tahimetri se uporabljajo, povsod, kjer je potrebno določiti položaj
ali pa položaje in višine točk. Terenska izmera s teodolitom in
razdaljemerom (tahimeter, total station) predstavlja najnatančnejšo
hkrati pa tudi
-
6/24
najzamudnejšo in najdražjo metodo merjenja objektov v prostoru.
Poleg samih meritev je potrebno zagotoviti na vsakem delovišču
izhodiščno in navezovalno točko (trigonometer, poligonska točka…),
za zagotavljanje absolutne pozicije, ponovljivosti meritev ali
domeritev pri vzdrževanju. V ta namen koristimo obstoječo državno
mrežo, v določenih primerih pa si to mrežo vzpostavimo z GPS
meritvami. Terenska izmera zagotavlja natančnost 1-2cm, kar pomeni,
da lahko metodo uporabimo kot referenčno. Tako dobljene rezultate
lahko smatramo kot kontrolne in rezultate drugih metod primerjamo z
njimi. Na horizontalni in vertikalni krog elektronskega teodolita
sta naneseni kodirani absolutni skali. Elektronski tahimetri imajo
vgrajen precizni sistem s CCD senzorjem za branje s krogov z
absolutnim enkoderjem, ki omogoča takojšen in neprekinjen prikaz
horizontalnih in vertikalnih kotov. Za natačnost čitanja skrbi
centralno nameščen dvo-osni kompenzator, s katerim odpravljamo
napake zaradi nehorizontiranosti inštrumenta oz. vertikalnih
naklonov osi.
Vzporedno z daljnogledom teodolita je nameščen elektro-optični
razdaljemer, ki ponavadi deluje po principu impulznega
razdaljemera. Impulzni razdaljemeri določajo dolžino na osnovi
direktno merjenega časa, ki ga svetlobni impulz potrebuje, da
prepotuje razdaljo od instrumenta do reflektorja in nazaj.
Prednosti impulznih razdaljemerov so predvsem krajši čas merjenja,
omogočajo merjenje daljših dolžin ter dolžin do 300 m brez uporabe
pasivnih reflektorjev. Slabosti pa so predvsem višja cena, dodatni
kvarni vpliv atmosfere ter prekinitev meritve ob kratkočasovni
prekinitvi merskega žarka.
Določeni modeli elektronskih razdaljemerov omogočajo merjenje
razdalj brez prizme. Tak način meritev se uporablja za določevanje
koordinat vogalov, nedostopnih objektov, nevarnih objektov, fasad,
skalnih sten, predorov, znotraj stavb... - povsod, kjer je težko
ali nemogoče postaviti prizmo.
Natančnost razdaljemerov je podana z dvema parametroma. Prvi
definira vpliv konstantnega dela pogreškov (pogrešek adicijske
konstante), drugi pa je vpliv pogreškov, ki so odvisni od velikosti
dolžine (vpliv atmosfere). Natančnost merjenja razdalj z
razdaljemri na elektronskih tahimetrih znaša okoli 2 mm + 2 ppm, z
ločljivostjo 0.1 mm, merilni doseg v povprečnih pogojih ter z
uporabo prizme kot reflektorja pa tudi do 3 km.
Pri elektronskih teodolitih se pojavljajo inštrumentalni
pogreški, ki omejujejo natančnost meritev. Nujen je nadzor nad
pravilnim delovanjem inštrumenta. Ob njihovih ekstremnih vrednostih
je vpliv na mersko vrednost lahko kritičen. Najpogosteje pri
merjenju horizontalnih kotov omenjamo tri inštrumentalne
pogreške:
• Kolimacijski pogrešek: (nepravokotnost Y- in X-osi ) Pogrešek
se eliminira z merjenjem v obeh krožnih legah (girusna metoda).
• Pogrešek horizontalnosti Y osi: (nepravokotnost Y- in Z-osi)
Pogrešek se eliminira z merjenjem v obeh krožnih legah.
• Pogrešek alhidadnih libel (kompenzatorja): (nepravokotnost Z-
in L-osi). Velikost pogreška zmanjšamo z justiranjem alhidadnih
libel in delovanja kompenzatorja. Elektronski kompenzator
zagotavlja korekcijo merskih vrednosti na osnovi ugotovljenega
nagiba v mejah njegove natančnosti. Pogreška ni mogoče eliminirati
z merjenjem v obeh krožnih legah. Velja, da pogrešek alhidadnih
libel najbolj vpliva na natančnost merjenja horizontalnih
kotov.
Nadzor oz. kontrola inštrumentalnih pogreškov je mogoča s
periodičnim preizkusom inštrumenta. Za teodolit v normalni
situaciji (brez nepredvidenih dogodkov) zadostuje letni preizkus. S
preizkusi določimo vrednosti pogreškov, z elektronskim justiranjem
pa inštrumentu »ukažemo«, da na osnovi teh vrednosti korigira
merske vrednosti. Druga možnost sprotne kontrole inštrumentalnih
pogreškov je uporaba primerne metode meritev. Iz rezultatov meritev
je mogoče sklepati na velikost pogreškov, metode pa tudi omogočajo
sočasno eliminacijo večine teh.
Natančnost teodolitov pri merjenju horizontalnih kotov je eden
glavnih tehničnih podatkov inštrumenta. Pri podajanju natančnosti
se proizvajalci najpogosteje sklicujejo na standardizirana postopka
preizkusa inštrumenta DIN 18723-3 ali ISO 8322-4. Vrednosti sDIN
18723-THEO-Hz in sISO sta ocenjeni iz rezultatov meritev po girusni
metodi (DIN 60 meritev, ISO 32 meritev) in opisujeta standardni
odklon horizontalne smeri, opazovane enkrat v obeh krožnih
legah.
-
7/24
2.2. GPS meritve GPS metoda izmere temelji na signalih, ki jih
oddajajo GPS sateliti in jih sprejme ter obdela GPS sprejemnik. Z
GPS sistemom lahko določimo položaj kjerkoli na Zemlji, ne glede na
čas in vremenske razmere. Dosežena natančnost je odvisna od vrste
in zmogljivosti sprejemnika, od načina opazovanja in od izbrane
merske metode.
GPS tehnologija ponuja danes celo množico merskih tehnik, ki
omogočajo pridobivanje položajev od milimetrske do nekaj metrske
natančnosti.
Prednosti GPS tehnologije pred klasičnimi geodetskimi merskimi
postopki so: • visoka produktivnost • vremenski pogoji za izvedbo
meritev niso pomembni • za določitev položaja točke ne potrebujemo
medsebojne vidnosti točk, zato jih lahko postavljamo na
enostavno dostopnih mestih • nižja cena izmere, ki temelji na
visoki produktivnosti GPS tehnologije • z vzpostavitvijo
permanentnih GPS postaj bo cena tovrstnega položaja še nižja
Poleg prednosti pa ima GPS tehnologija glede na klasične merske
postopke tudi nekaj slabosti: • v okolici opazovane točke ne sme
biti ovir, ki bi onemogočale sprejem signala • višina točke, ki jo
pridobimo na osnovi GPS opazovanj, je elipsoidna. Položaji točk v
državnem
koordinatnem sistemu pa so podani z ortometrično višino točke.
To pomeni, da je potrebno za vključitev podatkov GPS izmere v
državni koordinatni sistem obliko geoida na obravnavanem območju.
Oblika ploskve geoida je podana z odstopanji točk te ploskve od
referenčnega elipsoida.
• za določitev praktično uporabne ortometrične višine točke
moramo poznati obliko ploskve geoida • GPS je last ZDA, ki s
sistemom prosto razpolaga
GPS omogoča pridobivanje položajev različne natančnosti. Višjo
natančnost položaja GPS v splošnem omogoča :
• višja cena instrumentarija • dolgotrajnejše meritve •
obsežnejši postopki obdelave opazovanj
Pogosto je pri naročnikih, pa tudi pri ne dovolj poučenih
izvajalcih GPS izmer, zmotno mnenje, da omogoča GPS tehnologija
pridobivanje neverjetnih rezultatov, tako v smislu hitrosti,
natančnosti, kot tudi zelo nizki ceni. Zato je potrebna poučenost o
zmožnostih GPS tehnologije in rezultatih, ki jih lahko GPS ponudi,
potrebna z obeh strani. Usklajevanje zahteve kvalitete izmere med
naročnikom in izvajalcem GPS izmere je pomemben del faze izdelave
projekta GPS izmere.
Različne metode GPS izmere se nanašajo na različne koordinatne
sisteme. GPS sistem se nanaša na globalne koordinatne sisteme.
Postopek transformacije koordinat v državni koordinatni sistem je
zadnji in za sedaj še obvezni korak projekta GPS izmere. V moderni
geodeziji se tudi na lokalnih nivojih vse bolj uporabljajo globalni
koordinatni sistemi.
Rezultate GPS izmere lahko preračunamo v državni/lokalni
koordinatni sistem le s transformacijo GPS izmere. Transformacijo
izvedemo na osnovi danih položajev točk v obeh koordinatnih
sistemih v tridimenzionalnem pravokotnem koordinatnem sistemu.
2.2.1. Metode GPS izmere Vse metode GPS izmere, ki jih
uporabljamo v geodeziji, temeljijo na faznih opazovanjih. Vse
metode so metode za določanje relativnega položaja, ker le-te
omogočajo doseganje natančnosti položaja, ki je primerna za uporabo
v geodeziji. Po drugi metodologiji pa delimo metode GPS izmere tudi
glede na način izvedbe meritev. Sprejemnik lahko med izmero miruje,
je ves čas izmere na istem mestu ali pa določamo položaje točk
tako, da se sprejemnik giblje po določenem območju. Po tej delitvi
obstajata med metodami GPS izmere samo dve metodi, in sicer
statična in kinematična metoda GPS izmere. Vendar se je v obdobju
od začetkov prve praktične uporabe GPS opazovanj do danes razvilo
nekaj metod izmere, ki v večji meri povzemajo značilnosti ene ali
druge osnovne metode GPS izmere.
Absolutna metoda določevanja položaja podaja koordinate v
direktno v izbranem koordinatnem sistemu. Pri relativni metodi pa
določamo koordinate točke glede na točko z že znanimi koordinatami,
na kateri pravtako izvajamo GPS meritve. S hkratnim izvajanjem
meritev na znanem položaju lahko modeliramo določene vplive na GPS
opazovanja in s tem pridobimo boljši podatek kot pri absolutni
določitvi položaja.
-
8/24
Slika 2-1: Shema GPS meritev
2.2.1.1. Statična GPS izmera Statična GPS izmera je osnovna
metoda za določanje relativnega položaja. Opazovanja pri tej
metodi, ki trajajo tipično od 30 do 120 minut, temeljijo na
spremembi geometrijske razporeditve satelitov v času opazovanj.
Statično izmero običajno izvajamo s številom sprejemnikov, ki je
manjše od števila točk, izvedemo v več serijah. Število serij,
potrebnih za izmero, je odvisno od števila sprejemnikov, števila
točk in od števila neodvisnih izmer posamezne točke. Vsaka točka
naj bi bila neodvisno opazovana vsaj dvakrat. Rezultat statične
izmere so bazni vektorji med pari točk. Matematični modeli za
modeliranje ionosferske refrakcije ter zanesljivi algoritmi za
določitev neznanega začetnega števila celih valov omogočajo ob
izvedbi statičnih GPS opazovanj pridobitev baznih vektorjev dolžin
d, z relativno natančnostjo do 10
–6
*D, ki pa je lahko v primeru uporabe natančnih efemerid
satelitov tudi do 10
–7
*D. Za doseganje tako visoke natančnosti pa je, poleg kakovostne
izvedbe opazovanj in uporabe natančnih tirnic satelitov ustrezne
kakovosti, potrebno ustrezno izvesti tudi obdelavo opazovanj.
Končne rezultate statične izmere običajno pridobimo z izravnavo
baznih vektorjev v GPS mreži.
2.2.1.2. Hitra statična metoda GPS izmere Sama hitra statična
metoda GPS izmere je v vseh bistvenih lastnostih enaka statični
metodi izmere, z izjemo krajšega časa trajanja opazovanj. Ta metoda
izmere, ki jo proizvajalci GPS opreme imenujejo tudi Rapid Static™
in Fast Static™ se je pojavila z razvojem algoritmov za učinkovito
določitev neznanega začetnega števila celih valov ob uporabi
različnih tipov opazovanj in različnih kombinacij teh opazovanj,
kar omogoča hitro in zanesljivo določitev začetnih neznanih
vrednosti celih valov. Določitev teh neznank je najučinkovitejša ob
sprejemanju signalov petih ali več satelitov.
2.2.1.3. Kinematična metoda GPS izmere Običajna kinematična
metoda je za potrebe geodezije le redko uporabna. Uporabna je Stop
& Go metoda, kjer izvajamo opazovanja na enak način kot pri
običajni kinematični GPS izmeri, tako, da se na točkah, katerih
položaj določamo, zaustavimo za nekaj sekund do nekaj minut.
Temelj metode je zanesljiv algoritem za določitev neznanega
začetnega števila celih valov ob zagotovljenem neprekinjenem
sprejemu signala najmanj 4 satelitov ves čas izmere.
Običajno uporabimo en referenčni in en premični GPS sprejemnik.
Referenčna postaja permanentno sprejema, z mobilnim sprejemnikom pa
se za določen čas ustavimo na želeni točki za hitro statično
določitev položaja. To metodo uporabljamo v detajlni izmeri,
inženirska merjenja, ceste, cevovodi, meje, digitalni model
reliefa, merjenje točk, ki so blizu skupaj.
-
9/24
Prednosti: hitro in ekonomično, lahko uporabljamo na vozilu,
potrebno je permanentno slediti vsaj 4 satelite. Prednost metode je
tudi v kasnejši določitvi transformacijskih parametrov in s tem
natančnejše določitve le-te.
2.2.1.4. Real Time Kinematic – RTK metoda GPS izmere Pri tej
metodi določamo položaj skoraj v realnem času. RTK je najnovejša
kinematična metoda, ki zaradi določanja koordinat detajlnih točk v
realnem času in v lokalnem koordinatnem sistemu omogoča poleg
snemanja tudi zakoličevanje detajla.
Za operativno uporabo te metode so potrebni: • dvofrekvenčni GPS
sprejemniki • močna računalniška podpora za real-time izračun
opazovanj, ter • priročne in zmogljive radijske povezave med
premičnimi in baznimi postajami RTK sistem predstavlja referenčna
in premična postaja. Referenčna postaja sprejema signal z vseh
vidnih satelitov in računa korekcijske elemente kot razliko med
danimi koordinatami in izračunanimi koordinatami WGS84. Korekcije
se računajo sproti in skupaj s podatkom o času, v katerem so
nastali, tvorijo t.i. RTK korekcijo in jo pošljejo prek radijskega
modema v eter. Premična postaja prav tako računa svoj položaj na
podlagi opazovanj z vseh vidnih satelitov, k temu položaju pa
prišteje parametre korekcije RTK, ki jih dobi od referenčnega
sprejemnika prek radijskega modema. Ta preračun se izvaja sproti,
tako da dobimo natančen položaj obeh sprejemnikov v sistemu WGS84.
Za preračun v lokalni koordinatni sistem je treba izvesti ustrezno
pretvorbo koordinat.
Z računalnikom, ki nadzira delovanje RTK sistema, lahko izvajamo
te pretvorbe na podlagi točk neposredno v lokalnem koordinatnem
sistemu. Pri novejših sistemih je možno preračun (transformacijo)
izvesti tudi tako, da referenčna postaja stoji prosto (kjer koli),
pogoj je le, da s premično postajo obiščemo točke, ki imajo
določene koordinate v lokalnem koordinatnem sistemu. RTK sistemu
mora biti med meritvami inicializiran. Inicializacija OTF je
povečala uporabnost kinematične tehnike do te mere, da je postala
konkurenčna tahimetriji.
RTK način izmere pa ima tudi svoje slabosti : • omejeno območje
delovanja radijskih zvez (do 10km) • več občutljivih tehnologij
deluje istočasno in lahko onemogoči merjenje (motnje ali izguba
radijskega/GPS signala…) • napetosti na osnovnem geodetskem
sistemu vplivajo na natančnost transformacije iz WGS84 v
državni
koordinatni sistem Danes je za potrebe topografske geodetske
izmere najboljša kombinacija različnih metod GPS izmere in sicer
hitra statična metoda v kombinaciji z RTK metodo GPS izmere.
Posamezne metode GPS izmere omogočajo pridobivanje položaja
ustrezne natančnosti in zanesljivosti ob različnem obsegu
terenskega dela ter ob različno kompleksni obdelavi teh opazovanj
po opravljeni izmeri. Nekatere osnovne lastnosti posameznih metod
GPS izmere podajamo v spodnji tabeli.
Metoda izmere Relativna točnost Trajanje opazovanj Slabosti
Prednosti
Statična 0,1 ppm - 10 ppm 1 - 4 ure Počasna Visoka točnost
Hitra statična 1 ppm - 10 ppm 5 min. - 20
min. Potrebujemo prefinjeno strojno in programsko opremo
Hitra in visoke točnosti
Kinematična 1.5 ppm - 10 ppm 1 min. - 2
min. Neprekinjen sprejem signala najmanj 4 satelitov
Hitra
RTK 1 ppm - 10 ppm Skoraj v realnem času
Neprekinjen sprejem signala 4 ali več satelitov ali ponovna
inicializacija
Visoka točnost določitve položaja premičnega objekta
Tabela 2-1:Primerjava različnih metod GPS izmere.
2.2.2. GPS sprejemniki Trenutno je na tržišču več kot 1000
različnih GPS sprejemnikov, namenjenih različnim potrebam
(navigacija, geodetska izmera, GPS sprejemniki za neprekinjeno
delovanje). Najpogostejše merilo za izbiro GPS
-
10/24
sprejemnika je potrebna natančnost določitve položaja ali časa
na osnovi GPS opazovanj. Sprejemniki so v osnovi zelo različni,
vendar imajo vsi naslednje sestavne dele: anteno, radio frekvenčni
del, mikroprocesor, kontrolno enoto, zaslon in tipkovnico,
spominsko enoto in vir energije. Običajno so vse komponente, razen
antene, zbrane v skupnem ohišju - GPS sprejemniku.
GPS sprejemnike torej v grobem delimo na dva nivoja: geodetske
in navigacijske sprejemnike. Geodetski sprejemniki omogočajo dosego
največjih natančnosti. Te se gibljejo od nekaj milimetrov pri
relativni statični metodi, do nekaj centimetrov pri RTK metodi.
Geodetski GPS inštrumenti uporabljajo izključno fazne meritve. Z
navigacijskimi GPS sprejemniki, ki uporabljajo samo kodne meritve,
pa lahko dosežemo natančnosti okoli 0.5 m z uporabo relativne
metode (DGPS) oz. od 3 do 25 m pri absolutnih meritvah.
2.2.3. Planiranje GPS izmere Tehnologija GPS omogoča izvedbo
opazovanj brez upoštevanja nekaterih pomembnih dejavnikov, ki so
desetletja usmerjali delo geodetov. To so predvsem vremenski pogoji
in medsebojna vidnost točk. Ne moremo pa trditi, da je izvedba GPS
opazovanj neodvisna od razmer 'na nebu in Zemlji'. Glede na
dejstvo, da je v primeru GPS izmere najdražje presenečenje, je
torej planiranje GPS izmere izredno pomembna faza projekta.
Pri izdelavi projekta GPS izmere je potrebno upoštevati splošne
zahteve za GPS opazovanja, predvsem naj ne bi bilo fizičnih ovir v
bližini točk.
Rekognosciranje terena nove izmere, čeprav gre samo za površen
ogled terena, je lahko zelo dobrodošlo (pridobiti informacije o
topografskih značilnostih terena, možnostih prevoza na terenu,
gostota zgradb in sploh ovir, ki lahko otežujejo ali onemogočajo
izvedbo GPS izmere, informacije o danih točkah…). V planiranju
izmere je potrebno pridobiti podatke o obstoječih točkah v območju
izmere, ki so potrebne za transformacijo iz globalnega v
državni/lokalni koordinatni sistem. Pri rekognosciranju je potrebno
predvideti najbolj primerno mesto za postavitev referenčne postaje
(ta mora v času izmere ostati nepremaknjena).
-
11/24
3. Geodetske metode za masovni zajem Geodetske metode za masovne
zajeme omogočajo zajem velikega števila točk na terenu. Med te
metode sodijo :
• fotogrametrične metode
• laserska skeniranja
Skupne značilnosti teh metod, je da so :
• direktne, saj z njimi merimo pozicije posameznih točk
• brezkontaktne, saj do po posamezne točke, ki jo merimo dostop
ni potreben
• hitre, saj je za izvedbo terenskih meritev potreben le krajši
čas, podatke pa obdelujemo naprej v pisarni
Metode uporabimo :
• kadar želimo izdelati posnetek večjih področij ali pa
celotnega plazu (po večjih zdrsih, v različnih fazah
sanacije,...)
• kadar je gibanje na območju plazu nevarno in s temi
indirektnimi metodami z varnega mesta lahko zajamemo stanje na
plazu
3.1. Fotogrametrična izmera Fotogrametrija je interdisciplinarna
panoga in ena od vej geodezije, ki se ukvarja s pridobivanjem
metričnih podatkov iz fotografij (v nadaljevanju posnetkov),
posnetih iz zraka ali s tal. Metrični podatki so predvsem podatki o
položaju, obliki in velikosti pojavov in objektov, ki so prikazani
na posnetku. Visoko stopnjo kakovosti iz posnetkov izvedenih
podatkov zagotavljajo računalniško podprti fotogrametrični
postopki, saj le-ti v celoti temeljijo na matematičnih
zakonitostih. Fotogrametrija pa poleg omenjenih metričnih podatkov
omogoča pridobivanje tudi nemetričnih oziroma t.i. opisnih podatkov
o prostorskih pojavih in objektih. Gre predvsem za podatke, ki
podajajo lastnosti, stanje in vrsto izbranega pojava oziroma
objekta (Gvozdanović in Smole, 2003).
Fotogrametrične tehnike so ene izmed najbolj učinkovitih metod
masovnega zajema in umestitve v prostor posameznih objektov v
naravi. Pomembno dejstvo pri fotogrametrični izmeri je, da je
terenske dela razmeroma malo oz. se opravi v relativno kratkem
časovnem obdobju. Po opravljenem terenskem delu, se v pisarni
prične pridobivanje mase poljubnih geolociranih in metričnih
podatkov.
Tipični izdelki fotogrametrije so: • digitalni ortofoto •
digitalni model reliefa • zopografski načrti • 3D modeli
objektov
3.1.1. Fotogrametrični viri S fotogrametričnega vidika obstajata
dva pristopa pri pridobivanju prostorskih podatkov.
Prvi pristop temelji na uporabi fotogrametričnih izdelkov, ki so
rezultat oziroma izhodni podatek v preteklosti izvedenih
fotogrametričnih del oziroma projektov. Gre torej za obstoječe in
hkrati prosto dostopne vire, ki jih je moč ponovno fotogrametrično
izvrednotiti in na takšen način pridobiti iskane metrične in
nemetrične informacije o prostorskih pojavih in objektih. Pogost in
v različnih strokah dobro poznan izdelek je DOF (DOF = digitalni
ortofoto načrt) v merilu 1:5000. Digitalni ortofoto načrti so v
splošnem najbolj poznani fotogrametrični izdelki. Dejansko gre za
obdelane oziroma razpačene in v prostor umeščene aeroposnetke. Z
ortofoto načrtov je mogoče pridobiti le planimetrične prostorske
podatke.
Naslednjo večjo skupino obstoječih fotogrametričnih virov
predstavljajo posnetki pridobljeni v CAS (CAS = ciklično
aerosnemanje) in PAS (PAS = posebno aerosnemanje) aerosnemanjih.
Ciklično aerosnemanje se izvaja vsako leto in velja, da je vsak
predel Slovenije zajet na posnetkih, ki niso starejši od treh let.
V okviru letne kvote aerosnamanj za Geodetsko upravo Republike
Slovenije je velik del teh posnetkov že skeniranih in orientiranih
v prostoru in tako primernih za stereoizvrednotenje. S
stereoizvrednotenjem je omogočen
-
12/24
zajem 3D podatkov. Merilo posnetkov CAS snemanja je 1:17000,
medtem ko so merila posnetkov PAS snemanj običajno večja, vendar pa
le-ti ne pokrivajo celotnega ozemlja Slovenije.
Posebno aerosnemanje (PAS) se izvaja po naročilu. Podobno je
snemanjem cikličnega aerosnemanja, le da je snemalna višina
običajno precej manjša, kar zagotavlja večje merilo snemanja
(1:8000, 1:4000,...). Na osnovi stereoizvrednotenja posnetkov
posebnega aerosnemanja lahko dosežemo pozicijsko natančno velikosti
0.1m. Žal so v primerjavi s cikličnim aerosnemanjem, ki pokriva
celotno Slovenijo, s posebnimi aerosnemanji pokrita le manjša,
običajno mestna območja. Snemanja po naročilu so zaradi običajno
enega naročnika in uporabnika podatkov relativno draga.
Tako za DOF5 kot za posnetke CAS in PAS velja, da so to javno
dostopni viri, ki so namenjeni široki uporabi za potrebe različnih
strok od kmetijstva, gozdarstva, geologije do arheologije,
urbanizma, ekologije itd. Prednost izrabe obstoječih virov za
specifične potrebe naročnika (npr. za lastnika ali upravljavca
cest) je vsekakor cenovna ugodnost. Nakup omenjenih podatkov je s
finančnega vidika običajno manj zahteven od izvedbe ponovnega
fotogrametričnega snemanja. Ob tem velja opozoriti, da se je pred
samo odločitvijo za takšen pristop smiselno pozanimati o datumu
nastanka izbranega fotogrametričnega vira kot tudi o sami
natančnosti, ki jo takšen vir v naknadno izvedenih fotogrametričnih
izvrednotenjih lahko zagotovi. Velikokrat se namreč zgodi, da so
obstoječi fotogrametrični viri za določene namene neprimerni prav
zaradi (pre)majhnega merila snemanja in zastarelosti.
V določenih primerih obstoječi fotogrametrični viri ne morejo
ustreči vsem uporabnikovim zahtevam. V takšnih situacijah je
potrebno uporabiti drugačen pristop, kar pomeni, da je potrebno
izvesti novo fotogrametrično snemanje. Parametre, ki opredeljujejo
fotogrametrično metodo in tehnologijo fotogrametričnega snemanja,
je potrebno opredeliti predhodno v skladu z željami in potrebami
uporabnika.
3.1.2. Fotogrametrične tehnike Navidez različne fotogrametrične
tehnike imajo več skupnih točk. Ena izmed njih je ta, da je
rezultat vseh zgoraj omenjenih fotogrametričnih snemalnih
postopkov, torej rezultat terenskega dela, analogen oziroma
digitalen posnetek. Slednje je odvisno od uporabljene snemalne
naprave, ki je lahko:
• analogen fotogrametrični aparat,
• umerjen digitalni fotoaparat ali
• umerjena digitalna video kamera.
Eden od pogojev, ki morajo biti izpolnjeni za uspešno izvedbo
geolokacije objetov v naravi, so pravilno v prostor (običajno v
državni koordinatni sistem) umeščeni izvorno digitalni oziroma v
digitalno obliko naknadno pretvorjeni analogni posnetki.
Fotogrametričen postopek s katerimi se izvede umestitev
aeroposnetka v prostor se imenuje aerotriangulacija. V okviru
omenjenega postopka je potrebno razpolagati z znanimi parametri
uporabljenega snemalnega sistema. Poleg tega postopek
aerotriangulacije zahteva tudi izvedbo identifikacije t.i.
oslonilnih točk na nekaj posnetkih. Oslonilne točke so dobro
opredeljive točke v naravi, ki so vidne na posnetku, hkrati pa
razpolagamo s koordinatami teh točk v državnem koordinatnem
sistemu. Število potrebnih oslonilnih točk, ki jih je z geodetsko
izmero (tahimetrična izmera ali izmera GPS) potrebno določiti, je v
splošnem odvisno od velikosti delovišča. Delovišče se smatra kot
zaključena enota ali območje, ki je zajeto na posnetkih in je
vključeno v postopke fotogrametričnega izvrednotenja.
3.1.3. Vrste fotogrametričnih snemanj Fotogrametričo snemanje
lahko izvajamo iz zraka (letalo, helikopter) ali terestrično
(stojišča na tleh). Glede na oddaljenost od objekta snemanja ločimo
bližnjeslikovne aplikacije (bliže od 150 m) in topografske
aplikacije (razdalje nad 150 m). Glede na oddaljenost snemanja je
treba tudi prilagoditi uporabljeno kamero.
Z uporabo digitalnih tehnik obdelave slik, ki so lahko popolnoma
avtomatizirane ali pa delno avtomatizirane. Delno avtomatizirani
postopki so lahko precej bolj učinkoviti, vendar v začetni fazi
potrebujemo strokovnjaka/operaterja, ki poda možne začetne
(izhodiščne) lokacije.
Uporabimo lahko eno-slikovne postopke, dvo-slikovne postopke z
izrabo stereoefekta ali večslikovne postopke.
Pri eno-slikovnih postopkih (Slika 3-1) določamo informacijo o
objektu iz samo enega posnetka naenkrat, pri tem pa morajo biti (za
prostorsko rekonstrukcijo) izpolnjeni določeni pogoji. Pri časovnem
zaporedju posameznih posnetkov istega območja lahko uporabimo tudi
t.i. »časovno bazo«, kjer iščemo razlike med dvema podobama.
-
13/24
PREKLOP POSNETKOV
1 2
OBJEKT
ŽARKI
STOJIŠČI
Slika 3-1: Eno-slikovna fotogrametrična metoda.
Pri dvo-slikovnih postopkih (Slika 3-2) rabimo za določeno
prostorsko območje par med seboj rahlo zamaknjenih posnetkov z
določenim vsebinskim preklopom (običajno 60 %). Stereopar omogoča
prostorsko rekonstrukcijo objektov. Za običajne topografske naloge
to izvajajo v glavnem operaterji na analitičnih ali digitalnih
fotogrametričnih postajah.
PREKLOP POSNETKOV (vsaj 60%)
A1 B1b1
PROSTORSKI OBJEKT
STEREOSKOPSKO UPORABNA OBMOČJA
STOJIŠČA
BAZA POSNETKOV
A2 B2b2
Slika 3-2: Dvo-slikovna fotogrametrična metoda.
Pri večslikovnih postopkih (Slika 3-3) pa imamo tri ali več
posnetkov istega območja, prostorsko rekonstrukcijo izvedemo kot
prostorski presek premic (z izravnavo) iz različnih posnetkov do
iste točke.
1
23
4
5
PROSTORSKI OBJEKT
STOJIŠČA
Slika 3-3:: Večslikovna fotogrametrična metoda ali blok
posnetkov.
-
14/24
3.1.4. Ocena natančnosti fotogrametričnih meritev Za grobo oceno
natančnosti fotogrametričnih meritev uporabimo najprej oceno
zračnih posnetkov za topografske namene (posnetki cikličnega
aerosnemanja Slovenije).
Natančnost podatkov, ki so zajeti s stereofotogrametrično
restitucijo na analitičnem fotogrametričnem inštrumentu ali
digitalni fotogrametrični postaji, je v splošnem odvisna od:
• natančnosti inštrumenta za izvrednotenje,
• resolucije digitalne slike,
• postopka orientacije,
• števila oslonilnih točk, vrste signalizacije in
natančnosti,
• merila in kvalitete posnetkov,
• določljivosti detajla idr.
Tudi če uporabimo avtomatske metode prepoznavanja in merjenja
homolognih točk, so parametri, ki vplivajo na natančnost meritev
odvisni od gornjih parametrov. Dodatno se lahko poveča napaka pri
prepoznavanju (napačno identificiran detajl), ki pa jo lahko
smatramo kot »določitveno nesigurnost«.
Natančnost, ki jo lahko s fotogrametričnim procesom dosežemo, je
v veliki meri odvisna tudi od tega, ali so točke signalizirane ali
ne. Za naravne in antropogene topografske točke detajla
(nesignalizirane točke) moramo dodatno upoštevati t.i. določitveno
nesigurnost teh točk.
Ob predpostavljeni natančnosti določitve točk v slikovni
ravnini, je možna dosegljiva natančnost planimetričnih koordinat
točk naslednja (Tabela 3-1).
vrsta točke natančnost v slik. ravnini σx,y[m]
I. signalizirane točke 0.01 mm 0.20
II.dobro določljive det. točke 0.03 mm 0.53
III.slabše določljive det. točke 0.05 mm 0.88
Tabela 3-1: natančnost planimetričnih koordinat točk merilo
snemanja 1:17500, ck = 200 mm (višina leta okrog 3000 m)
Večina običajnih meritev točk se nahaja v obsegu II. kategorije,
torej bi lahko dosegli natančnost okrog 0.5 m.
Za bližnjeslikovne meritve pa se ta natančnost lahko zelo
poveča, tudi do natančnosti okrog 1 cm ali nekaj cm. Bistveno je
merilo posnetka, ki je odvisno od oddaljenosti od objekta,
konstante kamere (fokus objektiva) in formata kamere
(fotoaparata).
RAVNINA OBJEKTA
SLIKOVNA RAVNINA
OBJEKTIV
a c
Mb = 1 : mb = c : a
Slika 3-4: Merilo posnetka.
-
15/24
3.2. Lasersko skeniranje Trirazsežno (3D) lasersko skeniranje je
zelo uporabno orodje za geodete. Lasersko skeniranje kot nova
tehnologija, zahteva delo z novim tipom podatkov. Elektronski
razdaljemer daje kot rezultat elektronsko reducirane horizontalne
razdalje, rezultat GPS opazovanj so bazni vektorji, zajem s 3D
laserskim skeniranjem pa daje popolnoma nov tip podatkov – oblake
točk. V primerjavi s klasičnimi geodetskimi metodami zagotavljajo
oblaki točk višjo stopnjo geometrične popolnosti in detajla terena
oziroma objekta, kar zmanjša stroške ponovnih vračanj na teren in
dodatnih izmer.
3D lasersko skeniranje zagotavlja celovito zajemanje prostorskih
podatkov. V kratkem časovnem intervalu pridobimo veliko število
prostorskih koordinat točk, ki predstavljajo površino skeniranega
objekta. Pri tehniki laserskega skeniranja uporabimo laserski žarek
za potrebe določevanja : • oblike • velikosti in • položaja
objektov v prostoru Lasersko skeniranje omogoča izdelavo 3D
numeričnega modela objekta. Na tržišču se pojavljajo številni
modeli skenerjev, ki omogočajo izvajanje : • aero in/ali •
terestričnega laserskega skeniranja V primeru aero laserskega
skeniranja je laserski skener prirejen za uporabo v letalu. Takšen
način skeniranja je izjemno primeren predvsem za določevanje
geometrije linijskih objektov, v tujini pa ga med drugim uspešno
uporabljajo tudi za določevanje : • modela reliefa zemeljskega
površja • geometrije poljubnih linijskih objektov Nasprotno je
terestrično lasersko snemanje določevanje lastnosti objektov s
pomočjo laserskega skenerja, ki se nahaja na tleh. Ta metoda je
primerna predvsem za določevanje geometričnih lastnosti objektov,
ki tvorijo zaključeno celoto. Objekti primerni za lasersko
skeniranje so lahko veliki nekaj deset cm ali pa nekaj 100 m. Glede
na to se ločijo tudi terestrični skenerji, saj so ponavadi zahteve
po natančnosti skeniranja manjših objektov višje (manjši objekti se
tudi skenirajo iz precej krajših razdalj).
3.2.1. Opredelitev tehnologije Metodo laserskega skeniranja
lahko uporabljamo povsod, kjer imamo na voljo površine, od katerih
se laserski žarek odbija. Laserski impulz je voden s pomočjo
vrtljivih zrcal, ki so upravljana s servomotorjem. Natančnost
določitve posameznih točk je odvisna od: • oddaljenosti skenerja od
objekta in • inklinacije žarka. Skeniranje je izvedeno z enim ali
dvema gibljivima zrcaloma, ki omogočata zelo majhne spremembe v
odklonskem kotu laserskega žarka, projeciranega na površino
objekta. Skener je vrtljiv okoli x in z osi. Vsebuje laser in
različne optične naprave (zrcala). Laserski impulz potuje po
objektih v vidnem polju skenerja po stolpcih in vrsticah. Skener
meri čase oddaje in sprejema laserskega impulza. Na podlagi tega
izračuna oddaljenost do izbrane točke na objektu. Skener nato
zabeleži odklonski kot zrcal ter poševno razdaljo med 3D laserskim
skenerjem in skeniranim objektom. Koordinate točk objekta določi na
osnovi : • vertikalnega kota žarka • horizontalnega kota žarka •
razdalje do objekta Za uspešno skeniranje mora biti izpolnjen
osnovni pogoj, da skenirana površina odbija lasersko svetlobo. Ker
nekatere površine ne odbijajo laserske svetlobe, nastajajo območja
brez točk t.i. »črne luknje«. Ob skeniranju se laserska svetloba
odbija tudi od okoliških objektov in ne le od skeniranega objekta,
zato dobimo t.i. »odvečne točke« v oblaku točk, ki jih odstranimo s
posebnimi programi in v skenogramu predstavljajo šume.
3D laserski skener zajame objekt s pomočjo odčitkov laserskega
žarka v obliki mreže z izbrano gostoto točk. Pri vsakem zasuku
smeri laserskega žarka se shrani njegova prostorska usmerjenost
(glede na koordinatni sistem instrumenta) kot horizontalni in
vertikalni kot ter poševna razdalja do ciljne točke. V nekaj
minutah dobimo tisoče prostorskih vektorjev, ki se začnejo v
instrumentu in končajo v točkah, ki predstavljajo površino
skeniranega objekta v obliki 3D koordinat točk mreže.
-
16/24
Pri laserskem skeniranju se zajame objekt s prostorskimi točkami
z gostoto, ki jo določi uporabnik. Če so objekti vidni s skenerja,
jih lahko zajamemo v oblaku točk in jih izločimo s programsko
opremo. Oblak točk je lahko obarvan glede na oddaljenost točk in
oz. glede na stopnjo odbojnosti. To pa nam ne pomaga samo pri
upodobitvi, ampak tudi pri obdelavi koordinat točk ali skupine
točk.
Rezultat skeniranja je množica točk, ki imajo določene
koordinate v 3D koordinatnem sistemu. Z oblakom točk zagotovimo
visoko stopnjo geometrične popolnosti in detajla terena oz. objekta
in zmanjšajo stroške ponovnih vračanj na teren in dodatnih izmer.
Vse točke v oblaku točk imajo pripadajoče 3D koordinate (x, y, z) v
skenerjevem koordinatnem sistemu z izhodiščem v skenerjevem centru.
Večje objekte, kot so npr. kamnolomi, deponije, plazovi..., je
potrebno skenirati po delih. Rezultat laserskega skeniranja je več
skenogramov, ki jih je potrebno v fazi obdelave združiti v eno
celoto – en 3D model.
Več različnih oblakov točk združimo na osnovi najmanj treh
identičnih veznih točk, označenih s posebnimi tarčami. Če želimo,
da imajo točke v prostorskem oblaku točk podane koordinate v
državnem koordinatnem sistemu, uporabimo oslonilne točke, ki imajo
določene skenerjeve in državne koordinate, ki jih določimo z
geodetskimi metodami. Rezultat obdelave oblakov točk so 2D načrti
ter prostorski modeli objektov
Takšen način zbiranja podatkov zahteva naknadno obdelavo
terenskega dela v pisarni. Zato je potrebno imeti izkušenega
operaterja, ki lahko glede na postavljene zahteve s pomočjo posebne
programske opreme hitro zajame relevantne podatke o objektih.
Programska oprema omogoča tudi detajlnejše modeliranje posameznih
elementov (npr. znaki prometne signalizacije), vendar to zahteva
več časa. Rezultate terenskega dela (množica 3D točk) pa lahko
neposredno prenesemo tudi v poznana CAD okolja, kar pomeni, da
lahko obdelavo podatkov izvajamo z znanimi programskimi orodji.
Prednosti 3D laserskega skeniranja: • hiter zajem podatkov – velika
hitrost delovanja (100 ali 1000 točk/sek), • cenejši zajem podatkov
o objektih in topografiji glede na ostale metode, • zajem podatkov
brez dotikanja (primerno za skeniranje nevarnih objektov), •
pridobitev koordinat poteka samodejno in v sistematičnem vzorcu, •
koordinate skeniranega objekta pridobimo skoraj v realnem času, •
domeritve niso potrebne, saj so vsi objekti v vidnem polju 3D
laserskega skenerja, • oblake točk lahko uporabimo večkrat in za
različne namene, • zmožnost delovanja v popolni temi, • večja
varnost pri zajemu podatkov, • upravljanje skenerja možno preko
enega samega operaterja. Slabosti 3D laserskega skeniranja: •
razmerje med porabljenim časom za skeniranje in pisarniško obdelavo
1:3 do 1:5, • kakovostna programska oprema, • skenirana površina
vedno ne zagotavlja zadostnega odboja laserske svetlobe, •
skenogram vključuje šume, zaradi odboja od drugih objektov.
Možnosti uporabe oblaka točk so ogromne: • oblake točk lahko
poljubno obdelujemo in sicer ustvarjamo najbolje prilegajoče
elemente, izdelamo
trikotniške mreže ter izrišemo 2D prereze objektov, • oblak točk
lahko med skeniranjem obračamo in gledamo z različnih perspektiv in
oddaljenosti, • točke, ki smo jih zajeli na motečih objektih, lahko
enostavno odstranimo, • med različnimi točkami v oblaku lahko
izvajamo meritve.
3.2.2. Natančnost laserskih skenerjev Natančnost ni vedno
najpomembnejša zahteva pri odločitvi, kateri skener je optimalen za
določeno nalogo. Natančnost določitve prostorskih koordinat
skenirane točke je odvisna od natančnosti določitve razdalje in
natančnosti kotnih meritev. Posredno na natančnost vpliva tudi
občutljivost laserskega skenerja na stanje atmosfere in difuzno
svetlobo. 3D laserski skenerji z optimalnim razmerjem med kotno in
dolžinsko natančnostjo so sposobni določiti prostorski položaj
točke z natančnostjo ± 6 mm za posamezno točko ter ± 2 mm za
modelirano točko na razdalji 50 metrov. Pogosto natančnost, ki jo
navajajo različni proizvajalci, ni primerljiva med seboj, saj je
odvisna tudi od postopka kalibracije posameznega instrumenta.
-
17/24
Kot smo omenili je natančnost prostorskega položaja skenirane
točke v osnovi odvisna od natančnosti določitve razdalje in
natančnosti kotne meritve, ki pa ima fizične omejitve. Pri
skenerjih, kjer laserski žarek usmerjajo vrtljiva zrcala ali
poliedri z reflektivnimi površinami, predstavlja en parameter
natančnosti ravnost teh optičnih delov. Drugi parametri se nanašajo
na kakovost kotnega čitalca, ki določi položaj zasuka zrcal. 3D
laserski skenerji za srednje in velike razdalje z optimalnim
razmerjem med kotno in dolžinsko natančnostjo so sposobni določiti
položaj točke z natančnostjo ± 6 mm za posamezno točko ter ± 2 mm
za modelirano točko na razdalji 50 metrov, kar je bilo potrjeno
tudi s testiranji.
Na natančnost skeniranih podatkov poleg natančnosti, ki izhaja
iz tehničnih lastnosti laserskega skenerja, vpliva tudi lastnost
odbojne površine skeniranega objekta in razdalja do objekta.
Standardna deviacija je v velikosti nekaj milimetrov za eno
skenirano točko ni tako pomembna, če je ta točka del geometrično
pravilnega objekta in se uporabi samo pri določitvi parametrov, ki
opišejo ta element v grafičnem prikazu. Vendar pa so pri
modeliranju nepravilne površine problematični za obdelavo oblaki s
razpršenimi točkami.
Glede na to, da so skenirani objekti različnih velikosti,
skenerji z eno kamero niso priporočljivi za vse naloge.
Priporočljiva je izbira treh različnih skenerjev, ki v grobem
pokrivajo razdalje: 0.1 – 10m, 10 – 100m in od 100m naprej. Velika
izbira skenerjev je na razpolago z dosegom pod 1m, pri katerih
lahko natančnost ene točke znaša ±0,1 mm ali več. Skenerji z
dosegom od 1 – 10 m (sem spadajo triangulacijski skenerji)
omogočajo natančnost določitve ±0,5 mm pri 2 m in ±2 mm pri 10 m.
Za večje razdalje lahko najdemo veliko izbiro instrumentov, ki
dosežejo natančnost nekaj mm do nekaj cm, kar pa je odvisno od
njihovega največjega dosega.
SKENERJI glede na DOSEG NATANČNOST DOLOČITVE POLOŽAJA TOČKE
SKENERJI ZA KRATKE RAZDALJE
(do 10m: Close Range Scanners)
triangulacijski skenerji
± 0.1 mm; ±0.5 mm pri 2m
SKENERJI ZA SREDNJE RAZDALJE
(10-100m: Mid Range Scanners)
triangulacijski skenerji
± 2 mm pri 10m
SKENERJI ZA VEČJE RAZDALJE
(100m ali več: Long Range Scanners)
impulzni in fazni skenerji – TOF skenerji
nekaj mm do nekaj cm
Tabela 3-2:Položajna natančnost skenirane točke glede na doseg
skenerja
3.2.3. Doseg Podatki o dosegu skenerja niso vedno zanesljivi.
Doseg 3D laserskih skenerjev je zelo odvisen od odbojne površine
skeniranega objekta, čistosti atmosferskega zraka, difuzne svetlobe
(odbita sončna svetloba ali svetloba iz drugih virov) in moteči
viri v bližini objekta. Na splošno so impulzni skenerji z
neposrednim merjenjem razdalje, ki delujejo na osnovi merjenja
časovnega intervala, manj občutljivi kot fazni in triangulacijski
skenerji, ki zahtevajo meritve v temi. V preglednici so prikazani
podatki o dosegu nekaterih 3D laserskih skenerjev, pri katerih
dosežemo optimalne rezultate.
Skenerji za dolge razdalje (Long Range Scanners)
Proizvajalec Tip skenerja Doseg [m] Princip Riegl LPM-2K 2500
tof Riegl LMS-Z420i 800 tof
Optech ILRIS-3D 800 tof Riegl LMS-Z210i 400 tof Riegl LMS-Z360i
200 tof
Cyra Teh. Cyrax 2500 100 tof Cyra Teh.&Leica HDS2500 100
tof
Skenerji za srednje razdalje (Mid Range Scanners)
Proizvajalec Tip skenerja Doseg [m] Princip
-
18/24
Zoller + Fröhlich IMAGER 5003 55 tof Zoller + Fröhlich Lara
53500 53 fazni
Cyra Teh.&Leica HDS4500 model 25 ali 53 fazni Zoller +
Fröhlich Lara 25200 25 fazni
Tabela 3-3: Pregled laserskih skenerjev glede na doseg
3.2.4. Vidno polje Velikost vidnega polja, ki ga razdelimo na
vodoravno in navpično sestavino, je odvisna od izvedbe 3D
laserskega skenerja. Fiksni 3D laserski skenerji, ki nimajo
možnosti samodejne rotacije okrog osi med skeniranjem, imajo zato
manjše vidno polje, saj je omejeno z zgradbo snemalne glave.
Običajno lahko skeniramo vidno polje 40° x 40° (Cayrax 2500). 3D
laserski skenerji z eno rotacijsko osjo pokrijejo območje 46° x
320° (Mensi S25), medtem ko skenerji z dvema rotacijskima osema
pokrijejo območje 360° x 180° (Callidus PS 3200), kar pomeni, da je
vidno polje omejeno le v stožcu 30° okrog nadirja. Velikost vidnega
polja je pomembna pri skeniranju v zaprtih prostorih, kjer lahko iz
enega samega stojišča brez posredovanja operaterja skeniramo ves
prostor. Panoramski skenerji se obračajo okrog vertikalne osi
inštrumenta in zajemajo točke v vertikalnih profilih.
3.2.5. Gostota skeniranja in velikost pike Gostota točk na
objektu je teoretično funkcija velikosti kotnega zasuka zrcala, ki
usmerja laserski žarek, in kateri zasuk je še mogoče izvesti. V
praktični uporabi je ločljivost odvisna od divergence laserskega
žarka, saj velikost laserske pike na objektu omejuje lokalno
gostoto točk. Če je potrebna velika gostota točk, je potrebno
preveriti, kako dobro je izostren žarek in če postopek samodejnega
ostrenja deluje za različne oddaljenosti. Gostota skeniranja 3D
laserskih skenerjev z enim zrcalom (Callidus) je odvisna od kotnega
zasuka zrcala, ki omogoča navpično odklanjanje laserskega žarka
(0.25°, 0.,5°, 1°), in od kotnega zasuka merilne glave, ki omogoča
vodoravne premike laserskega žarka (0.0625°, 0.125°, 0.25°, 0.5°,
1°). Pri 3D laserskih skenerjih z dvema zrcaloma je gostota
skeniranja odvisna le od kotnega zasuka zrcal. Velikost laserske
svetlobne pike je odvisna od natančnosti fokusiranja. Tehnični
podatki za Cyrax 2500 navajajo velikost laserske pike premera 6 mm
na razdalji 50 m.
-
19/24
4. Druge geodetske metode Poleg referenčnih metod in metod za
masovni zajem točke obstajajo še druge metode, ki so sicer manj
primerne za natančne meritve na plazu, lahko pa jih koristno
uporabimo pri evidentiranju plazov. Na tem mestu omenjamo samo dve
metodi, katerih osnova je daljinsko zaznavanje .
• uporaba satelitskih posnetkov
• uporaba s SAR izdelanega modela reliefa
4.1. Uporaba satelitskih posnetkov Kadar nimamo na voljo
klasičnih aeroposnetkov, lahko uporabimo, za pridobitev informacije
o prostoru, satelitske podobe, ki so pridobljene z
multispektralnimi senzorji na satelitih.
Multispektralni senzorji omogočajo snemanje terena v različnih
valovnih dolžinah. S primerjanjem podob narejenih v različnih
spektralnih razredih lahko z različnimi tipi klasifikacije izvemo
veliko o posnetem terenu. Večina metod klasifikacije je avtomatskih
ali polavtomatskih. V program za klasifikacijo vnesemo parametre
objektov, ki jih bomo na celotni sliki iskali in le-ta s pomočjo
primerjave večspektralnih posnetkov poišče iskane objekte. Najbolj
primeren način iskanja objektov je klasifikacija objektov na osnovi
učenja algoritma na učnem vzorcu.
Pomembne značilnosti nabave in uporabe satelitskih podob:
• dobavitelji se držijo/ne držijo dobavnih rokov za naročene
podobe; za naročeno manjše območje se praviloma čaka dlje časa, kot
če se naroči večje območje;
• cena je odvisna od količine, števila uporabnikov podobe in
natančnosti;
• kot osnovna ponudba se šteje podoba z do 20 % oblačnosti, pri
zahtevani manjši oblačnosi na podobi, se poveča cena;
• življenjska doba satelitov je sorazmerno kratka (največ 10
let);
• bolj grobi produkti (brez georeferenciranja, brez poravnave,
slabša pozicijska natančnost) so cenejši in hitreje dobavljivi;
• za grobe produkte lahko sami izdelamo georeferenciranje,
poravnavo;
• cene podob različnih senzorjev so odvisne od konkurence;
• podobe imajo radiometrično ločljivost večinoma 11 bitov (2048
sivin), to predstavlja problem pri obdelavi posnetkov, saj večinoma
obdelujemo 8 bitne slike (256 sivin).
Stereoefekt na podobah narejenih s satelitskimi senzorji je
nekoliko drugačen kot efekt, ki ga dosežemo z običajnimi
fotogrametričnimi posnetki. Zato uporaba stereo satelitskih
posnetkov zahteva nabavo drage specializirane programske in strojne
opreme za izvajanje meritev.
4.1.1. Sateliti Visoko resolucijski komercialni senzorji, ki so
trenutno na voljo so (leto 2005):
• Ikonos
• QuickBird
• Orbview 3
4.1.1.1. Ikonos Ikonos je bil izstreljen sredi leta 1999 in leti
na višini 680 km. Ikonos snema z 1-metrsko ločljivostjo v
pankromatski tehniki in 4-metrsko v multispektralni tehniki (3
barvni kanali - rdeč, zelen, moder - in en bližnji IR kanal, vsi so
skupaj združeni v eno datoteko MS). Njegove podobe ponuja ameriška
firma Space Imaging preko posrednikov.
Njegova načrtovana življenjska doba je 5 do 7 let, kar pomeni,
da se njegova življenjska doba že počasi izteka.
-
20/24
Uporabnost teh satelitskih podob se je ugotavljala tudi že v
Sloveniji (Triglav, 2002a). Uporabljen je bil Ikonosov izdelek Geo
za območje Krškega. Ugotovljeno je bilo, da so razlike med
popravki, zajetimi fotogrametrično, in popravki, izmerjenimi iz
satelitske podobe, minimalne. Identifikacija objektov se poenostavi
na obarvanem 1-metrski PAN posnetku (obarvan je z multispektralnim
posnetkom 4-m Ikonosa).
Iz arhiva lahko naročimo območje najmanjše velikosti 49 km2,
nova snemanja pa za najmanj eno podobo (11x11 km) 100 km2. Arhivska
podoba je stara vsaj 2 meseca, lahko naročimo samo Geo arhiv.
4.1.1.2. QuickBird QuckBird je satelit ameriškega podjetja
DigitalGlobe, ki je bil iztreljen oktobra 2001. Leti na višini 450
km. V pankromatski tehniki snema z ločljivostjo 61 cm in v
multispektralni tehniki z 2,44 m (spektralni kanali: RGB in bližnji
IR). Ločljivost je odvisna od kota snemanja, v nadirju je prej
omenjena, pod največjim kotom snemanja 25° pa je ločljivost 72 cm v
PAN in 2,88 m v MS. Senzorji zajamejo podatke enoslikovno 16,5x16,5
km ali kontinuirano pas širine 16,5 km in dolžine do 165 km.
Podatki o letu satelita in optičnih lastnostih senzorja pa so,
za razliko od drugih satelitov, javno dostopni uporabnikom.
Omenjeni podatki so na voljo v obliki berljivi z vsemi
pomembnejšimi programi za obdelavo podob. Vsak izdelek je opremljen
tudi z polinomskim koeficientom RPC (rational polynomial
coefficient), ki omogoča umeščanje v prostor brez uporabe
oslonilnih točk (Oštir, 2004; Eurimage, 2004).
Dobavitelj satelitskih posnetkov postavlja cene glede na
prioritete snemanja. Osnovne cene imajo snemanja z majhno
prioriteto. Cena pa se seveda dvigne, če naročimo snemanje z večjo
prioriteto, kar pomeni, da bomo podobe prej dobili. Obstajajo tri
prioritete: majhna prioriteta (standard), srednja prioriteta
(priority) in nujna prioriteta (rush). Iz arhiva lahko naročimo
minimalno 25 km2, 64 km2 z majhno in srednjo prioriteto ter 100 km2
z nujno prioriteto. Za ciklična snemanja območij s Quicirdom je
ponujen tudi popust (-20 % za drugo podobo istega območja in -25 %
za tretjo), vendar se moramo za to naročiti v naprej (Eurimage,
2004).
Če naročamo nova snemanja osnovnega izdelka, lahko naročimo le
celotno podobo 272 km2, kar znese 5984 USD pri majhni prioriteti
snemanja.
Prav tako kot pri Ikonosu, je pri QuickBirdu cena odvisna od
licence za uporabo podobe: • ena organizacija: osnovna cena, • več
organizacij: 2-10 organizacij +20 %, več kot 10 organizacij - po
dogovoru, • izobraževalna organizacija: -20 %.
Naročimo lahko tudi multispektralne posnetke z izboljšano
prostorsko ločljivostjo na 0,6 m. Vendar to ni cenovno smiselno,
saj izostrenje multispektralnih posnetkov lahko izdelamo tudi sami
(Švab, Oštir, 2004).
Za natančno georeferneciranje sta primerna samo osnovni in
ortorektificirani izdelek, izdelka standard pa ne moremo, saj je
le-ta že grobo georeferenciran (Skumavec, 2004).
Naročanje QuickBirdovih podob pa je dokaj nezanesljivo in
časovno nedefinirano. Slovenski naročniki podob naročenega niti po
8 mesecih niso prejeli in so se nazadnje odločili za nakup podobe
iz arhiva. Ugotovili so, da imajo prednost naročniki večjega
števila podob oz. večjih območij (Oštir, 2004b; Skumavec,
2004).
4.1.1.3. OrbView 3 Ameriško podjetje OrbImage ponuja
visokoresolucijske multispektralne posnetke senzorjev s
komercialnega satelita OrbView 3 z 1-metrsko resolucijo v
pankromatski tehniki in 4-metrsko v multispektralni tehniki v
nadirju. Z multispektralno tehniko posname 4 spektralne kanale: RGB
in bližnjo IR. Satelit lahko snema do odklonskega kota 50° od
nadirja, kar nam tudi zmanjša natančnost in resolucijo
posnetkov.
Satelit je bil izstreljen sredi leta 2003 in leti na višini 470
km. Njegova minimalna življenjska doba je ocenjena na 5 let.
OrbView 3 je primerljiv s satelitom Ikonos (OrbImage, 2004).
V začetku leta 2007 planirajo izstrelitev satelita OrbView 5, ki
bo omogočal še boljšo resolucijo: 0,41 m v pankromatski tehniki in
1,64 m v multispektralni tehniki. Le-ta se bo kosal s posnetki
trenutno razpoložljivega QuicBird 2.
Trenutno OrbImage ponuja dva tipa izdelkov sistema OrbView
3:
• osnovni (BASIC),
• orto (ORTHO).
-
21/24
4.1.2. Postopki uporabe satelitskih posnetkov
4.1.2.1. Predpriprava podob za uporabo Ponudniki visokoločljivih
satelitskih podob večinoma ne ponujajo podatkov o legi satelita v
času snemanja, saj jim to omogoča trženje dražjih natančnejših
izdelkov, kjer to sami izkoristijo. Ker pa so že obdelane podobe
veliko dražje, za končnega uporabnika nabava večjega števila le-teh
ni ekonomsko smiselna, saj lahko končni uporabnik sam
georeferencira in poravna podobe na želeno natančnost.
4.1.2.2. Georeferenciranje Že Fraser (2000) je omenil več
možnosti za georeferenciranje visokoločljivih podob:
• uporaba blokovne izravnave s popravljenimi enačbami
kolinearnosti za primer satelitskih scen: satelitski skener ima
perspektivno projekcijo samo v prečni smeri leta, paralelno
projekcijo pa v smeri leta;
• model več projekcijskih centrov; kolinearne enačbe
re-parametriziramo s časovno odvisnimi polinomskimi funkcijami;
• racionalne funkcije: slikovne koordinate so direktne funkcije
objektnih koordinat;
• direktna linearna transformacija z enim dodanim
parametrom;
• afina projekcija: najprej podobo transformiramo iz
perspektivne v afino projekcijo, potem pa sledi nadaljnja
uporaba.
Pri satelitskih sistemih, kjer lahko dobimo poleg surove podobe
še druge podatke, nam ti georeferenciranje močno olajšajo. Tako že
v naprej vemo na kakšen način bomo georeferencirali OrbVieweve
podobe, kjer nam zraven podobe posredujejo tudi racionalne
funkcije. Prav tako nam QuickBird omogoča izbiro več načinov
georeferenciranja, saj imamo podane podatke o legi satelita v času
snemanja in modelu kamere. Pri Ikonosu pa se je uporaba direktne
linearne transformacije izkazala za zelo učinkovito (GI Slovenije,
2001).
Če hočemo sami izvajati georeferenciranje, moramo naročiti
najosnovnejši izdelek senzorja, saj že transformiranega ali grobo
georeferenciranega velikokrat ne moremo več učinkovito popravljali.
Iz tega razloga se georeferenciranje QuickBirdovih arhivskih podob
Standard s pomočjo direktne linerane transformacije ni obrodilo
želenih rezultatov (Skumavec, 2004).
4.1.2.3. Poravnava Poravnava podobe (registracija) predstavlja
umestitev podobe v izbrani koordinatni sistem - dobimo enakomerno
položajno natančnost po celotni podobi. S poravnavo odpravljamo
neenakomerna in nelinearno razporejena popačenja, ki so posledica
kota ali časa snemanja ter vpliva oblike reliefa na podobo.
Poravnave podob se lotimo po georeferenciranju, če ugotovimo, da
nam le-to ni dalo primernih rezultatov položajne natančnosti po
celotni podobi. Za poravnavo potrebujemo osnovno podobo ali drug
sistem prostorskega prikaza (karta, DOF) na katerega izbrano podobo
poravnamo.
Poravnava podob je v ožjem pomenu postopek, s katerim dosežemo,
da istim strukturam ali območjem na zemeljskem površju ustrezajo
iste koordinate oz. lega na obeh podobah. Poznamo večsenzorsko,
večspektralno in veččasovno poravnavo podob.
Poravnava podob je sestavljena iz (Veljanovski, Oštir,
2004):
• prepoznavanja značilnih struktur, objektov in oblik,
• kontrole ujemanja struktur - iskanje ustreznih parov točk,
• opredelitve ustrezne prostorske transformacije,
• prevzorčenja poravnane podobe.
-
22/24
4.2. Uporaba SAR za določanje modela reliefa Radarsko daljinsko
zaznavanje ima veliko ugodnih lastnosti, kot so neobčutljivost za
vremenske pojave, možnost snemanja ponoči ter veliko število
delujočih radarskih, predvsem satelitskih sistemov. Pri snemanju z
radarjem obsevamo (z mikrovalovnim elektromagnetnim valovanjem),
območje na zemeljskem površju ter sprejemamo odboj
elektromagnetnega valovanja s površja Zemlje. Na radarskih
posnetkih, lahko vidimo samo elektromagnetno valovanje, ki se je
odbilo nazaj v smeri antene. Radar je torej aktivni inštrument,
antena proti površju Zemlje pošlje mikrovalovni signal, signal se
na površju razprši v vse smeri, antena zazna odbito valovanje.
Jakost odbitega valovanja določajo: krajevni vpadni kot,
razgibanost ter prevodnost in dielektričnost zemeljskega
površja.
Radarju, ki opazuje površje Zemlje nekoliko vstran od nadirja,
pravimo radar bočnega pogleda. Dolžina antene vpliva na azimutno
ločljivost, torej ločljivost v smeri leta. Čim daljša je antena,
boljša je ločljivost v tej smeri. Tako imenovan radar z umetno
odprtino (synthetic aperture radar, SAR) s posebno tehniko iz
sorazmerno kratke antene ustvari navidezno zelo dolgo anteno. Pri
tem sestavi več zaporednih signalov (odbojev), ki jih radar sprejme
med premikanjem v smeri leta. »Odprtina« v tem primeru predstavlja
celotno razdaljo, na kateri radar zaznava energijo, odbito z
zemeljskega površja, in jo sestavlja v posnetek.
4.2.1. Postopek interferometrične obdelave za izdelavo modela
reliefa Postopek izdelave interferograma in digitalnega modela
višin InSAR 25 je, kljub dokaj preprosti teoretični podlagi,
razmeroma zapleten. Približno ga lahko razdelimo na naslednje
korake:
• izbira parov posnetkov, • natančna medsebojna poravnava
posnetkov, • priprava zunanjega modela višin, • računanje
interferograma, • izboljšanje interferograma, • razvijanje faze, •
ustvarjanje digitalnega modela višin, • geokodiranje, • združevanje
interferogramov in ovrednotenje kakovosti.
Za kompleksne posnetke satelitov ERS lahko podatke o orbitah in
ugodnih parih dobimo kar na internetu na straneh Evropske vesoljske
agencije (ESA). Pri izbiri para posnetkov se moramo zavedati tako
teoretičnih kot tudi praktičnih omejitev. Osnovna razdalja ne sme
biti niti premajhna niti prevelika. Posnetka se morata prekrivati v
delu, ki nas zanima. Kljub navidez dobri izbiri lahko naletimo na
težave, ki so posledica močno različnih vremenskih razmer v času
zajetja posnetkov. Izbira parov posnetkov torej zelo vpliva na
zmožnost obdelav. Za najbolj ugodne posnetke se je izkazal čas brez
vegetacije zgodaj spomladi. Kakovost izdelanega digitalnega modela
višin InSAR 25 je ovrednoteno z nekaj neodvisnimi metodami (Stančič
et al., 2000), in sicer s primerjavo raznih raztresenih točk na
manjših, a morfološko različnih testnih območjih, s primerjavo s
točkami, zajetimi z analitično fotogrametrično metodo ter s
primerjavo z obstoječim DMR 100, delom obstoječega DMR 25 in
najboljšo kombinacijo podatkov za testiranje. Glede na omenjene
metode so pridobljene naslednje vrednosti ocene višinske
natančnosti:
• ravninska območja 2 m • gričevnata območja 5 m • gorata
območja 13 m
-
23/24
5. Vidiki pri izbiri merske metode Geodetske merske metode
zagotavljajo kakovosten prostorski podatek pri določevanju
topografije in spremljanju aktivnosti zemeljskih plazov. Glede na
nalogo oziroma stanje plazu smo geodetske merske metode uporabne
pri opazovanju plazov razdelili glede na namen oziromna fazo stanja
plazu, na metode za: • določitev stanja pred nastankom plazu •
določitev premikov • izdelavo posnetka stanja
5.1. Metode za določitev stanja pred nastankom plazu Pri vsakem
plazu nas zanima, kakšno je bilo stanje pred nastankom plazu, saj
lahko le na osnovi razlike med začetnim in trenutnim stanjem
kvalitativno ugotovimo za kakšne in kolikšne spremembe gre. Ker
lokacijo novega plazu lahko predvidimo le izjemoma, je izvedba
naloge težavna, saj pogostokrat posnetek terena pred nastankom
plazu ne obstaja. V takem primeru si lahko pomagamo z merskimi
metodami, ki uporabljajo za druge namene zajete podatke v času pred
nastankom plazu, to pa so : • satelitski posnetki, posneti v času
pred nastankom plazu • INSAR DMR izdelan pred nastankom plazu •
fotogrametrični posnetki cikličnih ali posebnih aerosnemanj
Satelitski posnetki, posneti v času pred nastankom plazu so lahko
zaradi pogostokrat preslabe ločljivosti (več kot 0.5 m) le osnova
za določitev prvotnega stanja. Uporabimo jih če ni drugega boljšega
vira.
INSAR DMR izdelan pred nastankom plazu je zaradi relativno
redkega grida (25 m) le deloma uporaben vir r za 3D model stanja
pred nastankom plazu. Uporabimo ga če ni drugega boljšega vira.
Najpogosteje so uporabni fotogrametrični posnetki cikličnega ali
posebnega aerosnemanja, na osnovi katerih lahko izvedemo
fotogrametrične meritve. Te tvorijo niz zaporednih postopkov, ki so
sami po sebi dokaj kompleksni in zahtevajo obsežno pripravo. Med te
postopke štejemo, izmero oslonilnih točk, skeniranje posnetkov,
izračun notranje in zunanje orientacije posnetkov ter stereo
izvrednotenje, katerega rezultat so podatki geolocirani v prostoru.
Končni produkt fotogrametričnih produkcijske linije so lahko
topografski podatki podani v vektorski obliki (točke, linije,
poligoni), digitalni model reliefa in pa ortorektificirani posnetki
(ortofoto načrt). Fotogrametrične metode štejemo med dirketne,
površinske metode merjenja, zaradi poljubnega števila točk, ki jih
lahko zajamemo iz posnetkov pa jih štejemo za masovne.
5.2. Metode za določitev premikov Od nastanka naprej plaz ne
miruje ampak se pod različnimi vplivi spreminja. Pri izboru merske
metode moramo upoštevati predvsem naslednje kriterije : •
topografske lastnosti plazu (lokacija, lega, velikost,
konfiguracija terena, dostopnost, ...) • dinamiko sprememb na plazu
(počasni majhni premiki, konstantno drsenje, enkratni podori ali
zdrsi,...) Za zelo majhne premike (rang mm/letno) geodetske metode
niso primerne, veliko primernejše so geomehanske inklinometrske
metode.
Geodetske merske metode bomo uporabili, kadar so pričakovani
premiki med posameznimi opazovanji več kot 5 mm. Na počasi
premikajočih se plazovih (letne ali mesečne spremembe), kjer se
lahko brez nevarnosti gibljemo tudi po območju plazu, lahko
uporabimo klasične geodetske metode kot so tahimetrija in GPS
meritve. V tem primeru opazujemo premike le na posameznih točkah
plazišča, ki pa morajo biti na terenu ustrezno signalizirane
(tahimetrija) oziroma stabilizirane in varno dostopne (GPS).
V primeru velike ogroženosti objektov je možno izvajati tudi
on-line opazovanja, pri čemer si pomagamo z motoriziranim
elektronskim tahimetrom, ki samodejno neprestano opazuje eno ali
več signaliziranih točk in lokacije sporoča na center za obdelavo.
Tam jih ustrezna programska oprema obdeluje in v primeru večjih
premikov sproži alarm. Sistem zahteva le enkratno signalizacijo
točk na plazišču, s čimer se izognemo nevarnosti gibanja po
plazovitem terenu.
Na plazovih, kjer so premiki večji, pride pri uporabi klasičnih
metod praviloma do uničenja stabiliziranih in signaliziranih točk,
kar onemogoča nadaljnja merjenja. V tem primeru je idealna metoda
laserskega. Pri nas za namene plazov ta metoda še ni bila testirana
in uporabljena, izkušnje iz tujine pa kažejo na njeno veliko
uporabnost. Laserski skener je izredno uporaben zaradi
nekontaktnosti metode in s tem varnosti - signalizacija,
stabilizacija in dostop do merjenih točk niso potrebni, samo
stojišče pa je izven samega plazišča. Zaradi mase točk, ki jih
lahko zajamemo v kratkem času, in iz katerih naredimo zelo gost 3D
model
-
24/24
plazu omogoča poleg določitve premikov tudi bistveno prednost
pred klasičinimi geodetskimi meritvami, ki so omejene na manjše
število točk. Gre za možnost natančnega izračun volumnov zemljine,
ki se premika in ki predstavlja glavni problem pri plazovih. Zaradi
vseh omenjenih lastnosti je merjenje z laserskim skenerjem primerno
tudi za meritve z večjo frekvenco, kvartalno mesečno ali pa celo
tedensko.
5.3. Metode za izdelavo posnetka stanja Posnetek stanja
celotnega plazu lahko izvedemo v različnih časovnih presekih.
Običajno je najbolj to storiti po večjih spremembah na plazu
(nastanek plazu, večji premiki, posamezne faze sanacije,...), lahko
pa ga izvajamo tudi periodično. Za posnetek stanja plazu so
primerne metode za masovni zajem točk: • klasične geodetske metode
• fotogrametrične metode • uporaba laserskih skenerjev V primeru,
da želimo pridobiti topografijo celotnega plazu z klasičnimi
geodestkimi metodami, je neizogibno gibanje po samem plazu, saj je
potrebno vse detajlne točke sproti markirati s prizmo oz. nanje
postaviti GPS anteno. Te metode so tehnično najnatančnejše, vendar
so tudi časovno potratne pri zajemu velikega števila točk, poleg
tega pa zaradi potencialnega zdrsa nevarne za operaterja. Zaradi
tega so za izdelavo posnetka celotnega plazu manj primerne.
Fotogrametrične metode delimo na aero in terestrične. Pri
aerosnemanjih so stroški zaradi organizacije snemanja ter
izvrednotenja relativno visoki zaradi česar metoda za pogosto
periodično snemanje ni primerna. Pri terestričnih snemanjih so
stroški bistveno manjši se pa pogostokrat pojavi problem vidnosti
plazu s stojišča.
Tudi za posnetke stanja se izkaže terestrično lasersko
skeniranje kot najprimernejša metoda. Glavna prednost pred ostalimi
metodami je v tem, da lahko v kratkem času pridobimo prostorski
podatek za relativno velika območja, ne da bi se omejili na končno
število diskretnih točk. Podatek, ki pridobimo s skeniranjem
predstavlja oblak točk iz katerega lahko tvorimo ploskve (digitalni
model terena) v različnih časovnih obdobjih. Iz oblaka točk lahko
izvajamo tudi poljubne meritve objektov, ki jih v oblaku lahko
identificiramo. Z namestitvijo digitalnega fotoaparata na ogrodje
laserskega skeniranja je možno enostavno kombiniranje posnetkov z
oblakom točk. Tako lahko znatno zmanjšamo čas za pripravo
digitalnega ortofota oz. drugih vizualizacij, saj se izognemo vsem
vmesnim stopnjam med samo terensko izmero in končnim produktom, ki
so potrebni pri fotogrametričnih tehnikah.
1. Uvod 1.1. Klasifikacija merskih metod 1.2. Merske metode za
izmero aktivnosti plazov 1.2.1. Geološko hidrološke meritve 1.2.2.
Geodetske metode
2. Referenčne geodetske metode 2.1. Klasične geodetske meritve
2.2. GPS meritve 2.2.1. Metode GPS izmere 2.2.1.1. Statična GPS
izmera 2.2.1.2. Hitra statična metoda GPS izmere 2.2.1.3.
Kinematična metoda GPS izmere 2.2.1.4. Real Time Kinematic – RTK
metoda GPS izmere
2.2.2. GPS sprejemniki 2.2.3. Planiranje GPS izmere
3. Geodetske metode za masovni zajem 3.1. Fotogrametrična izmera
3.1.1. Fotogrametrični viri 3.1.2. Fotogrametrične tehnike 3.1.3.
Vrste fotogrametričnih snemanj 3.1.4. Ocena natančnosti
fotogrametričnih meritev
3.2. Lasersko skeniranje 3.2.1. Opredelitev tehnologije 3.2.2.
Natančnost laserskih skenerjev 3.2.3. Doseg 3.2.4. Vidno polje
3.2.5. Gostota skeniranja in velikost pike
4. Druge geodetske metode 4.1. Uporaba satelitskih posnetkov
4.1.1. Sateliti 4.1.1.1. Ikonos 4.1.1.2. QuickBird 4.1.1.3. OrbView
3
4.1.2. Postopki uporabe satelitskih posnetkov 4.1.2.1.
Predpriprava podob za uporabo 4.1.2.2. Georeferenciranje 4.1.2.3.
Poravnava
4.2. Uporaba SAR za določanje modela reliefa 4.2.1. Postopek
interferometrične obdelave za izdelavo modela reliefa
5. Vidiki pri izbiri merske metode 5.1. Metode za določitev
stanja pred nastankom plazu 5.2. Metode za določitev premikov 5.3.
Metode za izdelavo posnetka stanja