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UNICAP – Universidade Católica de Pernambuco Laboratório de Topografia Topografia 2 Fotogrametria Parte 1 Recife, 2012 Parte 1 Fotogrametria (definição clássica): Pode ser definida como a Ciência, Arte e Tecnologia de se obterem Medidas dignas de confiança por meios de Fotografias É derivada de três palavras de origem grega que tem o 2 É derivada de três palavras de origem grega que tem o seguinte significado: � LUZ � DESCRIÇÃO � MEDIDAS Fotogrametria: Ciência, Arte e Tecnologia � É Ciência por se tratar de um conjunto metódico de conhecimentos obtidos mediante a observação e a experiência; 3 � É Arte por possuir habilidades na sua constituição � É Tecnologia por possuir um conjunto de conhecimentos e princípios científicos. Aplicações dos Produtos Fotogramétricos Mapas topográficos modernos são invariavelmente produzidos por Fotogrametria. Somente após o inicio da Fotogrametria foi possível a compilação de mapas topográficos em pequenas escalas. Quase todas as fases de projetos, locação, construção e gerenciamento são conduzidos, se não totalmente, em grande parte, pelos fotogrametristas As principais aplicações da Fotogrametria são: 4 � Locação de estradas; � Arqueologia; � Automação de processos industriais; � Mapeamento; � Geração de Modelos Digitais de Terreno e Elevação; � Planejamento de superfícies; � Realidade aumentada; � Identificação de objetos presentes na superfície física; � Robótica; Classificação da Fotogrametria Quanto a posição da câmara ou elemento Sensor � Aérea � Terrestre � Espacial ou Orbital (satélites) � Macroscópica 5 � Macroscópica Quanto a tecnologia usada � Analógica � Analítica � Digital Classificação da Fotogrametria Quanto a posição da câmara ou elemento Sensor � Aérea � Terrestre � Espacial ou Orbital (satélites) � Macroscópica 6 � Macroscópica Quanto a tecnologia usada � Analógica � Analítica � Digital Quanto a posição da câmara ou elemento Sensor 7 1839 – Invenção da fotografia por Louis Jacques Mandé Daguerre; 1840 – Geodesista Francês Arago demonstrou a viabilidade do uso de fotografias nos levantamentos topográficos 1849 – O Engenheiro Geodesista e Militar do Exército Francês Coronel Aimé Laussedat fez fotografias a bordo de balões, depois concentrou seus esforços no mapeamento usando fotogrametria terrestre; 1909 – O Médico e físico Alemão Carl Pulfrich iniciou os primeiros experimentos com o estéreo pares – Princípio da marca flutuante; 1913 – O avião foi utilizado pela primeira vez para a tomada de fotografias aéreas com o objetivo de mapeamento, pelo oficial Britânico Capitão Tardivo; Evolução Histórica 8 1918 a 1945 – A aerofotogrametria tornou-se uma tecnologia largamente utilizada para a produção de mapas, sobretudo durante o período a segunda guerra mundial; equipamentos de restituição como o Multiplex e do Estereroplanígrafo; Principais métodos analógicos como as técnicas de orientação empírica e a aerotriangulação analógica; Década de 1950 – Utilização do computador para cálculos de Blocos de Aerotriangulação; 1958 – Protótipo do Restituidor Analítico; 1976 – Modelos comerciais de Restituidores Analíticos; Década de 1990 – Fotogrametria Digital com fotos analógicas digitalizadas em Scanners fotogramétricos; Automação de processos fotogramétricos como a geração de Ortofotos e de Modelos Digitais de Terreno; 2000 – Apresentação de Câmaras Digitais Fotogramétricas em Amsterdã. Evolução Histórica F o t o g r a m e t r i a A n a l ó g i c a E r a A n a l í t i c a E r a D i g i t a l Invenção Computadores 2000 1950 A N O 9 F o t o g r a m e t r i a A n a l ó g i c a Invenção do Avião Invenção da fotografia P r i m e i r a G e r a ç ã o 1900 1850 A N O Evolução Histórica As primeiras imagens aéreas que temos notícia foram geradas dentro de um balão por Gaspard Felix Tournachon em 1858 e posteriormente em 1903, outras imagens foram obtidas através de câmeras fotográficas instaladas em pombos, com equipamentos desenvolvidos por Julius Neubronner, o equipamento pesava aproximadamente 70 gramas. 10 Evolução Histórica O primeiro registro de fotografias aéreas obtidas por um avião com uso em mapeamento foi do Capitão Tardivo, oficial britânico, que em 1913 apresentou um trabalho descrevendo o processo em uma reunião da sociedade Internacional de Fotogrametria em Viena na Áustria. 11 Evolução Histórica 12 Fotografias aéreas em agosto de 1943, Corpo de Fuzileiros da Marinha Americana Multiplex – Onde a captação fotogramétrica era feita neste equipamento com diapositivos de vidro e usando o processo de anaglifo. A imagem era projetada na superfície branca da mesa. Restituidores Analógicos (Anos 30 a 50) 13 Restituidores Analógicos (Anos 30 a 50) 14 Multiplex O emprego dos restituidores analógicos A8, B8, PG2, A10 e vários outros, teve o seu período de glória nas décadas de 60 e de 70. Só no Brasil foram vendidos cerca de 100 equipamentos B8 (no mundo todo foram cerca de 1.200 B8). Os equipamentos ditos analíticos foram inventados em 1957, mas somente passaram a ser comercializados em fins dos anos 70. Estão nessa categoria os equipamentos DSR11/15, da Kern; Planicomp, da ZEISS; e BC1/2/3 e SD2000/3000, da Wild. Restituidores Analógicos (Anos 60 e 70) 15Restituidor WILD A10 Restituidores Analógicos (Anos 60 e 70) Restituidor WILD A8 16 B8 Estereoploter, produzido entre 1961 e 1972 Restituidores Analógicos (Anos 60 e 70) 17 Restituidores Analógicos (Anos 60 e 70) 18 Restituidores Analógicos (Anos 60 e 70) 19 Restituidores Analíticos (Final dos anos 70) 20Estação analítica ZEISS Planicomp C-12Planicomp P3 Restituidores Analíticos (Final dos anos 70) 21 WILD B 8-S Restituidores Analíticos (Final dos anos 70) 22Restituidor Analítico SD2000/3000 Restituidores Digitais (Início dos anos 80 até 2000) Esta é uma era que caracteriza-se pelo uso de imagens digitais como fonte primária de dados e computadores com capacidade suficiente para o processamento interativo de imagens digitais 23 Imagestation Intergraph Restituidores Digitais (Início dos anos 80 até 2000) Digitalização das Imagens, a partir dos Negativos (Carl Zeiss Scanner SCAI) 24 Restituidores Digitais (Início dos anos 80 até 2000) 25 Digitalização das Imagens, a partir dos Negativos Restituidores Digitais (Início dos anos 80 até 2000) 26Digitalização das Imagens, a partir dos Negativos Restituidores Digitais (Início dos anos 2000 até os dias atuais) 27 Estação fotogramétrica digital da Intergraph Restituidores Digitais (Início dos anos 2000 até os dias atuais) 28 Restituidores Digitais (Início dos anos 2000 até os dias atuais) 29 Câmera Aerofotogramétrica - Analógica Câmera Aerofogramétrica Modelo ZEISS RMK TOP 15/23 Baseada em Filme como Elemento Sensor 30 Câmera Aerofotogramétrica - Analógica Câmera Aerofogramétrica Modelo ZEISS RMK TOP 15/23 Baseada em Filme como Elemento Sensor 31 Câmera Aerofotogramétrica - Analógica Câmera Aerofogramétrica Modelo ZEISS RMK TOP 15/23 Baseada em Filme como Elemento Sensor 32 Câmera Aerofotogramétrica - Analógica Câmara aérea LEICA WILD RC 30 Baseada em filme como Elemento Sensor 33 Câmera Aerofotogramétrica - Digital 34 Sensor Linear Câmera Aerofotogramétrica - Digital 35 Sensor MatricialCâmera Aerofotogramétrica - Digital 36 Câmera Aerofotogramétrica - Digital 37 Câmera Aerofotogramétrica - Digital ADS 40 – 2ª Geração de Câmeras Digitais 38 Câmera Aerofotogramétrica - Digital ADS 40 – 2ª Geração de Câmeras Digitais 39 Câmera Aerofotogramétrica - Digital ADS 80 – 3ª Geração de Câmeras Digitais 40 Câmera Aerofotogramétrica - Digital ADS 80 – 3ª Geração de Câmeras Digitais 41 Câmera Aerofotogramétrica - Digital ADS 80 – 3ª Geração de Câmeras Digitais 42 Câmeras Aerofotogramétricas Modelo Dimensão pixel (µm) Distância focal Altura Vôo para TPT de 20cm (m) Formato imagens (pixel) Extensão no Terreno para pixel 20cm (m) Câmera Grande Formato UltraCam X 7,20 33,0 910 4992 x 3328 661 x 991 Z/I Imaging DMC 12,0 120,0 2000 13826 x 7680 1536 x 2765 Câmera Analógica Grande angular - 153,0 1224,0 9200x9200 1840x1840 43 UltraCam X Z/I Imaging DMC ZEISS RMK TOP 15/23 Câmeras Aerofotogramétricas Digitais Câmeras Aerotransportadas de Pequeno Formado Sistema Aerotransportado de Aquisição de Imagens digitais 45 Sistema Aerotransportado de Aquisição de Imagens digitais Sistema Aerotransportado instalado em Helicóptero Laser Scanner Aerotransportado 46 Diversos fabricantes: Leica, Optech, Trimble, Riegl Laser Scanner Aerotransportado ALS 60 – Laser Scanner Aerotransportados 47 Laser Scanner Aerotransportado ALS 70 – Laser Scanner Aerotransportados 48 Laser Scanner Aerotransportado Laser Scanner Aerotransportado ALS 60 – Com Emissor Único- 200 kHz 50 ALS 70 – Com Duplo Emissor - 500 kHz Laser Scanner Aerotransportado Optech – Lidar Imaging Solutions 51 Laser Scanner Aerotransportado Curitiba/PR - Acesso Aeroporto 52 Laser Scanner Aerotransportado 53 Laser Scanner Aerotransportado 54Cidade de Curitiba/PR Laser Scanner Aerotransportados ALS 60 – Laser Scanner Aerotransportados 55 Laser Scanner Aerotransportados ALS 60 – Laser Scanner Aerotransportados 56 Laser Scanner Aerotransportados ALS 60 + ADS 80 – Laser Scanner + Câmara Digital Aerotransportados 57 Laser Scanner Aerotransportados e Aerofotos 58 Fotogrametria Terrestre O uso da Fotogrametria Terrestre surgiu como opção para levantamentos arquitetônicos no ano de 1840. Após a segunda guerra mundial a conservação de monumentos foi motivada a partir de 1964, com a elaboração da Carta Internacional sobre conservação e restauração de monumentos e sítios históricos, conhecida como Carta de Veneza, que considera as obras monumentais como testemunho vivo das tradições de 59 um povo. Fotogrametria Terrestre Fotogrametria Terrestre consiste nas atividades de captação de dados gráficos por meio da Fotogrametria utilizando como sensor uma câmara métrica terrestre. 60Plataforma terrestre Fotogrametria Terrestre 61 Distribuição dos pontos de controle na fachada principal da Basílica de Nossa Senhora do Carmo em Recife /PE Fotogrametria Terrestre 62 Fotogrametria Terrestre 63 Imagens a Esquerda com distorção e a direita Retificada Fotogrametria Terrestre 64 Fotogrametria Terrestre 65 Implantação e Pré-Sinalização dos marcos de controle Vôo para aquisição das imagens com uso de câmera digital de Pequeno Formato Montagem do Foto-índice e seleção das imagens Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Planejamento do Vôo Aerolevantamento Vôo para aquisição das imagens 66 Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Orientação interior e exterior, medição dos pontos Aerotriangulação Geração e Edição de MDT Restituição Planimétrica e Traçado das Curvas-de-nível Edição, conversão de formato de dados e impressão Geração da Ortoimagem Dados de Calibração Um projeto de recobrimento é um estudo detalhado, com todas as especificações sobre o tipo de cobertura, por exemplo: Condições naturais da região: - Local a ser fotografado - Área a fotografar - Dimensões da área - Relevo - Regime de ventos Planejamento do Vôo 67 - Altitude média do terreno - Variação de altura do terreno - Mês para execução do vôo - Nº de dias favoráveis ao vôo Apoio logístico: - Transporte - Hospitais -Alimentação Condições técnicas (base e aeronave): - Base de operação - Alternativa de pouso - Recursos na base - Modelo da aeronave - Autonomia - Teto de serviço operacional - Velocidade média de cruzeiro - Tripulação Condições técnicas (plano de vôo): Planejamento do Vôo 68 Condições técnicas (plano de vôo): - Altura e Altitude de vôo - Escala das fotografias - Superposição longitudinal / lateral - Câmara aérea - Tipo e quantidade de filme empregados - Rumo das faixas - Nº de faixas e Nº de fotos - Velocidade máxima (arrastamento) - Tempo de exposição ideal - Intervalo de exposição - Distância entre faixas Especificações Técnicas do Vôo Aerofotogramétrico � Recobrimento: Longitudinal / Transversal � Escala da foto � Distância focal da câmara 69 � Resolução do filme � Tolerâncias e desvios � Área coberta por uma fotografia Calibração da Câmera 70 Escala de Vôo E 71 Ev Exercício sobre Escala 1- Calcule o que se pede abaixo sabendo que: Distância focal (f) = 50 mm Escala de Vôo (Ev) = 1/50.000 Altitude média do terreno (hm) = 900 m A) Altura de Vôo (Hv) 72 H = (50.000 x 0,055) + 900 H = 3.400m B) Calcule a escala da foto para uma Altitude de 1200 m. Exercício sobre Escala C) Calcule a dimensão da área coberta pela foto aérea de 23cm x 23cm em km2 Distância focal (f) = 50 mm Escala de Vôo (Ev) = 1/50.000 Altitude média do terreno (hm) = 900 m Dimensão da Foto = 23cm x 23cm 73 L = 23cm x 50.000cm L = 0,23m x 500m L = 11.500m L2 = Área no Terreno = 132,25km2 Exercícios 2- A que altura de vôo deveria voar um avião para que as fotografias fossem produzidas na escala 1/6.000; utilizando-se uma câmera aérea com distância focal f=150mm? 74 3- Um avião equipado com uma câmera fotográfica com distância focal f=300mm, está fotografando a superfície da Terra a uma altura de vôo de 4.320m. Qual será a escala da fotografia? Fotografia e o Diapositivo 75 Marcas Fiduciais As fotografias tomadas com câmaras métricas convencionais, possuem marcas fiduciais que são sinais gravados nas bordas das fotografias com a finalidade de materializar o sistema de coordenadas da fotografia (sistema fiducial). As marcas fiduciais são de vários tipos e variam de 76 fiduciais são de vários tipos e variam de acordo com o tipo de câmara métrica. Com a interseção das marcas fiduciais opostas pode-se determinar a origem do sistema fiducial e definir o sistema de coordenadas fotográfico com uso de um sistema bidimensional. Marcas Fiduciais PP = Ponto Principal da fotografia aérea Aerofoto ou Fotograma - Projeto FIDEM – 1997 - UNICAP FX 23 / 034 – Escala 1/6000 Detalhe Detalhe 78 Detalhe Projeto/AnoAltímetroRelógioNível de Bolha Recobrimento Aerofotogramétrico O recobrimento Longitudinal de 60% é necessário para garantir a estereoscopia, portanto as fotos são expostas em intervalos de tempos tais que, entre duas fotos sucessivas de uma faixa haja uma superposição de cerca de 60%. Nas faixas expostas paralelamente, para compor a cobertura de uma área é mantida uma distância entre os eixos de vôo que garante uma superposição de cerca de 30% 79 entre duas faixas adjacentes. Recobrimento Aerofotogramétrico Porcentagem segundo a qual uma fotografia se sobrepõe à seguinte Recobrimento Lateral Recobrimento Longitudinal 80 60% 30%Recobrimento Aerofotogramétrico 81 60% Visão Estereoscópica Imagem estereoscópica é o resultado da superposição longitudinal entre duas fotos consecutivas. 82Par Estereoscópico Visão Estereoscópica Simulação de visão estereoscópica com pares de fotografias aéreas Com isto as fotografias são recobertas longitudinalmente e lateralmente para que seja possível a reconstrução tridimensional dos objetos ou medir suas posições 83 planimétrica e altimétrica. Deste princípio tem-se a denominação de recobrimento estereoscópico entre as fotografias. O par de fotografias é chamado de par estereoscópico ou estéreo par de fotografias. Câmeras Estereoscópicas – Século Passado Folding Kodak Improved Stereo Goerz Anschutz 84 Folding Kodak Improved Stereo Goerz Anschutz Mackenstein La Francia Tailboard_Stereo_unlabeled Estereoscópios – Século Passado 85 Estereoscópio de mão Estereoscópio de Pedestal Par estereoscópicos Palácio Imperial no Largo do Paço, Rio de Janeiro. 1870. Acervo da Biblioteca Nacional 86 Acervo da Biblioteca Nacional Avenida Central, trecho do clube de Engenharia Rio de Janeiro. 1915 Coleção Henrique Lins de Barros Estereoscópios - Modernos 87 Sony-HXR-NX3D1 Panasonic Lumix DMC-3d Estereoscópio de Espelhos 88 Estereoscópio de Espelhos 89 Estereoscópio de Bolso 90 Estereoscópio de Bolso 91 Estereoscópio 92 Exercício da “Salsicha” O “Exercício“ de Salsicha pode ser útil desenvolvendo a habilidade para se ver em estéreo. Essencialmente neste exercício você enfoca seus olhos em um objeto distante e então lentamente traz seus dedos indicadores na linha de visão. Quanto mais distante e separadamente estiverem seus dedos e maior a salsicha que você vê, mais paralelas são suas linhas de visão. 93 suas linhas de visão. Implantação e Pré-Sinalização dos marcos de controle Vôo para aquisição das imagens com uso de câmera digital de Pequeno Formato Montagem do Foto-índice e seleção das imagens Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Planejamento do Vôo Aerolevantamento Vôo para aquisição das imagens 94 Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Orientação interior e exterior, medição dos pontos Aerotriangulação Geração e Edição de MDT Restituição Planimétrica e Traçado das Curvas-de-nível Edição, conversão de formato de dados e impressão Geração da Ortoimagem Dados de Calibração Implantação e pré-sinalização, levantamento GPS e nivelamento dos marcos Desenhos Típicos da Sinalização dos Alvos Implantação e pré-sinalização, levantamento GPS e nivelamento dos marcos Implantação e pré-sinalização, levantamento GPS e nivelamento dos marcos Implantação e pré-sinalização, levantamento GPS e nivelamento dos marcos Implantação e pré-sinalização, levantamento GPS e nivelamento dos marcos Implantação e Pré-Sinalização dos marcos de controle Vôo para aquisição das imagens com uso de câmera digital de Pequeno Formato Montagem do Foto-índice e seleção das imagens Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Planejamento do Vôo Aerolevantamento Vôo para aquisição das imagens 100 Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Orientação interior e exterior, medição dos pontos Aerotriangulação Geração e Edição de MDT Restituição Planimétrica e Traçado das Curvas-de-nível Edição, conversão de formato de dados e impressão Geração da Ortoimagem Dados de Calibração Vôo para aquisição das imagens digitais 101 Vôo para aquisição das imagens digitais 102 Vôo para aquisição das imagens digitais 103 Vôo para aquisição das imagens digitais 104 Vôo para aquisição das imagens digitais 105 Vôo para aquisição das imagens digitais 106 Vôo para aquisição das imagens digitais 107 Vôo para aquisição das imagens digitais 108 Vôo para aquisição das imagens digitais 109 Vôo para aquisição das imagens digitais 110 Vôo para aquisição das imagens digitais 111 Vôo para aquisição das imagens digitais 112 Vôo para aquisição das imagens digitais 113 Vôo para aquisição das imagens digitais 114 Movimentos da Aeronave durante o Vôo φ κ 115 ω Ângulos de atitude Movimentos da Aeronave durante o Vôo 116 Implantação e Pré-Sinalização dos marcos de controle Vôo para aquisição das imagens com uso de câmera digital de Pequeno Formato Montagem do Foto-índice e seleção das imagens Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Planejamento do Vôo Aerolevantamento Vôo para aquisição das imagens 117 Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Orientação interior e exterior, medição dos pontos Aerotriangulação Geração e Edição de MDT Restituição Planimétrica e Traçado das Curvas-de-nível Edição, conversão de formato de dados e impressão Geração da Ortoimagem Dados de Calibração Montagem do fotoíndice e seleção das imagens 118 Montagem do fotoindice e seleção das imagens 119 Montagem do fotoindice e seleção das imagens 120 Implantação e Pré-Sinalização dos marcos de controle Vôo para aquisição das imagens com uso de câmera digital de Pequeno Formato Montagem do Foto-índice e seleção das imagens Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Planejamento do Vôo Aerolevantamento Vôo para aquisição das imagens 121 Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Orientação interior e exterior, medição dos pontos Aerotriangulação Geração e Edição de MDT Restituição Planimétrica e Traçado das Curvas-de-nível Edição, conversão de formato de dados e impressão Geração da Ortoimagem Dados de Calibração Reconhecimento e levantamentos das Coordenadas dos Pontos de Apoio Há a necessidade de pontos Fotoidentificáveis, cujas coordenadas sejam conhecidas, esse pontos são denominados de Pontos de Apoio Distribuição Básica de Pontos para um Ajustamento Simultâneo de Aerofotos Reconhecimento e levantamentos das Coordenadas dos Pontos de Apoio Pontos de apoio: O primeiro passo para se efetuar a restituição será o levantamento Planialtimétrico (processos topográficos ou GPS) de uma rede, suficientemente densa, de pontos de controle (ossuficientemente densa, de pontos de controle (os chamados pontos de apoio), que sejam facilmente identificáveis nas fotografias aéreas. Estes pontos deverão estar, preferencialmente, ao nível do solo ou não muito acima dele. Reconhecimento e levantamentos das Coordenadas dos Pontos de Apoio Reconhecimento e levantamentos das Coordenadas dos Pontos de Apoio 125 FAIXA 1 FAIXA 2 FAIXA 3 Para o correto posicionamento e orientação de um Reconhecimento e levantamentos das Coordenadas dos Pontos de Apoio 126 Para o correto posicionamento e orientação de um modelo, no espaço, bem como a determinação de suas dimensões, exigem medições de certos elementos do objeto real, cujos homólogos estejam contidos nas fotos; é necessário a determinação das coordenadas destes elementos que são denominados pontos de apoio suplementar. São também denominados, respectivamente, pontos de apoio vertical, pontos de apoio horizontal e pontos de duplo apoio. Implantação e Pré-Sinalização dos marcos de controle Vôo para aquisição das imagens com uso de câmera digital de Pequeno Formato Montagem do Foto-índice e seleção das imagens Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Planejamento do Vôo Aerolevantamento Vôo para aquisição dasimagens 127 Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Orientação interior e exterior, medição dos pontos Aerotriangulação Geração e Edição de MDT Restituição Planimétrica e Traçado das Curvas-de-nível Edição, conversão de formato de dados e impressão Geração da Ortoimagem Dados de Calibração Aerotriangulação É um processo numérico que permite calcular: 1. As posições e inclinações de cada foto 2. As coordenadas de terreno de pontos medidos nas fotos (pontos fotogramétricos) 128 Restituição Planialtimétrica 129 Ortorretificação das imagens Aéreas Perspectiva Central Perspectiva Ortogonal Ortorretificação 130 PlantaPlanta Sendo x = y Planta x y PlantaPlanta 131
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