ΚΙΝΟΥΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗΣ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΜΕ ΤΟ LEICA PEGASUS ONE ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΟΔΟΥ ΣΤΟ ΠΟΛΕΟΔΟΜΙΚΟ ΣΥΓΚΡΟΤΗΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ & ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ GIS ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΚΙΝΟΥΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗΣ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΜΕ ΤΟ LEICA PEGASUS ONE ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΟΔΟΥ ΣΤΟ ΠΟΛΕΟΔΟΜΙΚΟ ΣΥΓΚΡΟΤΗΜΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Ελένη Σ. Καραχάλιου Μηχανικός Χωροταξίας & Ανάπτυξης Επιβλέποντες: Γεωργούλα Όλγα Γεωργιάδης Χαράλαμπος Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή: Χ. Γεωργιάδης Ο. Γεωργούλα Π. Πατιάς Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2015

2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ & ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ GIS ΙΔΡΥΜΑ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Πολυτεχνική Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών ΕΡΓΑΣΙΑ ΤΊΤΛΟΣ ΕΡΓΑΣΊΑΣ ΕΚΠΟΝΗΣΗ Μεταπτυχιακή Διατριβή ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ 30/06/2015 ΕΠΙΒΛΕΠΟΝΤΕΣ ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΟΝΟΜΑ ΗΛΕΚΡΟΝΙΚΟΥ ΑΡΧΕΙΟΥ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΑΡΑΔΟΤΕΟΥ Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης Αποτύπωση με το Leica Pegasus One Τμήματος Οδού Στο Πολεοδομικό Συγκρότημα Θεσσαλονίκης Ελένη Σ. Καραχάλιου Μηχανικός Χωροταξίας & Ανάπτυξης Γεωργούλα Όλγα, Καθηγήτρια - ΤΑΤΜ Γεωργιάδης Χαράλαμπος, Επίκ. Καθηγητής - Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Γεωργιάδης Χαράλαμπος, Επίκ. Καθηγητής Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Ο. Γεωργούλα, Καθηγήτρια ΤΑΤΜ Π. Πατιάς, Καθηγητής ΤΑΤΜ Karachaliou_217_diplwmatiki.doc και Karachaliou_217_diplwmatiki.pdf Αναλογική μορφή Το παρόν τεύχος αποτελεί τη Διπλωματική εργασία, που περιλαμβάνει την αναλυτική περιγραφή της μεθοδολογίας, την εφαρμογή, τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα της εργασίας. Ψηφιακή μορφή Στο CD (DVD) που συνοδεύει το τεύχος περιλαμβάνονται σε ψηφιακή μορφή: τα κείμενα της εργασίας σε μορφή αρχείων doc και pdf και τα αποτελέσματα σε μορφές.shp,.las,.img,.dwg, και.pdf - 1 -

3 Ευχαριστίες Με την ευκαιρία ολοκλήρωσης της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας, θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά την Καθηγήτρια του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης, και επιβλέπουσα της εργασίας, κα Γεωργούλα Όλγα, για την ευκαιρία που μου έδωσε να ασχοληθώ με το συγκεκριμένο θέμα, καθώς και για την εμπιστοσύνη, βοήθεια και γνώση που μου παρείχε καθ όλη τη διάρκεια της συνεργασίας μας. Θα ήθελα ακόμα να ευχαριστήσω, τον Επίκουρο Καθηγητή του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών, του Αριστοτελείου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης, κο Γεωργιάδη Χαράλαμπο, για την βοήθεια και τις συμβουλές του, που ήταν πολύτιμες για την ολοκλήρωση του θέματος. Θερμές ευχαριστίες εκφράζονται επίσης, στο Κοινωφελές Ίδρυμα «Αλέξανδρος Σ. Ωνάσης», για την χορήγηση υποτροφίας, για την ολοκλήρωση των μεταπτυχιακών μου σπουδών στο Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Γεωπληροφορικής, του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστήμιου Θεσσαλονίκης, για το ακαδημαϊκό έτος Ευχαριστώ ιδιαίτερα και τον κο Πατώνη Φώτη για το χρόνο και τη βοήθεια του. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένεια μου, τους στενούς φίλους και τους συναδέλφους για τη στήριξη τους, καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της έρευνας

4 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΙΝΟΥΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑΔΙΑ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΚΙΝΟΥΜΕΝΗΣ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗΣ ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΡΗ ΤΩΝ ΚΙΝΟΥΜΕΝΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗΣ Πλατφόρμες Αισθητήρες Βοηθητικός Εξοπλισμός ΒΑΣΙΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΩΝ ΚΙΝΟΥΜΕΝΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗΣ Καταγραφή Δεδομένων Εξαγωγή και Διαχείριση της Πληροφορίας ΧΕΡΣΑΙΑ ΚΙΝΟΥΜΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗΣ ΤΟ ΚΙΝΟΥΜΕΝΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗΣ LEICA PEGASUS ONE ΓΕΝΙΚΑ ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΡΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ GNSS/INS/IMU Σαρωτής Λέιζερ Κάμερες Κεντρική Μονάδα Ελέγχου Υπολογιστή & Μπαταρία ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ, ΣΥΛΛΟΓΗ ΚΑΙ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΜΕ ΤΟ LEICA PEGASUS ONE ΣΕ ΑΣΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ ΣΥΛΛΟΓΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΡΟΧΙΑΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΣΥΓΧΡΟΝΙΣΜΟΣ ΕΙΚΟΝΟΛΗΠΤΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΕΞΑΓΩΓΗΣ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ

5 4 ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗΣ - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ (GIS) ΑΣΤΙΚΟΥ ΟΔΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ Ορισμός Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών (ΓΣΠ/GIS) Δημιουργία Γεωβάσης και ΓΣΠ για τμήμα αστικού οδικού δικτύου ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΜΗΚΟΤΟΜΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΤΟΜΩΝ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΤΟΥ ΟΔΙΚΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ Εξαγωγή χαρακτηριστικών σε αρχεία τύπου CAD Δημιουργία Μηκοτομής και Διατομών ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ LIDAR ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Εξαγόμενες Μορφές Αρχείων & Λογισμικό Επεξεργασίας Επεξεργασία Νέφους Σημείων για την 3D μοντελοποίηση των προσόψεων των κτιρίων Παραγωγή Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους Εφαρμογή των αποτελεσμάτων στη διαχείριση ενός οδικού δικτύου ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ

6 Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης Αποτύπωση με το Leica Pegasus One Τμήματος Οδού Στο Πολεοδομικό Συγκρότημα Θεσσαλονίκης Ελένη Σ. Καραχάλιου Πολυτεχνική Σχολή ΑΠΘ, Tμήμα Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών (ΤΑΤΜ), Τομέας Κτηματολογίου, Φωτογραμμετρίας και Χαρτογραφίας Περίληψη Η τεχνολογία των Κινούμενων Συστημάτων Χαρτογράφησης, βρίσκεται στο προσκήνιο τα τελευταία χρόνια. Η ψηφιακή απεικόνιση σε συνδυασμό με την άμεση γεωαναφορά, καθιστά τα εν λόγω συστήματα αποτελεσματικά εργαλεία για τη συλλογή γεωχωρικών δεδομένων, παρέχοντας λύσεις για μία ταχεία και αποδοτική χαρτογράφηση υψηλής ακρίβειας. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι, αφού μελετηθεί η εξέλιξη των συστημάτων κινούμενης χαρτογράφησης και κατανοηθεί η λειτουργίας τους, να πραγματοποιηθεί αποτύπωση με το σύστημα Leica Pegasus One, σε αστικό ιστό και να διερευνηθούν τα αποτελέσματα που μπορούν να προκύψουν χρησιμοποιώντας ποικίλα λογισμικά. Από τη διαδρομή που καταγράφηκε εντός του Πολεοδομικού Συγκροτήματος Θεσσαλονίκης, επιλέχθηκε τμήμα του οδικού δικτύου και υλοποίηθηκαν τρεις εφαρμογές. Αρχικά δημιουργήθηκε ένα ολοκληρωμένο Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών (GIS) για το τμήμα του αστικού οδικού δικτύου που επιλέχθηκε. Στη συνέχεια, η πληροφορία που συλλέχθηκε, χρησιμοποίηθηκε για τη δημιουργία σχεδίων μηκοτομής και διατομών για το τμήμα της οδού, με τη χρήση λογισμικού οδοποιίας. Τέλος, μελετήθηκαν οι δυνατοί τρόποι επεξεργασίας των Lidar δεδομένων για την τρισδιάστατη μοντελοποίηση όψεων των κτιρίων και την παραγωγή ψηφιακού μοντέλου εδάφους

7 Mobile Mapping Systems: Mapping Application in the urban Environment of Thessaloniki using the Leica Pegasus One MMS Eleni S. Karachaliou Aristotle University of Thessaloniki, Faculty of Engineering, School of Rural and Surveying Engineering, Dept. of Cadastre, Photogrammetry and Cartography, Abstract Mobile Mapping Technology has been rapidly developed in the recent years. Digital imaging combined with direct georeferencing, make these systems efficient tools for collecting geospatial data and provide solutions for a fast and efficient high-precision mapping. The aim of this thesis, is to collect geospatial and Lidar data, using the Leica Pegasus One MMS, in the urban environment of Thessaloniki and to evaluate the results by using different software. A road section was selected and performed three applications. At first, an integrated Geographic Information System (GIS) was created, for the selected part of the urban road network. Then, the information collected, was used to create the profile sections of the road by using an appropriate road software. Finally, possible ways of processing Lidar data for three dimensional modeling facades and producing digital terrain model, were investigated

8 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η συνεχόμενη και ραγδαία ανάπτυξη των αστικών κέντρων και δικτύων, κάνει επιτακτική την ανάγκη διαρκούς συλλογής γεωχωρικών δεδομένων, για την κάλυψη των αναγκών που προκύπτουν σε επίπεδο σχεδιασμού, διαχείρισης και οργάνωσης. Οι εξελίξεις στον τομέα της τεχνολογίας των αισθητήρων συλλογής χωρικής πληροφορίας, τείνουν να αντικαταστήσουν τις κλασσικές μεθόδους καταγραφής γεωχωρικών δεδομένων, όπως η εναέρια φωτογραμμετρία, η δορυφορική τηλεπισκόπηση και οι τοπογραφικές τεχνικές, με νέες μεθόδους, οι οποίες εξασφαλίζουν συνεχή ανανεώσιμη αποτύπωση του χώρου, με μεγάλη ακρίβεια, μεγαλύτερη λεπτομέρεια και ταχύτερη παραγωγή, σε συνδυασμό με χαμηλό κόστος. Παράδειγμα αυτών των εξελίξεων, ιδίως τις τελευταίες τρεις δεκαετίες, αποτελεί η τεχνολογία των Κινούμενων Συστημάτων Χαρτογράφησης, η οποία παρέχει το πλεονέκτημα της τρισδιάστατης χαρτογράφησης με τη χρήση πολλαπλών προηγμένων αισθητήρων, τοποθετημένων σε μία κινητή πλατφόρμα, καθώς επίσης και σύγχρονων τεχνολογιών επεξεργασίας των λαμβανόμενων δεδομένων,. Στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας, είναι αφενός η έρευνα της εξέλιξης των συστημάτων κινούμενης χαρτογράφησης και η κατανόηση της λειτουργίας τους και αφετέρου η αξιολόγηση της ανταπόκρισης ενός τέτοιου συστήματος σε συνθήκες αποτύπωσης ενός αστικού περιβάλλοντος. Συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο, καταγράφεται η εξέλιξη των συστημάτων κινούμενης χαρτογράφησης, από την πρώτη εμφάνιση τους μέχρι σήμερα, αναλύεται η δομή και η λειτουργία τους και παρουσιάζονται εφαρμογές που έχουν πραγματοποιηθεί σε παγκόσμιο επίπεδο. Το δεύτερο κεφάλαιο, εστιάζει στην παρουσίαση του κινούμενου συστήματος χαρτογράφησης που διαθέτει το Εργαστήριο Φωτογραμμετρίας και Τηλεπισκόπησης του Τμήματος Αγρονόμων & Τοπογράφων Μηχανικών του Α.Π.Θ. και το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την καταγραφή των δεδομένων, το Leica Pegasus One. Περιγράφονται τα μέρη από τα οποία αποτελείται και αναλύεται η λειτουργία του. Το τρίτο κεφάλαιο, αφορά την αποτύπωση με το Leica Pegasus One, τμήματος οδού, εντός του αστικού ιστού του Πολεοδομικού Συγκροτήματος Θεσσαλονίκης και περιγράφεται η διαδικασία που ακολουθήθηκε από τη φάση καταγραφής των δεδομένων μέχρι και την περαιτέρω επεξεργασία τους, ώστε να είναι σε θέση να παράγουν χωρική πληροφορία

9 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Στο τέταρτο κεφάλαιο, ερευνάται το είδος της πληροφορίας που μπορεί να εξαχθεί από τα δεδομένα που συλλέχθηκαν και κατ επέκταση οι εφαρμογές που δύναται να υλοποιηθούν και στις οποίες μπορεί να ανταποκριθεί το εν λόγω κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης. Το παρόν τεύχος, ολοκληρώνεται με το έκτο κεφάλαιο και τη συλλογή συμπερασμάτων, σχετικά με τις δυνατότητες του συστήματος Leica Pegasus One, ως εργαλείο αποτύπωσης χωρικής πληροφορίας, ενός πυκνού αστικού περιβάλλοντος, αλλά και με προτάσεις που αφορούν τη μελλοντική χρήση και εξέλιξη του

10 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] 1 Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης [Mobile Mapping Systems] Στο κεφάλαιο αυτό, αναλύεται η έννοια της Κινούμενης Χαρτογράφησης (Mobile Mapping), παρουσιάζεται η εξέλιξη και η δομή των συστημάτων και γίνεται αναφορά σε εφαρμογές που έχουν υλοποιηθεί σε παγκόσμιο επίπεδο. 1.1 Εισαγωγή Η έννοια της χαρτογράφησης επηρεάζει πλέον αισθητά τις ζωές των ανθρώπων καθώς και τις επιχειρηματικές διεργασίες. Τα εργαλεία της φωτογραμμετρίας, της τηλεπισκόπησης και των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών, εξελίσσονται ραγδαία και αξιοποιούν τις νέες τεχνολογίες για να ενισχύσουν την ανάπτυξη του τομέα της χαρτογράφησης. Την ίδια στιγμή, η αυξανόμενη διείσδυση στην αγορά, της διαδικτυακής χαρτογράφησης (internet mapping) και των δορυφορικών εικόνων έχει διευρύνει το πεδίο της έρευνας και των επιχειρηματικών ευκαιριών στις γεωχωρικές κοινότητες. Εφόσον λοιπόν, τα γεωχωρικά δεδομένα αποτελούν τη βάση κάθε γεωχωρικής εφαρμογής, η έγκαιρη συλλογή και ανανέωση τους, με ακρίβεια, έχει γίνει πιο επιτακτική από ποτέ. Η χρήση της τεχνολογίας των πλατφόρμων πολλαπλών αισθητήρων, καθορίζει σαφώς την τάση για γρήγορη και με ακρίβεια, απόκτηση δεδομένων. Πλήθος διαφόρων ειδών αισθητήρων μπορούν να τοποθετηθούν σε ποικιλία πλατφόρμων (όπως δορυφόροι, αεροσκάφη, ελικόπτερα, οχήματα, θαλάσσια σκάφη) και σε συνδυασμό με την αυξανόμενη χρήση του διαδικτύου και των ασυρμάτων δικτύων επικοινωνίας, επιτρέπουν τη συλλογή, τη μεταφορά και την επεξεργασία των γεωχωρικών δεδομένων με ακρίβεια και αποτελεσματικότητα. Ο όρος Κινούμενη Χαρτογράφηση (Mobile Mapping), δηλώνει τη διαδικασία κατά την οποία γεωχωρικά δεδομένα συλλέγονται από αισθητήρες, οι οποίοι είναι εγκατεστημένοι σε μία κινούμενη πλατφόρμα (Tao & Li, 2007, σ. xi). Η ιδέα ξεκίνησε να υπάρχει από τότε που ο κλάδος της φωτογραμμετρίας άρχισε να αναπτύσσεται. Με την πάροδο των ετών, οι εξελίξεις στα συστήματα εντοπισμού της θέσης μέσω δορυφόρων καθώς και στα αδρανειακά συστήματα, οδήγησε στο συμπέρασμα ότι η τροχιά και η θέση του συστήματος λήψης θα μπορούσε να προσδιοριστεί απευθείας για τον ακριβή προσανατολισμό των εικόνων στο χώρο, αντί να χρησιμοποιούνται σημεία ελέγχου στο έδαφος (El-Sheimy N., Mobile multi-sensor systems: The new trend in mapping and GIS applications, 2000)

11 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Η επισταμένη έρευνα σχετικά με την κινούμενη χαρτογράφηση χρονολογείται από τα τέλη της δεκαετίας του Η εξέλιξη της καθοδηγήθηκε από την ανάγκη χαρτογράφησης των υποδομών μεγάλων οδικών δικτύων και των υποδομών των μεταφορών γενικότερα. Εικονοληπτικοί αισθητήρες (cameras) και αισθητήρες πλοήγησης και θέσης (GPS, INS, IMU), προσδένονται σε κινούμενες πλατφόρμες για τους σκοπούς της χαρτογράφησης. Τα αντικείμενα χαρτογραφούνται και μπορούν άμεσα να μετρηθούν από εικόνες που έχουν γεωαναφερθεί απευθείας με τη χρήση των αισθητήρων προσανατολισμού και θέσης (Tao & Li, 2007, σ. xi). Στη βιβλιογραφία, η συγκεκριμένη επιστημονική περιοχή συναντάται με ποικίλους όρους όπως Kinematic Surveying, Dynamic Mapping, Vehicle-based Mapping. To 1997 στο 1 ο Διεθνές Συμπόσιο για την Τεχνολογία της Κινούμενης Χαρτογράφησης, που πραγματοποιήθηκε στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο στις Η.Π.Α., ο όρος Mobile Mapping έγινε ευρέως και κοινά αποδεκτός (Tao & Li, 2007, σ. xi). 1.2 Στάδια Εξέλιξης Κινούμενης Χαρτογράφησης Η τεχνολογία των Κινούμενων Συστημάτων Χαρτογράφησης, καθοδηγήθηκε από τις εξελίξεις στον τομέα της ψηφιακής απεικόνισης και των τεχνολογιών της άμεσης γεωαναφοράς των εικόνων. Η πρώτη φάση της εξέλιξης, αφορά τα συστήματα καταγραφής εικόνων γνωστά ως photo-logging systems, τα οποία κατέγραφαν τα δεδομένα σε συνάρτηση με το χρόνο, την τοποθεσία, ή σε αναφορά με εξωτερικές συσκευές και αισθητήρες. Tη δεκαετία του 1970, τα συστήματα αυτά χρησιμοποιήθηκαν ευρέως από τμήματα συγκοινωνιών και μεταφορών, για την παρακολούθηση της κατάστασης του οδοστρώματος, της σηματοδότησης καθώς και για την καταγραφή παραβάσεων. Συχνά φωτογραφικές μηχανές με φιλμ, χρησιμοποιούνταν για τη λήψη εικόνων μέσα από κινούμενα οχήματα και με την παράλληλη χρήση αδρανειακών συστημάτων (γυροσκόπια, επιταχυνσιόμετρα), γινόταν ο προσδιορισμός των στιγμιαίων θέσεων λήψης των εικόνων. Κάθε εικόνα καταγραφόταν με τη χρονική και γεωγραφική της πληροφορία και το σύνολο των εικόνων αποτελούσε το οπτικό αρχείο της λειτουργίας του αυτοκινητόδρομου. Εξαιτίας όμως της χαμηλής ακρίβειας προσδιορισμού της θέσης του οχήματος κάθε στιγμή και της χρήσης μίας μόνο φωτογραφικής μηχανής, η τρισδιάστατη απεικόνιση των αντικειμένων δεν ήταν εφικτή. Επίσης, μειονέκτημα αποτελούσε και η χρήση του φιλμ καθώς αφενός ήταν ευαίσθητο υλικό και αφετέρου η επεξεργασία του ήταν κοστοβόρα (Tao & Li, 2007, σ. xii). Ακολούθησε, η εμφάνιση της τεχνολογίας των GPS και της βίντεο-απεικόνισης αντικαθιστώντας τα συστήματα photo-logging με τα συστήματα GPS-based videologging, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν σε πολλά έργα και πρόσφεραν ταχύτερη και χαμηλότερου κόστους προσέγγιση των οδικών δικτύων. Οι συλλεχθέντες βίντεο-εικόνες μπορούσαν να γεωαναφερθούν στο παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων

12 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] χρησιμοποιώντας τα δεδομένα από την πλοήγηση με το GPS και τις πληροφορίες εντοπισμού της θέσης που παρείχε (Tao & Li, 2007, p. xii). Τα παραπάνω συστήματα συναντώνται στη βιβλιογραφία και ως Κινούμενα Συστήματα Απογραφής Αυτοκινητοδρόμων (Mobile Highway Inventory Systems-MHIS-), τα οποία εμφανίστηκαν στις επαρχίες του Καναδά και σε ορισμένες πολιτείες των ΗΠΑ το 1983 (El- Sheimy N., The Development of VISAT - A Mobile Survey System For GIS Applications, 1996, σ. 4). Σταθμό στην εξέλιξη τους, αποτέλεσαν οι βελτιώσεις που έγιναν στο σύστημα Alberta MHIS, το 1988, όταν τοποθετήθηκε σ αυτό, διαφορικό GPS για την επίτευξη μεγαλύτερης ακρίβειας εντοπισμού της θέσης καθώς επίσης και αδρανειακό σύστημα για να γεφυρώνει τις διακοπές του σήματος του GPS και να παρέχει τη δυνατότητα για ακριβή προσανατολισμό της κάμερας. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι ο προσδιορισμός της θέσης του οχήματος ήταν δυνατός με ακρίβεια 0,2 έως 0,3 m, κινούμενο με ταχύτητα από 50 έως 70 χιλιόμετρα την ώρα (El-Sheimy N., The Development of VISAT - A Mobile Survey System For GIS Applications, 1996, σ. 6). Η ουσιαστική ανάπτυξη των επίγειων κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης, ξεκίνησε από δύο ερευνητικές ομάδες στη Βόρεια Αμερική τη δεκαετία του Από το Κέντρο Χαρτογράφησης στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο στις και από το Τμήμα Γεωπληροφορικής του Πανεπιστημίου του Κάλγκαρι στον Καναδά (Tao & Li, 2007, σ. xii). Το πρώτο επίγειο κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης ήταν το σύστημα GPSVan TM (Εικόνα 1) και αναπτύχθηκε από το Κέντρο Χαρτογράφησης στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο το Πρόκειται για ένα σύστημα στο οποίο είχαν ενσωματωθεί ένας δέκτης GPS, δύο ψηφιακές CCD φωτογραφικές μηχανές, δύο έγχρωμες συσκευές λήψης βίντεο καθώς και αισθητήρες υπολογισμού της θέσης κάθε στιγμή. Ο δέκτης GPS κατέγραφε τη θέση του οχήματος και οι εικόνες από τις κάμερες χρησιμοποιούνταν για τον προσδιορισμό των θέσεων των σημείων σε σχέση με το όχημα. Οι υπόλοιποι αισθητήρες, δηλαδή δύο γυροσκόπια και ένα οδόμετρο, τοποθετήθηκαν σε κάθε μία από τις μπροστινές ρόδες και κάλυπταν τα κενά όσον αφορά τον προσδιορισμό της θέσης εξαιτίας διακοπών του σήματος του GPS. Τα δεδομένα από τις βιντεοκάμερες βοήθησαν στην αναγνώριση των αντικειμένων. Με την μέθοδο της δέσμης και του σχετικού προσανατολισμού, επιτεύχθηκε ακρίβεια περίπου 10 εκατοστών, όσον αφορά τη σχετική θέση των αντικειμένων. Λόγω του τύπου του GPS που χρησιμοποιήθηκε, η ακρίβεια του απόλυτου προσδιορισμού θέσης ήταν μόλις 1 έως 3 μέτρα (Ellum, 2001, p. 7)

13 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Εικόνα 1: GPSVan TM Mobile Mapping System Πηγή 1: (Bossler & Toth, 1996) Οι περαιτέρω εξελίξεις στον κλάδο των κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης, επικεντρώθηκαν στη βελτίωση της αξιοπιστίας των συστημάτων και της ακρίβειας τους. Τη λύση στο πρόβλημα της ακρίβειας φαίνεται να έδωσε η χρήση αδρανειακών μονάδων μέτρησης (δηλ. αισθητήρων IMU - Inertial Measurement Units) παρέχοντας υψηλής ακρίβειας πληροφορίες για τον προσδιορισμό της θέσης του οχήματος κάθε στιγμή (Ellum, 2001, σ. 7). Το συγκριτικό πλεονέκτημα όλων των συστημάτων που αναπτύχθηκαν έκτοτε, είναι η δυνατότητα πραγματοποίησης τρισδιάστατης χαρτογράφησης με τη χρήση πολλαπλών προηγμένων αισθητήρων και τεχνολογιών επεξεργασίας των λαμβανόμενων δεδομένων. Το βασικό χαρακτηριστικό τους, είναι η εγκατάσταση στην κινούμενη πλατφόρμα, περισσοτέρων από μία κάμερες, επιτρέποντας έτσι τη στερεοσκοπική απεικόνιση και τις τρισδιάστατες αποτυπώσεις. Επίσης, η γεωαναφορά των εικόνων είναι άμεση και επιτυγχάνεται μέσω τεχνικών και αισθητήρων πλοήγησης και προσδιορισμού της θέσης. Όσον αφορά την ακρίβεια τους, τα συστήματα αυτά μπορούν να καταγράψουν με ακρίβεια εκατοστού τη θέση του οχήματος και να αποτυπώσουν τρισδιάστατα τα αντικείμενα των γεωαναφερμένων εικόνων με ακρίβεια κάτω του μισού μέτρου (Tao & Li, 2007, σ. 12)

14 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] 1.3 Βασικά Μέρη των Κινούμενων Συστημάτων Χαρτογράφησης Τα κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης αποτελούνται από δύο βασικά μέρη. Από την πλατφόρμα που χρησιμοποιείται για την κίνηση του συστήματος και από τους αισθητήρες που προσδένονται στην πλατφόρμα. Οι αισθητήρες που συναντώνται στα κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης είναι αφενός οι αισθητήρες που σχετίζονται με τον προσδιορισμό της θέσης της πλατφόρμας κάθε στιγμή και αφετέρου οι εικονοληπτικοί αισθητήρες και οι αισθητήρες λέιζερ σάρωσης, που συλλέγουν τα δεδομένα εικόνας ή βίντεο και αποτυπώνουν τρισδιάστατα τα σημεία του χώρου αντίστοιχα Πλατφόρμες Οι κινούμενες μονάδες χαρτογράφησης μπορεί να είναι εναέριες ή χερσαίες. Τα εναέρια συστήματα χαρτογράφησης είναι ουσιαστικά και τα μέσα που χρησιμοποιεί η εναέρια φωτογραμμετρία. Στην περίπτωση αυτή η πλατφόρμα μπορεί να είναι ένα επανδρωμένο αεροσκάφος (Εικόνα 2) ή ένα μη επανδρωμένο σύστημα UAV (Unmanned Aerial Vehicle) (Εικόνα 3). Το μέγεθος τους εξαρτάται από το ωφέλιμο φορτίο του εξοπλισμού που πρόκειται να προσδεθεί σε αυτά. Το θετικά των εναέριων επιχειρήσεων, είναι ότι η συλλογή των δεδομένων μπορεί να είναι ταχεία, αυτοματοποιημένη και να πραγματοποιείται σε περιοχές που είναι αδύνατη η πρόσβαση από το έδαφος. Τα βασικά τους μειονεκτήματα είναι ότι η πραγματοποίηση τους εξαρτάται από τα καιρικά φαινόμενα και επίσης το κόστος είναι υψηλό. Εικόνα 2: Παράδειγμα εναέριου συστήματος χαρτογράφησης -επανδρωμένο αεροσκάφος (Url1) Εικόνα 3: Παράδειγμα εναέριου συστήματος χαρτογράφησης UAV (Url2) Όσον αφορά τα χερσαία κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης, χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον οχήματα τύπου βαν (Εικόνα 4), για τη μοντελοποίηση του αστικού περιβάλλοντος και ιδιαίτερα του οδικού δικτύου. Ανάλογα όμως με την επιθυμητή

15 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] περιοχή αποτύπωσης και τις απαιτήσεις της κάθε εφαρμογής, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλα είδη πλατφόρμας όπως αμαξοστοιχία (Εικόνα 5), βάρκα ή πλωτό σκάφος (Εικόνα 6), όχημα χιονιού (Εικόνα 7), οχήματα για ιδιαίτερα εδάφη (π.χ. δάσος, αμμώδης έκταση) (Εικόνα 8 & Εικόνα 9), ή και ένας άνθρωπος ο οποίος θα φέρει το μηχανισμό περπατώντας (Εικόνα 10). Εικόνα 4: Παράδειγμα επίγειας κινούμενης μονάδας χαρτογράφησης τύπου βαν (Url3) Εικόνα 5: Το σύστημα RailMapper της εταιρείας IGI (Url4) Εικόνα 6: Το σύστημα ROAMER του Φιλανδικού Γεωδαιτικού Ινστιτούτου τοποθετημένο σε πλωτό σκάφος (Url5) Εικόνα 7: Το σύστημα ROAMER του Φιλανδικού Γεωδαιτικού Ινστιτούτου τοποθετημένο σε όχημα χιονιού (Url6)

16 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Εικόνα 8: Το σύστημα ROAMER του Φιλανδικού Γεωδαιτικού Ινστιτούτου τοποθετημένο σε όχημα για ανώμαλα εδάφη (Url7) Εικόνα 9: Το σύστημα Dynascan της εταιρείας MDL τοποθετημένο σε όχημα για αμμώδεις εκτάσεις (Url8) Εικόνα 10: Σακίδιο Akhka-Backpack του Φιλανδικού Γεωδαιτικού Ινστιτούτου (Url9) Τα χερσαία συστήματα έχουν πολλά κοινά χαρακτηριστικά σε σχέση με τα εναέρια, ειδικά όσον αφορά τη ροή επεξεργασίας των δεδομένων. Οι διαφορές τους σχετίζονται με το μέγεθος και το είδος των εφαρμογών για τις οποίες επιλέγονται να χρησιμοποιηθούν καθώς και με την επιδιωκόμενη ακρίβεια. Για παράδειγμα τα εναέρια συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως για την συλλογή δεδομένων με σκοπό τη δημιουργία ψηφιακών μοντέλων εδάφους/επιφάνειας (DTM/DSM), ορθοφωτοχαρτών, για την απογραφή δασών και τη διαχείριση καταστροφών, ενώ τα χερσαία πλεονεκτούν σε ότι αφορά την αποτύπωση και καταγραφή διακριτών αντικειμένων από πολλαπλές οπτικές γωνίες. Η παρούσα έρευνα επικεντρώνεται στη μελέτη των χερσαίων κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης

17 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Αισθητήρες Η ανάπτυξη των κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης χαρακτηρίζεται από τη χρήση πολλαπλών αισθητήρων καθώς και από τις ολοκληρωμένες μεθόδους επεξεργασίας τους. Οι βασικοί τύποι αισθητήρων που συναντώνται είναι δύο (Tao C., 1998): Οι αισθητήρες προσδιορισμού της θέσης, οι οποίοι διακρίνονται στους: - Αισθητήρες θέσης που είναι εξαρτώμενοι από το εξωτερικό περιβάλλον όπως οι δέκτες GPS, τα συστήματα ραδιοπλοήγησης (radio navigation systems) κ.α. - Αυτοτελείς αδρανειακούς αισθητήρες θέσης όπως INS ( Αδρανειακό Σύστημα Πλοήγησης - Inertial Navigation System) ή IMU ( Αδρανειακή μονάδα μέτρησης Inertial Measurement Unit), συστήματα deadreckoning, γυροσκόπια, επιταχυνσιόμετρα, πυξίδες, οδόμετρα (χιλιομετρικών αποστάσεων), ταχύμετρα, και βαρόμετρα. Οι αισθητήρες χαρτογράφησης, οι οποίοι διακρίνονται στους: - Παθητικούς εικονοληπτικούς αισθητήρες όπως το βίντεο ή οι ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, οι υπερφασματικοί και οι πολυφασματικοί σαρωτές (Hyper and multi spectral scanners). - Ενεργούς εικονοληπτικούς αισθητήρες όπως σαρωτές λέιζερ και ραντάρ συνθετικού διαφράγματος ( Synthetic Aperture Radar SAR). Εικονοληπτικοί Αισθητήρες Στα κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης, οι εικονοληπτικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται για την απόδοση των σχετικών θέσεων των αντικειμένων σε σχέση με το όχημα, σε ένα τοπικό σύστημα συντεταγμένων. Επίσης, με την επεξεργασία των δεδομένων που λαμβάνουν επιτυγχάνεται η εξαγωγή των χαρακτηριστικών των αντικειμένων για την τρισδιάστατη απεικόνιση τους και κατ επέκταση την δημιουργία τρισδιάστατων μοντέλων του χώρου. Οι κύριοι τύποι εικονοληπτικών αισθητήρων που έχουν χρησιμοποιηθεί μέχρι σήμερα σε κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης είναι οι παρακάτω: CCD φωτογραφική μηχανή/κάμερα: Συλλέγει εικόνες. Η γεωμετρική ακρίβεια των εικόνων εξαρτάται από την ανάλυση του αισθητήρα (El-Sheimy Ν., 2005, p. 4) (Εικόνα 11). Σαρωτής Laser (LIDAR): Σαρώνει τα αντικείμενα με σκοπό να εξάγει πληροφορία για τα χαρακτηριστικά τους και υπολογίζει την απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και του αισθητήρα (El-Sheimy Ν., 2005, p. 4) (Εικόνα 12). Υπερφασματικοί και πολυφασματικοί γραμμικοί σαρωτές (Pushbroom): Λήψη εικόνων με φασματοσκοπικούς αισθητήρες. Η γεωμετρική ακρίβεια της εικόνας εξαρτάται από την ανάλυση του αισθητήρα (Petrie, 2010)

18 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Από τους παραπάνω τύπους αισθητήρων, οι υπερφασματικοί και πολυφασματικοί γραμμικοί σαρωτές (Pushbroom), έχουν χρησιμοποιηθεί κυρίως σε οχήματα κινούμενης χαρτογράφησης ακαδημαϊκών ερευνητικών ομάδων και λιγότερο σε εμπορικές δραστηριότητες χαρτογράφησης (Petrie, 2010, σ. 33). Όσον αφορά τις φωτογραφικές μηχανές, χρησιμοποιούνται ψηφιακές, τεχνολογίας CCD οι οποίες χαρακτηρίζονται από υψηλή ανάλυση και βελτιωμένη ραδιομετρική ποιότητα. Συνήθως σε κάθε σύστημα προσδένονται 4-12 ψηφιακές κάμερες, με ανάλυση που κυμαίνεται από 1600x1200 ως 2048x2048 pixels. Οι κάμερες φυλάσσονται σε θήκες με σταθερή βάση, περιορίζοντας με αυτό τον τρόπο τις πιθανότητες μετακίνησής τους κατά τη διάρκεια της αποτύπωσης. Το οριζόντιο πεδίο λήψης τους φτάνει μέχρι και 330 μοίρες και το κατακόρυφο πεδίο λήψης κυμαίνεται στις 37 μοίρες. Επίσης, όλες οι κάμερες είναι εξωτερικά προσανατολισμένες, ώστε κάθε καταγραφή εικόνας να σχετίζεται με μία θέση του οχήματος (Μπαντά, 2008, σ. 13). Η διάταξη τους ποικίλλει ανάλογα με το σύστημα (Εικόνα 13). Ακόμα, κατά τη συνδυασμένη χρήση των ψηφιακών CCD μηχανών το σύστημα πρέπει να εξασφαλίσει υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης και αποθήκευσης των εικόνων, γι αυτό το λόγο απαιτείται και η ταυτόχρονη χρήση ασύρματων συνδέσεων (π.χ. FireWire, ilink), για την γρήγορη μετάδοση των δεδομένων (π.χ. 50 Megapixels/δευτερόλεπτο) (Petrie, 2010, σ. 32). Εικόνα 11: Ψηφιακή CCD φωτο-μηχανή (Url10) Εικόνα 12: Σαρωτής λέιζερ Dynascan M 150 /500 (Url11)

19 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Εικόνα 13: Τέσσερις (4) διαφορετικές διατάξεις φωτο-μηχανών πάνω σε μία κινούμενη μονάδα χαρτογράφησης. Πηγή 2: (Petrie, 2010, σ. 33) Οι φωτογραφικές μηχανές αποτελούσαν τους βασικούς και μόνους ουσιαστικά αισθητήρες που προσδένονταν στα πρώτα κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης. Οι εξελίξεις στην τεχνολογία των σαρωτών Laser, κυρίως τα τελευταία είκοσι χρόνια, επέτρεψε την ενσωμάτωσή τους στα συστήματα αυτά, καθιστώντας τα ικανά να φέρουν εις πέρας εφαρμογές, με ταχύτητα και αξιοσημείωτη ποιότητα. Τα κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης που χρησιμοποιούν την τεχνολογία LiDAR, ονομάζονται και συστήματα κινούμενης λέιζερ σάρωσης (Mobile Laser Scanning MLS), και παράγουν τρισδιάστατα νέφη σημείων από τα περιβάλλοντα αντικείμενα, βασιζόμενα στην τεχνολογία laser range-finding που μέσω μετρήσεων λέιζερ δίνετε η απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και του αντικειμένου (Puente, Gonzalez-Jorge, Martinez-Sanchez, & Arias, 2013). Ο σαρωτής λέιζερ καταγράφει τα εκατομμύρια τρισδιάστατα σημεία και έπειτα αυτές οι μετρήσεις μπορούν να εισαχθούν σε συγκεκριμένο λογισμικό σχεδιασμού ως νέφη σημείων μεγάλης πυκνότητας και ακρίβεια της τάξης των λίγων χιλιοστών. Τα σύγχρονα συστήματα MLS χρησιμοποιούν δύο τεχνικές για τη μέτρηση της απόστασης μεταξύ του αισθητήρα και του αντικειμένου (Puente, Gonzalez-Jorge, Martinez-Sanchez, & Arias, 2013): το χρόνο πτήσης της δέσμης από το λέιζερ προς το στόχο, και αντίστροφα, και τη διαφορά φάσης μεταξύ του εκπεμπόμενου και λαμβανόμενου κύματος ακτινοβολίας. Τα συστήματα που βασίζονται στην πρώτη τεχνική, στέλνουν δέσμη λέιζερ στο στόχο και η διαφορά των χρονικών στιγμών μεταξύ των εκπεμπόμενων και λαμβανόμενων σημάτων

20 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] χρησιμοποιείται για να προσδιοριστεί η απόσταση σύμφωνα με αυτή τη σχέση (Puente, Gonzalez-Jorge, Martinez-Sanchez, & Arias, 2013): R=1/2 c Δt Όπου R είναι η απόσταση, c η ταχύτητα της δέσμης και Δt η διαφορά των χρονικών στιγμών αποστολής και λήψης της ακτινοβολίας. Τα συστήματα που βασίζονται στην αρχή της διαφοράς φάσης, μεταξύ του εκπεμπόμενου και του λαμβανόμενου οπισθοσκεδαζόμενου σήματος, θεωρούνται πιο ακριβή αλλά η εμβέλεια των μετρήσεων τους είναι μικρότερη. Η απόσταση σε αυτή την περίπτωση υπολογίζεται από τη σχέση (Puente, Gonzalez-Jorge, Martinez-Sanchez, & Arias, 2013): R= Δφ 2π λ 2 + λ 2 n Όπου λ είναι το μήκος κύματος, Δφ η διαφορά φάσης και n αριθμός των πλήρων μηκών κύματος μεταξύ του αισθητήρα και του αντικείμενου. Η δυνατότητα σάρωσης κατά τη διάρκεια της κίνησης του οχήματος, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι μπορεί ο σαρωτής λέιζερ να τοποθετηθεί πάνω στο όχημα στο κατάλληλο ύψος, καθιστά τα συστήματα αυτά κατάλληλα για αποτύπωση και μοντελοποίηση μεγάλων περιοχών. Τα συστήματα MLS χρησιμοποιούνται ευρέως τον τελευταία χρόνια για την χαρτογράφηση αστικών περιοχών και ιδιαίτερα για την καταγραφή οδών, καθώς είναι δυνατή η εξαγωγή πληροφορίας για τις διαγραμμίσεις των δρόμων, τις διαβάσεις πεζών, αλλά και γεωμετρική πληροφορία για κτίρια, πεζοδρόμια, νησίδες, φρεάτια, κράσπεδα, στύλους, πινακίδες και πυλώνες (Kukko, Kaartinen, Hyyppä, & Chen, 2012). Αισθητήρες Προσανατολισμού και Προσδιορισμού Θέσης Μία από τις βασικότερες λειτουργίες των κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης είναι η άμεση γεωαναφορά των δεδομένων, βάσει του προσδιορισμού της θέσης των αισθητήρων και του προσανατολισμού των κέντρων τους κάθε στιγμή λήψης. Τρεις τύποι τεχνολογιών παρέχουν τη δυνατότητα προσδιορισμού της θέσης της κινούμενης πλατφόρμας (Puente, Gonzalez-Jorge, Martinez-Sanchez, & Arias, 2013): - Οι δορυφόροι, μέσω του Παγκόσμιου Δορυφορικού Συστήματος Πλοήγησης (GNSS-Global Navigation Satellite Systems). - Οι τεχνολογίες αδρανειακής πλοήγησης, μέσω Αδρανειακών Μονάδων Μέτρησης (Inertial Measuring Units-IMU). - Καθώς επίσης και οι Δείκτες Μέτρησης Απόστασης (Distance Measurement Indicators-DMIs). Οι αισθητήρες αυτοί, τοποθετούνται προσανατολισμένοι πάνω στην κινούμενη πλατφόρμα χαρτογράφησης έτσι ώστε να είναι σε θέση να προσδιορίσουν την απόλυτη θέση της, σε σχέση με ένα παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων όπως για παράδειγμα είναι το WGS

21 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Στην αγορά υπάρχει πληθώρα δεκτών GNSS που μπορούν να ανταποκριθούν στις ανάγκες αποτύπωσης διαφόρων συστημάτων και εφαρμογών. Οι δέκτες GNSS λειτουργούν κυρίως με τρεις διαφορετικούς τρόπους: - Την τεχνική του διαφορικού GPS (DGPS - Differential Global Positioning System). - Την τεχνική κινηματικού προσδιορισμού σε πραγματικό χρόνο (RTK-Real Time Kinematic). - Και την μετέπειτα επεξεργασία των πληροφοριών θέσης (PPK-Post Processed Kinematic). Από τις τρεις, η PPK θεωρείται η πιο ακριβής διαδικασία, ενώ ανάμεσα στο DGPS και στην RTK ενώ είναι παρόμοιες μεθοδολογίες, υπάρχουν ωστόσο ορισμένες διαφορές που καθιστούν την RTK πιο ακριβή. Εικόνα 14: Παράδειγμα λειτουργίας Διαφορικού GPS Συστήματος (Url12) Το GNSS αποτελεί βασικό συστατικό ενός επίγειου συστήματος εντοπισμού θέσης και μπορεί να προσφέρει ακρίβεια εκατοστών, ωστόσο είναι σχεδόν αδύνατο να διατηρηθεί το σήμα του κατά τη διάρκεια μίας κινούμενης αποτύπωσης εξαιτίας των πολλαπλών διαδρομών και των διαστημάτων που το σήμα χάνεται λόγω εμποδίων (σήραγγας, ψηλών κτιρίων, δένδρων κλπ). Για το λόγο αυτό, απαιτείται και η ταυτόχρονη χρήση ενός αδρανειακού συστήματος για τον προσδιορισμό των αλλαγών της θέσης και του προσανατολισμού όταν το σήμα από το δορυφόρο χάνεται, για μικρά χρονικά διαστήματα όμως, διότι η ακρίβεια της πληροφορίας που παρέχει τείνει να μειώνεται με τον χρόνο (Puente, Gonzalez-Jorge, Martinez-Sanchez, & Arias, 2013). Τα δύο συστήματα αλληλεπιδρούν παρέχοντας το ένα στο άλλο τη συμπληρωματική πληροφορία που χρειάζεται (η πληροφορία θέσης ανάμεσα από τα διαδοχικά δορυφορικά σήματα δίνεται από τα δεδομένα του αδρανειακού συστήματος, ενώ το αδρανειακό σύστημα ενημερώνεται συνεχώς από τα δεδομένα θέσης του GPS) (Barber, Mills, & Smith-Voysey, 2007)

22 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Μία αδρανειακή μονάδα μέτρησης (IMU) είναι ένα σύμπλεγμα από όργανα (γυροσκόπια, επιταχυνσιόμετρα, μαγνητόμετρα) που μετρούν την γωνιακή ταχύτητα και την γραμμική επιτάχυνση και στους τρείς άξονες παρέχοντας αυτόνομα πληροφορίες σχετικά με τη στιγμιαία θέση της κινούμενης πλατφόρμας, την ταχύτητα της και τον προσανατολισμό της. Στα κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης συναντώνται τρείς διαφορετικοί τύποι συσκευών IMU (Puente, Gonzalez-Jorge, Martinez-Sanchez, & Arias, 2013): - Τα μικρό-ηλεκτρομηχανικά συστήματα (MEMs). - Τα γυροσκόπια οπτικών ινών (Fiber Optic Gyros FOGs-). - Τα γυροσκόπια λέιζερ δακτυλίου (Ring Laser Gyros RLGs-). Τα περισσότερα συστήματα GNSS/IMU που χρησιμοποιούνται στα κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης, υποστηρίζονται και από ένα όργανο μέτρησης της απόστασης (DMI). Πρόκειται για συσκευές που τοποθετούνται στους τροχούς της πλατφόρμας (όταν πρόκειται για όχημα) και οι οποίες συλλέγουν και μεταδίδουν τα περιστροφικά δεδομένα που με μετέπειτα επεξεργασία δίνουν πληροφορίες για την ταχύτητα, την απόσταση που διανύεται και τη θέση (Puente, Gonzalez-Jorge, Martinez-Sanchez, & Arias, 2013). Σε αυτό το σημείο θα πρέπει να σημειωθεί ότι για τον βέλτιστο συνδυασμό των επιμέρους μετρήσεων των GNSS/IMU/DMI, χρησιμοποιείται συνήθως ο αλγόριθμος φιλτραρίσματος Kalman, ένα σύνολο μαθηματικών εξισώσεων που βελτιστοποιούν τις ανακρίβειες των μετρήσεων (Puente, Gonzalez-Jorge, Martinez-Sanchez, & Arias, 2013) Βοηθητικός Εξοπλισμός Εκτός από την πλατφόρμα του συστήματος και τους αισθητήρες που προσδένονται σε αυτή, ένα κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης διαθέτει και επιπλέον βοηθητικό εξοπλισμό που είναι απαραίτητος για την ολοκληρωμένη λειτουργία και διαχείριση του συστήματος. Αυτός ο εξοπλισμός συνήθως περιλαμβάνει μία κεντρική μονάδα ελέγχου/υπολογιστή (control unit), που αποθηκεύει το σύνολο των δεδομένων που λαμβάνονται κατά τη λειτουργία του συστήματος. Επίσης, για τον έλεγχο της λειτουργίας, την παρακολούθηση της διαδρομής και τη διαχείριση των δεδομένων που συλλέγονται σε πραγματικό χρόνο, συνήθως απαιτείται να υπάρχει και φορητός υπολογιστής που διαχειρίζονται οι χρήστες στο πεδίο. Τέλος, απαραίτητο εξάρτημα είναι η μονάδα τροφοδοσίας, η μπαταρία δηλαδή που παρέχει ρεύμα σε κάθε εξάρτημα του συστήματος, καθ όλη την διάρκεια της αποτύπωσης

23 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] 1.4 Βασικές Λειτουργίες των Κινούμενων Συστημάτων Χαρτογράφησης Η λειτουργία ενός κινούμενου συστήματος χαρτογράφησης στηρίζεται στις αρχές της φωτογραμμετρίας και κυρίως σε αυτό που καλείται close range φωτογραμμετρία. Ο όρος αυτός χρησιμοποιείται όταν κατά την αποτύπωση η απόσταση του αντικειμένου από τον εικονοληπτικό αισθητήρα είναι μικρή (συνήθως από 1 έως 300 μέτρα) και συντελείται ανακατασκευή του αντικειμένου από έναν αριθμό εικόνων, οι οποίες έχουν ληφθεί από διαφορετικές γωνίες λήψης ώστε να δώσουν την καλύτερη δυνατή προοπτική και να εξασφαλίσουν την κατάλληλη γεωμετρία της δέσμης των ακτίνων, δίνοντας τελικά την δυνατότητα μέτρησης και εξαγωγής χωρικής πληροφορίας ενός αντικειμένου από τις ψηφιακές εικόνες όπου αποτυπώνεται και όχι από την απευθείας μέτρηση αυτού (Stylianidis, Patias, Tsioukas, Sechidis, & Georgiadis, 2003). Κατά την αποτύπωση μιας περιοχής με ένα κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης, λαμβάνουν χώρα τρεις διεργασίες, η απόκτηση των δεδομένων και η εξαγωγή και η διαχείριση της πληροφορίας που καταγράφεται (Tao C., 1998, σ. 3). Κάθε πλατφόρμα εξοπλισμένη με όλους του απαραίτητους αισθητήρες κινείται στην εκάστοτε περιοχή μελέτης λαμβάνοντας αφενός τις εικόνες των αντικειμένων και αφετέρου τις απαραίτητες πληροφορίες που πρέπει να συνοδεύουν αυτές τις εικόνες για την μετέπειτα επεξεργασία και απόδοση των τρισδιάστατων μοντέλων. Τα δεδομένα προβάλλονται στην οθόνη του σταθμού εργασίας, αποθηκεύονται στη μονάδα αποθήκευσης του συστήματος και διαχειρίζονται από τον χειριστή. Το σύνολο της διαδικασίας, περιλαμβάνει σημαντικές παραμέτρους που πρέπει να ληφθούν υπόψη εκ των προτέρων, στη διάρκεια της εργασίας πεδίου, αλλά και εκ των υστέρων, στην μετέπειτα επεξεργασία στο εργαστήριο/γραφείο. Σύμφωνα με τον Naser El-Sheimy (The Development of VISAT - A Mobile Survey System For GIS Applications, 1996), η ροή των διαδικασιών κατά τη λειτουργία ενός κινούμενου συστήματος χαρτογράφησης είναι η ακόλουθη: Απόκτηση δεδομένων (Data acquisition) Κινηματική μοντελοποίηση (Kinematic Modeling) Συγχρονισμός των δεκτών (Synchronization) Βαθμονόμηση (Calibration) Γεωαναφορά (Georeferencing) Ολοκλήρωση και συγχώνευση δεδομένων (Integration and data fusion) Έλεγχος ποιότητας (Quality control) Βελτιστοποίηση ροής δεδομένων και αυτοματοποίηση (Data flow optimization and automation)

24 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Καταγραφή Δεδομένων Κινηματικό Μοντέλο Το κινηματικό μοντέλο προσδιορίζει την τροχιά ενός στερεού σώματος (δηλαδή ενός σώματος με πεπερασμένες διαστάσεις) από μετρήσεις που αναφέρονται σε κάποιο σύστημα συντεταγμένων. Ένα στερεό σώμα χαρακτηρίζεται από την ιδιότητα ότι οι σχετικές θέσεις όλων των σημείων του, που ορίζονται σε ένα πλαίσιο συντεταγμένων μέσα στο σώμα, παραμένουν ίδιες ύστερα από περιστροφή και μετασχηματισμό. Η γενική κίνηση ενός στερεού σώματος στο χώρο περιγράφεται από έξι παραμέτρους, τρεις για τη θέση και τρεις για τον προσανατολισμό. Το μοντέλο της κίνησης του σώματος στον τρισδιάστατο χώρο, μπορεί να περιγραφεί από την εξίσωση (El-Sheimy Ν., 2005, σ. 8): r m i = r m b (t) + R m b (t) a b (1) Όπου: m r i είναι οι συντεταγμένες του σημείου (i) στο m-σύστημα συντεταγμένων r m b (t) είναι οι συντεταγμένες του κέντρου της μάζας (b) του σώματος στο m- σύστημα συντεταγμένων, τη χρονική στιγμή (t) R m b (t) είναι ο πίνακας στροφής μεταξύ του b-συστήματος συντεταγμένων και του m- συστήματος συντεταγμένων, τη χρονική στιγμή (t) a b είναι η σταθερή απόσταση μεταξύ του σημείου (i) και του κέντρου της μάζας (b) του σώματος Το b-σύστημα συντεταγμένων παραμένει σταθερό ως προς το σώμα και περιστρέφεται στο χρόνο σε σχέση με το m σύστημα συντεταγμένων στο οποίο εκφράζεται το διάνυσμα r i m 1. Πηγή 3: (El-Sheimy Ν., 2005) 1 Το m-σύστημα συντεταγμένων είναι αυθαίρετο και επιλέγεται για την απλοποίηση της διατύπωσης του προβλήματος. Μπορεί να είναι για παράδειγμα ένα σύστημα γεωδαιτικών συντεταγμένων (γεωγραφικό

25 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Έτσι η εξίσωση που διαμορφώνεται αποτελείται από ένα διάνυσμα μετασχηματισμού (r m b (t)) και από μία συνιστώσα περιστροφής (R m b (t) a b ). Το διάνυσμα a b μπορεί να είναι οποιοδήποτε διάνυσμα σταθερό που έχει την αρχή του στο κέντρο μάζας του σώματος και η στροφή του είναι ίση με την περιστροφή γύρω από το κέντρο μάζας του σώματος (El- Sheimy Ν., 2005, σ. 9). Φαίνεται λοιπόν ότι, ο προσδιορισμός της θέσης και του προσανατολισμού ενός στερεού σώματος στον τρισδιάστατο χώρο σχετίζεται ουσιαστικά με τον προσδιορισμό της τροχιάς του, γεγονός που απαιτεί μετρήσεις με συστήματα που θα μπορούν να ανιχνεύσουν τις έξι παραμέτρους. Τέτοια συστήματα είναι το INS (Inertial Navigation System) και το GPS (Global Positioning System) (El-Sheimy Ν., 2005, p. 9). Ένα σύστημα INS αποτελείται από τρία (3) γυροσκόπια και τρία (3) επιταχυνσιόμετρα. Τα γυροσκόπια χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της γωνιακής ταχύτητας ω b ib, η οποία περιγράφει την περιστροφή του b συστήματος συντεταγμένων ως προς το i σύστημα συντεταγμένων (δηλαδή ένα καλά ορισμένο, με την Νευτώνια λογική, αδρανειακό σύστημα αναφοράς και έτσι μπορεί να θεωρηθεί μη επιταχυνόμενο και μη περιστρεφόμενο) (El-Sheimy Ν., 2005, σ. 9). Τα επιταχυνσιόμετρα, χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ειδικής ισχύος (specific force) f b στο b-σύστημα συντεταγμένων. Η πρώτη ομάδα μετρήσεων, δηλαδή οι γωνιακές ταχύτητες ω b ib, ολοκληρώνονται ως προς το χρόνο και παρέχουν τις μεταβολές του προσανατολισμού του σώματος ως προς τον αρχικό του προσανατολισμό. Η δεύτερη ομάδα μετρήσεων, οι μετρήσεις των f b, χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της επιτάχυνσης του σώματος, που, μετά από διπλή ολοκλήρωση ως προς το χρόνο, δίνουν διαφορές αποστάσεων ως προς μία αρχική θέση. Η ειδική ισχύς και η γωνιακή ταχύτητα χρησιμεύουν στον καθορισμό της τροχιάς του αντικειμένου με την επίλυση του ακόλουθου συστήματος διαφορικών εξισώσεων (El-Sheimy Ν., 2005, σ. 10): m r D 1 ν m m v = R m b f b ( 2Ω m m ie + Ω em ) ν m + g m (2) R b m m R b (Ω b ib - Ω b im ) Για την επίλυση του συστήματος είναι απαραίτητες οι παρατηρήσεις f b και ω b ib, ο πίνακας D 1, το διάνυσμα βαρύτητας g m, ο ρυθμός περιστροφής της γης ω m ie και οι παράμετροι του ελλειψοειδούς αναφοράς. Το διάνυσμα βαρύτητας υπολογίζεται βάσει του σύνηθες πεδίου βαρύτητας, ο ρυθμός περιστροφής της γης θεωρείται γνωστός με μήκος, γεωγραφικό πλάτος, ύψος), ένα σύστημα συντεταγμένων UTM ή 3TM ή οποιοδήποτε άλλο σύστημα συντεταγμένων

26 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] ικανοποιητική ακρίβεια και ο πίνακας D 1 αποκτάται στη διαδικασία ολοκλήρωσης με τη χρήση του ελλειψοειδούς αναφοράς (El-Sheimy Ν., 2005, σ. 10). Στην περίπτωση του GPS, η εξίσωση της τροχιάς είναι η εξής: m r ν m m v = 0 (3) m b R b Ω im R b m Τόσο τα συστήματα INS όσο και τα συστήματα GPS είναι ικανά να καθορίσουν τη θέση και τον προσανατολισμό του αντικειμένου. Όσον αφορά τα INS συστήματα, η διπλή ολοκλήρωση των δεδομένων επιτάχυνσης και τα σφάλματα θέσης που οφείλονται σε χρονικά κενά, οδηγούν στην υπέρβαση των προδιαγραφών ακριβείας σε εφαρμογές προσδιορισμού της τροχιάς. Για να επιτευχθεί η απαιτούμενη ακρίβεια θα πρέπει να υπάρχει συνεχής ενημέρωση του συστήματος. Το GPS από την άλλη πλευρά μπορεί να παρέχει μεγάλη ακρίβεια θέσης, αλλά έχει το μειονέκτημα της απουσίας ακέραιων κύκλων μετρήσεων, που είναι στην ουσία χονδροειδή λάθη που οδηγούν σε μια ασυνέχεια στην τροχιά. Ο συνδυασμός αυτών των δύο μετρητικών συστημάτων μπορεί να παρέχει πολλά πλεονεκτήματα. Στην απουσία ακέραιων κύκλων μετρήσεων, η ακρίβεια θέσης του διαφορικού GPS (DGPS), μπορεί να χρησιμεύσει στις συχνές ενημερώσεις του αδρανειακού συστήματος (INS). Η πληροφορία προσανατολισμού των δεκτών του αδρανειακού συστήματος και η ακριβής θέση και ταχύτητα μπορούν να χρησιμεύσουν στην ανίχνευση και διόρθωση των ακέραιων κύκλων μετρήσεων του GPS. To γεγονός, ότι υπάρχουν διαθέσιμες εννιά ανεξάρτητες μετρήσεις για τον καθορισμό των έξι απαραίτητων παραμέτρων τροχιάς, αυξάνει σημαντικά την αξιοπιστία του συστήματος (El-Sheimy Ν., 2005, p. 11). Μοντέλο Άμεσης Γεωαναφοράς Το συγκριτικό πλεονέκτημα των κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης, είναι η άμεση γεωαναφορά των εικόνων. Η έννοια της άμεσης γεωαναφοράς των εικόνων (Εικόνα 15), αφορά τον προσδιορισμό του εξωτερικού προσανατολισμού των εικονοληπτικών αισθητήρων χωρίς να χρειάζεται να χρησιμοποιηθούν σημεία ελέγχου στο έδαφος/φωτοσταθερά (ground control points) και μπλοκ επικαλυπτόμενων εικόνων. Κάθε εικόνα αποτυπώνεται και καταγράφεται με τις παραμέτρους γεωαναφοράς της, δηλαδή τις τρεις παραμέτρους θέσης και τις τρεις παραμέτρους προσανατολισμού και μπορεί να συνδυαστεί με κάθε άλλη γεωαναφερμένη εικόνα της ίδιας σκηνής χρησιμοποιώντας γεωμετρικές δεσμεύσεις, όπως η επιπολική γεωμετρία ή η συνταύτιση στο χώρο του αντικειμένου (object-space matching) (El-Sheimy N., The Development of VISAT - A Mobile Survey System For GIS Applications, 1996, σ. 36)

27 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Εικόνα 15: Η έννοια της άμεσης γεωαναφοράς Πηγή 4: (Tao C., 1998, σ. 4) & Ιδία επεξεργασία Η βάση όλων των μοντέλων γεωαναφοράς είναι ένας σύμμορφος μετασχηματισμός εφτά παραμέτρων, όπου οι συντεταγμένες ενός σημείου (r c ), στο σύστημα συντεταγμένων του εικονοληπτικού αισθητήρα του συστήματος (c-σύστημα συντεταγμένων του αισθητήρα), σχετίζονται με τις συντεταγμένες του σημείου (r m ) στο σύστημα συντεταγμένων της χαρτογράφησης/αποτύπωσης (m-σύστημα) (Εικόνα 16). Η θέση και ο προσανατολισμός του συστήματος συντεταγμένων (c-σύστημα) του εικονοληπτικού αισθητήρα, μεταβάλλεται ως προς το m-σύστημα. Η γεωαναφορά είναι δυνατή αν για κάθε χρονική στιγμή (t), η θέση των προβολικών κέντρων (p.c) της κάμερας στο m-σύστημα καθώς και ο πίνακας στροφής μεταξύ του c-συστήματος και του m- συστήματος, είναι γνωστά. Τότε, η εξίσωση γεωαναφοράς για κάθε σημείο (i) γράφεται ως εξής (El-Sheimy Ν., 2005, p. 12): r m i = r m pc (t) + s i m R c (t) r c (4) Όπου: r i m m r pc s i R c m r c (t) είναι το διάνυσμα θέσης του αντικειμένου (i) στο επιλεγμένο σύστημα αποτύπωσης είναι το διάνυσμα συντεταγμένων, από την αρχή του συστήματος αποτύπωσης στο κέντρο του αισθητήρα θέσης (position sensor), πάνω στο κινούμενο όχημα είναι ένας συντελεστής κλίμακας, που συσχετίζει τις συντεταγμένες της εικόνας με τις συντεταγμένες του αντικειμένου. είναι ο τρισδιάστατος πίνακας μετασχηματισμού, που στρέφει το c-σύστημα στο m- σύστημα είναι το διάνυσμα των συντεταγμένων της εικόνας στο c-σύστημα είναι η χρονική στιγμή (περίοδος) των μετρήσεων, δηλαδή η χρονική στιγμή της

28 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] λήψης των εικόνων Εικόνα 16: Διάγραμμα παραμέτρων γεωαναφοράς στην περίπτωση της εναέριας αποτύπωσης Πηγή 5: (El- Sheimy Ν., 2005, σ. 12) Στην εναέρια αποτύπωση, θεωρείται ότι η κάμερα τοποθετείται στον αποθηκευτικό χώρο του αεροσκάφους, ο αισθητήρας προσδιορισμού τη θέσης (GPS) είναι τοποθετημένος στην κορυφή του αεροσκάφους και η αδρανειακή μονάδα μέτρησης (INS) τοποθετημένη στο εσωτερικό του, κοντά στον εικονοληπτικό αισθητήρα. Σε αυτή την περίπτωση, η θέση και η στάση του αεροσκάφους ορίζονται από το κέντρο και τους εσωτερικούς άξονές αναφοράς της μονάδας INS (b σύστημα αναφοράς) (Εικόνα 16) (El-Sheimy Ν., 2005, σ. 13). Στην Εικόνα 17 παρουσιάζονται οι συνιστώσες της άμεσης γεωαναφοράς όπως διαμορφώνονται στην περίπτωση της επίγειας αποτύπωσης. Εφόσον το διάνυσμα μεταξύ του κέντρου της μονάδας INS και του εικονοληπτικού αισθητή ορίζεται στο b-σύστημα ααφοράς ως a b η μεταβλητή r m pc (t) μπορεί να γραφεί ως εξής (El-Sheimy Ν., 2005, σ. 13): r m pc (t) = r INS m m (t) + R b (t) a b (5) όπου: r INS m (t) είναι το διάνυσμα των συντεταγμένων INS στο m-σύστημα αναφοράς τη χρονική στιγμή (t), μετά από παρεμβολή και a b είναι το σταθερό διάνυσμα μεταξύ του προβολικού κέντρου της κάμερας και του κέντρου του b-συστήματος αναφοράς του INS, που συνήθως υπολογίζεται εκ των προτέρων μέσω της βαθμονόμησης

29 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Εικόνα 17: Διάγραμμα παραμέτρων γεωαναφοράς στην περίπτωση της επίγειας κινούμενης αποτύπωσης Πηγή 6: (El-Sheimy Ν., 2005, σ. 14) Εκτός από τους μετασχηματισμούς μεταξύ των αισθητήρων, πρέπει να ληφθούν υπ οψη και οι περιστροφές μεταξύ των διαφορετικών συστημάτων αναφοράς. Για την ευθυγράμμιση του b-συστήματος αναφοράς του INS με το c-σύστημα του εικονοληπτικού αισθητήρα, η σταθερά περιστροφής R c b μεταξύ των δύο συστημάτων υπολογίζεται κατά τη βαθμονόμηση. Σε αυτή την περίπτωση η μεταβλητή R c m (t) μπορεί να γραφεί ως εξής: R c m (t) = R b m (t) R c b (6) Εφαρμόζοντας τις σχέσεις (5) & (6) στην (4), η τελική μορφή του μοντέλου άμεσης γεωαναφοράς είναι η ακόλουθη (El-Sheimy Ν., 2005, p. 14): r m m i = r INS/GPS (t) + R m b (t) [ s i b R c r c + a b ] (7) όπου R c b μετασχηματίζει το διάνυσμα r c από το c-σύστημα αναφοράς στο b-σύστημα αναφοράς και R b m (t) μετασχηματίζει το διάνυσμα [ s i R c b r c + a b ] από το b-σύστημα αναφοράς στο m-σύστημα. Οι R c b και a b καθορίζονται κατά τη διαδικασία της βαθμονόμησης. Ακρίβεια Η ακρίβεια των συντεταγμένων ενός σημείου, στο παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων, που προέρχονται από δεδομένα κινητής χαρτογράφησης, είναι σημαντικός δείκτης ποιότητας των

30 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης. Τα σφάλματα όσον αφορά την ακρίβεια, προέρχονται από τα επιμέρους μέρη των συστημάτων (DGPS, INS, CCD cameras), δηλαδή τα σφάλματα των δεδομένων ελέγχου, τα σφάλματα του εικονοληπτικού αισθητήρα, καθώς και το συνολικό σφάλμα του συστήματος. Τα δεδομένα ελέγχου αφορούν παρατηρήσεις από τους αισθητήρες πλοήγησης που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της θέσης και του προσανατολισμού άλλων αισθητήρων ενός συστήματος, όπως οι κάμερες. Η ακρίβεια αυτών των παρατηρήσεων επηρεάζει άμεσα τις εκτιμώμενες θέσεις και στάσεις των εικονοληπτικών αισθητήρων και κατά συνέπεια και τις θέσεις των σημείων των δεδομένων που συλλέγονται. Τα σφάλματα στα δεδομένα των εικονοληπτικών αισθητήρων, περιλαμβάνουν σφάλματα που προέρχονται από τη βαθμονόμηση του συστήματος, σφάλματα από μετρήσεις στις εικόνες και σφάλματα από την παραμόρφωση του φακού (Li R., 1997). Θέτοντας την ακρίβεια της θέσης ενός σημείου ενός αντικειμένου στο χώρο, ως μέτρο της συνολικής ακρίβειας του συστήματος, στα τέλη της δεκαετίας του 90, τα κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης είχαν φθάσει ακρίβεια της τάξης των 30-50cm (οριζοντιογραφική και υψομετρική), για αντικείμενα σε απόσταση 30-60m. Σήμερα με τις εξελίξεις στον τομέα των αισθητήρων και με τη χρήση των αισθητήρων λέιζερ η ακρίβεια αυτή έχει βελτιωθεί αισθητά. Κατά συνέπεια, η συνολική ακρίβεια του συστήματος εξαρτάται από τις ακρίβειες των επιμέρους στοιχείων του. Επίσης επηρεάζεται και από την ταχύτητα της κινούμενης πλατφόρμας αλλά και από την απόσταση του αντικειμένου που αποτυπώνεται/μετράται. Σε κάθε περίπτωση, αυτή η συνολική ακρίβεια του συστήματος είναι σημαντική για τον καθορισμό των πεδίων εφαρμογής του, καθώς επίσης και για την αξιολόγηση της σχέσης κόστους - αποτελεσματικότητας του Εξαγωγή και Διαχείριση της Πληροφορίας Παρόλο που το ενδιαφέρον της έρευνας και της ανάπτυξης στον τομέα τον κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης επικεντρώνεται στη βελτίωση της ποιότητας και της αξιοπιστίας της γεωαναφοράς της εικόνας, οι τεχνικές σχετικά με την αυτόματη εξαγωγή πληροφοριών από ακολουθίες εικόνων έχουν ερευνηθεί εκτενώς, ιδίως στους τομείς της κινητής ρομποτικής, της αυτόνομης πλόηγησης οχημάτων και των ευφυών συστημάτων μεταφορών. Με τη διαχείριση της πληροφορίας από μεγάλο αριθμό εικόνων, κυρίως raster δεδομένων, καθώς και με την εξαγωγή διανυσματικών δεδομένων, έχουν ασχοληθεί κυρίως ερευνητές GIS (Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών) και IT (Information Technology) (Tao C., 1998, σ. 8). Η διαχείριση της πληροφορίας έχει προχωρήσει σε τέτοιο βαθμό, όπου τεράστιες ποσότητες δεδομένων εικόνας μπορούν να επεξεργαστούν, να αρχειοθετηθούν και να ανακτηθούν αποτελεσματικά με της χρήση της τεχνολογίας των χωρικών σχεσιακών βάσεων δεδομένων. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στους τρόπους αυτόματης εξαγωγής πληροφορίας που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα, με τη χρήση δεδομένων που έχουν ληφθεί από αποτυπώσεις κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης

31 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Μετρήσεις Αντικειμένων Κατά την αποτύπωση με κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης, τα αντικείμενα ενδιαφέροντος μπορεί να είναι το αποτύπωμα κτιρίων, οι ακμές του οδοστρώματος, οι κεντρικές οδικές γραμμές, τα κράσπεδα, οι οδικές λωρίδες στο οδόστρωμα, τα φρεάτια, οι πυροσβεστικοί κρουνοί, οι πινακίδες κυκλοφορίας, οι τηλεφωνικοί θάλαμοι κ.α.. Για να υπολογιστούν οι τρισδιάστατες συντεταγμένες ενός αντικειμένου από τις εικόνες που έχουν ληφθεί με το σύστημα, θα πρέπει τουλάχιστον να προσδιοριστούν δύο σημεία σύζευξης στις εικόνες. Δεδομένου ότι οι παράμετροι προσανατολισμού των εικονοληπτικών αισθητήρων είναι γνωστοί, οι αντίστοιχες επιπολικές γραμμές σε ένα στερεοζεύγος εικόνων μπορούν να υπολογιστούν. Η βελτίωση της ακρίβειας της μέτρησης των τρισδιάστατων συντεταγμένων ενός αντικειμένου ερευνήθηκε εκτενώς από τους Li και Tao (1996&1997), οι οποίοι επικεντρώθηκαν στη χρήση πολλαπλών εικόνων για την εκτέλεση φωτογραμμετρικού τριγωνισμού. Τα αποτελέσματα της έρευνας τους έδειξαν ότι η ακρίβεια των τελικών τρισδιάστατων συντεταγμένων, μπορεί να βελτιωθεί εάν χρησιμοποιηθούν πολλαπλά αντίστοιχα/κοινά σημεία σε ακολουθίες εικόνων. Η χρήση πολλαπλών εικόνων, είναι πολύ σημαντική για την βελτίωση της ακρίβειας των συντεταγμένων του τριγωνισμού (Tao C., 1998, σ. 9). Ανακατασκευή της κεντρικής διαχωριστικής γραμμής του οδοστρώματος Πληροφορίες σχετικά με τη κεντρική διαχωριστική γραμμή του οδοστρώματος, χρησιμοποιούνται εκτενώς στα συστήματα πληροφοριών οδικών δικτύων. Τέτοιες πληροφορίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παράδειγμα για τον καθορισμό παραμέτρων οδικού ελέγχου, όπως τα διαμήκη χαρακτηριστικά και η επιφανειακή παραμόρφωση που είναι σημαντικοί δείκτες ελέγχου και συντήρησης του οδικού δικτύου. Η απόκτηση των σχετικών δεδομένων και η συχνή ενημέρωση τους, με τη χρήση συμβατικών μεθόδων, είναι δύσκολη και κοστοβόρα. Με δεδομένο ότι στις εικόνες που λαμβάνονται, τα χαρακτηριστικά των οδικών γραμμών είναι διακριτά, η αυτόματη ανακατασκευή οδικών γραμμών μπορεί να πραγματοποιηθεί κάνοντας χρήση των κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης. Η πρώτη μελέτη πάνω στο αντικείμενο πραγματοποιήθηκε από τους He και Novak το 1992, όπου έπειτα από χειροκίνητο ορισμό ενός σημείου πάνω στην εικόνα, ως αφετηρία της κεντρικής διαχωριστικής γραμμής του οδικού άξονα, εκτελείτο ένας αλγόριθμος που εντόπιζε την ακολουθία της γραμμής στον άξονα. Ωστόσο αποδείχθηκε ότι αυτή η μέθοδος δεν μπορεί να ανταποκρίθει σε περιπτώσεις δρόμων με ιδιαιτερότητες, ούτε ήταν δυνατή η εξαγωγή της πληροφορίας από μεγάλη ακολουθία εικόνων (Tao C., 1998, σ. 9). Μια αρκετά επιτυχής προσέγγιση πραγματοποιήθηκε απο τον Tao το 1996 που βασίστηκε στην εξαγωγή του σχήματος από ακολουθίες εικόνων. Συγκεκριμένα, η τροχιά του GPS/INS χρησιμοποιείται ως ένα κατά προσέγγιση τρισδιάστατο μοντέλο της κεντρικής οδικής γραμμής. Το μοντέλο αυτό στη συνέχεια τελειοποιείται και ενημερώνεται με τη

32 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] χρήση σημείων του δρόμου που εξάγονται από τις ακολουθίες των εικόνων. Η προσέγγιση αυτή έχει δοκιμαστεί εκτενώς και ανταποκρίνεται αξιόπιστα ακόμα και σε δυσμενείς οδικές συνθήκες (Tao C., 1998, σ. 9). Εντοπισμός και αναγνώριση αντικειμένων Η έρευνα σχετικά με την αυτόματη αναγνώριση των αντικειμένων απο τα δεδομένα που συλλέγονται με τα κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης, είναι εκτεταμένη. Από το 1993 οι He και Novak, δημοσίευσαν αποτελέσματα σχετικά με τον εντοπισμό και την αναγνώριση των αριθμών στις οδικές πινακίδες που αναγράφονται τα χιλιόμετρα/μίλια. Το 1994, οι Geiselmann και Hahn, ανέπτυξαν μία μέθοδο για την αναγνώριση και τον εντοπισμό της θέσης των πινακίδων σήμανσης STOP. Αρχικά, μαθηματικά μοντέλα εφαρμόστηκαν για τον εντοπισμό της περιοχής ενδιαφέροντος και στη συνέχεια, εξήχθησαν συσχετισμένα χαρακτηριστικά, για τον εντοπισμό των σχημάτων των αντικειμένων. Επίσης, μία άλλη προσέγγιση αναγνώρισης αντικειμένων είναι και η χρωματική κατηγοριοποίηση, τα αποτελέσματα της ωστόσο, επηρεάζονται απο τις συνθήκες φωτισμού, τις σκιές, τις καιρικές συνθήκες, από φθορές στα αντικείμενα κ.α. Εναλλακτική λύση, αποτελούν και τα ημι-αυτόματα συστήματα αναγνώρισης των αντικειμένων, στα οποία αρχικά ο ανθρώπινος χειριστής αναγνωρίζει το αντικείμενο και η αυτόματη ανίχνευση και ακριβής θέση των υπόλοιπων αντικειμένων διεξάγεται από το σύστημα. Ο Tao ανέπτυξε μία προσέγγιση για την εξαγωγή και τον προσδιορισμό της θέσης κάθετων γραμμών αντικειμένων από εικόνες που λήφθηκαν με κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης. Χαρτογραφικό υπόβαθρο χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της θέσης του αντικειμένου και έπειτα, ένα σύνολο από αλγορίθμους για τον εντοπισμό του αντικείμενο από την εικόνα με ακρίβεια (Tao C., 1998, σ. 10)

33 Όνομα Συστήματος 1.5 Χερσαία Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης Η ιδέα των κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης είναι καινοτόμα και πρωτοποριακή για τον κλάδο. Το γεγονός ότι ένα ολοκληρωμένο σύστημα χαρτογράφησης μπορεί να εγκατασταθεί σε μία κινούμενη πλατφόρμα όπως σε ένα όχημα ή ένα ελικόπτερο, όπως ήδη αναφέρθηκε, καθιστά τα συστήματα αυτά βέλτιστες επιλογές για την πραγματοποίηση ερευνών και μελετών που θα ήταν αρκετά δαπανηρό να υλοποιηθούν χρησιμοποιώντας τις κλασσικές μεθόδους. Ο Πίνακας 1 που ακολουθεί, συγκεντρώνει, έπειτα από βιβλιογραφική έρευνα, ορισμένα παραδείγματα από τα χερσαία κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης που έχουν αναπτυχθεί διαχρονικά, από την αρχή εμφάνισης τους μέχρι και σήμερα και περιγράφεται συνοπτικά ο εξοπλισμός τους. Πίνακας 1: Παραδείγματα Κινούμενων Συστημάτων Χαρτογράφησης Πηγή 7: (Silva, Camargo, & Gallis, March 2003) & Ιδία επεξεργασία (2015) Ομάδα Εργασίας Είδος Πλατφόρμας Πλοήγησης Αισθητήρες Χαρτογράφησης Αναφορές GPSVan Πανεπιστήμιο του Οχάϊο (Ohio State University) -Όχημα τύπου βαν -Τρένο -GPS -2 Γυροσκόπια -2 Οδόμετρα -2 μονόχρωμες CCD ψηφιακές κάμερες -2 έγχρωμες κάμερες VHS (για σκοπούς αρχειοθέτησης) (Goad, 1991) (Novak, 1991) VISAT Πανεπιστήμιο του Κάλγκαρι (University of Calgary) Όχημα τύπου βαν -GPS διπλής συχνότητας - IMU -8 μονόχρωμες CCD ψηφιακές κάμερες -1 έγχρωμη κάμερα VHS (για σκοπούς αρχειοθέτησης) (Schwarz, Martell, El-Sheimy, Li, Chapman, & Cosandier, 1993) GIM KISS Εταιρεία NAVSYS Πανεπιστήμιο της Ομοσπονδίας Ενόπλων Δυνάμεων του Μονάχου Όχημα τύπου βαν Όχημα τύπου βαν -GPS -IMU -GPS -IMU (2 γυροσκόπια, 3 επιταχυνσιόμετρα) -Οδόμετρο -Βαρόμετρο -Κλινόμετρο -1 CCD ψηφιακή κάμερα -1 κάμερα VHS -2 μονόχρωμες CCD ψηφιακές κάμερες -1 έγχρωμη κάμερα VHS (για σκοπούς αρχειοθέτησης) (Coetsee, Brown, & Bossler, 1994) (Hock, Caspary, Heister, Klemm, & Sternberg, 1995)

34 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Όνομα Συστήματος TruckMap Gator Communicator GI-EYE WUMMS GPSVision Backpack MMS MoSES GEOVAN Ομάδα Εργασίας John E. Chance & Συνεργάτες Πανεπιστήμιο της Φλόριντα (University of Florida) Εταιρεία NAVSYS Πολυτεχνείο της Γουχάν (Wuhan technical university) Εταιρεία LambdaTech Πανεπιστήμιο του Κάλγκαρι (University of Calgary) Πανεπιστήμιο της Ομοσπονδίας Ενόπλων Δυνάμεων του Μονάχου Ινστιτούτο Χαρτογραφίας Καταλονίας της Είδος Πλατφόρμας Όχημα τύπου βαν Άνθρωπος Οποιοδήποτε όχημα εδάφους Όχημα τύπου βαν Όχημα τύπου βαν Άνθρωπος Όχημα τύπου βαν Όχημα τύπου βαν Πλοήγησης -Δύο κεραίες GPS -Ψηφιακό αισθητήρα στάσης -GPS -Ψηφιακή πυξίδα -Κλινόμετρο -GPS -IMU -GPS -dead-reckoning αισθητήρας -GPS -IMU -GPS -Ψηφιακή πυξίδα -Κλινόμετρο -GPS -IMU -Οδόμετρο -Βαρόμετρο -Κλινόμετρο -2 GPS διπλής συχνότητας - 1 GPS μονής συχνότητας -Οδόμετρο -IMU Αισθητήρες Χαρτογράφησης -1 σαρωτής λέιζερ (reflectorless laser range finder) -2 CCD ψηφιακές κάμερες Αναφορές (Reed, Landry, & Werther, 1996) (Alexander, 1996) -1 CCD ψηφιακή κάμερα (Brown, 1998) -1 CCD ψηφιακή κάμερα -1 σαρωτής λέιζερ -2 έγχρωμες CCD ψηφιακές κάμερες (Li, Zhong, He, & Zheng, 1999) (He & Orvets, 2000) -ψηφιακή έγχρωμη κάμερα (Ellum, 2001) -2 CCD ψηφιακές κάμερες -Σαρωτής λέιζερ -1 έγχρωμη βιντεοκάμερα -2 CCD ψηφιακές κάμερες -1 σαρωτής λέιζερ (Graefe, Caspary, Heister, Klemm, & Sever, 2001) (Talaya, Bosch, Alamus, Serra, & Baron, 2007)

35 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Όνομα Συστήματος Ομάδα Εργασίας Είδος Πλατφόρμας Πλοήγησης Αισθητήρες Χαρτογράφησης Αναφορές StreetMapper Ινστιτούτο Φωτογραμμετρίας, Πανεπιστήμιο της Στουτγκάρδης Όχημα τύπου βαν -GNSS -IMU -2 CCD ψηφιακές κάμερες -4 σαρωτές λέιζερ -1 βίντεο κάμερα (Kremer & Hunter, 2007) GIGIOne Ερευνητικό κέντρο Geonetlab Πανεπιστήμιο της Τεργέστης Όχημα τύπου βαν - 2 δέκτες GPS - DGPS -IMU -οδόμετρο -2 CCD ψηφιακές κάμερες (1300 x 1030 pixel) (Caroti & Piemonte, 2009) ROAMER Φινλανδικό Γεωδαιτικό Ινστιτούτο Όχημα τύπου βαν -GPS/INS -IMU -1 σαρωτής λέιζερ (Kukko, et al., 2007) XP-1 Ευρωπαϊκή Επιθεώρηση για την Οδική Ασφάλεια Όχημα τύπου βαν -GPS/INS (IXSEA LandINS) -Oδόμετρο -1 FLIR θερμική κάμερα -5 CCD πολυφασματικές -1 σαρωτής λέιζερ (Elhinney, Kumar, Cahalane, & McCarthy, 2010) PEGASUS Leica One Leica Όχημα τύπου βαν -GNSS/INS -IMU -Οδόμετρο -6 CCD ψηφιακές κάμερες (1600 x 1200 pixel) -1 σαρωτής λέιζερ 3D (2011) IP-S2 HD Topcon Όχημα τύπου βαν -GNSS -IMU -Οδόμετρο -6 CCD ψηφιακές κάμερες -1 σαρωτής λέιζερ npositioning.eu/ (2013) Pegasus Leica Two Leica Όχημα τύπου βαν -GNSS/INS -IMU -Οδόμετρο -8 CCD ψηφιακές κάμερες (2000 x 2000 pixel) -1 σαρωτής λέιζερ 3D (2014) RIEGL VMZ Riegl Όχημα τύπου βαν -GNSS -IMU -Οδόμετρο -1 έγχρωμη DSLR -1 σαρωτής λέιζερ om/ (2014)

36 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Όνομα Συστήματος Lynx SG1 Mobile Mapper Lynx MG1Mobile Mapper RIEGL VMZ-400 I-Site Drive RIEGL VMQ-450 ON-SIGHT Ομάδα Εργασίας Teledyne Optech Teledyne Optech RIEGL LMS GmbH Maptek RIEGL LMS GmbH Εταιρεία Transmap Είδος Πλατφόρμας -Όχημα τύπου βαν -Βαγόνι τρένου -Βάρκα/Σκάφος -Όχημα τύπου βαν -Βαγόνι τρένου -Βάρκα/Σκάφος Όχημα τύπου βαν Όχημα τύπου βαν Όχημα τύπου βαν Όχημα τύπου βαν Πλοήγησης - GPS/GLONASS -IMU -Οδόμετρο - GPS/GLONASS -IMU -Οδόμετρο -GNSS -IMU -Οδόμετρο -GNSS -GNSS -IMU -Οδόμετρο -GPS -IMU Αισθητήρες Χαρτογράφησης -5 CCD ψηφιακές κάμερες -2 σαρωτές λέιζερ -6 CCD ψηφιακές κάμερες -1 σαρωτής λέιζερ -1 κάμερα DSLR -1 σαρωτής λέιζερ -1 CCD ψηφιακή κάμερα -1 σαρωτής λέιζερ -6 CCD ψηφιακές κάμερες -1 σαρωτής λέιζερ Αναφορές yneoptech.com/ (2014) yneoptech.com/ (2014) om/ (2014) ek.com/ (2015) om/ (2015) -5 CCD ψηφιακές κάμερες (Transmap, 2015) Μελετώντας τον Πίνακα 1, παρατηρείται ότι τα πρώτα χρόνια η ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων γινόταν ως επί τω πλείστω από ερευνητικά κέντρα και πανεπιστήμια, ενώ με την πάροδο των ετών, προστέθηκαν στη λίστα και εμπορικοί οίκοι και εταιρείες. Όσον αφορά τις πλατφόρμες, στην πλειονότητα τους τα συστήματα αυτά, προσδένονται σε οχήματα τύπου βαν. Επίσης, όλα τα σύστημα διαθέτουν αισθητήρες πλόηγησης και προσδιορισμού θέσης τύπου GPS/GNSS καθώς επίσης και αδρανειακές μονάδες μέτρησης IMU. Στους αισθητήρες χαρτογράφησης, στις περισσότερες περιπτώσεις, υπάρχει συνδυασμός ψηφιακών καμερών και σαρωτή λέιζερ

37 Το εύρος των εφαρμογών των συγκεκριμένων συστημάτων φαίνεται να είναι ιδιαίτερα μεγάλο. Οι τυπικές εφαρμογές στις οποίες έχουν χρησιμοποιηθεί μέχρι σήμερα περιλαμβάνουν: Tοπογραφία : συλλογή δεδομένων για 2D και 3D χαρτογράφηση Μεταφορές: αποτύπωση αυτοκινητοδρόμων, οδικών υποδομών, σιδηροδρομικών γραμμών, αεροδρομίων Αστική χαρτογράφηση και μοντελοποίηση μνημείων, κτιρίων και προσόψεων Xαρτογράφηση για την αντιμετώπιση κινδύνου από φυσικές καταστροφές Άμεση καταγραφή καταστροφών για την αντιμετώπισή τους Αποτύπωση δασικών εκτάσεων και υπολογισμός όγκου ξυλείας Αποτύπωση γραμμών ενέργειας, τηλεπικοινωνιών, αγωγών Ανάλυση της οπτικής επαφής μεταξύ επιλεγμένων σημείων Υπολογισμός χωμάτινων όγκων, μηκοτομής και διατομών Δημιουργία ψηφιακού μοντέλου εδάφους Εικονική πραγματικότητα και ψηφιακή περιήγηση Η χαρτογράφηση δρόμων και σιδηροδρόμων αποτελεί τον κύριο τομέα που βρίσκουν εφαρμογή τα κινούμενα συστήματα χαρτογράφησης. Τα προϊόντα μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τις υπηρεσίες μεταφορών και υποδομών για τη διαχείριση και την αξιολόγηση των οδικών δικτύων και τον σχεδιασμό των μεταφορών. Επίσης, με αυτό τον τρόπο οι μηχανικοί-μελετητές, είναι εφικτό να έχουν πρόσβαση σε δεδομένα που αφορούν τα δίκτυα και τα χαρακτηριστικά τους χωρίς να επισκεφτούν στην περιοχή μελέτης. Τα τελικά προϊόντα που λαμβάνονται μέσα από τη διαδικασία της κινούμενης χαρτογράφησης μπορεί να είναι (Tao C., 1998, σ. 10): Ψηφιακές εικόνες δρόμων και πεζοδρομίων Χάρτες οδικών αξόνων προερχόμενοι απο στερεοζεύγη εικόνων Θέσεις των ορατών αντικειμένων, όπως πινακίδες κυκλοφορίας, οδική σήμανση, φρεάτια, προστατευτικά κιγκλιδώματα, γέφυρες, αναχώματα, στύλοι, κτίρια, δένδρα, οδικές διαβάσεις, κλπ. Πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά δρόμων και διαδρομών όπως χιλιομετρικοί δείκτες, αποστάσεις οδικών τμημάτων, ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των οδών. Χάρτες που αφορούν τα δίκτυα κοινής ωφέλειας και τηλεπικοινωνίας και εξαγωγή χαρακτηριστικών όπως, γραμμές ηλεκτρικού ρεύματος, τηλεφωνικές γραμμές, δίκτυο φωτισμού των δρόμων, καθώς επίσης και τα ύψη ή τις μετατοπίσεις των παραπάνω. Ακόμα, η λειτουργία των κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης βρίσκει εφαρμογή στη χαρτογράφηση υποδομών για τη διαχείριση σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης. Η παροχή δεδομένων που προσφέρει αυτή η διαδικασία, σχετικά με τις θέσεις και τα χαρακτηριστικά κτιρίων και σημαντικών οροσήμων βοηθούν στη δημιουργία γεωκοδικοποιημένων

38 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] βάσεων δεδομένων για τη διαχείριση και τη δρομολόγηση της ανταπόκρισης σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης. Στη συνέχεια, ακολουθεί η περιγραφή κάποιων συστημάτων και εφαρμογές από τη διεθνή βιβλιογραφία. Το σύστημα Streetmapper Περιγραφή Συστήματος Το StreetMapper (Εικόνα 18) χρησιμοποιεί τέσσερις (4) 2D σαρωτές λέιζερ, ένα υψηλής απόδοσης σύστημα GPS/INS και η ακρίβεια του αγγίζει τα 30mm. Μπορεί να προσδεθεί σε ποικίλους τύπους οχημάτων και το πρώτο σύστημα λειτούργησε στις αρχές του Ειδικότερα, τα μέρη του συστήματος είναι τα εξής (Εικόνα 19): Τέσσερις (4) σαρωτές λέιζερ τύπου LMS Q120 (Riegl Laser Measurement Systems), με τους οποίους εξασφαλίζει οπτικό πεδίο 360 ο και οι οποίοι τοποθετούνται έτσι ώστε να παρέχουν τη μέγιστη δυνατή κάλυψη. Μία ή δύο κάμερες, όπου ανάλογα με τις απαιτήσεις της εκάστοτε μελέτης, η συλλογή των δεδομένων μπορεί να βελτιωθεί με την τοποθέτηση τους στο σύστημα. Σύστημα GNSS/IMU (συγκεκριμένα το TERRAcontrol GNSS/IMU), το οποίο αποτελείται από μονάδα IMU, δέκτη GNSS, και έναν υπολογιστή που αποθηκεύει τα δεδομένα. Όσον αφορά την ακρίβεια του συστήματος υπολογίζεται ότι σε καλές συνθήκες φτάνει τα 3cm, ενώ κάτω από δυσμενείς συνθήκες φτάνει τα 0.5m. Εικόνα 18: StreetMapper Κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης με σαρωτή λέιζερ Url13- Εικόνα 19: Συστατικά Μέρη του συστήματος StreetMapper Url14- Οι Hunter G., Cox C., και Kremer J..το 2006 δημοσίευσαν έρευνα σχετικά με εφαρμογές που πραγματοποίησαν με το παραπάνω σύστημα. Μέχρι το 2006 που πραγματοποιήθηκε και η εν λόγω μελέτη, ο αριθμός των κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης με σαρωτές λέιζερ, στην αγορά δεν ήταν μεγάλος διότι, τα περισσότερα συστήματα LiDAR δεν ήταν ασφαλή για τον οφθαλμό σε μικρές εμβέλειες, γεγονός που καθιστούσε

39 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] επικίνδυνη τη λειτουργία τους σε κατοικημένες περιοχές και πόλεις, επίσης το πεδίο κάλυψης τους περιοριζόταν σε 60 ο με 80 ο και η λειτουργία των συστήματων GPS/INS δεν ήταν αποτελεσματική όταν η ορατότητα των δορυφόρων επισκιαζόταν από βλάστηση ή κτίρια. Σήμερα, οι πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία έχουν βοηθήσει ώστε αυτά τα ζητήματα να ξεπεραστούν και πλέον επίγειοι 3D λέιζερ σαρωτές χρησιμοποιούνται για μελέτες και αποτυπώσεις βελτιώνοντας την ταχύτητα και την παραγωγικότητα. Το StreetMapper αναπτύχθηκε αρχικά για να καλύψει τις ανάγκες για μετρήσεις και καταγραφή των αυτοκινητοδρόμων και στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε και σε άλλες εφαρμογές (Hunter, Cox, & Kremer, 2006): i. Μέτρηση των εναέριων καλωδίων/συρμάτων τηλεφωνικών γραμμών Η πλήρης κάλυψη του πεδίου και η υψηλή ακρίβεια που παρέχει το σύστημα, το καθιστά ικανό να χρησιμοποιηθεί για την μέτρηση εναέριων καλωδίων τηλεφωνικών γραμμών (Εικόνα 20). Τον Οκτώβριο του 2005, μετρήθηκε η ελάχιστη απόσταση των καλωδίων από το έδαφος χρησιμοποιώντας το Streetmapper και έναν γεωδαιτικό σταθμό. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν ταυτόχρονα ώστε να εξασφαλιστούν οι ίδιες ατμοσφαιρικές συνθήκες. Για να βρεθεί η ελάχιστη απόσταση με βάση τα δεδομένα Lidar, μία αλυσοειδής καμπύλη 2 προσαρμόστηκε στα σημεία που είχαν ταξινομηθεί ως σημεία του σύρματος (Εικόνα 21). Έπειτα, μετρήθηκε η απόσταση από το χαμηλότερο σημείο αυτής της καμπύλης προς το επίπεδο των σημείων του εδάφους. Για τον γεωδαιτικό σταθμό, μετρήθηκε το χαμηλότερο σημείο της καμπύλης (το οποίο επιλέχθηκε οπτικά), και στη συνέχεια η κάθετη απόσταση προς το έδαφος. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων για 25 σύρματα από 9 διαφορετικά πεδία μελέτης, έδειξαν τυπική απόκλιση 59mm. Η μέγιστη διαφορά υπολογίστηκε στα 104mm. Η ακρίβεια του γεωδαιτικού σταθμού σε σύγκριση με την ακρίβεια του StreetMapper, φαίνεται χαμηλή. Η δυσκολία εντοπίστηκε στον υπολογισμός της ελάχιστης απόστασης από το έδαφος και όχι στον ορισμό της αλυσοειδούς καμπύλης και αυτό διότι το έδαφος δεν είναι ένα καλά ορισμένο επίπεδο εξαιτίας των παραμορφώσεων του δρόμου και των κλίσεων. ii. Σχέδιο Borlange Μέτρηση υψών τμήματος δρόμου Μία άλλη δοκιμή του συστήματος StreetMapper, αφορούσε τη μέτρηση του απόλυτου ύψους των επιπέδων ενός τμήματος δρόμου στο Borlange της Σουηδίας τον Ιανουάριο του Για τη μέτρηση επιλέχθηκαν συνολικά 24 σημεία αναφοράς στην περιοχή μελέτης. Στην Εικόνα 22, στο αριστερό μέρος, απεικονίζεται η κατανομή των σημείων αναφοράς στην περιοχή μελέτης, και στο δεξί μέρος, μία εγκάρσια τομή. Η κατανομή των κάθετων μετατοπίσεων φαίνεται στην Εικόνα 23. Η τυπική απόκλιση των κάθετων αποστάσεων είναι 15mm. 2 Αλυσοειδής λέγεται η καμπύλη την οποία σχηματίζει ένα νήμα που κρέμεται ελεύθερα στο πεδίο βαρύτητας της γης στηριζόμενο στα δύο άκρα του

40 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Εικόνα 20: Εναέρια σύρματα τηλεφωνικού δικτύου Πηγή 8: (Kremer & Hunter, 2007, σ. 223) Εικόνα 21: Μέτρηση της ελάχιστης κάθετης απόστασης από τα δεδομένα Lidar Πηγή 9: (Kremer & Hunter, 2007, p. 224) Εικόνα 22: Κατανομή των σημείων αναφοράς που μετρήθηκαν στην περιοχή μελέτης Πηγή 10: (Kremer & Hunter, 2007, σ. 223) Εικόνα 23: Κατανομή των κάθετων μετατοπίσεων Πηγή 11: (Kremer & Hunter, 2007, σ. 222)

41 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Το σύστημα GPSVision Περιγραφή Συστήματος Τα βασικά μέρη του συστήματος GPSVision (Εικόνα 24) είναι τρία (3): ένας δέκτης GPS διπλής συχνότητας, ένα αδρανειακό σύστημα πλόηγησης (INS) και δύο ψηφιακές CCD κάμερες, μία έγχρωμη και μία ασπρόμαυρη. Ο συνολικός έλεγχος του συστήματος καθώς και η λειτουργία του, η απεικόνιση και ο χειρισμός του, πραγματοποιείται με τη χρήση ενός υπολογιστή κατά τη διάρκεια της συλλογής των δεδομένων. Διάφοροι τύποι GPS ή εικονοληπτικών αισθητήρων μπορούν να εγκατασταθούν στο σύστημα, ανάλογα με τις ανάγκες της εκάστοτε εφαρμογής. Το σύστημα GPSVision, σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε από την εταιρεία Lambda Tech International, αρχικά για να βοηθήσει κυβερνήσεις και άλλους φορείς στην κατασκευή διαδραστικών βάσεων δεδομένων σε περιβάλλον GIS και έπειτα χρησιμοποιήθηκε ως εργαλείο χαρτογράφησης για την κατασκευή και την επιτήρηση οδικών δικτύων καθώς επίσης και για την ανάλυση τροχαίων ατυχημάτων. Χαρακτηρίζεται από την ικανότητά του να αποκτά υψηλής ακρίβειας δεδομένα για αυτοκινητοδρόμους, σιδηροδρόμους και άλλα δίκτυα μεταφορών και παράλληλα διαφέρει από τις συνήθεις τεχνικές χαρτογράφησης εξασφαλίζοντας ταχύτητα και χαμηλό κόστος στη συλλογή των δεδομένων. Για παράδειγμα ένα GPSVision κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης, συλλέγει δεδομένα για πάνω από 3.000km δρόμου σε διάστημα ενός μήνα (He & Orvets, 2000). To 2000, οι He G. και Orvets G., δημοσίευσαν μελέτη που πραγματοποίησαν με το GPSVision, για τη συλλογή δεδομένων ενός οδικού δικτύου και τη δημιουργία ενός χάρτη σε περιβάλλον GIS, για την εξυπηρέτηση αναγκών στον τομέα των τηλεπικοινωνιών. Εικόνα 24: Φορητό σύστημα GPSVision αποτελούμενο από GPS, INS και 2 ψηφιακές CCD φωτογραφικές μηχανές Πηγή 12: (He & Orvets, 2000, p. 273) Εφαρμογές i. Συλλογή δεδομένων οδικού δικτύου

42 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Η παρακολούθηση και η συντήρηση ενός δικτύου μεταφορών είναι δύσκολο έργο και απαιτεί μεγάλο όγκο δεδομένων που συνεχώς πρέπει να ανανεώνονται. Το σύστημα GPSVision, χρησιμοποιήθηκε για το σκοπό αυτό και αποδείχθηκε ικανό να ανταποκριθεί. Τα δεδομένα που συλλέγει επιτρέπουν στους χρήστες να χαρτογραφούν ορατά χαρακτηριστικά του οδικού δικτύου, όπως πινακίδες κυκλοφορίας, στύλους, κτίρια, δένδρα ακόμα και λακκούβες (Εικόνα 25). Επίσης, εκτός από τη χαρτογράφηση, οι εικόνες που συλλέγονται χρησιμοποιούνται και για την οπτική παρατήρηση της κατάστασης του οδοστρώματος και για την προσομοίωση του περιβάλλοντος του δρόμου κατά τη διάρκεια της οδήγησης. Μετά την επεξεργασία των δεδομένων θέσης και προσανατολισμού, οι πληροφορίες που έχουν αποτυπωθεί στις εικόνες είναι έτοιμες για εξαγωγή. Η εξαγωγή των χαρακτηριστικών και της επιθυμητής πληροφορίας γίνεται με τη χρήση ειδικού λογισμικού. Τα τελικά προϊόντα είναι αρχεία που περιέχουν πληροφορίες για τη θέση των επιμέρους χαρακτηριστικών που έχουν αποτυπωθεί (π.χ. δένδρα, οδικές διαβάσεις, γέφυρες κλπ.). Η οριζοντιογραφική ακρίβεια της θέσης κάθε χαρακτηριστικού είναι της τάξης του ενός μέτρου ή και λιγότερο (He & Orvets, 2000). ii. Δημιουργία χάρτη σε περιβάλλον GIS για ανάγκες του κλάδου των τηλεπικοινωνιών Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται ιδιαίτερη ανάπτυξη στον κλάδο των τηλεπικοινωνιών. Η κατασκευή και η συντήρηση του καλωδιακού δικτύου απαιτεί την ύπαρξη ενημερωμένων χαρτών υψηλής ακρίβειας. Μέχρι πρότινος, τα περισσότερα από τα απαιτούμενα δεδομένα παράγονταν με κλασσικές φωτογραμμετρικές μεθόδους ή με την ψηφιοποίηση ήδη υπάρχοντων διανυσματικών χαρτών. Η τεχνολογία της κινητής χαρτογράφησης μπορεί να παρέχει λεπτομερείς χάρτες με χαμηλό κόστος και σε σύντομο χρονικό διάστημα. Η εταιρεία παραγωγής του GPSVision, ανέλαβε να χαρτογραφήσει 650Km καλωδίων κατά μήκος του σιδηροδρόμου μεταξύ του Ντιτρόιτ και του Σικάγο στις Η.Π.Α. (Εικόνα 26). Το σύστημα GPSVision, τοποθετήθηκε σε ψηλό σιδηροδρομικό όχημα για τη συλλογή των δεδομένων. Το σύνολο των τεχνητών χαρακτηριστικών του δικτύου, όπως η σήμανση του σιδηροδρόμου, οι οδικές διαβάσεις, τα σήματα οδικής κυκλοφορίας, οι στύλοι, εξάχθηκαν από τα στερεοζεύγη των εικόνων (He & Orvets, 2000). iii. Συγχώνευση των δεδομένων με αεροφωτογραφίες Μία μελέτη διεξήχθηκε με σκοπό να συνδυάσει τα δεδομένα απο το GPSVision με ψηφιακές αεροφωτογραφίες. Η βασική ιδέα αφορούσε τη χρήση του συστήματος για τη μέτρηση των χαρακτηριστικών κατά μήκος του δρόμου και έπειτα η χρήση τους ως σημεία ελέγχου για την αναγωγή των ψηφιακών αεροφωτογραφιών. Οι διορθωμένες αεροφωτογραφίες στη συνέχεια, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως υπόβαθρο για την ψηφιοποίηση των χαρακτηριστικών που είναι σε απόσταση από το δρόμο και το πεδίο κάλυψης του GPSVision. Επίσης, όλα τα εξαγόμενα χαρακτηριστικά από το GPSVision θα μπορούσαν να τοποθετηθούν πάνω στον ορθοφωτοχάρτη από τις αεροφωτογραφίες και έτσι ο χρήστης θα είχε αφενός έναν λεπτομερή διανυσματικό χάρτη και αφετέρου θα μπορούσε να δει και

43 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] να μελετήσει τις πληροφορίες που τον ενδιαφέρουν τόσο από το έδαφος όσο και από τον αέρα (Εικόνα 27) (He & Orvets, 2000). Εικόνα 25: Στερεοζεύγη εικόνων χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό και τη μέτρηση των υποδομών του οδικού δικτύου. Πηγή 13: (He & Orvets, 2000) Εικόνα 26: Χάρτης απεικόνισης του δικτύου καλωδίων τηλεπικοινωνίας, σε περιβάλλον GIS Πηγή 14: (He & Orvets, 2000)

44 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Εικόνα 27: Τα δεδομένα από το GPSVision σε συνδυασμό με ψηφιακές αεροφωτογραφίες Απεικόνιση των υποδομών από το έδαφος και από τον αέρα. Πηγή 15: (He & Orvets, 2000) Κινούμενο Σϋστημα Χαρτογράφησης Ευρωπαϊκής Επιθεώρησης για την Οδική Ασφάλεια Περιγραφή Συστήματος Το κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης, της Ευρωπαϊκής Επιθεώρησης για την Οδική Ασφάλεια, αποτελείται από (Elhinney, Kumar, Cahalane, & McCarthy, 2010): Ένα δέκτη GPS/INS (IXSEA LandINS) Ένα οδόμετρο (DMI) Έναν τρισδιάστατο αισθητήρα LiDAR Τους εικονοληπτικούς αισθητήρες (1 FLIR θερμική κάμερα και 5 CCD πολυφασματικές) Ο αισθητήρας LiDAR, τοποθετείται στο πίσω μέρος του οχήματος (βαν), με γωνία 45 ο τόσο από τον οριζόντιο όσο και από τον κατακόρυφο άξονα του οχήματος. Με αυτό τον τρόπο οι γραμμές σάρωσης που παράγονται δεν είναι ορθογώνιες στο δρόμο και παράγεται πλουσιότερη τρισδιάστατη πληροφορία. Ειδικότερα συλλέγει μέχρι 1 εκατομμύριο σημεία κάθε 3.5 δευτερόλεπτα χρησιμοποιώντας αισθητήρα 300kHz. Στην έρευνα των Elhinney C., Kumar P., Cahalane C., McCarthy T., το 2010, χρησιμοποίηθηκε το παραπάνω κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης, για την επεξεργασία τρισδιάστατων γεωκωδικοποιημένων δεδομένων LiDAR και εικόνων, προκειμένου να εξαχθούν πληροφορίες και χαρακτηριστικά για την ανακατασκευή των δρόμων. Οι οδικές μεταφορές στην Ευρώπη είναι ένας πολύ σημαντικός τομέας, που το 2006 απέδωσε κέρδη γύρω στα 2.5 τρισεκατομμύρια ευρώ, με σχεδόν 293 εκατομμύρια οχήματα να κινούνται σε 5 εκατομμύρια χιλιόμετρα οδικού δικτύου. Την ίδια χρόνια περίπου άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους σε ευρωπαϊκούς δρόμους. Υπάρχουν τρεις

45 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την οδική ασφάλεια, το όχημα, η συμπεριφορά του οδηγού και η κατάσταση/υποδομή του οδικού δικτύου. Ο βαθμός ασφαλείας των υποδομών των οδικών δικτύων αποτελεί πλέον έναν τομέα των μεταφορών που συγκεντρώνει έντονο ενδιαφέρον και υποστηρίζεται από μία σειρά οδηγιών και πρωτοβουλιών. Οι κύριοι στόχοι της Ευρωπαϊκής Επιθεώρησης για την Οδική Ασφάλεια, είναι μέσω των κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης, να διερευνηθούν διάφορες αυτόματες και ημι-αυτόματες προσεγγίσεις για την εξαγωγή των χαρακτηριστικών στοιχείων των οδικών δικτύων. Το πρώτο στάδιο για την τρισδιάστατη ανακατασκευή των δρόμων είναι η κατηγοριοποίηση των δεδομένων. Οι πληροφορίες σχετικά με τον δρόμο και την επιφάνεια του είναι ιδιαίτερα σημαντικές για την οδική ασφάλεια και τη συντήρηση του δικτύου. Στην προκειμένη περίπτωση, για την απόκτηση ακριβέστερων πληροφοριών για τον δρόμο και την επιφάνεια του, έπρεπε να εξαχθούν οι άκρες του, χρησιμοποιώντας LiDAR τεχνολογία, και στη συνέχεια να συλλεχθούν τα σημεία του οδικού δικτύου μεταξύ αυτών των άκρων. Για το λόγο αυτό, αναπτύχθηκε ένας αλγόριθμος για να εξάγει τις δεξιές και αριστερές ακμές του δρόμου και ο οποίος μπορεί να εφαρμοστεί σε όλους του τύπους δρόμων. Αλγόριθμος Στόχος της μελέτης ήταν η ανάπτυξη ενός αλγορίθμου δύο επιπέδων για την εξαγωγή της πληροφορίας των ακμών του δρόμου από τα δεδομένα LiDAR και τα δεδομένα πλοήγησης και προσδιορισμού της θέσης. Η ροή εργασίας του αλγόριθμου φαίνεται στην Εικόνα 28. Εικόνα 28: Ροή εργασίας του αλγόριθμου για την εξαγωγή των ακμών του δρόμου από δεδομένα LiDAR Πηγή 16: (Elhinney, Kumar, Cahalane, & McCarthy, 2010)

46 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Στο πρώτο στάδιο (Εικόνα 29), συνδυάζονται και συγχρονίζονται το νέφος σημείων LiDAR με τα δεδομένα πλοήγησης και προσδιορισμού της θέσης. Η συνάρτηση Lt(x,y) είναι το σύνολο των γραμμών μήκους L που είναι κάθετες στο δρόμο. Αυτές υπολογίζονται από τη δημιουργία μίας γραμμής κάθετης προς την κατεύθυνση της τροχιάς των οχημάτων. Όλα τα LiDAR σημεία, των οποίων η θέση ορίζεται μεταξύ της απόστασης μ από τη γραμμή, στη συνέχεια αποθηκεύονται στη Linet(x,y,z) μαζί με τα χαρακτηριστικά τους. Εικόνα 29: Εξαγωγή σημείων LiDAR Στάδιο 1 του αλγόριθμου εξαγωγής των ακμών του δρόμου Πηγή 17: (Elhinney, Kumar, Cahalane, & McCarthy, 2010) Το σύνολο της Linet(x,y,z), εισάγεται έπειτα στο δεύτερο στάδιο του αλγόριθμου (Εικόνα 30), όπου πρώτα αφαιρούνται όλα τα σημεία των οποίων το υψόμετρο είναι πολύ υψηλό. Γίνεται η παραδοχή ότι ο αισθητήρας LiDAR είναι περίπου στα 2.4m πάνω από την επιφάνεια του δρόμου και αφαιρούνται όλα τα σημεία των οποίων το υψόμετρο είναι μεγαλύτερο από το υψόμετρο του GPS. Στη συνέχεια υπολογίζεται η κλίση της spline και εντοπίζονται οι έντονες μετατοπίσεις και το σημείο εκκίνησής τους. Στο τρίτο βήμα αυτού του σταδίου εντοπίζονται τα πλησιέστερα αριστερά και δεξιά της θέσης του οχήματος χαρτογράφησης. Ένα παράδειγμα των ακμών που προκύπτουν φαίνεται στην Εικόνα 31. Από το σχήμα προκύπτει επίσης ότι το αποτύπωμα της αριστερής ακμής του δρόμου είναι καλύτερης ποιότητας από της δεξιάς, γεγονός που οφείλεται στο ότι το σύστημα διαθέτει έναν αισθητήρα LiDAR και καταγράφει τα δεδομένα κινούμενο στην αριστερή πλευρά του δρόμου. Το αποτέλεσμα θα ήταν καλύτερο αν τοποθετούνταν στο όχημα άλλος ένας αισθητήρας LiDAR, ή αν γινόταν καταγραφή του δρόμου για δεύτερη φορά από την αντίθετη κατεύθυνση

47 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Εικόνα 30: Εξαγωγή των ακμών του δρόμου Στάδιο 2 του αλγόριθμου Πηγή 18: (Elhinney, Kumar, Cahalane, & McCarthy, 2010) Εικόνα 31: Αποτύπωμα των ακμών του δρόμου όπως προκύπτει από την εφαρμογή του αλγόριθμου (a) Κάτοψη (b) Τρισδιάστατη αποτύπωση Πηγή 19: (Elhinney, Kumar, Cahalane, & McCarthy, 2010) Πείραμα Για τον έλεγχο της αποτελεσματικότητας του αλγόριθμου χρησιμοποιήθηκαν δύο οδικά τμήματα, ένα τμήμα αστικού οδικού δικτύου και ένα τμήμα επαρχιακού οδικού δικτύου. Οι παράμετροι του αλγόριθμου ήταν σταθεροί και για τις δύο περιπτώσεις, δηλαδή, μία γραμμή μήκους l=14m και δύο πλάτη γραμμής μ=0,1m και μ=0,3m. Η ταχύτητα του οχήματος ήταν 30km/h και για τα δύο οδικά τμήματα. Στην Εικόνα 32 φαίνεται η περίπτωση του τμήματος του αστικού δικτύου όπου στις ακμές του δρόμου υπάρχει κράσπεδο. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το κομμάτι όπου ο ποδηλατόδρομος ενώνεται με το δρόμο εξαιτίας μίας επικείμενης στάσης λεωφορείο, ο αλγόριθμος ανιχνεύει αυτή την αλλαγή και μετατοπίζεται η αριστερή ακμή του δρόμου κατά 1,5m. Στην Εικόνα 33, παρουσιάζεται το αποτέλεσμα από την εφαρμογή του αλγόριθμου στο τμήμα του επαρχιακού οδικού δικτύου όπου λόγω της απουσίας κρασπέδου τα άκρα του δρόμου δεν μπορούν να καθοριστούν με ακρίβεια. Στο τμήμα (c) της Εικόνα 33, φαίνεται ένα κομμάτι

48 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] του αριστερού άκρου της οδού όπου δεν θα μπορούσε να περιγραφεί εύκολα, ωστόσο ο αλγόριθμος εντοπίζει την άκρη. Εικόνα 32: Εξαγωγή των ακμών του δρόμου περίπτωση αστικού δρόμου με κράσπεδα (a) κάτοψη του δρόμου (b) προβολή κατά μήκος της οδού (c) μεγέθυνση στο τμήμα όπου ο ποδηλατόδρομος ενώνεται με το δρόμο Πηγή 20: (Elhinney, Kumar, Cahalane, & McCarthy, 2010) Εικόνα 33: Εξαγωγή των ακμών του δρόμου περίπτωση επαρχιακής οδού (a) κάτοψη του δρόμου (b) προβολή κατά μήκος της οδού (c) μεγέθυνση στην ακμή του δρόμου Πηγή 21: (Elhinney, Kumar, Cahalane, & McCarthy, 2010) Το σύστημα RIEGL WMX-250 σε συνδυασμό με UAV Περιγραφή Συστημάτων: -Το σύστημα κινούμενης χαρτογράφησης, RIEGL WMX-250, το οποίο αποτελείται από: 2 σαρωτές λέιζερ RIEGL VQ μονάδα IMU/GNSS και ένα οδόμετρο 2 βαθμονομήμενες καμερες -Το σύστημα UAV αποτελείται από: Το οκτακόπτερο (4 ρότορες σε κάθε πλευρά) AscTec Falcon 8 (Ascending Technologies GmbH). Κάμερα Sony Nex-5, 4592 x 3056 με pixel size 5μm και εστιακή απόσταση 16mm. GPS/IMU. Ένα βαρόμετρο, μία ηλεκτρονική πυξίδα και ένα σύστημα σταθεροποίησης, τόσο για την κάμερα όσο και για την πλατφόρμα

49 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Τα παραπάνω συστήματα χρησιμοποίηθηκαν συνδυαστικά στην έρευνα των Gruen Α., Huang Χ., Qin R., Du T., Fang W., Boavida J., και Oliveira, A., το 2013 για τη δημιουργία αστικών μοντέλων υψηλής ανάλυσης. Τόσο η τεχνολογία των μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων (UAV) όσο και η τεχνολογία των κινούμενων συστημάτων χαρτογράφησης (MMS), έχουν εξελιχθεί τα τελευταία χρόνια και αποτελούν πολύ σημαντικά εργαλεία αποτύπωσης και χαρτογράφησης. Η συγκεκριμένη έρευνα, χρησιμοποίησε τα συγκριτικά πλεονεκτήματα των δύο αυτών τεχνολογιών για τη δημιουργία τρισδιάστατων μοντέλων πόλεων υψηλής ανάλυσης. Αποτελεί έργο του Εθνικού Πανεπιστημίου της Σιγκαπούρης και περιλαμβάνει ψηλά κτίρια και δρόμους της πανεπιστημιούπολης (Gruen, και συν., 2013). Ροή Εργασίας Χρησιμοποιώντας τις δύο αυτές τεχνολογίες (UAV και MMS), καταγράφηκε νέφος σημείων με το κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης (Εικόνα 34), λήφθηκαν αεροφωτογραφίες με το UAV, συλλέχθηκαν ορισμένα σημεία ελέγχου καθώς και επίγειες εικόνες. (α) (β) (γ) Εικόνα 34: (α) Κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης που χρησιμοποιήθηκε, (β) τμήμα νέφους σημείων, (γ) τροχιά της διαδρομής που αποτυπώθηκε Πηγή 22: (Gruen, και συν., 2013, σ. 178) Η ροή εργασιών ακολούθησε τα εξής στάδια (Gruen, και συν., 2013): -Αεροτριγωνισμός εικόνων που ελήφθησαν με το UAV. -Χρήση των δεδομένων του UAV για τη γεωαναφορά και τη ρύθμιση του νέφους σημείων που αποτυπώθηκε με το κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης. -Μοντελοποίηση των στεγών/οροφών των κτιρίων από τις εικόνες των UAV. -Εξαγωγή ψηφιακού μοντέλου εδάφους (DTM), από τις εικόνες των UAV. -Τρισδιάστατη μοντελοποίηση των προσόψεων των κτιρίων και μοντελοποίησητ του DTM από τα δεδομένα του κινούμενου συστήματος χαρτογράφησης. -Συνδυασμός των μοντέλων των προσόψεων και των οροφών και των DTM για τη δημιουργία ενός ολοκληρωμένου γεωμετρικού μοντέλου. Εφαρμογή: Τρισδιάστατη μοντελοποίηση προσόψεων κτιρίων συνδυάζοντας νέφος σημείων και εικόνες από UAV

50 [Κινούμενα Συστήματα Χαρτογράφησης] Το νέφος σημείων αρχικά γεωαναφέρθηκε με τη χρήση σημείων ελέγχων από τα δεδομένα των UAV. Έπειτα, από τα στερεοζεύγη των εικόνων του UAV, δημιουργήθηκαν τα μοντέλα των οροφών, τα οποία και χρησίμευσαν ως περίγραμμα και ως επιπλέον πληροφορία που δεν μπόρεσε να αποτυπώσει το κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης. Στη συνέχεια η μοντελοποίηση των προσόψεων των κτιρίων έγινε χειροκίνητα στο λογισμικό 3ds MAX. Αρχικά, δημιουργήθηκαν τρίγωνα για την πρόσοψη από τα δεδομένα Lidar και στη συνέχεια το μοντέλο συμπληρώθηκε από το μοντέλο οροφής που είχε δημιουργηθεί από τα δεδομένα του UAV. Για τα τμήματα του κτιρίου που δεν αποτυπώθηκαν στο νέφος σήμειων ούτε στα δεδομένα του UAV, πραγματοποιήθηκαν επιπλέον επίγειες λήψεις χρησιμοποιώντας την κάμερα D7000 (Εικόνα 35 & Εικόνα 36). (α) (β) (γ) (δ) Εικόνα 35: (α) μοντέλο οροφής από τα δεδομένα UAV, (β) δημιουργία τριγώνων από τα Lidar δεδομένα, (γ) ολοκληρωμένο μοντέλο από το συνδυασμό των δεδομένων, (δ) τρισδιάστατο μοντέλο πρόσοψης κτιρίου Πηγή 23: (Gruen, και συν., 2013, σ. 180) (α) Εικόνα 36: (α), (β) ολοκληρωμένο τρισδιάστατο μοντέλο κτιρίου με συνδυασμό Lidar δεδομένων, δεδομένων από UAV και επίγειας αποτύπωσης Πηγή 24: (Gruen, και συν., 2013, σ. 181) (β)

51 2 Το κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης Leica Pegasus One Στο δεύτερο κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, παρουσιάζεται το κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης Leica Pegasus One, περιγράφονται τα συστατικά μέρη του συστήματος και αναλύονται οι λειτουργίες του. 2.1 Γενικά Το Leica Pegasus One, αποτελεί ένα πλήρες σύστημα κινούμενης χαρτογράφησης, που κατασκευάστηκε και προωθήθηκε από την εταιρεία Leica Geosystems. Κυκλοφόρησε στην αγορά τον Ιούνιο του 2012, είναι η πρώτη κινούμενη πλατφόρμα χαρτογράφησης της συγκεκριμένης εταιρείας και απευθύνεται σε όσους επιθυμούν να συλλέγουν γρήγορα και με ακρίβεια, γεωχωρικά δεδομένα (μηχανικούς, μελετητικές εταιρείες, περιφέρειες, δήμους, κυβερνήσεις). Πρόκειται για μία ολοκληρωμένη λύση για τη συλλογή δεδομένων με τη μέθοδο laser, την τρισδιάστατη φωτογραμμετρική απεικόνιση και την επεξεργασία δεδομένων με στερεοσκοπική όραση για γρήγορη συλλογή 3D GIS δεδομένων. Συνδυάζει μία πολύ γρήγορη και χαμηλού κόστους μεθοδολογία αποτύπωσης, επιτυγχάνοντας παράλληλα και ένα υψηλό επίπεδο ακρίβειας. Το σύστημα είναι εξοπλισμένο με (Εικόνα 37): Ένα (1) δέκτη GNSS/INS Novatel SPAN (IMU 100Ηz). Έξι (6) ψηφιακές κάμερες 2Mp τοποθετημένες με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να καταγράφουν ένα πλήρες πεδίο 360 ο x 70 ο. Έναν (1) σαρωτή λέιζερ (2D Profiler ή 3D HDS). Ένα (1) Οδόμετρο (DMI Distance Measurement Unit). Έναν (1) υπολογιστή με 500 GB SSD hardware. Μία (1) μπαταρία που τροφοδοτεί το σύστημα. Λογισμικό για τη βαθμoνόμηση (Calibration) του συστήματος και την επεξεργασία των δεδομένων (Data Processing). Λογισμικό διαχείρισης και εξαγωγής δεδομένων απευθείας από εικόνες και LiDAR στο ESRI ArcGIS Desktop (ArcGDS για MLS). Την πλατφόρμα πρόσδεσης Όχημα

52 [Leica Pegasus One] Εικόνα 37: Βασικά μέρη συστήματος Leica Pegasus One Πηγή 25: Url16 & Ιδία Επεξεργασία Σε ότι αφορά τον σαρωτή λέιζερ, το σύστημα είναι συμβατό με μια ποικιλία από σαρωτές συμπεριλαμβανομένων των (Εικόνα 38): ZF 9012 profiler Leica HDS 7000 scanner Leica Scanstation P20 (α) (β) (γ) Εικόνα 38: (α) ZF 9012 profiler, (β) Leica HDS 7000 scanner, (γ) Leica Scanstation P20 Πηγή 26: Url 17,18,19 Για να μειωθεί η πολυπλοκότητα της προετοιμασίας και της λειτουργίας ενός τέτοιου συστήματος για τον χρήστη, η εταιρεία βαθμονόμησε βασικά μέρη του συστήματος κατά την κατασκευή του στο εργοστάσιο. Οι κάμερες έχουν βαθμονομηθεί με τον σαρωτή λέιζερ (δηλαδή ο χρήστης μπορεί να εργαστεί είτε με φωτογραμμετρική απεικόνιση ή με τη

53 [Leica Pegasus One] LiDAR σάρωση) και τα πάντα είναι συνδεδεμένα με το σύστημα εντοπισμού θέσης το οποίο περιλαμβάνει GPS, IMU και λογισμικό για μετέπειτα επεξεργασία/συγχρονισμό των δεδομένων. Ο συνδυασμός των υψηλής ανάλυσης καμερών με την τεχνολογία LiDAR, εξασφαλίζει ότι δεν παραλείπονται δεδομένα και δεν χρειάζεται η επανειλημμένη επιστροφή στο πεδίο για τη συλλογή επιπλέον στοιχείων που δεν αποτυπώθηκαν κατά την καταγραφή. Για παράδειγμα ένα αντικείμενο που δεν μπορεί να προσδιοριστεί στο νέφος σημείων εξαιτίας σκίασης, μπορεί να αναγνωριστεί από τις εικόνες. Ο χρήστης χειρίζεται το σύστημα μέσω μιας οθόνης στην οποία προβάλλονται οι εικόνες από τις έξι κάμερες, η θέση του οχήματος, η σκηνή που καταγράφει ο σαρωτής λέιζερ και η κατάσταη του GPS/IMU. Η χωρητικότητα της μπαταρίας προσφέρει ένα τυπικό χρόνο λειτουργίας 11 ωρών. Η βασική διαδικασία που ακολουθείται για τη λειτουργία του συστήματος και την πραγματοποίηση της αποτύπωσης, ξεκινά με την τοποθέτηση του συστήματος στην οροφή του οχήματος που έχει επιλεγεί. Στη συνέχεια, το σύστημα συνδέεται με την μπαταρία, η οποία συνήθως τοποθετείται στο πίσω μέρος του οχήματος στη θέση των αποσκευών και πραγματοποιείται ο συγχρονισμός του GPS με την IMU. Έπειτα, ο χειριστής συνδέει το σύστημα μέσω Wi-Fi και οδηγεί το όχημα στην περιοχή μελέτης. Ο χειριστής μπορεί επίσης να ρυθμίσει τον αριθμό των εικόνων που καταγράφονται ανάλογα με την απόσταση που διανύεται. Η συλλογή των δεδομένων μπορεί να πραγματοποιηθεί με οποιαδήποτε ταχύτητα του οχήματος, η παράμετρος που θα το καθορίσει είναι η επιθυμητή πυκνότητα των στοιχείων που πρέπει να συλλεχθούν. Όσον αφορά την ακρίβεια του συστήματος, αυτή προκύπτει από τις επιμέρους ακρίβειες των συστατικών του μερών. Τυπικά ένα με δύο εκατοστά ακρίβειας επιτυγχάνεται υπό κανονικές συνθήκες. Στην περίπτωση που το GPS/GNSS χάσει το σήμα του, η μονάδα IMU αρχίζει να καταγράφει τη θέση του οχήματος. Για παράδειγμα, ακόμα και μετά από διακοπή του σήματος για χρονικό διάστημα 10 δευτερολέπτων, δεν υπάρχει σφάλμα μεγαλύτερο των δύο εκατοστών. Η μονάδα IMU καταγράφει την τροχιά και την ταχύτητα του οχήματος και ανάλογα με τη χρονική διάρκεια της διακοπής, η πληροφορία αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της θέσης του οχήματος. Για την επίτευξη ακρίβειας σε επίπεδο εκατοστών, απαιτείται ένας κύριος δέκτης GNSS. Η πλειοψηφία των χρηστών ήδη λειτουργεί με αυτόν τον τρόπο για έργα και μελέτες ακόμα και σε απομακρυσμένες περιοχές και επιτυγχάνεται ακρίβεια μέχρι και 15-20mm χωρίς τη χρήση σημείων ελέγχου. Ολόκληρο το σύστημα Leica Pegasus One και το λογισμικό του, προσφέρει στον χρήστη άμεση πρόσβαση στα εικονοληπτικά δεδομένα και στο νέφος σημείων ταυτόχρονα στο ίδιο γραφικό περιβάλλον. Ο χρήστης μπορεί να περιηγηθεί οπτικά στο πεδίο μελέτης μέσα από τις εικόνες, μπορεί να προσθέσει GIS μεταδεδομένα και να υπολογίσει αποστάσεις. Τόσο τα εικονοληπτικά δεδομένα όσο και το νέφος σημείων βαθμονομούνται μαζί, έτσι

54 [Leica Pegasus One] επιλέγοντας ένα σημείο στο ένα παρέχεται αμέσως πρόσβαση στο ίδιο σημείο στο άλλο. Συνολικά υπάρχουν τρεις ροές εργασιών για την μετέπειτα επεξεργασία των δεδομένων. Η πρώτη αφορά μια αυτοματοποιημένη διαδικασία για το συγχρονισμό των δεδομένων σάρωσης και εικόνας με τον σωστό χρόνο λήψης και την μεταφόρτωση της τροχιάς σε μία ενιαία δομή αρχείων μέσα στο περιβάλλον του ArcGIS. Η δεύτερη αφορά τη χειροκίνητη από το χρήστη επεξεργασία και συνδυασμό των συνόλων των δεδομένων σε περίπτωση που για παράδειγμα επιθυμεί να προσθέσει επιπλέον σημεία ελέγχου ή να χρησιμοποιήσει εκ νέου τα αποκτηθέντα δεδομένα για ένα καινούριο έργο/μελέτη. Η τρίτη σχετίζεται με την επεξεργασία και τον συγχρονισμό των δεδομένων του GPS/GNSS με τα δεδομένα της IMU ώστε να υπάρξει σύζευξη του υλικού στην ροή εργασιών του λογισμικού. Όταν ολοκληρωθούν οι διαδικασίες αυτές, ακολουθεί η διαχείριση της πληροφορίας που έχει καταγραφεί μέσα στο περιβάλλον του ArcGIS. Οι μετρήσεις στο νέφος σημείων γίνεται χειροκίνητα, σημείο προς σημείο. Βασικό εργαλείο αποτελεί και η εξαγωγή αντικειμένων μαζί με τις πληροφορίες που τα συνοδεύουν όπως το ύψος, το πλάτος και η απόσταση από την ακμή του δρόμου. Οι πίνακες 2,3,4 που ακολουθούν συγκεντρώνουν τα βασικά χαρακτηριστικά του συστήματος Leica Pegasus One. Πίνακας 2: Βασικά χαρακτηριστικά του Leica Pegasus One Βασικά χαρακτηριστικά του συστήματος στο σύνολο του Συνδέει τα εικονοληπτικά δεδομένα με τα δεδομένα από το νέφος σημείων σε μία ενιαία βαθμονομημένη πλατφόρμα. Δεν απαιτείται κάποιο ειδικά διαμορφωμένο όχημα. Παρέχει στο χρήστη πολλούς τρόπους προβολής και συλλογής των τρισδιάστατων σημείων. Ο σαρωτής λέιζερ που θα επιλεγεί μπορεί να προσδεθεί στο σύστημα χωριστά, μετά την αγορά και να ρυθμιστεί από τον χρήστη. Το λογισμικό επεξεργασίας των δεδομένων μπορεί να λειτουργήσει στο περιβάλλον του Esri ArcGIS Desktop. Συλλογή και επεξεργασία των τρισδιάστατων αντικειμένων του χώρου από εικόνες ή από νέφος σημείων ταυτόχρονα ή χωριστά. Εξισορροπεί την αναγκαιότητα για δεδομένα, την ποσότητα και την ποιότητα τους, με την ταχύτητα συλλογής και μετέπειτα επεξεργασίας αποτελώντας ένα σύστημα που αποδίδει σε πολύ καλό την επένδυση

55 [Leica Pegasus One] Πίνακας 3: Βασικά χαρακτηριστικά του hardware του Leica Pegasus One Βασικά χαρακτηριστικά του Hardware Συμβατό με ποικιλία σαρωτών λέιζερ Αποτελείται από έξι (6) κάμερες τοποθετημένες έτσι ώστε η σκηνή καταγραφής τους να είναι 360 ο x 70 ο. Ρυθμιζόμενα από τον χρήστη διαστήματα απόκτησης των δεδομένων βάσει της απόστασης που διανύεται. Η τεχνολογία NovAtel SPAN συνδέει έναν ακριβή δέκτη GNSS με μία ισχυρή μονάδα IMU και δίνει ακρίβεια θέσης 20mm ακόμα και μετά από 10 δευτερόλεπτα διακοπής του σήματος. Περιλαμβάνει L1 και L2 GPS + GLONASS Ρυθμιζόμενος από τον χρήστη ο προσανατολισμός της κάμερας. Διαθέτει σύστημα INS για τον προσδιορισμό της θέσης, της ταχύτητας και του προσανατολισμού με 200 Hz. Είναι φορητό σύστημα που μεταφέρεται σε θήκες 65 x 65 x 65 cm - 68 kg και 50 x 30 x 40 cm - 38 kg (Εικόνα 39). Εικόνα 39: Μεταφορά και αποθήκευση του συστήματος Πηγή 27: Url

56 [Leica Pegasus One] Πίνακας 4: Βασικά χαρακτηριστικά του λογισμικού του Leica Pegasus One Βασικά χαρακτηριστικά του λογισμικού Αλληλουχία εικόνων και βίντεο για την Δίνει τη δυνατότητα στον χρήστη να ταχεία πλοήγηση και αναγνώριση των προσθέσει τα σημεία των συλλεχθέντων δεδομένων. αντικειμένων σε μορφή Shapefile στο ArcGIS Desktop. Άμεση πρόσβαση στο νέφος σημειών για ακριβείς μετρήσεις. Προαιρετική τρισδιάστατη στερεοσκοπική προβολή για τη μείωση των σφαλμάτων και την αύξηση της απόδοσης. Επισκιάζομενα ή ελλειπή τρισδιάστατα σημεία στο νέφος σημείων μπορούν να αποκτηθούν μέσω της φωτογραμμετρικής διαδικασίας από τις εικόνες. Κατά την καταγραφή των δεδομένων εμφανίζονται όλες τις κάμερες ταυτόχρονα. Κατά την καταγραφή των δεδομένων εμφανίζεται η τρέχουσα θέση του οχήματος χρησιμοποιώντας ένα GIS. Επιτρέπεται η παρακολούθηση της λειτουργίας του συστήματος και η καταγραφή των δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. 2.2 Βασικά Μέρη του Συστήματος Το 2013, το Εργαστήριο Φωτογραμμετρίας και Τηλεπισκόπησης του Τμήματος Αγρονόμων & Τοπογράφων Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, εξοπλίστηκε με το κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης Leica Pegasus One. Στη συνέχεια ακολουθεί η παρουσίαση των βασικών εξαρτημάτων από τα οποία αποτελείται το εν λόγω σύστημα του Εργαστηρίου (Εικόνα 40). Το σύστημα αποτελείται από τρεις μονάδες : Τη Μονάδα Καταγραφής. Πρόκειται για μία συμπαγή μεταλλική κατασκευή που φέρει όλους τους αισθητήρες και τοποθετείται στην οροφή του οχήματος. Οι βασικοί αισθητήρες που περιλαμβάνει είναι το GPS/INS Novatel SPAN (IMU, odometer, trigger), ο σαρωτής laser Leica HDS7000 και έξι ψηφιακές κάμερες. Τη Μονάδα Ελέγχου η οποία περιλαμβάνει έναν υπολογιστή, μέσα στο όχημα, για να ελέγχει και να κατευθύνει την καταγραφή των δεδομένων. Τη Μονάδα Αποθέματος η οποία διαθέτει το σύνολο των μπαταριών που παρέχουν ενέργεια σε όλες τις ηλεκτρικές συσκευές καθώς και στο κινούμενο σύστημα καταγραφής (φορητός υπολογιστής, σαρωτής, GPS, IMU, κ.α.)

57 [Leica Pegasus One] Εικόνα 40: Ολόκληρο το σύστημα Leica Pegasus One του Εργαστηρίου Φωτογραμμετρίας και Τηλεπισκόπησης του Τμήματος Αγρονόμων & Τοπογράφων Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του ΑΠΘ GNSS/INS/IMU Βασικό χαρακτηριστικό του συστήματος Leica Pegasus One, είναι η ύπαρξη δέκτη GNSS/INS για τον προσδιορισμό της θέσης και του προσανατολισμού της πλατφόρμας αποτύπωσης. Η τεχνολογία προσδιορισμού θέσης GNSS, καταγράφει μετρήσεις που προέρχονται από το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης (Global Positioning System) και από τους δορυφόρους GLONASS. Από τις παρατηρήσεις αυτές ο δέκτης μπορεί να υπολογίσει τη θέση και την ταχύτητα του οχήματος με υψηλή ακρίβεια. Ωστόσο, η τεχνολογία GNSS έχει ορισμένους περιορισμούς για να αποδώσει στο μέγιστο, όπως ότι απαιτεί επαφή/εντοπισμό με τουλάχιστον τέσσερις δορυφόρους ταυτόχρονα. Εάν πληρείται αυτό το κριτήριο μπορεί να προσφέρει ακρίβεια λίγων εκατοστών, διαφορετικά η ακρίβεια του υποβαθμίζεται σημαντικά. Συνήθως, ένα αδρανειακό σύστημα πλοήγησης (INS), χρησιμοποιεί τα δεδομένα που μετρώνται με μία μονάδα IMU, για να υπολογίσει τη θέση, την ταχύτητα και τον προσανατολισμό. Τα διανύσματα μετρούνται με επιταχυνσιόμετρα σε τρεις κάθετους άξονες στην IMU και το γυροσκόπιο μετρά το ρυθμό της γωνιακής περιστροφής γύρω από αυτούς τους άξονες. Για σύντομα χρονικά διαστήματα, η αδρανειακή πλοήγηση μπορεί να δώσει τη θέση, την ταχύτητα και τον προσανατολισμό με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Το

58 [Leica Pegasus One] σύστημα INS πρέπει να γνωρίζει εκ των προτέρων την αρχική θέση, την αρχική ταχύτητα, την αρχική στάση, το ρυθμό περιστροφής της Γης και το πεδίο βαρύτητας. Δεδομένου ότι η μονάδα IMU μετρά τις αλλαγές στον προσανατολισμό και την επιτάχυνση, το INS προσδιορίζει τις αλλαγές στη θέση και τη στάση, αλλά οι αρχικές τιμές των παραμέτρων αυτών πρέπει να είναι γνωστές. Εφόσον λοιπόν οι παράμετροι αυτοί είναι γνωστοί, το INS είναι ικανό να παρέχει μία αυτόνομη λύση χωρίς άλλα εξωτερικά δεδομένα εισόδου (Novatel Inc., 2009). Το κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης Leica Pegasus One, είναι εξοπλισμένο με την τεχνολογία NovAtel SPAN. Η τεχνολογία NovAtel SPAN, συνδυάζει δύο διαφορετικά αλλά συμπληρωματικά συστήματα πλοήγησης και εντοπισμού της θέσης, το GNSS και το INS. Συνδυάζοντας τις καλύτερες δυνατότητες των δύο συστημάτων σε ένα σύστημα, προσφέρεται μία λύση που είναι πιο ακριβής και αξιόπιστη από το να γινόταν χρήση μίας εκ των δύο. Το πλεονέκτημα της συνδυασμένης αυτής λύσης εντοπίζεται ουσιαστικά στην ακρίβεια που προσφέρει το GNSS και στη διατήρηση της με το INS όταν οι συνθήκες δυσχεραίνουν τη λειτουργία του GNSS (Kennedy, Hamilton, & Martell, 2009). Το σύστημα SPAN αποτελείται από τα παρακάτω μέρη (Novatel Inc., 2009): Έναν δέκτη SPAN-SE (Εικόνα 41), ο οποίος είναι ικανός να εντοπίζει και να λαμβάνει διαφορετικούς συνδυασμούς σημάτων GPS, GLONASS και L-band, χρησιμοποιώντας 72 κανάλια. Η πολύ καλή απόκτηση και επανάκτηση των χρόνων καθιστά τον δέκτη ικανό να λειτουργεί σε περιβάλλοντα όπου είναι πιθανή η συχνή διακοπή των σημάτων. Ο δέκτης αυτός επίσης, μπορεί να υποστηρίξει ικανοποιητικά τις χρονικές απαιτήσεις της μονάδας IMU και να εφαρμόζει σε πραγματικό χρόνο το φίλτρο Kalman. Παρέχει επίσης τη δυνατότητα καταγραφής/αποθήκευσης των δεδομένων σε Secure Digital κάρτα, σε πραγματικό χρόνο τη στιγμή της καταγραφής, συνδεσιμότητα Ethernet και θύρα εισόδου του οδόμετρου. Μία μονάδα IMU (Inertial Measurement Unit Αδρανειακή Μονάδα Μέτρησης) (Εικόνα 42), η οποία αποθηκεύεται σε κατάλληλο περίβλημα το οποίο της εξασφαλίζει σταθερή παροχή ηλεκτρικού ρεύματος. Η μονάδα IMU αποτελείται από τρία (3) επιταχυνσιόμετρα και τρία (3) γυροσκόπια, έτσι ώστε να μπορούν να μετρηθούν οι επιταχύνσεις κατά μήκος των 3 αξόνων καθώς και οι γωνιακές περιστροφές. Λογισμικό για τη συλλογή των δεδομένων σε πραγματικό χρόνο, την παρακολούθηση της κατάστασης και τη ρύθμιση του δέκτη. Μία κεραία GNSS διπλής συχνότητας

59 [Leica Pegasus One] Εικόνα 41: Δέκτης SPAN-SE Πηγή 28: (Novatel Inc., 2009) Εικόνα 42: Υποστηριζόμενοι τύποι IMU από το Novatel SPAN Πηγή 29: (Novatel Inc., 2009) Στο σχεδιάγραμμα που ακολουθεί (Εικόνα 43), παρουσιάζονται τα μέρη του συστήματος Novatel SPAN και πως συνδέονται μεταξύ τους

60 [Leica Pegasus One] 1. Ο δέκτης SPAN-SE με την SD κάρτα για την αποθήκευση των δεδομένων 2. Κεραία GNSS 3.Μονάδα IMU 4. Παροχή Ηλεκτρικού ρεύματος 5. Υπολογιστής και λογισμικό 6. Σύνδεση του δέκτη SPAN-SE με την IMU 7. Σύνδεση του δέκτη SPAN-SE με τον υπολογιστή και το λογισμικό 8.Προαιρετική δεύτερη GNSS κεραία Εικόνα 43: Μέρη του συστήματος Novatel SPAN Πηγή 30: (Novatel Inc., 2009) Στην Εικόνα 44 φαίνεται ένα δείγμα της απόδοσης κατά τη διάρκεια διακοπών του GNSS. Εικόνα 44: Απόδοση κατά τη διάρκεια διακοπών του GNSS Πηγή 31: (Adams, 2012)

61 [Leica Pegasus One] Σαρωτής Λέιζερ Η τρισδιάστατη αποτύπωση των χώρων και των αντικειμένων διαφόρων μορφών και μεγεθών είναι δυνατή με όργανα μετρήσεων που βασίζονται στην τεχνολογία Laser και είναι γνωστά ως Τρισδιάστατοι Σαρωτές Λέιζερ (3D laser scanners). Υπάρχουν επίσης και συσκευές που σαρώνουν μόνο οριζόντια ή κατακόρυφα ένα αντικείμενο/χώρο. Οι συσκευές αυτές ονομάζονται laser profilers. H αποτύπωση με λέιζερ σάρωση, είναι μία γρήγορη και αξιόπιστη μέθοδος αποτύπωσης, παρέχοντας ακριβέστερα προϊόντα σε σχέση με άλλες μεθοδολογίες. Συνδυάζει την ακρίβεια της τοπογραφικής αποτύπωσης με την πληρότητα και τη συνέχεια της φωτογραμμετρικής αποτύπωσης και παρέχει συνολική αποτύπωση των 3D αντικειμένων χωρίς επιπλέον κόπο ή χρόνο εργασίας. Το κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης Leica Pegasus One που διαθέτει το Εργαστήριο Φωτογραμμετρίας και Τηλεπισκόπησης του Τμήματος Αγρονόμων & Τοπογράφων Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Α.Π.Θ., είναι επανδρωμένο με τον τρισδιάστατο σαρωτή λέιζερ HDS7000 (Εικόνα 45). Πρόκειται για έναν υψηλής ταχύτητας σαρωτή λέιζερ που βασίζεται στη λειτουργία σάρωσης φάσης. Δεν διαθέτει ενσωματωμένη κάμερα για την απόδοση του νέφους σημείνω με RGB, αλλά μπορεί να υποστηριχτεί με τη χρήση εξωτερικής κάμερας. Στον Πίνακας 5 που ακολουθεί παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά του. Εικόνα 45: Σαρωτής Λέιζερ HDS7000 Πηγή 32: HDS7000 User Manual Πίνακας 5: Χαρακτηριστικά Σαρωτή Λέιζερ HDS700 Πηγή 33: HDS7000 User Manual

62 [Leica Pegasus One] Τύπος Μήκος Κύματος Εμβέλεια/Φάσμα Σφάλμα Γραμμικότητας Μέγεθος Σημείου Απόκλιση Δέσμης Ρυθμός Σάρωσης Εμβέλεια Θορύβου Ανάλυση Σάρωσης Χαρακτηριστικά Σαρωτή Λέιζερ HDS7000 Λειτουργία σύμφωνα με την αρχή Διαφοράς φάσης 1.5μm 187m μέγιστο 0.3m ελάχιστο 0.1mm ανάλυση 1mm ~ 3.5mm για 0.1m απόσταση < 0.3 mrad Μέχρι και σημεία/δευτερόλεπτο, μέγιστος στιγμιαίος ρυθμός Εμβέλεια Μαύρο 14% Γκρι 37% Άσπρο 80% 10m 0.5 mm rms 0.4 mm rms 0.3 mm rms 25m 1.0 mm rms 0.6 mm rms 0.5 mm rms 50m 2.7 mm rms 1.2 mm rms 0.8 mm rms 100m 10 mm rms 3.8 mm rms 2.0 mm rms Σημεία/36 Χαμηλή Κανονική Υψηλή Πολύ Υψηλή 0 ο Ποιότητα Ποιότητα Ποιότητα Ποιότητα (Κάθετα/ο ριζόντια) Χαμηλή :26 λεπτά 0:52 λεπτά 1:44 λεπτά 3:264λεπτά Μεσαία :52 λεπτά 1:44 λεπτά 3:22 λεπτά 6:44 λεπτά Υψηλή :44 λεπτά 3:22 λεπτά 6:44 λεπτά 13:28 λεπτά Πολύ υψηλή :28 λεπτά 6:44 λεπτά 13:28 λεπτά 26:56 λεπτά Πάρα πολύ υψηλή Εξαιρετικά υψηλή Πεδίο Προβολής Γωνιακή Ακρίβεια Γωνιακή Ανάλυση Θερμοκρασία Φωτισμός Σαρωτή Εσωτερικής Μπαταρίας :28 λεπτά 26:56 λεπτά 53:20 λεπτά ώρα:21 2 ώρες:42 3 ώρες:24 λεπτά λεπτά λεπτά Μέγιστο 360 ο x 320 ο (οριζόντια/κάθετα) 125 μrad / 125 μrad (οριζόντια/κάθετα) 7 μrad / 7 μrad οριζόντια/κάθετα) Απαιτήσεις περιβάλλοντος αποτύπωσης Λειτουργία: -10 C έως 45 C Αποθήκευση: -20 C έως +50 C Πλήρως λειτουργικό και σε έντονο φως και σε απόλυτο σκοτάδι Διαστάσεις 286 mm D x 170 mm W x 395 mm H / 9.8 kg 88 mm D x 170 mm W x 61 mm H / 1.2 kg

63 [Leica Pegasus One] Κάμερες Εκτός από τον αισθητήρα λέιζερ, στο σύστημα Leica Pegasus One, έχουν προσδεθεί και έξι (6) κάμερες τοποθετήμενες έτσι ώστε να παρέχουν πεδίο προβολής 360 o (Εικόνα 46 & Εικόνα 47). Πρόκειται για έξι κάμερες βαθμονομημένες προκειμένου να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για φωτογραμμετρική αποτύπωση. Είναι τεχνολογίας CCD, έγχρωμες με ανάλυση 1600 x 1200 pixels, το μέγεθος pixel είναι 4,4 x 4,4μm, η μέγιστη ταχύτητα καρέ είναι 8 fps ανά κάμερα, ίση με 96 M pixels ανά δευτερόλεπτο και οι φακοί έχουν 4,8 χιλιοστά εστιακή απόσταση. Το διάστημα αποτύπωσης (δηλαδή κάθε πότε θα γίνεται λήψη εικόνας) βασίζεται στην απόσταση που διανύεται και όχι στον χρόνο, και ρυθμίζεται από τη μονάδα ελέγχου του συστήματος. Ο τρισδιάστατος εντοπισμός ενός σημείου επιτυγχάνεται με δύο διαδοχικές εικόνες που έχουν ληφθεί από την ίδια κάμερα. Εικόνα 46: Έξι κάμερες τοποθετημένες περιμετρικά του συστήματος Πηγή 34: Leica Pegasus One ΤΑΤΜ & Ιδία Επεξεργασία Εικόνα 47: Κάμερες προσδεμένες στο σύστημα Leica Pegasus One Πηγή 35: Leica Pegasus One ΤΑΤΜ

64 [Leica Pegasus One] Κεντρική Μονάδα Ελέγχου Υπολογιστή & Μπαταρία Η ολοκληρωμένη λειτουργία και διαχείριση του συστήματος απαιτεί και την ύπαρξη μίας κεντρικής μονάδας ελέγχου (control unit) (Εικόνα 48). Πρόκειται δηλαδή για έναν υπολογιστή, που είναι ενσωματωμένος στην πλατφόρμα του συστήματος και αποθηκεύει όλα τα δεδομένα που λαμβάνονται από αυτό. Κατά την διάρκεια των εργασιών πεδίου είναι δυνατή η σύνδεσή της μονάδας ελέγχου με έναν φορητό υπολογιστή (μέσω Wi-Fi και της εφαρμογής Remote Desktop), ο οποίος βρίσκεται μέσα στο όχημα. Με αυτόν τον τρόπο, ο χρήστης μπορεί να παρακολουθεί και να διαχειρίζεται κάποια από τα δεδομένα που συλλέγονται σε πραγματικό χρόνο, ελέγχοντας για παράδειγμα τη διαδρομή του οχήματος, τα τρέχοντα δεδομένα από το GPS (αριθμό δορυφόρων, δυνατότητα λύσης), τις εικόνες που λαμβάνονται από τις κάμερες, κ.α. Εικόνα 48: Κεντρική Μονάδα Ελέγχου ενσωματωμένη στο σύστημα Leica Pegasus One Πηγή 36:: Leica Pegasus One ΤΑΤΜ Βασικό και απαραίτητο μέρος του συστήματος είναι και η μπαταρία του, δηλαδή η τροφοδοτική μονάδα που παρέχει ρεύμα σε όλα τα εξαρτήματα του συστήματος κατά τη διάρκεια των εργασιών πεδίου. Πρόκειται για μπαταρία Li-ion, 200 Ah, η οποία παρέχει στο σύστημα πάνω από δέκα (10) ώρες αυτονομίας. Προστατεύεται σε θήκη και τοποθετείται στο πίσω μέρος του οχήματος που είναι προσδεμένο το σύστημα (Εικόνα 49). Εικόνα 49: Τροφοδοτική Μονάδα Leica Pegasus One Πηγή 37: Leica Pegasus One ΤΑΤΜ

65 [Leica Pegasus One] 2.3 Καταγραφή, Συλλογή και Επεξεργασία των Δεδομένων Η ροή εργασιών για την ολοκληρωμένη λειτουργία του σύστηματος Leica Pegasus One, έχει την ακόλουθη μορφή (Εικόνα 50). Εικόνα 50: Ροή εργασιών λειτουργίας του συστήματος Leica Pegasus One Πηγή 38: Ιδία επεξεργασία Απαραίτητη προϋπόθεση για την ορθή λειτουργία του συστήματος είναι η βαθμονόμηση του. Η εργασία αυτή μπορεί να πραγματοποιηθεί στο εργοστάσιο πριν την αγορά του συστήματος ή μετέπειτα από τον χρήστη. Το λογισμικό που χρησιμοποιείται γι αυτόν το σκοπό, αποτελείται από ένα μοντέλο για τον υπολογισμό του εσωτερικού και εξωτερικού προσανατολισμού κάθεμιας από τις έξι (6) κάμερες του συστήματος (λαμβάνοντας υπόψη και το σύστημα συντεταγμένων της IMU), καθώς επίσης και από ένα μοντέλο για τον υπολογισμό του πίνακα περιστροφής και τη μετατροπή ανάμεσα στον σαρωτή λέιζερ και το σύστημα συντεταγμένων της IMU. Με την ολοκλήρωση της βαθμονόμησης και αφού προστεθεί στο σύστημα η κεραία GPS, αυτό τοποθετείται στην οροφή του οχήματος. Η σύνδεση με την τροφοδοτική μονάδα του συστήματος (μπαταρία) είναι απαραίτητη πριν την εκκίνηση. Επίσης, πριν ξεκινήσει η

66 [Leica Pegasus One] εργασία πεδίου, θα πρέπει ο ουράνιος θόλος στο σημείο εκκίνησης να είναι όσο το δυνατόν καθαρός για τον καλύτερο προσδιορισμό της θέσης μέσω του GPS. Αφού συνδεθεί η παροχή ρεύματος, το κινούμενο σύστημα καταγραφής ξεκινάει αυτόματα. Πριν την εκκίνηση, το σύστημα εφαρμόζει ένα πλάνο ευθυγράμμισης που διαρκεί περίπου μισό λεπτό. Το πλάνο ευθυγράμμισης περιέχει δύο φάσεις: την στατική και την δυναμική, που γίνεται με αλλαγές κατευθύνσεων του οχήματος σε μέρος με ανοιχτό ουράνιο θόλο. Το σύστημα επικοινωνεί μέσω καλωδίου δικτύου ethernet ή Wi-Fi με τον υπολογιστή που βρίσκεται μέσα στο όχημα. Αν χρησιμοποιηθεί το Wi-Fi ως τρόπος σύνδεσης, θα πρέπει να εγκατασταθεί και μια εφαρμογή ώστε να είναι δυνατή η απευθείας σύνδεση του φορητού υπολογιστή με τον υπολογιστή του Pegasus. Μέσω του φορητού υπολογιστή γίνεται ο έλεγχος της καταγραφής δεδομένων που λαμβάνει το σύστημα εκείνη την ώρα. Αυτό επιτυγχάνεται με το λογισμικό Pegasus - 3D Mobile Data Acquisition (Εικόνα 51), μέσω του οποίου μπορούν να ελεγχθούν διάφοροι παράμετροι που αφορούν το σύστημα όταν κινείται. Μερικοί από αυτούς είναι η κατάσταση του SPAN system - στατικό και δυναμικό πλάνο ευθυγράμμισης, που όπως προαναφέρθηκε πρέπει να ολοκληρωθεί για να ξεκινήσει η καταγραφή δεδομένων. Εικόνα 51: Pegasus 3D Mobile Data Acquisition Πηγή 39: Ενχειρίδιο Χρήσης Leica Pegasus One Μέχρι να ολοκληρωθεί το πλάνο ευθυγράμμισης μπορεί να γίνει η προετοιμασία για την καταγραφή ελέγχοντας μέσω υπολογιστή διάφορες παραμέτρους (χρώμα, φωτεινότητα κ.α.). Κατόπιν γίνεται και η ευθυγράμμιση της ακρίβειας, που χωρίζεται και αυτή σε στατική και δυναμική και απαιτεί αλλά τρία λεπτά. Έτσι, μέσα από τον υπολογιστή αφού διαπιστωθεί η ολοκλήρωση των ανωτέρω διεργασιών με την εμφάνιση κατάλληλων μηνυμάτων στο πρόγραμμα, το σύστημα είναι έτοιμο να αρχίσει την καταγραφή των δεδομένων. Η καταγραφή αυτών των αρχικών δεδομένων (raw data), γίνεται από τους

67 [Leica Pegasus One] αισθητήρες τους συστήματος, το GNSS/IMU, τις 6 κάμερες και τον σαρωτή λέιζερ. Το λογισμικό που χρησιμοποιείται σε αυτή τη φάση, της καταγραφής των raw δεδομένων, στέλνει σήμα στις κάμερες για τη λήψη των εικόνων, συλλέγει τις εικόνες, τις συμπιέζει σε μορφή JPEG και τις αποθηκεύει. Επίσης, χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της τρέχουσας απόστασης μεταξύ των "καρέ" (Frame distance/cpu Load), της κατάστασης αποθήκευσης των εικόνων (IAM overload), της κατάστασης του GPS και του αδρανειακού συστήματος (INS/GNSS Status) και για την παρακολούθηση του τρέχοντος αρχείου καταγραφής (Εικόνα 52). Από το λογισμικό καταγραφής των αρχικών (raw data) δεδομένων, μπορεί να γίνει ακόμα, η ρύθμιση των κύριων χρωμάτων μιας κάμερας και να ελεγχθεί το προφίλ του νέφους σημείων που συλλέγεται εκείνη τη στιγμή, αλλά και σε ποια διαδρομή αποθηκεύονται (Εικόνα 53). Τέλος μέσω του χάρτη που εμφανίζεται στην οθόνη του προγράμματος μπορούν να προστεθούν διάφορες λεπτομέρειες, όπως το αν ένας δρόμος είναι κλειστός ή η αλλαγή κατεύθυνσης πριν από μια διακλάδωση του δρόμου. Εικόνα 52: Έλεγχος τρέχουσας κατάστασης κατά την αποτύπωση Πηγή 40: Ενχειρίδιο Χρήσης Leica Pegasus One Εικόνα 53: Ορισμός χαρακτηριστικών του νέφους σημείων Πηγή 41: Ενχειρίδιο Χρήσης Leica Pegasus One Μόλις ολοκληρωθεί η διαδρομή, συλλέγονται τα δεδομένα από την κάρτα μνήμης του συστήματος SPAN SE (όπου έχουν αποθηκευτεί τα δεδομένα από το GNSS/DMI/IMU), από τους φακέλους που δημιουργήθηκαν για την αποθήκευση των εικόνων που συλλέχθηκαν από τις κάμερες κατά την διάρκεια της καταγραφής και από τον σκληρό δίσκο του σαρωτή λέιζερ (όπου αποθηκεύτηκαν οι σαρώσεις που συλλέχθηκαν κατά την διάρκεια της καταγραφής) και όλα αποθηκεύονται σε εξωτερικούς σκληρούς δίσκους ή σε αφαιρούμενους δίσκους. Η σωστή και οργανωμένη αποθήκευση αυτών των δεδομένων είναι εξαιρετικά σημαντική για την μετέπειτα επεξεργασία τους. Το επόμενο βήμα στη ροή εργασιών της λειτουργίας του Leica Pegasus One, είναι η εισαγωγή των αρχικών δεδομένων (raw data), στα κατάλληλα λογισμικά για την περαιτέρω επεξεργασία τους ώστε να πάρουν την κατάλληλη μορφή για την εξαγωγή της επιθυμητής πληροφορίας. Τα λογισμικά αυτά και η λειτουργία τους συνοψίζονται στον Πίνακας 6 που ακολουθεί

68 [Leica Pegasus One] Πίνακας 6: Λογισμικά επεξεργασίας αρχικών δεδομένων (raw data) Λογισμικό Λειτουργία Novatel Inertial Επεξεργασία δεδομένων GNSS/IMU. Explorer Geosoft AutoPP Αυτόματη εξαγωγή των θέσεων, αντιστοίχιση εικόνων, κατασκευή 3D νέφους σημείων (χρησιμοποιώντας 2D δεδομένα σάρωσης και την τροχιά) και χρωματισμός του νέφους σημείων. Geosoft ManualPP Επεξεργασία της τροχιάς χρησιμοποιώντας αυτόματη ανάλυση των επικαλυπτόμενων νεφών σημείων, χειροκίνητη συλλογή σημείων σύνδεσης (tie points) και σημείων ελέγχου στο έδαφος (ground control points). Το τελευταίο βήμα αφορά την εισαγωγή των επεξεργασμένων δεδομένων, που καταγράφηκαν κατά την αποτύπωση, σε κατάλληλα διαμορφωμένο λογισμικό για την εξαγωγή της τρισδιάστατης χωρικής πληροφορίας. Πρόκειται για το λογισμικό ArcGDS που λειτουργεί ως προσθήκη στο ArcGIS της ESRI. Τα δεδομένα λοιπόν, μπορούν να προβληθούν στο περιβάλλον του ArcGIS, να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή τρισδιάστατης χωρικής πληροφορίας και να επεξεργαστούν από τον χρήστη εφαρμόζοντας σε αυτά όλα τα εργαλεία που παρέχει το εν λόγω λογισμικό. Στην Εικόνα 54 που ακολουθεί, παρουσιάζεται διαγραμματικά η διαδικασία που περιγράφηκε, απεικονίζοντας τη ροή εργασίας, τα συστήματα και τα λογισμικά που χρησιμοποιούνται σε κάθε στάδιο. Εικόνα 54: Διάγραμμα εργασιών λειτουργίας του Leica Pegasus One Πηγή 42: Ενχειρίδιο Leica Geosystems & Ιδία Επεξεργασία

69 3 Αποτύπωση με το Leica Pegasus One σε αστική περιοχή 3.1 Περιοχή Μελέτης Συλλογή δεδομένων Το κινούμενο σύστημα χαρτογράφησης Leica Pegasus One, πραγματοποίησε το Φθινόπωρο του 2012, αποτύπωση εντός του Πολεδομικού Συγκροτήματος Θεσσαλονίκης. Σημείο εκκίνησης ήταν το Τμήμα Τοπογράφων & Αγρονόμων Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του ΑΠΘ. Καταγράφηκε διαδρομή κατά μήκος κύριων και δευτερευουσών οδών του αστικού οδικού δικτύου: Εγνατία (ύψος Πολυτεχνικής σχολής ΑΠΘ) Ιασωνίδου Αγίου Δημητρίου Κατσιμίδη Γρ. Λαμπάκη Καυτατζόγλου Λεωφόρου Στρατού Τσιμισκή Σαλαμίνος Λεωφόρος Νίκης Λεωφόρος Μ. Αλεξάνδρου Μανώλη Ανδρόνικου Αγγελάκη Εγνατία (επιστροφή στο σημείο εκκίνησης) (Εικόνα 55). Το σύστημα κινήθηκε με μέση ταχύτητα 50km/h, το συνολικό μήκος της διαδρομής που καλύθφηκε είναι 11,3km και ο όγκος των δεδομένων που συλλέχθηκαν ~70GB. Εικόνα 55: Περιοχή μελέτης Διαδρομή αποτύπωσης Πηγή 43: Κτηματολόγιο & ιδία Επεξεργασία

70 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την αποτύπωση, περιγράφεται στο 2 ο κεφάλαιο και αποτελείται από τρία (3) βασικά βήματα: Την εγκατάσταση του συστήματος στο όχημα. Την προετοιμασία/ευθυγράμμιση του συστήματος. Τη συλλογή/καταγραφή των δεδομένων. Με την ολοκλήρωση της αποτύπωσης τα πρωταρχικά δεδομένα που συγκεντρώθηκαν είναι: Τα εικονοληπτικά δεδομένα που κατέγραψε κάθεμια από τις έξι (6) κάμερες του συστήματος μαζί με αρχεία που τύπου.avj,.avu,.evt,.trg που συνοδεύουν τα αρχεία εικόνας. Τα δεδομένα GPSINS του συστήματος Novatel SPAN-SE μαζί με τα master αρχεία GPS που τα συνοδεύουν. Τα αρχεία τύπου.zfs που αφορούν τα δεδομένα που κατέγραψε ο σαρωτής λέιζερ. Τα αρχεία που αφορούν τη βαθμονόμηση του συστήματος. 3.2 Επεξεργασία τροχιάς Αυτό το στάδιο περιλαμβάνει τις βασικές διεργασίες που πραγματοποιούνται εκτός πεδίου, για την επεξεργασία της τροχιάς της διαδρομής που καταγράφηκε. Για την ολοκλήρωση του χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Waypoint Inertial Explorer (έκδοση 8.4). Αρχικά τα raw και master δεδομένα που συγκεντρώθηκαν στην προηγούμενη φάση, θα πρέπει να μετατραπούν σε δεδομένα μορφής GPB ώστε να επεξεργαστούν από το λογισμικό Inertial Explorer (Εικόνα 56). Εικόνα 56: Μετατροπή raw και master δεδομένων σε δεδομένα GPB Πηγή 44: Waypoint Inertial Explorer

71 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Με την ολοκλήρωση της παραπάνω επεξεργασίας, προέκυψε το παρακάτω διάγραμμα των δεδομένων master, raw και IMU από τους τρεις αισθητήρες (GPS,GNSS,IMU) (Εικόνα 57) και διαμορφώθηκε και η τροχιά αυτών των δεδομένων (Εικόνα 58). Εικόνα 57: Διάγραμμα δεδομένων master, raw και IMU Πηγή 45: Waypoint Inertial Explorer & ιδία επεξεργασία Εικόνα 58: Τροχιά όπως διαμορφώθηκε από την επεξεργασία των raw, master και IMU δεδομένων Πηγή 46: Waypoint Inertial Explorer & ιδία επεξεργασία Στη συνέχεια ακολουθεί μέσα από μία σειρά διαδικασιών στο λογισμικό, η επεξεργασία των δεδομένων του GNSS και του GPS/INS και τελικώς η τροχιά που δημιουργείται έχει τη μορφή που φαίνεται στην Εικόνα

72 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 59: Τελική μπρφή τροχιάς στο Waypoint Inertial Explorer έπειτα και από την επεξεργασία των δεδομένων GNSS Πηγή 47: Waypoint Inertial Explorer Μέσα από το λογισμικό δύνεται η δυνατότητα αξιολόγησης της τροχιάς με τη δημιουργία διαγραμμάτων που απεικονίζουν την ακρίβεια (Εικόνα 60). Εικόνα 60: Διάγραμμα εκτιμώμενης ακρίβειας θέσης Πηγή 48: Waypoint Inertial Explorer

73 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Όπως φαίνεται και στο διάγραμμα της Εικόνα 60, η ακρίβεια θέσης για τη διαδρομή που πραγματοποιήθηκε στο Πολεοδομικό Συγκρότημα Θεσσαλονίκης, είναι μικρότερη των 0.02m για το μεγαλύτερο μέρος της τροχιάς. 3.3 Επεξεργασία και συγχρονισμός εικονοληπτικών δεδομένων Η επεξεργασία και ο συγχρονισμός των εικονοληπτικών δεδομένων με την τροχιά, μπορεί να γίνει με αυτόματ ή χειροκίνητη διαδικασία. Ο αυτόματος τρόπος επεξεργασίας των δεδομένων αποτελείται από δύο στάδια: την επεξεργασία των εικόνων την επεξεργασία του νέφους σημείων και πραγματοποιείται με το λογισμικό Pegasus AutoPP. Για την επεξεργασία των εικόνων θα πρέπει να οριστεί πρώτα η ζώνη UTM που υλοποιούνται οι μετρήσεις. Στη συνέχεια η διαδικασία που ακολουθείται περιλαμβάνει τα εξής: - Εξαγωγή των εικόνων από τα μέσα αποθήκευσης (Jpeg extraction). - Δημιουργία και επαλήθευση της χρονικής αναφοράς των εικόνων (AVT Creation), και δημιουργία του αρχείου.avu που περιλαμβάνει όλες τις εικόνες που καταγράφηκαν. - Αντιστοίχιση χρόνου λήψης της κάθε εικόνας με το χρόνο GPS (Time aligning), διαδικασία απαραίτητη για τη γεωαναφορά των εικόνων. - Εισαγωγή των δεδομένων της τροχιάς του οχήματος (Import trajectory data) και η επιλογή των αρχείων.avp που αναφέρονται στην συγκεκριμένη διαδρομή - Εισαγωγή των αρχείων προσανατολισμού.ort που προέρχονται από την βαθμονόμηση των καμερών και η επιλογή των αρχείων.avp που αναφέρονται σε αυτά. - Εξαγωγή του αποτελέσματος σε αναγνώσιμο αρχείο (δημιουργία Esri Shapefile) και δημιουργία αρχείων.trj. H επεξεργασία των νεφών σημείων περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα: - Εισαγωγή των αρχείων ZFS που είναι τα αρχεία σάρωσης και μετατροπή τους σε αρχεία SDC (Import ZFS files). - Εύρεση των σχετικών αρχείων σάρωσης.sdc και αντιστοίχιση με το κάθε αρχείο του.avu (Search SDC and TRJ link). - Δημιουργία τρισδιάστατων αρχείων σάρωσης (Generate 3D GLD από 2D SDC). - Σύνδεση των αρχείων.avu με τα νέα τρισδιάστατα αρχεία.gld που προέκυψαν. - Χρωματισμός των νεφών σημείων με το RGB των εικόνων. Το σύνολο των παραπάνω διαδικασιών σχετικά με την επεξεργασία των εικόνων και των νεφών σημείων, μπορούν να πραγματοποιηθούν και με χειροκίνητες διαδικασίες χρησιμοποιώντας σημεία ελέγχου (control points) και σημεία σύνδεσης (tie points)

74 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] 3.4 Λογισμικό Εξαγωγής της Πληροφορίας Με την ολοκλήρωση της διαδικασίας επεξεργασίας της τροχιάς που αποτυπώθηκε και με το συγχρονισμό των εικονοληπτικών δεδομένων και των δεδομένων σάρωσης, τα τελικά αρχεία που έχουν δημιουργηθεί, μπορούν να εισαχθούν στο περιβάλλον του ArcGIS και να επεξεργαστούν για την εξαγωγή της επιθυμητής πληροφορίας. Η επεξεργασία αυτή γίνεται με τη χρήση του λογισμικού ArcGDS, που αποτελεί επέκταση του λογισμικού ArcGIS και το οποίο επιτρέπει στους χρήστες του, να χρησιμοποιούν στερεοσκοπικές εικόνες σε συνδυασμό με LiDAR δεδομένα για τη συλλογή, την επεξεργασία και την ενημέρωση τρισδιάστατης πληροφορίας απευθείας στο περιβάλλον του ArcGIS. Οι βασικές λειτουργίες που παρέχει το λογισμικό ArcGDS, είναι οι εξής: - Αποτύπωση αντικειμένων (σημειακά, γραμμικά, πολύγωνα) σύμφωνα με τις λειτουργικές δυνατότητες του ArcMap, παρέχοντας πληροφορία x, y, z και με προκαθορισμένες τιμές για τα πεδία της γεωγραφικής βάσης δεδομένων που δημιουργείται. - Επεξεργασία μεμονομένων κορυφών (x, y, z τιμές) - Έλεγχος της θέσης και της ποιότητας των αντικειμένων, χρησιμοποιώντας τη στερεοσκοπική απεικόνιση. - Στερεοσκοπική πλοήγηση στο νέφος σημείων. - Σύνδεση με το νέφος σημείων (snapping), ο χειριστής αποτυπώνει σε x, y και το σύστημα προσθέτει την τιμή z, αναφορικά με το νέφος σημείων. Ουσιαστικά, συλλέγεται τρισδιάστατη πληροφορία με τη στερεοσκοπική οπτικοποίηση του νέφους σημείων και των εικόνων. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι δυνατότητες που παρέχει το ArcGDS για τη συλλογή και την επεξεργασία της πληροφορίας από τα δεδομένα που συλλέχθηκαν με το Leica Pegasus One, στην αποτύπωση εντός του Πολεοδομικού Συγκροτήματος Θεσσαλονίκης. Ι. Συλλογή χαρακτηριστικών/αντικειμένων χρησιμοποιώντας μόνο τα στερεοζεύγη των εικόνων. Μέσα στο περιβάλλον του ArcMap του ArcGIS και αφού έχει πρώτα δημιουργηθεί η γεωγραφική βάση πληροφοριών, για την εισαγωγή των διανυσματικών στοιχείων στη βάση, πρέπει να γίνει η αποτύπωση/ψηφιοποίηση τους. Ένας τρόπος είναι η ψηφιοποίηση και η συλλογή των χαρακτηριστικών απευθείας από τα στερεοζεύγη των εικόνων που έχουν ληφθεί από τις έξι (6) κάμερες του συστήματος Leica Pegasus One. Έχοντας λοιπόν δημιουργήσει μία γεωβάση ή ένα αρχείο μορφής shapefile, επιλέγεται στο περιβάλλον του ArcMap η έναρξη της ψηφιοποίησης. Στη συνέχεια από την εργαλειοθήκη του λογισμικού ArcGDS, επιλέγεται το σημείο της τροχιάς όπου βρίσκεται η πληροφορία που θα ψηφιοποιηθεί και εμφανίζεται το παράθυρο που απεικονίζει τις λήψεις για το συγκεκριμένο σημείο απ όλες τις κάμερες (Εικόνα 61-1). Για τη διευκόλυνση του χρήστη

75 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] υπάρχει η δυνατότητα να επιλέξει την προβολή της θέσης από οποιαδήποτε κάμερα επιθυμεί (Εικόνα 61-5). Για τον προσδιορισμό του σημείου που θα επιλεγεί για συλλογή/ψηφιοποίηση, απαραίτητη είναι η ενεργοποίηση των παραθύρων που εστιάζουν στο σημείο (Εικόνα 61 2,3) και επιλέγοντας το εργαλείο σχεδίασης (Εικόνα 61-4), μπορεί να ξεκινήσει η συλλογή των χαρακτηριστικών. Εικόνα 61: Ψηφιοποίηση χαρακτηριστικών με τη χρήση στερεοζεύγους εικόνων Πηγή 49: ArcMap, ArcGDS & Ιδία Επεξεργασία Η σωστή διαδικασία επιλογής του σημείου προς συλλογή/ψηφιοποίηση, απαιτεί τη μετακίνηση του κέρσορα πάνω στο σημείο. Στο αριστερό παράθυρο εστίασης φαίνεται σε μεγέθυνση το σημείο που έχει επιλεγεί (Εικόνα 62 1). Έπειτα χωρίς να μετακινηθεί ο κέρσορας παρά μόνο με την κύλιση της ροδέλας του ποντικιού, εντοπίζεται στο δεξί παράθυρο το ίδιο σημείο(εικόνα 62-2). Με αυτό τον τρόπο το σημείο έχει επιλεγεί στο στερεοζεύγος και μπορεί να συλλεχθεί και να καταγραφεί η πληροφορία x, y, z που το συνοδεύει. Αυτός ο τρόπος συλλογής των χαρακτηριστικών χρησιμοποιεί μόνο τις εικόνες και χρησιμεύει ιδιαίτερα στις περιπτώσεις όπου η συλλογή των στοιχείων απευθείας από τα Lidar δεδομένα είναι αδύνατη λόγω σκιών/θορύβων. Τότε, είναι το κατάλληλο εργαλείο για την ανάκτηση της πληροφορίας

76 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 62: Ορθή επιλογή σημείου με τη χρήση των παραθύρων εστίασης χρησιμοποιώντας μόνο το στερεοζεύγος εικόνων. Πηγή 50: ArcGDS & Ιδία Επεξεργασία ΙΙ. Συλλογή χαρακτηριστικών/αντικειμένων χρησιμοποιώντας μόνο το νέφος σημείων. Το λογισμικό ArcGDS, παρέχει τη δυνατότητα εμφάνισης μέσα στο περιβάλλον του ArcMap της πληροφορίας Lidar και του νέφους σημείων που καταγράφηκε με τον σαρωτή λέιζερ. Έτσι είναι εφικτή η συλλογή των χαρακτηριστικών και της τρισδιάστατης πληροφορίας απευθείας από το νέφος σημείων με μεγάλη ακρίβεια. Κατά τον ίδιο τρόπο, όπως και στην προηγούμενη μέθοδο, εφόσον έχει δημιουργηθεί γεωβάση ή αρχείο μορφής shapefile, σύμφωνα με τη διαδικασία που ακολουθείται στο ArcMap, επιλέγεται το αρχείο που θα αποθηκευτεί η πληροφορία που θα ψηφιοποιηθεί και δίνεται εντολή για την έναρξη της ψηφιοποίησης. Στη συνέχεια αφού επιλεγεί το σημείο της τροχιάς και ανοίξει το παράθυρο με τις προβολές από τις διάφορες κάμερες (όπως και στην προηγούμενη μέθοδο) επιλέγεται η επιθυμητή κάμερα προβολής (Εικόνα 63-1) και έπειτα η εντολή για την εμφάνιση των δεδομένων Lidar για τη συγκεκριμένη θέση (Εικόνα 63-2). Εικόνα 63: Εργαλειοθήκη ArcGDS εμφάνιση Lidar δεδομένων Πηγή 51: ArcGDS & Ιδία Επεξεργασία

77 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Ανοίγοντας το νέφος σημείων, εμφανίζονται δύο πάραθυρα, στο αριστερό φαίνονται τα δεδομένα Lidar και στο δεξί η εικόνα που έχει ληφθεί για την αντίστοιχη θέση (Εικόνα 64). Ρυθμίζοντας την παράλλαξη (Εικόνα 64-1) γίνεται τρισδιάστατη απεικόνιση του νέφους σημείων και χρησιμοποιώντας κατάλληλα στερεοσκοπικά γυαλιά, εντοπίζεται το σημείο με μεγαλύτερη ακρίβεια. Είναι σημαντικό, πριν την έναρξη της συλλογής των χαρακτηριστικών με το εργαλείο σχεδίασης (Εικόνα 64-3), να επιλεγεί η εντολή για σύνδεση snap (Εικόνα 64-2)με το νέφος σημείων ώστε ο χρήστης να είναι βέβαιος ότι τα σημεία που επιλέγει βρίσκονται στο νέφος και όχι έξω από αυτό. Το λογισμικό είναι συμβατό και με τη χρήση τρισδιάστατου ποντικιού για καλύτερα αποτελέσματα απ ότι το συμβατικό ποντίκι υπολογιστή. Εικόνα 64: Συλλογή χαρακτηριστικών με τη χρήση των δεδομένων Lidar Πηγή 52: ArcGDS & Ιδία Επεξεργασία ΙΙΙ. Ποικίλοι τρόποι εμφάνισης του νέφους σημείων. Το περιβάλλον απεικόνισης και επεξεργασίας των δεδομένων Lidar, του λογισμικού ArcGDS, δίνει αφενός τη δυνατότητα συλλογής των επιθυμητών χαρακτηριστικών και την πραγματοποίηση μετρήσεων και αφετέρου ποικίλους τρόπους απεικόνισης του νέφους σημείων. Μπορεί να γίνει χρωματική ταξινόμηση του νέφους με βάση: Το ύψος: ορίζεται ως η φυσική ποσότητα η οποία σε απόλυτους όρους αντιπροσωπεύει πόσο ψηλά είναι ένα αντικείμενο. Με αυτή την επιλογή το νέφος

78 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] σημείων είναι χρωματικά κωδικοποιημένο με βάση το ύψος των αντικειμένων (Εικόνα 65). Εικόνα 65: Χρωματική Κατηγοριοποίηση του νέφους σημείων με βάση το ύψος των αντικειμένων Οδός Αγγελάκη, Θεσσαλονίκη Πηγή 53: ArcGDS & Ιδία Επεξεργασία Το βάθος: ορίζεται ως φυσική ποσότητα που μετριέται σε μήκος. Αντιπροσωπεύει το πόσο βαθιά είναι ένα αντικείμενο. Με την επιλογή αυτή το σημείων κωδικοποιείται χρωματικά με βάση το πόσο βαθιά ένα αντικείμενο (Εικόνα 66)

79 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 66: Χρωματική Κατηγοριοποίηση του νέφους σημείων με βάση το βάθος των αντικειμένων Οδός Αγγελάκη, Θεσσαλονίκη Πηγή 54: ArcGDS & Ιδία Επεξεργασία GLD: Το νέφος σημείων κατηγοριοποιείται χρωματικά με βάση τις τιμές του γκρι, οι οποίες αντιπροσωπεύουν την ποσότητα ανάκλασης των αντικειμένων. Αντικείμενα με υψηλότερη ανακλαστικότητα, αναπαριστώνται με τις φωτεινότερες τιμές του γκρι, αντικείμενα με λιγότερη ανάκλαση, αναπαριστώνται με πιο σκούρες τιμές του γκρι (Εικόνα 67)

80 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 67: Χρωματική Κατηγοριοποίηση του νέφους σημείων ως προς GLD Οδός Αγγελάκη, Θεσσαλονίκη Πηγή 55: ArcGDS & Ιδία Επεξεργασία Lidar Class: Αυτή η κατηγοριοποίηση αναπαριστά το είδος του αντικειμένου που αντανακλά τον παλμό λέιζερ (Εικόνα 68). RGB: Σε αυτή την περίπτωση το νέφος χρωματίζεται λαμβάνοντας τις τιμές RGB από τις εικόνες που έχουν ληφθεί από τις κάμερες και αντιστοιχούν στην κάθε θέση (Εικόνα 69)

81 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 68: Χρωματική Κατηγοριοποίηση του νέφους σημείων ως προς Lidar Class Οδός Αγγελάκη, Θεσσαλονίκη Πηγή 56: ArcGDS & Ιδία Επεξεργασία Εικόνα 69: Χρωματική Κατηγοριοποίηση του νέφους σημείων ως προς RGB Οδός Αγ. Δημητρίου, Θεσσαλονίκη Πηγή 57: ArcGDS & Ιδία Επεξεργασία

82 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] 4 Προϊόντα Αποτύπωσης - Αποτελέσματα 4.1 Δημιουργία Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών (GIS) αστικού οδικού δικτύου Η πρώτη εφαρμογή αφορά την επεξεργασία των δεδομένων που προήλθαν από την αποτύπωση, με σκοπό τη δημιουργία ενός Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS), το οποίο θα περιλαμβάνει λεπτομερή χωρική και περιγραφική πληροφορία σχετικά με τα χαρακτηριστικά, τμήματος του αστικού οδικού δικτύου του Πολεοδομικού Συγκροτήματος Θεσσαλονίκης Ορισμός Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών (ΓΣΠ/GIS) Τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (ΓΣΠ), αναπτύσσονται συνεχώς και το πεδίο εφαρμογής τους διευρύνεται ταχύτατα. Χρησιμοποιούνται ευρέως από επιχειρήσεις, πανεπιστήμια, κυβερνητικούς οργανισμούς αλλά και ιδιώτες. Η βασική ιδέα ενός Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών, είναι η σύνδεση της χωρικής πληροφορίας, με την περιγραφική πληροφορία (Εικόνα 70). Σε κάθε σύνολο δηλαδή, γεωγραφικών/χωρικών πληροφοριών (σημεία, πολύγωνα, γραμμές), αντιστοιχίζεται και ένας πίνακας περιγραφικών πληροφοριών (Ζήσου, 2007, σ. 24). Τα βασικά μέρη ενός ΓΣΠ είναι το υλικό (hardware), το λογισμικό (software), τα δεδομένα, οι διαδικασίες, οι επεξεργασίες, οι επικοινωνίες και οι χρήστες. Το λογισμικό περιέχει τα εργαλεία εκείνα με τα οποία ο χρήστης διαχειρίζεται τα δεδομένα, (είτε αυτά είναι χωρικά είτε περιγραφικά), μέσω συστημάτων διαχείρισης χωρικών βάσεων δεδομένων, αλλά και τη χρήση εργαλείων για την οπτικοποίηση του τελικού προϊόντος με τη βοήθεια διαγραμμάτων/χαρτών. Οι πηγές δεδομένων των ΓΣΠ μπορεί να είναι αναλογικοί χάρτες που ψηφιοποιούνται, ψηφιακά αρχεία χαρτών, αεροφωτογραφίες, ορθοφωτογραφίες/ορθοφωτοχάρτες, δορυφορικές εικόνες, αρχεία από ψηφιακές κάμερες, αρχεία CAD (Ζήσου, 2007, p. 23). Ο πιο επικρατέστερος ορισμός για τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών είναι ο εξής: Πρόκειται για μια οργανωμένη συλλογή μηχανολογικού εξοπλισμού (hardware), λογισμικού (software), χωρικών και περιγραφικών δεδομένων με στόχο τη συλλογή, αποθήκευση, ενημέρωση, διαχείριση, ανάλυση και παρουσίαση κάθε μορφής πληροφορίας, που αφορά το γεωγραφικό περιβάλλον (Ζήσου, 2007, p. 23)

83 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 70: Σύνδεση χωρικής πληροφορίας με την περιγραφική. Πηγή 58: ArcMap & Ιδία Επεξεργασία Δημιουργία Γεωβάσης και ΓΣΠ για τμήμα αστικού οδικού δικτύου Η αποτύπωση με το σύστημα κινούμενης χαρτογράφησης, Leica Pegasus One, εντός του Πολεοδομικού Συγκροτήματος Θεσσαλονίκης, είχε ως αποτέλεσμα τη συλλογή δεδομένων που έπειτα από κατάλληλη επεξεργασία, εισάγονται και προβάλλονται στο περιβάλλον εργασίας του ArcGIS/ArcMap, γεωαναφερμένα και κατάλληλα οργανωμένα για την εξαγωγή της επιθυμητής πληροφορίας (όπως περιγράφηκε στο κεφάλαιο 4). Χρησιμοποιώντας τα εργαλεία που παρέχει το συγκεκριμένο λογισμικό (ArcMap) και σε συνδυασμό με την επέκταση ArcGDS που έχει εγκατασταθεί σε αυτό και αφορά την επεξεργασία και διαχείριση των συλλεχθέντων δεδομένων και της τρισδιάστατης πληροφορίας, είναι δυνατή η δημιουργία μίας χωρικής βάσης δεδομένων (γεωβάσης), η όποια θα περιλαμβάνει χωρική πληροφορία σχετικά με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά ενός οδικού δικτύου αστικής περιοχής και περιγραφική πληροφορία αναφορικά με το είδος των χαρακτηριστικών αυτών αλλά και τη θέση τους (x, y, z) με μεγάλη ακρίβεια (<0.02m). Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα βήματα που ακολουθήθηκαν καθώς και το τελικό αποτέλεσμα. I. Επιλογή τμήματος οδικού δικτύου Αρχικά, από το σύνολο της διαδρομής που αποτυπώθηκε επιλέχθηκε το τμήμα εκείνο που παρουσίαζε μεγαλύτερο ενδιαφέρον ως προς την πληροφορία που μπορούσε να εξαχθεί από αυτό και ταυτόχρονα εκείνο στο οποίο οι συνθήκες που επικρατούσαν κατά την αποτύπωση διευκολύνουν την μετέπειτα εξαγωγή των χαρακτηριστικών π.χ. ύπαρξη ή όχι σταθμευμένων οχημάτων παραπλεύρως του κρασπέδου που πρόκειται να αποτυπωθεί

84 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Για τους παραπάνω λόγους επιλέχθηκε τμήμα της οδού Αγίου Δημητρίου μήκους 1,6km (Εικόνα 71). Εικόνα 71: Τμήμα της Οδού Αγίου Δημητρίου του Δήμου Θεσσαλονίκης, που επιλέχθηκε για την εξαγωγή πληροφορίας σε περιβάλλον GIS.Πηγή 59: Google Earth & Ιδία Επεξεργασία II. Δημιουργία γεωβάσης, κλάσεων χαρακτηριστικών και περιγραφικών πινάκων Μία γεωβάση περιέχει αποθηκευμένα γεωγραφικά δεδομένα που οργανώνονται στα γεωγραφικά σύνολα δεδομένων και στις κλάσεις χαρακτηριστικών. Κλάσεις χαρακτηριστικών σημείου, γραμμών και πολυγώνων είναι συλλογές απλών χαρακτηριστικών με σημειακή, γραμμική ή πολυγωνική γεωμετρία αντίστοιχα. Ερευνώντας τα χαρακτηριστικά που ήταν δυνατό να αποτυπωθούν από το συγκεκριμένο τμήμα της οδού, δημιουργήθηκαν οι εξής κλάσεις χαρακτηριστικών:» Γραμμικές Κλάσεις Χαρακτηριστικών: Ακμές Οδού Ποδηλατόδρομος Κεντρικός Άξονας Οδού» Σημειακές Κλάσεις Χαρακτηριστικών: Κατακόρυφη Σηματοδότηση Φωτισμός Δενδροφύτευση» Πολυγωνικές Κλάσεις Χαρακτηριστικών: Διαβάσεις Πεζών

85 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Διακεκομένη Οδική Διαχωριστική Γραμμή Φρεάτια Στο εσωτερικό κάθε κλάσης χαρακτηριστικών, προστέθηκαν πεδία που θα συμπληρώνονταν με την αντίστοιχη περιγραφική πληροφορία κάθε αντικειμένου της κλάσης. Για παράδειγμα, στην περίπτωση της κλάσης σημειακών χαρακτηριστικών κατακόρυφη σηματοδότηση, δημιουργήθηκαν τα πεδία (Εικόνα 72): Όνομα Οδού Είδος σηματοδότησης Θέση Χ Θέση Υ Εικόνα 72: Πίνακας Περιγραφικής Πληροφορίας που συνοδεύει τις κλάσεις χαρακτηριστικών Πηγή 60: ArcMap & Ιδία Επεξεργασία III. Ψηφιοποίηση Εξαγωγή Πληροφορίας Με την ολοκλήρωση της δημιουργίας των κλάσεων χαρακτηριστικών και των πεδίων τους, που θα περιείχαν την περιγραφική πληροφορία, ακολούθησε η ψηφιοποίηση των αντικειμένων κάθε κλάσης. Για την επίτευξη μεγαλύτερης ακρίβειας και την καταγραφή ταυτόχρονα της τρισδιάστατης πληροφορίας, χρησιμοποιήθηκε μέσα από το λογισμικό ArcGDS, το περιβάλλον εργασίας του νέφους σημείων. Χρησιμοποιώντας τα κατάλληλα στερεοσκοπικά γυαλιά και αναγνωρίζοντας ταυτόχρονα το αντικείμενο ψηφιοποίησης στην εικόνα που αντιστοιχούσε στο τμήμα του νέφους που βρισκόταν υπό επεξεργασία (Εικόνα 73), έγινε εξαγωγή όλων των χαρακτηριστικών για τις κλάσεις που δημιουργήθηκαν και συμπληρώθηκαν τα πεδία του πίνακα της περιγραφικής πληροφορίας

86 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 73: Περιβάλλον εργασίας ArcGDS για την επεξεργασία του νέφους σημείων Πηγή 61: ArcGDS & Ιδία Επεξεργασία Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τα κατάλληλα εργαλεία του λογισμικού ArcMap, η πληροφορία για τα χαρακτηριστικά του δρόμου εμφανίζεται όπως φαίνεται στις Εικόνα 74 & Εικόνα 75. Εικόνα 74: Δημιουργία Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών - Χαρακτηριστικά τμήματος οδικού δικτύου Πηγή 62: ArcMap & Ιδία Επεξεργασία

87 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 75: Δημιουργία Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών - Χαρακτηριστικά τμήματος οδικού δικτύου Πηγή 63: ArcMap & Ιδία Επεξεργασία Με αυτόν τον τρόπο μπορεί να δημιουργηθεί ένα ολοκληρωμένο Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών, για τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά ενός οδικού δικτύου, αποτυπώνοντας πληροφορία με μεγάλη λεπτομέρεια και παρέχοντας ταυτόχρονα υψηλή ακρίβεια (<0.02m). Ένα τέτοιο Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί αφενός για τη δημιουργία χαρτών, του οδικού δικτύου, μεγάλης κλίμακας και λεπτομέρειας και αφετέρου για την πραγματοποίηση χωρικών αναλύσεων με τη χρήση των τεχνικών και των εργαλείων που διαθέτει ένα περιβάλλον λογισμικού GIS

88 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] 4.2 Παραγωγή Μηκοτομής και Διατομών τμήματος του οδικού δικτύου Η δεύτερη εφαρμογή, αφορά την εισαγωγή των γραμμικών χαρακτηριστικών, που ψηφιοποιήθηκαν στην ενότητα 5.1, σε σχεδιαστικό πρόγραμμα καθώς και σε πρόγραμμα οδοποιίας για την παραγωγή σχεδίων μηκοτομών και διατομών Εξαγωγή χαρακτηριστικών σε αρχεία τύπου CAD Τα γραμμικά χαρακτηριστικά της οδού, που ψηφιοποιήθηκαν στην ενότητα 5.1, διαθέτουν αποθηκευμένη πληροφορία x, y, z, για κάθε σημείο της γραμμής (Εικόνα 76). Εικόνα 76: Πληροφορία x, y, z για κάθε σημείο της ψηφιοποιημένης γεωμετρίας. Πηγή 64: ArcMap & Ιδία Επεξεργασία Επίσης το λογισμικό ArcMap, δίνει τη δυνατότητα μετατροπής των αρχείων των κλάσεων χαρακτηριστικών (.shp shapefiles), σε αρχεία τύπου CAD, διατηρώντας την πληροφορία x, y, z (Εικόνα 77). Εικόνα 77: Διατήρηση της πληροφορίας x, y, z στο περιβάλλον CAD Πηγή 65: Autocad & Ιδία Επεξεργασία

89 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Επομένως, τα αρχεία τύπου CAD, μπορούν στη συνέχεια να επεξεργαστούν αναλόγως, σε διάφορα σχεδιαστικά προγράμματα Δημιουργία Μηκοτομής και Διατομών Από τα γραμμικά χαρακτηριστικά της οδού που ψηφιοποιήθηκαν στην ενότητα 5.1, επιλέχθηκαν οι ακμές της οδού και ο άξονας και μετατράπηκαν σε αρχείο τύπου CAD. Σκοπός ήταν η εισαγωγή αυτής της πληροφορίας, σε κατάλληλο λογισμικό οδοποιίας, για τη δημιουργία της μηκοτομής της οδού και των διατομών της. Στη συνέχεια, αυτά τα αρχεία CAD, χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία τριγώνων (3D faces) για το τμήμα της οδού, με τη βοήθεια κατάλληλου σχεδιαστικού λογισμικού (Autocad Civil 3D). Το τελικό αρχείο που δημιουργήθηκε, μπορούσε πλέον να εισαχθεί στο λογισμικό οδοποιίας ΟΔΟΣ και με τα κατάλληλα εργαλεία να παραχθούν αυτόματα διατομές της οδού (Εικόνα 78) και το σχέδιο της μηκοτομής της (Εικόνα 79). Εικόνα 78: Διατομές τεσσάρων τυχαίων σημείων του τμήματος της οδού Αγίου Δημητρίου Πηγή 66: Λογισμικό Οδός & Ιδία Επεξεργασία

90 Εικόνα 79: Μηκοτομή του τμήματος της οδού Αγίου Δημητρίου η κόκκινη επισήμανση δείχνει τα σημεία που αντιστοιχούν οι διατομές της Εικόνα 78 Πηγή 67: Λογισμικό Οδός & Ιδία Επεξεργασία Η μηκοτομή της Εικόνα 79, αναπαριστά τα αποτυπωμένα υψόμετρα της ερυθράς (άξονας) της οδού (Εικόνα 71)

91 4.3 Επεξεργασία Lidar δεδομένων Σε αυτή την εφαρμογή, ερευνάται με ποιους τρόπους μπορεί να επεξεργαστεί και σε ποια λογισμικά (εκτός από το ArcGIS/ArcGDS), η τρισδιάστατη πληροφορία (νέφος σημείων/lidar δεδομένα) που συλλέχθηκε με το Leica Pegasus One, καθώς επίσης και τι είδους προϊόντα μπορούν να προκύψουν από την επεξεργασία της Εξαγόμενες Μορφές Αρχείων & Λογισμικό Επεξεργασίας Όπως αναφέρθηκε και σε προηγούμενη ενότητα, τα Lidar δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά την αποτύπωση, προβάλλονται στο περιβάλλον του λογισμικού ArcGDS, για τη συλλογή χαρακτηριστικών ή για την πραγματοποίηση μετρήσεων. Το εν λόγω λογισμικό, δίνει τη δυνατότητα, να εξαχθούν τα Lidar δεδομένα, από οποιοδήποτε σημείο/περιοχή που αποτυπώθηκε, σε κάποιες συγκεκριμένες μορφές αρχείων, ώστε να μπορούν να εισαχθούν σε άλλα λογισμικά και να επεξεργαστούν περαιτέρω. Συγκεκριμένα, οι μορφές αρχείων που είναι δυνατό να εξαχθούν τα Lidar δεδομένα είναι οι εξής (Πίνακας 7): Πίνακας 7: Τύποι αρχείων στους οποίους μπορεί να εξαχθεί το νέφος σημείων από το λογισμικό ArcGDS Είδος αρχείου Περιγραφή.TXT.PTS.LAS.TIF.GLD Πρόκειται για αρχεία που περιέχουν πληροφορία x,y,z για όλα τα σημεία του εξαγόμενου νέφους σημείων. Αρχείο Εικόνας Τύπος αρχείου του λογισμικού ArcGDS Από τις παραπάνω μορφές αρχείων, επιλέχθηκε να εξαχθεί ο τύπος.las, ο οποίος είναι συμβατός με το λογισμικό Erdas Imagine. Πρόκειται για ένα λογισμικό που χρησιμοποιείται ευρέως για εφαρμογές Τηλεπισκόπησης και Φωτογραμμετρίας, με πληθώρα εργαλείων για την επεξεργασία γεωχωρικών δεδομένων. Εκτός από εργαλεία για την επεξεργασία ψηφιδωτών και διανυσματικών αρχείων (raster και vector), παρέχει και δυνατότητες επεξεργασίας Lidar δεδομένων μορφής.las Επεξεργασία Νέφους Σημείων για την 3D μοντελοποίηση των προσόψεων των κτιρίων Αρχικά, εξήχθη από το ArcGDS, αρχείο.las, για τμήμα της οδού Αγίου Δημητρίου του Δήμου Θεσσαλονίκης (που επεξεργάστηκε και στην ενότητα 5.1) και στη συνέχεια προβλήθηκε στο λογισμικό Erdas Imagine έχοντας την παρακάτω μορφή (Εικόνα 80):

92 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 80: Αρχείο.LAS που απεικονίζει το νέφος σημείων για τμήμα της οδού Αγίου Δημητρίου του Δήμου Θεσσαλονίκης Πηγή 68: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία Στην Εικόνα 80, φαίνεται το νέφος σημείων μέσα στο περιβάλλον του λογισμικού Erdas Imagine, χρωματισμένο ανάλογα με τις τιμές ύψους των σημείων. Αρχικά, ερευνήθηκαν οι δυνατότητες επεξεργασίας της συγκεκριμένης πληροφορίας, ως προς την τρισδιάστατη μοντελοποίηση των προσόψεων των κτιρίων, που αποτυπώθηκαν κατά τη σάρωση. Στο λογισμικό Erdas Imagine, είναι δυνατή μόνο η προβολή των όψεων των δεδομένων που καταγραφήκαν παραπλεύρως της οδού (Εικόνα 81) και όχι η επεξεργασία τους για την δημιουργία τριγώνων επιφάνειας, για το λόγο αυτό χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό επεξεργασίας Lidar δεδομένων, Geomagic Studio. Απομονώθηκε η πρόσοψη ενός κτιρίου (Εικόνα 82), δημιουργήθηκαν τρίγωνα της επιφάνειας (Εικόνα 83) και ακολούθησε η εξαγωγή του αρχείου σε περιβάλλον CAD (Εικόνα 84). Όπως φαίνεται και στις εικόνες, παρατηρείται ότι το αποτέλεσμα όσον αφορά την αποτύπωση των προσόψεων κτιρίων, δεν είναι ικανοποιητικό. Η ανάλυση είναι χαμηλή,

93 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] υπάρχει έλλειψη πλήθους σημείων που δεν αποτυπώθηκαν εξαιτίας της υπάρξης άλλων χαρακτηριστικών μπροστά από τα κτίρια που δημιούργησαν θόρυβο και σκιές (όπως δένδρα, στύλοι κλπ.) και επίσης κτίρια με μεγάλο ύψος, όπως αυτά που συναντώνται σε έναν πυκνό αστικό ιστό, δεν είναι δυνατό να αποτυπωθούν ολόκληρα. Διαπιστώνεται, λοιπόν ότι για την τρισδιάστατη μοντελοποίηση των προσόψεων των κτιρίων, απαιτείται επιπλέον πληροφορία, η οποία θα μπορούσε να προκύψει από τη χρήση συμπληρωματικών επίγειων αποτυπώσεων ή αποτυπώσεων με UAV. Εικόνα 81: Καταγραφή πληροφορίας παραπλεύρως της οδού κτίριο. Πηγή 69: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία Εικόνα 82: Πρόσοψη κτιρίου έπειτα από επεξεργασία στο λογισμικό Geomagic Studio Πηγή 70: Geomagic Studio & Ιδία Επεξεργασία

94 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 83: Δημιουργία τριγώνων της επιφάνειας της όψης του κτιρίου στο λογισμικό Geomagic Studio. Πηγή 71: Geomagic Studio & Ιδία Επεξεργασία Εικόνα 84: Εξαγωγή όψης κτιρίου σε περιβάλλον CAD. Πηγή 72: Autocad & Ιδία Επεξεργασία

95 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Παραγωγή Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους Σε δεύτερο στάδιο, μελετήθηκε η πληροφορία και τα προϊόντα που είναι δυνατό να παραχθούν απευθείας από τα δεδομένα Lidar, όπως η δημιουργία ενός ψηφιακού μοντέλου εδάφους (DTM). Η καταγραφή όμως, στοιχείων με μεγάλο ύψος όπως δένδρα, καλώδια, κτίρια αλλά και αυτοκινήτων επί του οδοστρώματος (Εικόνα 85), αλλοίωναν το αποτέλεσμα του παραγόμενου DTM. Εντούτοις, παρατηρήθηκε ότι εφόσον αφαιρεθούν τα χαρακτηριστικά και ο θόρυβος που αλλοιώνουν το αποτέλεσμα, η επεξεργασία του συγκεκριμένου αρχείου θα μπορούσε να δώσει ενδιαφέρουσα πληροφορία σχετικά με το οδόστρωμα και τα στοιχεία της οδού. Εικόνα 85: Τομή οδού εμφάνιση χαρακτηριστικών (δένδρα, κτίρια, στύλοι, καλώδια) που επηρεάζουν το αποτέλεσμα του ψηφιακού μοντέλου εδάφους της οδού. Πηγή 73: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία Χρησιμοποιώντας τα εργαλεία επεξεργασίας του νέφους σημείων, που διαθέτει το λογισμικό Erdas Imagine, αφαιρέθηκε η πληροφορία των δένδρων, κτιρίων, οχημάτων, καλωδίων και τελικώς το νέφος σημείων πήρε την παρακάτω μορφή (Εικόνα 86 & Εικόνα 87):

96 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 86: Νέφος σημείων έπειτα από την αφαίρεση της πληροφορίας των δένδρων, κτιρίων, οχημάτων, στύλων, καλωδίων. Πηγή 74: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία Εικόνα 87: Τομή νέφους σημείων όπου φαίνεται ότι έχει αφαιρεθεί η πληροφορία (δένδρα, κτίρια, στύλοι, καλώδια, αυτοκίνητα). Πηγή 75: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία Με την ολοκλήρωση της διαδικασίας καθαρισμού των Lidar δεδομένων, χρησιμοποιήθηκαν τα εργαλεία δημιουργίας ψηφιακού μοντέλου εδάφους που διαθέτει το λογισμικό Erdas Imagine, και παρήχθη το ψηφιακό μοντέλο εδάφους για το τμήμα της οδού όπως φαίνεται στην Εικόνα

97 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 88: Παραγόμενο Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους για τμήμα της οδού Αγίου Δημητρίου του Δήμου Θεσσαλονίκης Πηγή 76: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία Από τα μεταδεδομένα (metadata) του ψηφιακό μοντέλο εδάφους της Εικόνα 88, διαπιστώνεται η μεταβολή του υψομέτρου κατά μήκος του συγκεκριμένου τμήματος της οδού (Εικόνα 89). Στο συγκεκριμένο ψηφιακό μοντέλο εδάφους, εφαρμόστηκαν ακόμη, τρία εργαλεία για την εμφάνιση επιπλέον πληροφορίας. Το εργαλείο slope, που αναπαριστά τις κλίσεις του ψηφιακού μοντέλου εδάφους, το εργαλείο aspect, που υπολογίζει τον προσανατολισμό της κλίσης του ψηφιακού μοντέλου εδάφους και το εργαλείο painted relief, το οποίο μέσω ενός αλγορίθμου αναπαριστά το ψηφιακό μοντέλο εδάφους με βάση τη σκίαση από

98 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] τη θέση του ήλιου. Τα αποτελέσματα φαίνονται στην Εικόνα 90, Εικόνα 92 και στην Εικόνα 94. Εικόνα 89: Έλεγχος μεταβολής υψομέτρου κατά μήκος του τμήματος της οδού, από τα μεταδεδομένα του Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους, Σημείο Α 78,64m, Σημείο Β 79,6m, Σημείο Γ 80,8m Πηγή 77: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία

99 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 90: Εφαρμογή εργαλείου slope στο ψηφιακό μοντέλο εδάφους αναπαράσταση βάσει των κλίσεων του οδικού τμήματος. Πηγή 78: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία Η προκύπτουσα εικόνα 90, με το μοντέλο κλίσεων της οδού, αναπαριστά με σκούρα pixel τις επίπεδες περιοχές και η φωτεινότητα αυξάνεται καθώς το έδαφος γίνεται πιο απότομο. Ειδικότερα, στα μεταδεδομένα η τιμή 0 αντιστοιχεί σε μια επίπεδη επιφάνεια, χωρίς κλίση και η τιμή 90 αντιστοιχεί σε μια κάθετη κλίση. Από τον έλεγχο των μεταδεδομένων, προκύπτει ότι στο συγκεκριμένο οδικό τμήμα, το οδόστρωμα συγκεντρώνει τιμές 0 επομένως είναι επίπεδο χωρίς κλίσεις κατά μήκος (Εικόνα 91- Σημείο Α), ενώ στα άκρα παρατηρείται ελαφρά κλίση (Εικόνα 91-Σημείο Β)

100 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 91: Έλεγχος κλίσεων της οδού, ελέγχοντας τα μεταδεδομένα του μοντέλου, Σημείο Α τιμή 0 επίπεδη περιοχή, Σημείο Β τιμή 19 ελαφρά κλίση Πηγή 79: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία

101 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 92: Εφαρμογή εργαλείου aspect στο ψηφιακό μοντέλο εδάφους αναπαράσταση σύμφωνα με τον προσανατολισμό της κλίσης του DTM. Πηγή 80: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία O αλγόριθμος aspect, υπολογίζει τον προσανατολισμό της κλίσης ενός ψηφιακού μοντέλου εδάφους και τα pixels παίρνους τιμές από όπου: - η τιμή 0 δηλώνει μια κλίση με βόρειο προσανατολισμό - η τιμή 90 δηλώνει κλίση με ανατολικό προσανατολισμό - η τιμή 180 δηλώνει κλίση με νότιο προσανατολισμό - η τιμή 270 δηλώνει κλίση με δυτικό προσανατολισμό - η τιμή 361 περιοχές χωρίς κλίση Στην Εικόνα 93, για παράδειγμα, εντοπίζονται δύο σήμεια ένα με κλίση με δυτικό προσανατολισμό (Σημείο Α), και ένα με βορειοανατολικό (Σημείο Β)

102 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 93: Ελεγχος μεταδεδομένων μοντέλου aspect, Σημείο Α τιμή 276, Σημείο Β τιμή 49 Πηγή 81: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία

103 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 94: Εφαρμογή εργαλείου painted relief στο ψηφιακό μοντέλο εδάφους αναπαράσταση βάση τη σκίαση από τη γωνία του ήλιου. Πηγή 82: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία Παρατηρώντας τα αποτελέσματα των εικόνων Εικόνα 92 και Εικόνα 94, σε ορισμένα σημεία του οδοστρώματος αλλά και του κρασπέδου, εντοπίζονται κάποιες αλλοιώσεις (Εικόνα 95). Πράγματι, ανατρέχοντας στις εικόνες που λήφθησαν από τις κάμερες του συστήματος Leica Pegasus One, οι αλλοιώσεις αυτές του οδοστρώματος και του κρασπέδου επιβεβαιώνονται (Εικόνα 96)

104 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Εικόνα 95: Εντοπισμός αλλοιώσεων στο οδόστρωμα και στο κράσπεδο. Πηγή 83: Erdas Imagine & Ιδία Επεξεργασία Εικόνα 96: Επαλήθευση αλλοιώσεων με τις εικόνες που ελήφθησαν από τις κάμερες του Leica Pegasus One. Πηγή 84: Leica Pegasus One & Ιδία επεξεργασία

105 [Αποτελέσματα Προϊόντα Αποτύπωσης] Στη συνέχεια, αφού εντοπιστούν οι αλλοιώσεις και επαληθευτούν από τις εικόνες, είναι δυνατό να ψηφιοποιηθούν στο ArcGIS, να ενημερώσουν/εμπλουτίσουν τη γεωβάση που δημιουργήθηκε στο κεφάλαιο 4.1 και να υπολογιστούν τα γεωμετρικά τους μεγέθη, όπως η περίμετρος και το εμβαδόν τους (Εικόνα 97). Εικόνα 97: Ενημέρωση του Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών του κεφαλαίου 4.1 με τις αλλοιώσεις του οδοστρώματος και υπολογισμός των γεωμετρικών χαρακτηριστικών τους. Πηγή 85: ArcGIS & Ιδία Επεξεργασία