Ανάπτυξη χαμηλού κόστους τηλεκατευθυνόμενου συστήματος λήψης εικόνων για μεγάλης κλίμακας μετρητική και θεματική τεκμηρίωση του χώρου

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΧΩΡΟΤΑΞΙΑΣ & ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Ανάπτυξη χαμηλού κόστους τηλεκατευθυνόμενου συστήματος λήψης εικόνων για μεγάλης κλίμακας μετρητική και θεματική τεκμηρίωση του χώρου Καραχάλιου Ελένη Φλιούκα Παρασκευή Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2013

2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΧΩΡΟΤΑΞΙΑΣ & ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Ανάπτυξη χαμηλού κόστους τηλεκατευθυνόμενου συστήματος λήψης εικόνων για μεγάλης κλίμακας μετρητική και θεματική τεκμηρίωση του χώρου Καραχάλιου Ελένη Φλιούκα Παρασκευή Επιβλέπων Καθηγητής: Στυλιανίδης Ευστράτιος Συνεπιβλέπων Καθηγητής: Καϊμάρης Δημήτριος Θεσσαλονίκη, Ιούνιος 2013

3 Η διπλωματική εργασία με τίτλο Ανάπτυξη χαμηλού κόστους τηλεκατευθυνόμενου συστήματος λήψης εικόνων για μεγάλης κλίμακας μετρητική και θεματική τεκμηρίωση του χώρου εκπονήθηκε από τις φοιτήτριες του Τμήματος Μηχανικών Χωροταξίας και Ανάπτυξης του ΑΠΘ, Καραχάλιου Ελένη & Φλιούκα Παρασκευή. Η εκπόνηση της εργασίας γίνεται στο πλαίσιο της ολοκλήρωσης των προπτυχιακών σπουδών, ενώ την ευθύνη για το περιεχόμενο, τις πηγές και τις αναφορές που χρησιμοποιούνται, φέρουν αποκλειστικά οι υπογράφουσες την εργασία.

4 Ευχαριστίες Με την ολοκλήρωση της παρούσας διπλωματικής εργασίας, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε αφενός τον υπεύθυνο αυτού του εγχειρήματος, Επίκουρο Καθηγητή κο Στυλιανίδη Ευστράτιο, που μας έδωσε την ευκαιρία να ασχοληθούμε με το συγκεκριμένο θέμα, καθώς επίσης και τον συνυπεύθυνο αυτής της προσπάθειας, Λέκτορα κο Καϊμάρη Δημήτριο, όπου στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος που εκπόνησε με τίτλο Τεκμηρίωση της βέλτιστης χρονικής στιγμής λήψης τηλεπισκοπικών εικόνων για την εμφάνιση ιχνών καλυμμένων αρχαιολογικών δομών, συμμετείχαμε ενεργά στην κατασκευή του συστήματος αεροφωτογράφισης και στην πραγματοποίηση των εργασιών πεδίου. Ευχαριστούμε και τους δύο καθηγητές μας για την εμπιστοσύνη, βοήθεια και γνώση που μας παρείχαν κατά τη διάρκεια της συνεργασίας μας. Ευχαριστίες εκφράζονται στον κο Λιακόπουλο Βασίλη, τεχνικό ηλεκτρονικών υπολογιστών και κατασκευαστή μη επανδρωμένων αυτόνομων συστημάτων, για την άψογη συνεργασίας μας, κατά τη διάρκεια της κατασκευής του τηλεκατευθυνόμενου συστήματος αεροφωτογράφισης. Θέλουμε να ευχαριστήσουμε θερμά, τον κο Μπασούλη Γεώργιο, Πρόεδρο της Ε- πιτροπής Διερεύνησης Αεροπορικών Ατυχημάτων και Ασφάλειας Πτήσεων, για την πολύτιμη καθοδήγηση και βοήθεια που μας παρείχε, σχετικά με τις διαδικασίες λήψης των απαραίτητων αδειών πτήσης από την Υπηρεσία Πολιτικής Αεροπορίας (Υ.Π.Α.). Επίσης θέλουμε να ευχαριστήσουμε την κα Νικολαϊδου Μαρία, προϊσταμένη της ΙΗ Εφορείας Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων (Νομός Καβάλας), για την άδεια που μας παραχώρησε ώστε να γίνουν αεροφωτογραφίσεις στην πεδιάδα των Φιλίππων και στον αρχαιολογικό χώρο. Ευχαριστούμε ακόμα, τον κο Μπέλλα Ιωάννη, υπεύθυνο της νησίδας Η/Υ του Τμήματος Μηχανικών Χωροταξίας & Ανάπτυξης, της Πολυτεχνικής Σχολής, του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, για τη συνεχή τεχνική υποστήριξη που μας παρείχε. Τέλος, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τις οικογένειες μας, τους στενούς φίλους και τους συναδέλφους για τη στήριξη τους, καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της έρευνας. Ιούνιος 2013 Οι συγγραφείς, Καραχάλιου Ελένη & Φλιούκα Παρασκευή

5 Πίνακας περιεχομένων Εισαγωγή Ιστορική αναδρομή & Εξέλιξη πλατφόρμων εξάρτησης αισθητήρων Ανάπτυξη χαμηλού κόστους τηλεκατευθυνόμενου συστήματος λήψης εικόνων Εφαρμογές... 68

6 4 Συμπεράσματα Περίληψη Abstract Βιβλιογραφία Κατάλογος -URL Κατάλογος Εικόνων Κατάλογος Πινάκων Παράρτημα

7 Εισαγωγή Η αεροφωτογράφιση, από τις απαρχές ανάπτυξης της, στα τέλη του 19ου αιώνα, είχε σημαντική επίδραση στον αστικό και περιφερειακό σχεδιασμό, προσφέροντας νέες προοπτικές για το δομημένο και φυσικό περιβάλλον. Η φωτοερμηνεία του πλήθους των πληροφοριών που διαθέτει μια αεροφωτογραφία, δίνει τη δυνατότητα πραγματοποίησης χωρικών συγκρίσεων, με στόχο την απόκτηση α- ντίληψης για το χώρο, που δύσκολα επιτυγχάνεται με άλλα μέσα. Στην πορεία εξέλιξης της από αέρος φωτογραφικής αποτύπωσης, αναπτύχθηκε πληθώρα πλατφόρμων εξάρτησης εικονοληπτικών αισθητήρων, που καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα κατηγοριών, από πτηνά μέχρι δορυφόρους. Σήμερα, ο σχεδιασμός των πλατφόρμων εξάρτησης προσανατολίζεται στη δημιουργία ευέλικτων συστημάτων, που δύνανται να πλοηγούνται σε διάφορα περιβάλλοντα, χωρίς να απαιτούνται εξειδικευμένες γνώσεις από τους χειριστές, εξασφαλίζοντας χαμηλό οικονομικό κόστος. Η παρούσα διπλωματική εργασία, στηριζόμενη στην εξέλιξη των συστημάτων αεροφωτογράφισης και ερευνώντας τους τομείς εφαρμογών τους, πραγματεύεται το σχεδιασμό, την ανάπτυξη, τη λειτουργία και την αξιολόγηση ενός χαμηλού κόστους τηλεκατευθυνόμενου συστήματος λήψης εικόνων, θέτοντας ως στόχο τη δημιουργία ενός εργαλείου, ικανού να υποστηρίξει μεγάλης κλίμακας μετρητική και θεματική τεκμηρίωση του χώρου. Έπειτα, από έρευνα σχετικά με τα είδη και τα χαρακτηριστικά των συστημάτων αεροφωτογράφισης, που έχουν α- ναπτυχθεί μέχρι σήμερα, καταγράφηκαν οι επιθυμητές προδιαγραφές και οι α- παιτήσεις στις οποίες θα πρέπει να ανταποκρίνεται το υπό σχεδιασμό σύστημα. Ακολούθησε η κατασκευή και η λειτουργία του στο πεδίο. Για την εκτίμηση των δυνατοτήτων του εν λόγω συστήματος αεροφωτογράφισης, πραγματοποιήθηκαν τρεις εφαρμογές μεγάλης κλίμακας. Συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μια ιστορική αναδρομή όσον αφορά την ανάπτυξη της φωτογραφικής αποτύπωσης και των φωτογραφικών μεθόδων φτάνοντας στην ανάγκη για εναέρια αποτύπωση του χώρου. Στη συνέχεια του κεφαλαίου, παρουσιάζονται τα είδη πλατφόρμων εξάρτησης φωτογραφικών μηχανών και η εξέλιξη τους μέσα στο χρόνο. Το κεφάλαιο αυτό, ολοκληρώνεται με την έρευνα να εστιάζεται σε εφαρμογές συστημάτων αεροφωτογράφισης, στους τομείς της πολεοδομίας και του περιβάλλοντος. Στο δεύτερο κεφάλαιο, παρουσιάζεται αναλυτικά το τηλεκατευθυνόμενο μη ε- πανδρωμένο σύστημα αεροφωτογράφισης, που αναπτύχθηκε από την ομάδα εργασίας και χρηματοδοτήθηκε από την Επιτροπή Ερευνών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος με τίτλο Τεκμηρίωση της βέλτιστης χρονικής στιγμής λήψης τηλεπισκοπικών εικόνων για την εμφάνιση ιχνών καλυμμένων αρχαιολογικών δομών. Ειδικότερα, περιγράφεται η διαδικασία που ακολουθήθηκε, από τον καθορισμό και την ανά-

8 λυση των απαιτήσεων του συστήματος, την έρευνα αγοράς, μέχρι την επιλογή και κατασκευή των τελικών αντικειμένων και του τρόπου λειτουργίας. Στο τρίτο κεφάλαιο, περιγράφονται τρεις εφαρμογές, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας το σύστημα, προκείμενου να εκτιμηθούν αφενός, οι δυνατότητες λειτουργίας του και αφετέρου, η ποιότητα των δεδομένων που παρέχει καθώς και των προϊόντων που παράγονται από αυτά. Στην πρώτη εφαρμογή, εξετάζεται η ευελιξία του συστήματος στη διαχρονική μελέτη ενός φαινομένου. Η δεύτερη εφαρμογή αφορά την αποτύπωση ενός αρχαιολογικού χώρου (αρχαίο θέατρο), με στόχο μέσω φωτογραμμετρικών μεθόδων την παραγωγή προϊόντων με μετρητική πληροφορία (ψηφιακό μοντέλο εδάφους, ορθοφωτογραφίες, φωτομωσαϊκό). Στην τρίτη εφαρμογή, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται, στην απόκτηση αεροφωτογραφιών για την εκτίμηση των δυνατοτήτων του συστήματος, όσον αφορά την αποτύπωση του αστικού και του περιαστικού χώρου. Το παρόν τεύχος, ολοκληρώνεται με το τέταρτο κεφάλαιο και τη συλλογή συμπερασμάτων σχετικά με τις δυνατότητες του συστήματος, ως εργαλείο απόκτησης μετρητικής και θεματικής πληροφορίας αλλά και με σκέψεις που αφορούν τη μελλοντική εξέλιξη του.

9

10 1 Ιστορική αναδρομή & Εξέλιξη πλατφόρμων εξάρτησης αισθητήρων 1.1 Φωτογραφικές μηχανές και αποτυπώσεις πεδίου 1.2 Πλατφόρμες Εξάρτησης 1.3 Συνοπτική παρουσίαση εφαρμογών 1.4 Παραδείγματα εφαρμογών στην πολεοδομία και στο περιβάλλον

11 1 Ιστορική αναδρομή & Εξέλιξη πλατφόρμων εξάρτησης αισθητήρων 1.1 Φωτογραφικές μηχανές και αποτυπώσεις πεδίου Η αποτύπωση και η καταγραφή του φυσικού χώρου, αρχικά γινόταν με τη χρήση προοπτικών που σχεδιάζονταν στο χέρι. Το 1725, ο Ελβετός M.A. Cappeler, χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνική, έφτιαξε τον χάρτη του όρους Pilatus στην Ελβετία. Ωστόσο, το μειονέκτημα της τεχνικής των προοπτικών εντοπίζεται στην περιορισμένη γεωμετρική ακρίβεια και στη μειωμένη πιστότητα απόδοσης των λεπτομερειών. Η ανακάλυψη του σκοτεινού θαλάμου, - camera obscura (Εικόνα 1), ενός σκοτεινού δωματίου, με μια μικρή οπή σ έναν από τους τοίχους του, μέσα από την οποία προβαλλόταν η προοπτική εικόνα του εξωτερικού χώρου στον απέναντι τοίχο, προσπάθησε να εξαλείψει τα προβλήματα αυτά, αποτελώντας ένα αποτελεσματικότερο μέσο για τη λήψη προοπτικών εικόνων (Blachut, 1985, σσ. 1-2). Το 1804, ο Wollaston σχεδιάζει τον λεγόμενο «φωτεινό» θαλάμο (camera lucida) (Εικόνα 2), ο οποίος μέσω ενός τετράπλευρου πρίσματος, κατάλληλα τοποθετημένου σε απόσταση από το την εκάστοτε επιφάνεια σχεδίασης, χρησίμευε στην σχεδίαση προοπτικών σε συνθήκες κανονικού φωτισμού (Blachut, 1985, σ. 2). Εικόνα 1: Σκοτεινός θάλαμος camera obscura- (URL 1). Εικόνα 2: Φωτεινός θάλαμος camera lucida-( URL 2). Ο Joseph Nicephore Niepce το 1816, στηριζόμενος στην τεχνική της ηλιογραφίας, παρήγαγε αρνητικές εικόνες χρησιμοποιώντας χαρτί επεξεργασμένο με χλωριούχο άργυρο, μερικά στερεωμένο σε νιτρικό οξύ και οι οποίες εμφανίζονταν με έκθεση του φωτοευαίσθητου υλικού σε φωτογραφική μηχανή. Η συνεργασία του Niepce με τον Daquerre, λίγα χρόνια αργότερα, οδήγησε τον δεύτερο στην ανάπτυξη της τεχνικής Daquerreotype (Ντακεροτυπία), για τη συνεχή διατήρηση των εικόνων που λαμβάνονται με την camera obscura. Η τεχνική αυτή διαδόθηκε σε όλο τον κόσμο και αποτέλεσε την απαρχή για την εξέλιξη της φωτογραφίας και των φωτογραφικών μηχανών (Blachut, 1985, σ. 3).

12 Η φωτογραφική καταγραφή του τοπίου, με σκοπό τη χαρτογραφική αποτύπωση και γενικότερα η εφαρμογή της τότε τεχνικής της φωτογραφίας στο πεδίο, ήταν ιδιαίτερα πολύπλοκη. Το οπτικό πεδίο των φωτογραφικών μηχανών ήταν μόλις 25 ο (ενώ του φωτεινού θαλάμου έφτανε τις 60 ο ) και οι φωτογραφικές μηχανές δεν διέθεταν τα απαιτούμενα, για τοπογραφικές εφαρμογές, μετρητικά χαρακτηριστικά ούτε την αναγκαία σταθερότητα. Για τους λόγους αυτούς, ο λοχαγός Laussedat, στα πλαίσια χαρτογραφικής αποτύπωσης, με σκοπό τη δημιουργία του νέου χάρτη της Γαλλίας, πραγματοποίησε την πρώτη τοπογραφική αποτύπωση, στο φρούριο Vincennes το 1850 (Εικόνα 3), χρησιμοποιώντας το φωτεινό θάλαμο (camera lucida) και απορρίπτοντας το σκοτεινό θάλαμο και την τεχνική της φωτογραφίας, στο βαθμό που είχε εξελιχθεί. (Blachut, 1985, σσ. 4-6) Θεωρώντας όμως ότι η χρήση φωτογραφιών, σε τοπογραφικές εφαρμογές, μπορεί να αποτελέσει πολύτιμο εργαλείο, οδηγήθηκε το 1852, μέσω της διαδικασίας της «μετροφωτογραφίας» (όπως την ονόμασε), στη δημιουργία μιας α- πλής φωτογραφικής μηχανής, η οποία αποτελούνταν από μία πυξίδα και μία μικρή αεροστάθμη. Η φωτογραφική αυτή μηχανή, αποτέλεσε τη βάση για την κατασκευή της πρώτης τοπογραφικής φωτογραφικής μηχανής, από τον Brunner στο Παρίσι το 1859 (Blachut, 1985, σσ. 6-7). Η τοπογραφική αυτή φωτομηχανή, αποτέλεσε τη βάση για την ανάπτυξη μοντέλων όπως (Blachut, 1985, σ. 31): Η φωτογραφική μηχανή του Porro με δυνατότητα λήψης πανοραμικών εικόνων, το φωτοθεοδόλιχο του Pagannini συνδυασμός φωτογραφικής μηχανής και θεοδόλιχου-, φωτοθεοδόλιχο πεδίου του ZEISS και στερεοσυγκριτής ZEISS, σχεδιασμένα από τον Pulfrich. Εικόνα 3: Σχέδιο του φρουρίου του Vincennes που σχεδιάστηκε από τον Laussedat το 1850 χρησιμοποιώντας το φωτεινό θάλαμο (camera lucida) (URL 3). Εντούτοις, όλα τα παραπάνω μοντέλα, περιορίζονταν στη λήψη φωτογραφιών από επίγειες στάσεις. Πρωτοπορία για την εποχή αποτέλεσε η ιδέα για τη χρήση φωτογραφιών που θα είχαν ληφθεί από τον αέρα, με φωτογραφικές μηχανές εγκατεστημένες σε εξέδρες ή διαφορετικού είδους πλατφόρμες και με τους ο-

13 πτικούς άξονες να κατευθύνονται κατακόρυφα προς τα κάτω, δεδομένο που είχε ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη πλατφόρμων εξάρτησης εικονοληπτικών αισθητήρων για την εναέρια αποτύπωση του χώρου. 1.2 Πλατφόρμες Εξάρτησης Αερόστατο Το πρώτο μη επανδρωμένο αερόστατο, σχεδιάστηκε από τους αδελφούς Montgolfier (Joseph & Etienne) το 1783 (Εικόνα 4). Είχε μήκος 17m, διαμέτρο 12m, και πέταξε σε ύψος 520m. Την ίδια περίοδο, κατασκευάστηκε και το πρώτο αερόστατο που είχε τη δυνατότητα να μεταφέρει άνθρωπο, από τον Francis Pilatre de Rozier, μέλος της Γαλλικής Ακαδημίας Επιστημών. Επρόκειτο για κατασκευή ύψους 23m, διαμέτρου 15m, βάρους 720kg, χωρητικότητας 2.235m 3 και το ω- φέλιμο βάρος που μπορούσε να ανυψώσει ανερχόταν στα 765kg (Blachut, 1985, σσ ). Το βασικό μειονέκτημα αυτών των μοντέλων αερόστατων, ήταν η χρήση της φωτιάς ως μέσο ανυψωτικής ισχύος. Σύντομα, έγινε αντιληπτό ότι έπρεπε να καταφύγουν σε έναν ασφαλέστερο τρόπο, όπως η πλήρωση του αερόστατου με αέριο ελαφρύτερο από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Σε αυτή τη θεωρία, στηρίχτηκε ο Jacques Alexandre Cesar Charles και σχεδίασε αερόστατο διαμέτρου 8 μέτρων, που πετούσε με αέριο υδρογόνο (Εικόνα 5). Η πρώτη ανύψωση πραγματοποιήθηκε στο Παρίσι το 1783 (Blachut, 1985, σσ ). Εικόνα 4: Αερόστατο των αδελφών Montgolfier (URL 4). Εικόνα 5: Αερόστατο υδρογόνου που ανυψώθηκε από τον Charles και τον βοηθό του Aline Robert στο Παρίσι, την 1η Δεκεμβρίου 1783 (URL 5). Η πρώτη φωτογραφία από αερόστατο λήφθηκε το 1858, από τον Γάλλο φωτογράφο, Gaspar Felix Tournachon, που είναι γνωστός ως "Nadar" (Εικόνα 6) και απεικονίζει το γαλλικό χωριό Petit-Becetre. Οι πρώτες αεροφωτογραφίες του Nadar δεν έχουν διασωθεί. Η παλαιότερη αεροφωτογραφία που διατηρείται α-

14 κόμα, είναι η εικόνα της Βοστώνης (Εικόνα 7) η οποία λήφθηκε από αερόστατο το 1860 από τον James Wallace Black (URL 6). Εικόνα 6: Σκίτσο που απεικονίζει τον Nadar πάνω στο αερόστατο (URL 7). Εικόνα 7: Αεροφωτογραφία της Βοστώνης από μπαλόνι σε ύψος πόδια, 13 Οκτωβρίου 1860, James Wallace Black (URL8). Το επόμενο στάδιο στην εξέλιξη της πλατφόρμας του αερόστατου, αφορούσε το βαθμό στον οποίο είχε τη δυνατότητα να κυβερνηθεί ή να κατευθυνθεί. Το 1852, πραγματοποιήθηκε στο Παρίσι πτήση με ατμοκίνητο αερόστατο, με λέβητα και μηχανή, σχεδιασμένο από τον Henri Giffard. Ακολούθησε το 1885, το αερόστατο με μηχανή πετρελαίου, του Gottlieb Daimler.

15 Σήμερα οι πλατφόρμες αερόστατου που συναντώνται, είναι το μπαλόνι και το αερόπλοιο. Το μπαλόνι, είναι μη τροφοδοτούμενο μέσο που ανυψώνεται και η κατεύθυνση του επηρεάζεται από τις συνθήκες του ανέμου. Το αερόπλοιο, είναι τροφοδοτούμενο μέσο που μπορεί να υψωθεί και στη συνέχεια να ελιχτεί σε ο- ποιαδήποτε κατεύθυνση, ανεξάρτητα της κατεύθυνσης του ανέμου (URL 9). Καθένα από αυτά τα είδη, διακρίνεται σε επιμέρους κατηγορίες. Ειδικότερα, ξεκινώντας από την πλατφόρμα μπαλονιού, αυτή διακρίνεται στα θερμικά μπαλόνια (hot-air balloon), στα μπαλόνια ηλίου (helium balloon) (Εικόνα 8 & Εικόνα 9), και στα μπαλόνια υδρογόνου (hydrogen balloon). Τα αερόπλοια διακρίνονται στα μη άκαμπτα (no-rigid airships/blimps), στα ημιάκαμπτα (semi-rigid airships) (Εικόνα 10), στα άκαμπτα (rigid airships/zeppelins) (Εικόνα 11), και στα θερμικά αερόπλοια (hot air ships). Εικόνα 8:Μπαλόνι Ηλίου (URL 10). Εικόνα 9: Helikite (URL 11). Εικόνα 10: Mη άκαμπτα αερόπλοια (no-rigid airships/blimps) & Ημιάκαμπτα αερόπλοια (semi-rigid airships) (URL12). Εικόνα 11: Άκαμπτα αερόπλοια (rigid airships) (URL13).

16 1.2.2 Χαρταετός Οι χαρταετοί, πρωτοεμφανίστηκαν στη Ασία και χρησιμοποιούνταν για σκοπούς αναψυχής. Το 1752, δόθηκε έμφαση στη μελέτη των αεροδυναμικών χαρακτηριστικών τους (με αφορμή τη χρήση χαρταετών στο πείραμα του Benjamin Franklin, για την απόδειξη ότι ο κεραυνός είναι ηλεκτρικό φαινόμενο), γεγονός που οδήγησε στην εξέλιξη τους ως πλατφόρμες αεροφωτογράφισης. Σε πρώτη φάση, οι χαρταετοί χρησιμοποιήθηκαν για αερολογικές μελέτες, παρουσίαζαν όμως προβλήματα ως προς την ικανότητα ανύψωσης, τη σταθερότητα και τη διατήρηση του προσανατολισμού τους. Η χρήση των χαρταετών ως πλατφόρμες εξάρτησης φωτογραφικών μηχανών, για τη λήψη εναέριων φωτογραφιών, άρχισε να διαδίδεται το 1890, ως ιδέα των M.A. Batut και Wenz. Πρωτοπόρος στη χρήση χαρταετών για φωτογραφικές λήψεις, ήταν ο λοχαγός του Γαλλικού Στρατού, Saconney, ο οποίος δημιούργησε τα τραίνα χαρταετών (3 διαφορετικά είδη συστημάτων χαρταετών) (Εικόνα 12), που πρόσφεραν μεγαλύτερη σταθερότητα στην πτήση και ήταν και πιο εύκολα στο χειρισμό (Blachut, 1985, σσ ). Εικόνα 12: Τραίνα χαρταετών Saconney (URL 14). Ο χαρταετός, ως πλατφόρμα εξάρτησης εικονοληπτικών αισθητήρων, αποτέλεσε σημαντικό παράγοντα εξέλιξης των μελλοντικών συστημάτων και μεθόδων. Η μετατροπή ενός ασταθούς φορέα, όπως ο χαρταετός σε μια σταθερή εξέδρα φωτογραφικής μηχανής, για συστηματικές και αξιόπιστες χαρτογραφικές εργασίες, συνέβαλε στην λύση των θεωρητικών και πρακτικών προβλημάτων πτήσης (όπως η σταθεροποίηση της πλατφόρμας, ο ορθός προσανατολισμός, η ορθή έκθεση) καθώς και στη βελτιστοποίηση των φωτογραφικών μηχανών/αισθητήρων της εποχής εκείνης (Blachut, 1985, σσ ).

17 1.2.3 Περιστέρια Το 1902, ο Γερμανός Julius Neubronner, προσπάθησε να σχεδιάσει μια φωτογραφική μηχανή που θα μπορούσε να τοποθετηθεί στο στήθος ενός περιστεριού (Εικόνα 13), με τη βοήθεια ενός ιμάντα και ενός θώρακα αλουμινίου (Εικόνα 14). Χρησιμοποίησε ξύλινα μοντέλα φωτογραφικών μηχανών που ζύγιζαν γραμμάρια (μέγιστο βάρος που μπορούσε να σηκώσει ένα περιστέρι). Για να τραβήξει μια αεροφωτογραφία (Εικόνα 15), ο Neubronner μετέφερε ένα περιστέρι, το οποίο ήταν εξοπλισμένο με μια φωτογραφική μηχανή, σε απόσταση περίπου 100 χιλιόμετρα από το σπίτι του, και το άφησε ελεύθερο. Το περιστέρι, θέλοντας να απαλλαγεί από το βάρος της μηχανής, πέταξε σε ύψος από 50 έως 100 μέτρα (URL 15). Εικόνα 13: Φωτογραφική μηχανή προσδεμένη σε περιστέρι (URL 16). Εικόνα 14: Φωτογραφική μηχανή τοποθετημένη σε ιμάντα και θώρακα αλουμινίου (URL 17). Εικόνα 15: Αεροφωτογραφία από περιστέρι (URL 18) Αεροπλάνο Οι αδελφοί Ράιτ, εφηύραν και κατασκεύασαν, το αεροπλάνο που πραγματοποίησε την πρώτη ελεγχόμενη, μηχανικά προωθούμενη και με διάρκεια, ανθρώπι-

18 νη πτήση, το 1903 στο Κίτυ Χωκ, της Βόρειας Καρολίνα (Εικόνα 16). Η πρώτη αεροφωτογραφία από αεροσκάφος, τραβήχτηκε το 1908 στη Γαλλία από τον L.P. Bonvillain, με πιλότο τον Wilbur Wright (Hemphill, 2003). Εικόνα 16: 1903 Wright Flyer ( Kitty Hawk Flyer )(URL 19). Όπως συμβαίνει και με τις περισσότερες τεχνολογικές ανακαλύψεις, μεγάλη πρόοδος σημειώθηκε με την έναρξη του 1 ου Παγκοσμίου Πολέμου και την ανάπτυξη της αεροφωτογράφισης για στρατιωτικούς σκοπούς (Campbell, 2008, σ. 77). Η πρώτη εναέρια φωτογραφική μηχανή για χρήση σε αεροπλάνο, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από τον Thornton-Pickard, ενός από τους κορυφαίους Βρετανούς κατασκευαστές φωτογραφικών μηχανών. Η μηχανή είχε μορφή ξύλινου κωνικού κουτιού και χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά τον Μάρτιο του 1915 στο Fauquissant. Η δυσκίνητη και βαριά μορφή της, οδήγησε στη δημιουργία βελτιωμένων και εξελιγμένων σχεδίων φωτογραφικών μηχανών για αεροπλάνα (Campbell, 2008, σσ. 77,83). Το διάστημα που ακολούθησε τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο, ιδρύθηκαν πολλές εταιρείες, που αξιοποίησαν τη γνώση που είχε αποκτηθεί στον τομέα της αεροφωτογράφισης από αεροπλάνο, για ειρηνικούς σκοπούς, κυρίως χαρτογραφικούς (Εικόνα 17,Εικόνα 18,Εικόνα 19).

19 Εικόνα 17:Fairchild Aerial Surveys (URL 20). Εικόνα 18: Σαν Φρανσίσκο, όπως φωτογραφήθηκε από την εταιρεία Fairchild Aerial Surveys το 1931 (URL 21). Εικόνα 19: Με το συνδυασμό 100 αεροφωτογραφιών, ο Fairchild παράγει το μωσαϊκό του Μανχάταν το 1921 (URL 22).

20 Με την έναρξη του 2 ου Παγκοσμίου Πολέμου, μαχητικά αεροσκάφη, όπως το βρετανικό Spitfire και Mosquito και τα αμερικανικά P-38 Lightning και P-51 Mustang, αφού βάφτηκαν σε χρώματα του ουρανού, για να μην μπορούν να ε- ντοπιστούν, τους αφαίρεσαν τα πυρομαχικά, τροποποιήθηκαν οι μηχανές τους ώστε να φτάνουν ύψος άνω των ποδιών και μετατράπηκαν σε φωτοαναγνωριστικά. Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα του φωτοαναγνωριστικού Mosquito, στο οποίο, στη θέση των βομβών είχαν τοποθετηθεί τρεις κάμερες (URL 23). Η περίοδος αυτή, συνέβαλε ιδιαίτερα στην ανάπτυξη της ενάεριας φωτογραφικής αποτύπωσης από αεροπλάνο, καθώς και στην εξέλιξη της πλατφόρμας και των φωτογραφικών μηχανών. Η τεράστια ζήτηση για χαρτογράφηση, έφερε στο προσκήνιο την ανάγκη για αεροφωτογράφιση και αυτή με τη σειρά της ο- δήγησε στη δημιουργία όλο και καλύτερων φωτογραφικών μηχανών, φακών, αεροσκαφών αλλά και εκπαιδευμένου προσωπικού (Εικόνα 20). Εικόνα 20: Προετοιμασία για αεροφωτογράφιση, 1946 (URL 24).

21 1.2.5 Μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (UAV-Unmanned Aerial Vehicles) Η UVS International, η μη κερδοσκοπική ένωση, που έχει συσταθεί από το Εμπορικό Επιμελητήριο της Χάγης στην Ολλανδία και αντιπροσωπεύει κατασκευαστές μη επανδρωμένων συστημάτων, ως μη επανδρωμένο εναέριο όχημα (UAV), ορίζει το αεροσκάφος που σχεδιάζεται να λειτουργεί χωρίς την ανθρώπινη παρουσία πιλότου σε αυτό. Ο Πίνακας 1 που ακολουθεί (Eisenbeiss, 2004, σ. 2), παρουσιάζει την κατηγοριοποίηση των μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων, όπως αυτή ορίζεται από την UVS International, λαμβάνοντας υπόψη το μέγεθος, το βάρος, την αντοχή και το ύψος πτήσης. Πίνακας 1: Κατηγορίες των UAV όπως ορίζονται από την UVS International. Όνομα Κατηγορίας Μάζα (Kg) Εμβέλεια (Km) Ύψος πτήσης (m) Αντοχή (hours) Micro <5 < Mini <25/30/150 <10 150/250/300 <2 Close Range Medium Range High Altitude-Long Endurance >250 >70 >3000 >6 Εκτός από την παραπάνω κατηγοριοποίηση, τα συστήματα αυτά, κατατάσσονται ακόμα στις εξής ομάδε (Remondino, Barazzetti, Nex, Scaioni, & Sarazzi, 2011, σ. 1): i. Τα τακτικά (tactical) UAVs, τα οποία περιλαμβάνουν μικρού και μεσαίου μεγέθους, χαμηλού υψομέτρου πτήσης, συστήματα. Οι μάζες τους κυμαίνονται έως kg, το ύψος πτήσης φτάνει τα 500 km και η αντοχή τους κυμαίνεται από λίγα λεπτά έως 2-3 μέρες. ii. Τα στρατηγικά (strategical) UAVs, που περιλαμβάνουν συστήματα που ίπτανται σε μεγάλο υψόμετρο, τόσο στην στρατόσφαιρα όσο και έξω από αυτήν. Φτάνουν σε υψόμετρο πάνω από m και η αντοχή τους φτάνει τις 4 ημέρες. iii. Τα ειδικών καθηκόντων (special tasks) UAVs, όπως τα αυτόνομα μη επανδρωμένα μαχητικά αεροσκάφη. Η πρώτες πτήσεις μη επανδρωμένων οχημάτων, πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια στρατιωτικών εφαρμογών μετά τον 2 ο Παγκόσμιο Πόλεμο, ώστε να μην τίθενται σε κίνδυνο οι χειριστές των αεροσκαφών κατά τη διάρκεια επιχειρήσεων αναγνώρισης και χαρτογράφησης εχθρικών περιοχών. Τα πρώτα πειράματα στον τομέα της γεωπληροφορικής, έγιναν από τους Przybilla και Wester- Ebbinghaus το 1979.

22 Σήμερα, τα συστήματα UAV, καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σε πλήθος επιστημονικών κλάδων. Η ανάπτυξη τους αυτή, οφείλεται στο συνδυασμό χαμηλού κόστους πλατφόρμων, με SRL ή DSLR ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές καθώς και με συστήματα GNSS (Global Navigation Satellite System), που είναι απαραίτητα για την πλοήγηση με ακρίβεια στα σημεία λήψης (Εικόνα 21,Εικόνα 22). Εικόνα 21: SR20 Electric VTOL UAV (URL 25). Εικόνα 22: sensefly swinglet cam (URL 26).

23 1.2.6 Δορυφόρος (Καϊμάρης Δ., 2012) Ο πύραυλος, ως μέσο εξάρτησης φωτογραφικών μηχανών, άρχισε να χρησιμοποιείται το 1897, όταν ο Alfred Nobel πραγματοποίησε τις πρώτες λήψεις από μικρό πύραυλο που έφτασε ύψος 100m. Στηριζόμενος στο παράδειγμα του Nobel, ο Alfred Maul s, το 1904, κατασκεύασε έναν άλλον μικρό πύραυλο, που έ- φτανε σε ύψος 600m. Το 1946, ο αμερικανικός στρατός, εκτοξεύει τον πύραυλο V-2 στο διάστημα, εξασφαλίζοντας τις πρώτες πλάγιες εικόνες της επιφάνειας της Γης. Από το πλήθος των δορυφόρων που έχουν προωθηθεί από το 1968 μέχρι και σήμερα, οι Πίνακες 2, 3, 4, 5 & 6 που ακολουθούν συγκεντρώνουν τα εικονοληπτικά δορυφορικά συστήματα υψηλής χωρικής ανάλυσης. LANDSAT -1 LANDSAT -2 LAND- SAT-3 LAND- SAT-4 LAND- SAT-5 LAND- SAT-6 LAND- SAT-7 LAND- SAT-8 Ιούλιος 1972 Πολυφασματικός Αισθητήρας Ιανουάριος 1975 Μάρτιος 1978 Ιούλιος 1982 Μάρτιος 1984 Οκτώβριος 1993 Απρίλιος 1999 Δεκέμβριος 2012 Πίνακας 2: Δορυφόροι Landsat. Χωρική Ανάλυση Δορυφόρος Χρονολογία Επιτυχημένη Εκτόξευση Αποτυχημένη Εκτόξευση Παγχρωματικός Αισθητήρας 80m 79m 79m 82m 82m 15m 30m 15m 30m Το πρώτο δορυφορικό σύστημα Radar (Synthetic Aperture Radar-SAR), εκτοξεύεται από τις Η.Π.Α. το 1978 (SEASAT) και χαρακτηρίζεται από μέγεθος χωρικής ανάλυσης τα 25m. Η εξέλιξη αυτού του τύπου δορυφορικού συστήματος συνεχίστηκε με την εκτόξευση των (Πίνακας 3):

24 Πίνακας 3: Δορυφόροι SIR. Δορυφόρος Χρονολογία Επιτυχημένη Εκτόξευση Αποτυχημένη Εκτόξευση Χωρική Α- νάλυση SIR-A Δεκέμβριος m SIR-B Οκτώβριος mx30m έως 16mx20m SIR-C/ X-SAR Ιούνιος 1994 και Σεπτέμβριος m-25m Στη Γαλλία το 1977, εγκρίνεται το πρόγραμμα SPOT (Système Pour l Observation de la Terre Σύστημα για την παρατήρηση της Γης). Στα πλαίσια αυτού το προγράμματος, εκτοξεύονται οι (Πίνακας 4): Πίνακας 4: Δορυφόροι SPOT. Χωρική Ανάλυση SPOT m 20m SPOT m 20m SPOT m 20m SPOT m 20m SPOT m 10m Το 1988, ακολουθεί η εκτόξευση του πρώτου ινδικού δορυφόρου, IRS-1A τον οποίο ακολούθησαν οι (Πίνακας 5): Πίνακας 5: Δορυφόροι IRS. IRS-1B m IRS-1E 1993 IRS-P m IRS-C m IRS-D m-23.5m IRS-P m-70m Χωρική Ανάλυση Δορυφόρος Χρονολογία Επιτυχημένη Εκτόξευση Αποτυχημένη Εκτόξευση Παγχρωματικός Αισθητήρας Πολυφασματικός Αισθητήρας Δορυφόρος Χρονολογία Επιτυχημένη Εκτόξευση Αποτυχημένη Εκτόξευση Παγχρωματικός Αισθητήρας Πολυφασματικός Αισθητήρας IRS-P mx2.78m

25 Μπαίνοντας στον 21 ο αιώνα, εκτοξεύονται οι δορυφόροι (Πίνακας 6): Δορυφόρος SAC-C EROS-A QUICK- BIRD-1 QUICK- BIRD-2 ORB- VIEW-3 Χώρα Αργεντινή, Η.Π.Α., Δανία, Βραζιλία, Γαλλία, Ιταλία Ισραήλ Η.Π.Α. Η.Π.Α. Η.Π.Α. Πίνακας 6: Δορυφόροι 21ου αιώνα Χωρική Ανάλυση Χρο νολογία Επιτυχημένη Εκτόξευση Αποτυχημένη Εκτόξευση Παγχρωμα-τικός Αισθητήρας Πολυφασματικός Αισθητήρας 30m 175m 1.8m m 2.4m 1m 4m Το 2009, τρεις χώρες, τα Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα, η Ισπανία και το Ηνωμένο Βασίλειο εκτοξεύουν τους δορυφόρους DUBAISAT-1 (χωρική ανάλυση παγχρωματικού αισθητήρα 2.5m και πολυφασματικού 5m), DEIMOS-1 (χωρική ανάλυση πολυφασματικού αισθητήρα 22m) και UK-DMS-2 (χωρική ανάλυση πολυφασματικού χαρακτήρα 22m) αντίστοιχα. Η Τουρκία, το 2011, θέτει σε λειτουργία το δορυφόρο RASAT που αποτελείται από αισθητήρες χωρικής ανάλυσης 7.5m στον παγχρωματικό και 15m στον πολυφασματικό. Τέλος, στα μέσα του 2014, αναμένεται η εκτόξευση του World View-3 (Εικόνα 23), από τη NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), με 0.31m ανάλυση στον παγχρωματικό και 8 band στον πολυφασματικό αισθητήρα. Εικόνα 23: Δορυφόρος World View-3 (URL 27)

26 1.3 Συνοπτική παρουσίαση εφαρμογών Στον Πίνακα 7, καταγράφονται εφαρμογές που πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας είδη πλατφόρμων, που περιγράφηκαν παραπάνω. Πίνακας 7: Επισκόπηση εφαρμογών. A/A Πλατφόρμα Εξάρτησης Χαρακτηριστικά Ύψος Πτήσης (m) Τύπος Μηχανής Λήψης Μέγεθος φακού (MP) Εφαρμογή Πηγή 1 Μπαλόνι (Balloon) Μετεωρολογικό μπαλόνι ηλίου, διαμέτρου 2m και χωρητικότητας 4m 3 50m Nikon F-36 Αναλογική: 35mm Φωτογραμμετρική αποτύπωση παράκτιων περιοχών (Rutzler, 1978) 2 Μπαλόνι (Balloon) Μπαλόνι Η- λίου m - - Ταξινόμηση της βλάστησης υγροτόπων (Miyamoto, M.,, Kushida,K., & Yoshino, K., 2001) 3 Μπαλόνι (Balloon) Μετεωρολογικό μπαλόνι ηλίου, χωρητικότητας 1.5m 3 30m Canon Powershot S50 5MP Καταγραφή διαχρονικών μεταβολών στην επιφάνεια της γης (Baker, Fitzpatrick, & Koehne, 2004)

27 A/A Πλατφόρμα Εξάρτησης Χαρακτηριστικά Ύψος Πτήσης (m) Τύπος Μηχανής Λήψης Μέγεθος φακού (MP) Εφαρμογή Πηγή 4 Μπαλόνι (Balloon) Μπαλόνι Υ- δρογόνου, διαμέτρου 2.5m m Olympus C70 7.2MP Χωροταξική- Πολεοδομική ε- φαρμογή, με χρήση μπαλονιού. Μία επιλογή χαμηλού κόστους για αναπτυσσόμενες χώρες: Καμπότζη (Seang, T. & Mund,J., 2006) 5 Μπαλόνι (Balloon) Μετεωρολογικό μπαλόνι ηλίου, διαμέτρου 1.5m και χωρητικότητας 2m m Canon Powershot G5 5MP Χαρτογράφηση υδροθερμικών περιοχών στο Yellowstone National Park (Friedrich, B., Becker,J., Brimer,B., & Merkel,B., 2007) 6 Αερόπλοιο (blimp) Mη άκαμπτο αερόπλοιο (no-rigid airship/blimp ) ηλίου, χωρητικότητας 1.6m 3 450m Ricoh Caplio R5 7.2MP Χαρτογράφηση διαδρόμων ποταμών (Vericat, Brasington, Wheaton, & Cowie, 2008)

28 A/A Πλατφόρμα Εξάρτησης Χαρακτηριστικά Ύψος Πτήσης (m) Τύπος Μηχανής Λήψης Μέγεθος φακού (MP) Εφαρμογή Πηγή 7 Μπαλόνι (Balloon) Μετεωρολογικά μπαλόνια, χωρητικότητας 8m 3 και 13.5m 3 250m Hasselblad EL and Nikon Χαρτογράφηση περιοχών (Verhoeven, 2009) 8 Μπαλόνι (Balloon) Μπαλόνι ηλίου, χωρητικότητας 8m 3 50m Olympus Camedia C MP Χαρτογράφηση περιοχών (Verhoeven, 2009) 9 Μπαλόνι (Balloon) Μετεωρολογικό μπαλόνι ηλίου Nikon F70 Αναλογική: Nikkor 28mm Χαρτογράφηση περιοχών (Verhoeven, 2009) 10 Μπαλόνι (Balloon) Μπαλόνι θερμού αέρα, χωρητικότητας 37m 3 250m - - Χαρτογράφηση περιοχών (Verhoeven, 2009) 11 Μπαλόνι (Balloon) Μπαλόνι υ- δρογόνου, χωρητικότητας 15.3m 3 100m Hasselblad 500 EL/M Αναλογική: Zeis Distagon 50mm/Biogon 60mm Χαρτογράφηση περιοχών (Verhoeven, 2009) 12 Μπαλόνι (Balloon) Μπαλόνι ηλίου 300m Canon EOS 5D 12.8MP Χαρτογράφηση περιοχών (Mihajlovic, Mitrovic, Cvijetinovic, & Vojinovic, 2008)

29 A/A Πλατφόρμα Εξάρτησης Χαρακτηριστικά Ύψος Πτήσης (m) Τύπος Μηχανής Λήψης Μέγεθος φακού (MP) Εφαρμογή Πηγή 13 Μπαλόνι (Balloon) Μετεωρολογικό μπαλόνι υδρογόνου 100m Zeiss-Ikon Contraflex Αναλογική Χαρτογράφηση περιοχών (Verhoeven, 2009) 14 Μπαλόνι (Balloon) Μπαλόνι ηλίου, χωρητικότητας 300m 3 300m Nikon F2 Αναλογική: Nikkor 35mm Αρχαιολογική πρόβλεψη (Verhoeven, 2009) 15 Μπαλόνι (Balloon) Μπαλόνι υ- δρογόνου, χωρητικότητας 19.8m 3 Hasselblad EL 500 Αναλογική: Zeiss Distagon 50mm Χαρτογράφηση περιοχών (Verhoeven, 2009) 16 Μπαλόνι (Balloon) Μπαλόνι υ- δρογόνου, χωρητικότητας 19.8m 3 Rollei 35 Αναλογική: Zeiss Tessar 40mm Χαρτογράφηση περιοχών (Verhoeven, 2009) 17 Μπαλόνι (Balloon) Μπαλόνι διαμέτρου 2.5m και χωρητικότητας 8m 3 Hasselblad El-500 και Canon AE-1 - Χαρτογράφηση περιοχών (Verhoeven, 2009) 18 Μπαλόνι (Balloon) Μετεωρολογικό μπαλόνι υδρογόνου 30-40m Olympus C MP Φωτογραμμετρική αποτύπωση της πολιτιστικής κληρονομιάς με τη χρήση μπαλονιού (Altan M. O., Celikoyan T. M., Kemper G., & Toz G., 2002)

30 A/A Πλατφόρμα Εξάρτησης Χαρακτηριστικά Ύψος Πτήσης (m) Τύπος Μηχανής Λήψης Μέγεθος φακού (MP) Εφαρμογή Πηγή 19 Αερόπλοιο (blimp) Αερόπλοιο ηλίου, χωρητικότητας 7m 3 150m - - Τεκμηρίωση του χώρου (Aber, 2003) 20 Αερόπλοιο (blimp) Αερόπλοιο υδρογόνου ή ηλίου, χωρητικότητας 35m 3 800m Hasselblad ELM/500 και Canon AE-1 ή Nikon 2020 Αναλογική: 60mm και 40mm Zeiss lenses για Hasselblad και 28mm για Canon Χαρτογράφηση περιοχών (Verhoeven, 2009) 21 Αερόπλοιο (blimp) Αερόπλοιο ηλίου μορφής Zeppelin, χωρητικότητας 11m 3 Nikon D70 6.1MP Χαρτογράφηση περιοχών (Rubio, Lahoz, Aguilera, & Codes, 2005) 22 Αερόπλοιο (blimp) Αερόπλοιο ηλίου μορφής Blimp, χωρητικότητας 20m 3 850m - - Χαρτογράφηση περιοχών (Verhoeven, 2009) 23 Χαρταετός (Kite) Χαρταετός χωρίς πλαίσιο, επιφάνειας 60m-150m Nikon D70 Αναλογική: 24 mm 6x7 m 2 Aπόκτηση Υψηλής χωρικής ανάλυσης δεδομένων για γεωεπιστήμες (Smith, Chandler, & Rose, 2009) 24 Χαρταετός (Kite) - Pentax ME - Αναγνώριση του χώρου και χαρτογράφηση (Verhoeven, 2009)

31 A/A Πλατφόρμα Εξάρτησης Χαρταετός (Kite) Χαρταετός (Kite) Χαρταετός (Kite) Χαρταετός (Kite) Χαρταετός (Kite) Χαρταετός (Kite) Χαρταετός (Kite) Χαρταετός (Kite) Χαρακτηριστικά Χαρταετός επιφάνειας 4.18m 2 Διάφορα μεγέθη χαρταετών - Ύψος Πτήσης (m) Τύπος Μηχανής Λήψης Home-made 5inx4in camera and Olympus OM -1 Olympus E 510 Canon EOS 300 and Canon Powershot S45 - Nikon F m - >500m - 150m Canon Prima 5 /Olympus μ1 Canon AE1 and home - made 5inx4in camera Minolta 7000 Maxxum and Yashica T4 Μέγεθος φακού (MP) Εφαρμογή Πηγή Αναλογική: 90 mm Super Angulon & Olympus 28 mm 10MP 6.3MP & 4MP Αναλογική: Nikkor 24mm, 28mm and 35 mm Αναλογική Αναλογική: Minolta mm Χαρταετός επιφάνειας 120m Olympus OM 1-3m 2 Αναγνώριση του χώρου και χαρτογράφηση Αναγνώριση του χώρου και χαρτογράφηση Αναγνώριση του χώρου και χαρτογράφηση Αναγνώριση του χώρου και χαρτογράφηση Αναγνώριση του χώρου και χαρτογράφηση Αναγνώριση του χώρου και χαρτογράφηση Αναγνώριση του χώρου και χαρτογράφηση Αρχαιολογική Έρευνα (Verhoeven, 2009) (Verhoeven, 2009) (Verhoeven, 2009) (Verhoeven, 2009) (Verhoeven, 2009) (Verhoeven, 2009) (Verhoeven, 2009) (Verhoeven, 2009)

32 A/A Πλατφόρμα Εξάρτησης Χαρακτηριστικά Ύψος Πτήσης (m) Τύπος Μηχανής Λήψης Μέγεθος φακού (MP) Εφαρμογή Πηγή 33 Χαρταετός (Kite) - Olympus C3030Z 3.3MP Αναγνώριση του χώρου (Verhoeven, 2009) 34 Χαρταετός (Kite) - 180m Αναγνώριση του χώρου (Verhoeven, 2009) 35 Χαρταετός (Kite) - 150m Olympus D MP Αναγνώριση του χώρου και χαρτογράφηση (Verhoeven, 2009) 36 Χαρταετός (Kite) - 900m Yashica108 MP Αναλογική Αναγνώριση του χώρου και χαρτογράφηση (Verhoeven, 2009) 37 Remote Control ελικόπτερο (UAV) - 50m Nikon D200 Αναλογική: 20 mm Tρισδιάστατη α- νακατασκευή του θόλου του καθεδρικού ναού στο Μιλάνο-Ιταλία (Scaioni, Barazzetti, Brumana, Cuca, Fassi, & Prandi, 2010) 38 UAV ελικόπτερο Microdrone MD m Nikon SRl 12 MP Αρχαιολογική Έρευνα (Remondino, Barazzetti, Nex, Scaioni, & Sarazzi, 2011) 39 UAV ελικόπτερο UAV Quanta- H UAV Quanta- G 20m - Πολυφασματική κάμερα MCA-6 & Θερμική φωτογραφική μηχανή Thermovision A40M Εφαρμογή τηλεπισκόπησης σε βλάστηση με τη χρήση πλατφόρμας UAV και πολυφασματικών αισθητήρων (Berni, Zarco- Tejada, Suárez, González- Dugo, & Fereres, 2008)

33 A/A Πλατφόρμα Εξάρτησης Remote Control ελικόπτερο (UAV) UAV ελικόπτερο UAV ελικόπτερο Χαρακτηριστικά Ύψος Πτήσης (m) Piper J-3 - Fixed-Wing aircraft Schiebel s Camcopter S- 100 Τύπος Μηχανής Λήψης Camera Panasonic SV-AV 100 & IR thermal camera 320Km Pentax 12.1MP 200m Samsung Galaxy S & Samsung Galaxy S2 XMV-16M & GD Μέγεθος φακού (MP) Εφαρμογή Πηγή Remote Control αεροσκάφος Τηλεκατευθυνόμενο μοντέλο αεροσκάφους, ως πλατφόρμα εξάρτησης αισθητήρα, για την απόκτηση δεδομένων χρήσιμων στην πολεοδομία Χρήση UAV για την προστασία του περιβάλλοντος, έλεγχος πλημμύρων Έξυπνα κινητά τηλέφωνα (smartphones) ως αισθητήρες σε μη επανδρωμένα ε- ναέρια οχήματα (UAVs) Αντιμετώπιση καταστάσεων έκτακτης ανάγκης (Hansen & Thonnessen, 2005) (Ajibola & Mansor, 2013) (Jinsoo, Seongkyu, Hoyong, Dongju, Soyoung, & Chuluong, 2013) (Kyoungah & Impyeong, 2011)

34 A/A Πλατφόρμα Εξάρτησης Χαρακτηριστικά Ύψος Πτήσης (m) Τύπος Μηχανής Λήψης Μέγεθος φακού (MP) Εφαρμογή Πηγή 44 Remote Control ελικόπτερο (UAV) FREYA EVO 90grade 200m - - Διαχείριση υφιστάμενων κλίσεων οδικού δικτύου (Ho Sik, Cha Kyum, Jong Chool, Young Dae, & Hyun Woo, 2008)

35 1.4 Παραδείγματα εφαρμογών στην πολεοδομία και στο περιβάλλον Σύστημα αεροφωτογράφισης με μπαλόνι ηλίου - ένα εργαλείο για την αστική και περιαστική διαχείριση της γης - η περίπτωση της Καμπότζη (Mund, Symann, & Seang, 2005). Παρόλο που η Καμπότζη εξακολουθεί να είναι κατά κύριο λόγο μία αγροτική χώρα, τα τελευταία χρόνια, παρατηρείται μία τάση αστικοποίησης που εξελίσσεται ραγδαία (ετήσια αύξηση αστικού πληθυσμού ίση με 8.4% - από τα υψηλότερα ποσοστά στον κόσμο). Την δεκαετία του 1970, λόγω των πολιτικών αναταραχών και του πολέμου που είχαν προηγηθεί, η ιδιωτική ιδιοκτησία γης είχε απαγορευτεί, οι πόλεις άδειασαν και οι άνθρωποι ζούσαν σε κοινότητες, σε α- γροτικές περιοχές. Σήμερα, η κλιμάκωση της αύξησης του αστικού πληθυσμού, κάνει επιτακτική την ανάγκη κάλυψης των αναγκών και των ελλείψεων σε α- στικές υποδομές μέσα από τον αποτελεσματικό σχεδιασμό και την οργάνωση των αστικών περιοχών. Ιστορικά, ο σχεδιασμός στην Καμπότζη, πραγματοποιείται σε εθνικό επίπεδο μέσω ρυθμιστικών σχεδίων, τα οποία στη συνέχεια, εκδίδονται σε τοπικό επίπεδο για την περαιτέρω εφαρμογή και υλοποίηση τους. Ο από πάνω προς τα κάτω σχεδιασμός σε αυτή την περίπτωση, δεν είναι από μόνος του ικανός, να ανταποκριθεί επαρκώς στην ταχεία ανάπτυξη των αστικών κέντρων. Κατά συνέπεια, νέες ιδέες και κατάλληλα εργαλεία, θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν για την υποστήριξη του χωροταξικού σχεδιασμού σε τοπικό επίπεδο. Η στήριξη των αποκεντρωμένων προσπαθειών, προαπαιτεί πόρους και κατάλληλες τεχνικές. Η τεχνική της αεροφωτογράφισης από μπαλόνι, είναι ένα οικονομικό μέσο που μπορεί να καλύψει τις ανάγκες του σχεδιασμού σε τοπικό επίπεδο. Στόχος είναι, η λήψη πρόσφατων αεροφωτογραφιών υψηλής χωρικής ανάλυσης, καθώς ορθοφωτοχάρτες των περιοχών δεν είναι διαθέσιμοι και η απόκτηση δορυφορικών εικόνων υψηλής ανάλυσης είναι οικονομικά ανέφικτη. Το σύστημα που αναπτύχθηκε για την παραγωγή υψηλής ανάλυσης έγχρωμων αεροφωτογραφιών των περιοχών σχεδιασμού, αποτελείται από δύο μέρη. Το πρώτο μέρος, αφορά ένα μπαλόνι από πολυαιθυλένιο διαμέτρου 2.5m (Εικόνα 24), το οποίο είναι εξαρτημένο από το έδαφος και ελέγχεται μέσω έξι σχοινιών. Το αέριο πλήρωσης, μπορεί να είναι είτε υδρογόνο είτε ήλιο, εξαιτίας όμως του κόστους του ηλίου στην περιοχή, χρησιμοποιήθηκε υδρογόνο. Το δεύτερο μέρος, αποτελείται από μία μη βαθμονομημένη ψηφιακή φωτογραφική μηχανή Olympus C70, 7 Megapixel. Η φωτογραφική μηχανή, βρίσκεται στερεωμένη σε μία ε- λαφριά πλαστική θήκη (Εικόνα 25) που προσδένεται στο μπαλόνι, μαζί με το τηλεχειριστήριο υπερύθρων και τον δέκτη GPS. Η ενεργοποίηση της κάμερας, γίνεται από ένα ειδικό ηλεκτρονικό ρολόι και έχει οριστεί να λαμβάνει εικόνες κάθε 10 δευτερόλεπτα και να συγχρονίζονται με το GPS. Η λειτουργία αυτή, έχει ως αποτέλεσμα οι εικόνες που λαμβάνονται να έχουν ανάλυση 5-10cm. Το ύψος

36 πτήσης, υπολογίζεται πως κυμαίνεται μεταξύ 50m-400m. Ως μειονεκτήματα, σημειώνονται η έλλειψη σταθερότητας της πλατφόρμας, όταν η ταχύτητα του ανέμου ξεπερνάει τα 3m/sec, καθώς και ο κίνδυνος ανάφλεξης του υδρογόνου. Εικόνα 24: Πλήρωση μπαλονιού με αέριο υ- δρογόνο. Εικόνα 25: Πλαστική Θήκη/Θέση φωτογραφικής μηχανής & GPS. Ψηφιακές γεω-αναφερμένες εικόνες της πόλης Μπαταμπάνγκ, της Βορειοδυτικής Καμπότζης, έχουν ήδη παραχθεί, για να χρησιμοποιηθούν στον πολεοδομικό σχεδιασμό της πόλης. Το 2004 και το 2006, το σύστημα μπαλονιού που περιγράφτηκε, χρησιμοποιήθηκε για τη λήψη εναέριων εικόνων ανάλυσης 40cm και 10cm, για σκοπούς πολεοδομικού σχεδιασμού, περιφερειακής ανάπτυξης καθώς και για την ανίχνευση αλλαγών στο αστικό περιβάλλον όσον αφορά, τη στέγαση και τη λήψη μέτρων για την άναρχη δόμηση (Εικόνα 29). Επίσης, μία άλλη ε- φαρμογή του συστήματος, είχε στόχο τη λήψη εικόνων κλίμακας 1: :15.000, απομακρυσμένων αγροτικών περιοχών, με υποβαθμισμένη δασική βλάστηση (Εικόνα 26, Εικόνα 27). Το θέμα αφορούσε, την εποχιακή ανίχνευση των αλλαγών, σε διάστημα πέντε ετών. Τέλος, η έρευνα έδειξε ότι από τις πιο πλεονεκτικές εφαρμογές της μεθόδου αυτής, είναι η παραγωγή χαρτών και σχεδίων για έργα μεσαίας κλίμακας όπως η κατασκευή γεφυρών, οδικών, υδραυλικών και αρδευτικών έργων, στις πεδινές περιοχές της Καμπότζης (Εικόνα 28). Εικόνα 26: Περιοχή αγοράς της πόλης Μπαταμπάνγκ της Βορειοδυτικής Καμπότζης σε κλίμακα 1: Εικόνα 27: Δασική Περιοχή.

37 Εικόνα 28: Έργα Υποδομής. Εικόνα 29: Μωσαϊκό από αεροφωτογραφίες που έχουν ληφθεί από μπαλόνι, απεικονίζουν την α- στική και περιαστική περιοχή της πόλης Μπαταμπάνγκ της Βορειοδυτικής Καμπότζης.

38 1.4.2 Τηλεκατευθυνόμενο μοντέλο αεροσκάφους, ως πλατφόρμα εξάρτησης αισθητήρα, για την απόκτηση δεδομένων χρήσιμων στην πολεοδομία (Hansen & Thonnessen, 2005). Η επεξεργασία εικόνων, για τη δημιουργία μοντέλων πόλεων, με υψηλό επίπεδο λεπτομέρειας, είναι πολύ σημαντική στον κλάδο της πολεοδομίας. Υπάρχουν διάφοροι τύποι πλατφόρμων εξάρτησης αισθητήρων, για την απόκτηση εικόνων ενός αστικού τοπίου. Τα πιο συνηθισμένα συστήματα, είναι τα αεροπλάνα και οι δορυφόροι. Η αγορά όμως τέτοιου είδους δεδομένων, με υψηλή ανάλυση (της τάξης των 10cm), που να παρέχουν κάλυψη μιας πόλης και να είναι και πρόσφατα, κοστίζει αρκετά. Η συγκεκριμένη έρευνα, επικεντρώνεται στην κατασκευή ενός συστήματος ε- ξάρτησης αισθητήρα, που θα πλοηγείται σε αστικά περιβάλλοντα, θα καταγράφει την εικόνα και από τα δεδομένα που θα συλλέγονται θα είναι δυνατή η παραγωγή ορθοφωτοχαρτών πόλεων, οποιαδήποτε στιγμή, με κόστος χαμηλότερο σε σχέση με την αγορά δεδομένων που έχουν ληφθεί από αεροπλάνο ή δορυφόρο. Για το σκοπό αυτό, αναπτύχθηκε αεροσκάφος (Piper J-3), κατασκευασμένο από ξύλο, με άνοιγμα φτερών μήκους 2m (Εικόνα 30). Ο φωτογραφικός εξοπλισμός, δύναται να τοποθετείται στο εσωτερικό του αεροσκάφους και έτσι προφυλάσσεται από τυχόν βλάβες σε περίπτωση σύγκρουσης. Εικόνα 30: Piper J-3. Τα χαρακτηριστικά του, παρουσιάζονται στον Πίνακα 8 που ακολουθεί. Πίνακας 8: Χαρακτηριστικά Piper J-3 Χαρακτηριστικά τηλεκατευθυνόμενου αεροσκάφους Piper J-3 Άνοιγμα φτερών 2m Μήκος 1.3m Βάρος 1.8kg Ηλεκτρικός Κινητήρας 700W Διάρκεια πτήσης 15 επτά Για την απόκτηση των δεδομένων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν δύο τεχνικές. Η πρώτη, αφορά την εγγραφή βίντεο κατά τη διάρκεια της πτήσης και τη μετάδο-

39 ση του απευθείας σε σταθμό στο έδαφος. Ο αισθητήρας που δοκιμάστηκε είναι η Camera Panasonic SV-AV 100 (Πίνακας 9). Πίνακας 9: Camera Panasonic SV-AV 100 Μέγεθος mm 3 Βάρος Αισθητήρας Μνήμη 185 g 1/600 CCD, mm 512MB Η δεύτερη τεχνική, αφορά τη χρήση μίας μικρής θερμικής κάμερας (Εικόνα 31), τα δεδομένα που θα συλλέγονται από την οποία, μπορούν να χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό απωλειών θερμότητας σε κτίρια που δεν είναι σωστά μονωμένα ή για την παρακολούθηση της αστικής δραστηριότητας. Εικόνα 31: IR thermal camera. Από την πρώτη δοκιμή που πραγματοποιήθηκε, παρήχθησαν τα παρακάτω α- ποτελέσματα (Εικόνα 32,Εικόνα 33) :

40 Εικόνα 32: Τροχιά πτήσης που έχει ανακτηθεί από το βίντεο. Εικόνα 33: Ψηφιδωτό που δημιουργήθηκε από την προβολή της ακολουθίας εικόνων πάνω στο έδαφος.

41 1.4.3 Χρήση UAV για την προστασία του περιβάλλοντος έλεγχος των πλημμύρων (Ajibola & Mansor, 2013). Τα UAV (Unmanned Aerial Vehicles Μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα), αποτελούν μία τεχνολογία που παρέχει εναλλακτικές και πρακτικές λύσεις για την εναέρια χαρτογράφηση, υψηλής ανάλυσης. Η συγκεκριμένη έρευνα, επικεντρώνεται στη χρήση UAV, ως μεθόδου συλλογής δεδομένων (αεροφωτογραφίες), μίας περιοχής που πλήττεται από πλημμύρες, με στόχο τη δημιουργία ενός τοπογραφικού χάρτη, για τον έλεγχο τους. Ο έλεγχος των πλημμύρων, είναι αναγκαίος για την προστασία του περιβάλλοντος, την προώθηση της αειφορίας καθώς και για τη λήψη των απαραίτητων μέτρων ώστε να περιοριστούν οι αρνητικές συνέπειες του φαινομένου αυτού. Ο επαρκής έλεγχος των πλημμύρων, μπορεί να είναι βραχυπρόθεσμος ή μακροπρόθεσμος και επικεντρώνεται σε τρεις βασικούς παράγοντες, στη φύση των πλημμύρων, στην έκταση των ζημιών και στις τοπικές συνθήκες. Η παρούσα εφαρμογή, για τη συλλογή των απαραίτητων δεδομένων, κάνει χρήση ενός τηλεκατευθυνόμενου ελικοπτέρου μικρού μεγέθους (Εικόνα 34, Εικόνα 35). Εικόνα 34: Fixed-Wing aircraft. Εικόνα 35: Σταθμός εδάφους. Οι εικόνες λήφθηκαν τον Οκτώβριο του 2012, με την ψηφιακή φωτογραφική μηχανή Pentax 12.1MP (Εικόνα 36). Το ελικόπτερο πέταξε σε ύψος 320Km, με ταχύτητα 60km/h και οι αεροφωτογραφίες είχαν επικάλυψη 60%. Εικόνα 36: Ψηφιακή φωτογραφική μηχανή Pentax 12.1MP. Από την ψηφιακή επεξεργασία των εικόνων, παρήχθησαν τα παρακάτω προϊόντα (Εικόνα 37,Εικόνα 38,Εικόνα 39):

42 Εικόνα 37: Υψομετρικός χάρτης. Εικόνα 38: Ψηφιακό μοντέλο εδάφους. Εικόνα 39: Μωσαϊκό περιοχής μλέτης Τα προϊόντα αυτά, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αφενός, για τη μελέτη των κινδύνων πριν την επέλευση της πλημμύρας και αφετέρου, για την εξέταση και την ποιοτική ανάλυση μεταγενέστερων επιπτώσεων όπως για παράδειγμα των κατολισθήσεων. Μάλιστα, οι πληροφορίες που δίνει ο υψομετρικός χάρτης, είναι χρήσιμες για την καταγραφή των ομαλών πλαγιών που κινδυνεύουν με καταστροφές από την αύξηση της στάθμης των υδάτων. Ως εκ τούτου, οι μηχανικοί, με αυτή τη μέθοδο, μπορούν να συλλέξουν πληροφορίες για την πραγματοποίηση αντιπλημμυρικών μελετών και έργων με απώτερο σκοπό την προστασία του περιβάλλοντος.

43 1.4.4 Έξυπνα κινητά τηλέφωνα (smartphones) ως αισθητήρες σε μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (UAVs) εφαρμογή σε σχεδιασμό πόλης (Jinsoo, Seongkyu, Hoyong, Dongju, Soyoung, & Chuluong, 2013). Οι εξελίξεις στον τομέα της τεχνολογίας, καθιστούν δυνατό τον εξοπλισμό των UAV συστημάτων, με πληθώρα εικονοληπτικών αισθητήρων, για την παροχή εικόνων υψηλής ποιότητας. Τα έξυπνα κινητά τηλέφωνα, γνωστά ως smartphones, είναι από τα τελευταία επιτεύγματα στον τομέα της τεχνολογίας της κινητής τηλεφωνίας. Αφενός, παρέχουν 3G κάλυψη, σε οποιοδήποτε χρόνο και τόπο και αφετέρου, διαθέτουν ενσωματωμένες κάμερες, που παρέχουν σχετικά υψηλής ανάλυσης εικόνες, αλλά και ποικιλία MEMS (Micro-Electro- Mechanical Systems) αισθητήρων, όπως για παράδειγμα GPS, επιταχυνσιόμετρο και μαγνητόμετρο (αισθητήρας που παρέχει πληροφορίες τοποθεσίας στα αεροσκάφη). Ως εκ τούτου, τα δεδομένα που συνήθως παρέχονται σε ένα σύστημα UAV, από τη φωτογραφική μηχανή με την οποία είναι εξοπλισμένο, μπορούν να ληφθούν, αντίστοιχα, από ένα smartphone. Επίσης, ένα ελαφρύ smartphone, μπορεί να προσδεθεί σε οποιοδήποτε σύστημα UAV, χωρίς να υπάρχει κίνδυνος να υπερβεί το ωφέλιμο φορτίο που δύναται να σηκώσει το σύστημα. Κάτι τέτοιο δεν ισχύει στην περίπτωση των συνήθων φωτογραφικών εξοπλισμών. Επιπλέον, τα smartphones, διαθέτουν λειτουργίες όπως Internet, αποστολή και γραπτών μηνυμάτων (sms & mms), στοιχεία που μπορούν να αξιοποιηθούν κατά την πτήση ενός UAV συστήματος και να παρέχουν πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο. Το ενδιαφέρον της συγκεκριμένης μελέτης λοιπόν, επικεντρώνεται στην αξιολόγηση της σκοπιμότητας της χρήσης έξυπνων κινητών ως αισθητήρες σε συστήματα UAV. Για το λόγο αυτό, αναπτύχθηκε ένα σύστημα UAV που εκμεταλλεύεται τις δυνατότητες συνεχούς επικοινωνίας ενός 3G περιβάλλοντος, που παρέχει ένα smartphone και αποκτά πληροφορίες για τη θέση των δεδομένων, μέσω των ενσωματωμένων αισθητήρων του κινητού, χωρίς να απαιτείται άλλες συσκευές να εξασφαλίσουν την επικοινωνία με το σύστημα στον αέρα. Το σύστημα που αναπτύχθηκε αποτελείται από τρία μέρη: i. ένα UAV σύστημα αεροφωτογράφισης, ii. ένα σύστημα παρακολούθησης πεδίου iii. και ένα σύστημα διαχείρισης/παρακολούθησης του UAV. Το UAV σύστημα αεροφωτογράφισης, αποτελείται από ένα μη επανδρωμένο η- λεκτρικό ανεμόπτερο σταθερών πτερυγίων, τύπου MultiplexCularis ARF102.75, από smartphone λογισμικού Android, εγκατεστημένο στο UAV (ένα Samsung Galaxy S και 2 Samsung Galaxy S2) καθώς και από ένα Bluetooth GPS (Ascen, GPS 742). Το Galaxy S υποστηρίζει 1-GHz επεξεργαστή, 512 MB εσωτερική RAM, 16 GB διαθέσιμο χώρο αποθήκευσης, GSM τεχνολογία δικτύου, καθώς και Wi-Fi. Επιπλέον, έχει ενσωματωμένη κάμερα υψηλής ανάλυσης, GPS, ένα ε- πιταχυνσιόμετρο (K3DH) και ένα μαγνητόμετρο (AK8975). Το Galaxy S2 υπο-

44 στηρίζει 1.2-GHz επεξεργαστή και 1024 MB εσωτερική μνήμη RAM, έχει καλύτερη ανάλυση κάμερας από το Galaxy S, και έχει ένα επιπλέον ενσωματωμένο γυροσκόπιο (K3G). Το Bluetooth GPS είναι μια πρόσθετη συσκευή για τη λήψη πληροφοριών θέσης για το UAV, σε περίπτωση που το GPS του smartphone είναι ασταθές. Το σύστημα παρακολούθησης πεδίου, αποτελείται από το smartphone, που είναι ενσωματωμένο στο UAV, από ένα ακόμη smartphone, για να επικοινωνεί με το διακομιστή της βάσης δεδομένων και από τον φορητό υπολογιστή. Το σύστημα διαχείρισης/παρακολούθησης του UAV, αποτελείται από ένα web server, ένα διακομιστή βάσης δεδομένων, και ένα αρχείο βάσης δεδομένων (Εικόνα 40). Εικόνα 40: Τα τρία μέρη που συμβάλλουν στη λειτουργία του συστήματος. Το smartphone που χρησιμοποιείται στο σύστημα, διαθέτει ενσωματωμένη ε- φαρμογή, που κάνει αυτόματα λήψη των εικόνων. Αυτή η εφαρμογή, επιτρέπει την αυτόματη λήψη των εικόνων της περιοχής στόχου, εντός των ορίων του γεωγραφικού πλάτους, μήκους και της ακτίνας που καθορίζονται από το χρήστη. Ωστόσο, επειδή το σύστημα δεν περιλαμβάνει πλοήγηση ή αυτόνομη πτήση, οι πτήσεις πραγματοποιούνται με χειροκίνητο έλεγχο (JRPropo PCM 9X ΙΙ-72 ΜΗζ, Εικόνα 40). Καθώς το smartphone είναι εγκατεστημένο στο κάτω μέρος της πτέρυγας του αεροσκάφους, η λειτουργία GPS μπορεί να είναι ασταθής. Έτσι, το σύστημα έχει σχεδιαστεί να συλλέγει τις ελλείπεις πληροφορίες για τη θέση, μέσω ενός ξεχωριστού δέκτη GPS ικανού να αποκαταστήσει την επικοινωνία με Bluetooth. Η εφαρμογή αυτόματης λήψης εικόνων, αποτελείται από τη διαδικασία λήψηςεικόνας και τη διαδικασία αποστολής-εικόνας (Εικόνα 41). Κατά τη διαδικασία λήψης-εικόνας, καταγράφονται η 3D θέση από το GPS και τα δεδομένα θέσης από κάθε αισθητήρα (μαγνητόμετρο, γυροσκόπιο, επιταχυνσιόμετρο). Κατά τη διαδικασία αποστολής-εικόνας, λαμβάνονται οι πληροφορίες θέσης από το GPS

45 του smartphone ή από το Bluetooth GPS και εξακριβώνεται αν το UAV είναι στη σωστή θέση λήψης. Όταν εντοπιστεί η σωστή θέση, ξεκινά η διαδικασία λήψης των εικόνων και αποστέλλεται το γεωγραφικό πλάτος, μήκος και ύψος στον web server του συστήματος διαχείρισης/παρακολούθησης του UAV. Έπειτα, επαληθεύεται εάν το UAV εξακολουθεί να είναι εντός της επιθυμητής περιοχής. Αν ναι, συνεχίζει να λαμβάνει εικόνες, αν όχι σταματά. Το σύστημα, είναι σχεδιασμένο για να ελέγχεται εξ αποστάσεως, μέσω SMS που αποστέλλεται από το σύστημα παρακολούθησης (Εικόνα 41). Εικόνα 41: Διάγραμμα ροής δεδομένων και επικοινωνίας. Στα πλαίσια της έρευνας, πραγματοποιήθηκαν δύο πειράματα, ένα στατικό για την αξιολόγηση της λειτουργίας του συστήματος και της ποιότητας των εικόνων που λαμβάνονται και ένα δυναμικό. Το δυναμικό πείραμα, διεξήχθη στην περιοχή Yangsan Gyeongsangnam-do της Νότιας Κορέας, όπου ένα τμήμα της πόλης, (περίπου m 2 ) είναι υπό σχεδιασμό (Εικόνα 42). Δεδομένου ότι η περιοχή χαρακτηρίζεται από μεγάλες τοπογραφικές διακυμάνσεις, ήταν μια κατάλληλη επιλογή για την αξιολόγηση ενός ψηφιακού μοντέλου εδάφους, παραγόμενο από εικόνες που θα έχουν ληφθεί μέσω του νέου συστήματος. Εικόνα 42: Περιοχή Yangsan Gyeongsangnam-do της Νότιας Κορέας (με πράσινο το τμήμα της πόλης που είναι υπό σχεδιασμό.

46 Για την αποτύπωση της εν λόγω περιοχής, πραγματοποιήθηκαν δύο διαφορετικές πτήσεις. Μία χρησιμοποιώντας συσκευή ελαχιστοποίησης των κραδασμών και μία χωρίς αυτή τη συσκευή. Το ύψος πτήσης και στις δύο περιπτώσεις κυμάνθηκε στα m. Στην Εικόνα 43, παρουσιάζονται εικόνες όπως λήφθηκαν όταν χρησιμοποιήθηκε η συσκευή ελαχιστοποίησης των κραδασμών (a), καθώς και όταν δεν χρησιμοποιήθηκε (b). Εικόνα 43: Παράδειγμα εικόνων που λήφθηκαν με σύστημα ελαχιστοποίησης κραδασμών (a) και χωρίς αυτό (b). Έπειτα από την επεξεργασία των φωτογραφιών με κατάλληλες φωτογραμμετρικές μεθόδους, παρήχθησαν το ψηφιακό μοντέλο εδάφους της περιοχής μελέτης (Εικόνα 44) καθώς και ορθοανοιγμένες εικόνες (Εικόνα 45). Εικόνα 44: Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους. Εικόνα 45: Ορθοανηγμένες εικόνες.

47

48 2 Ανάπτυξη χαμηλού κόστους τηλεκατευθυνόμενου συστήματος λήψης εικόνων 2.1 Εισαγωγή 2.2 Καθορισμός και ανάλυση των απαιτήσεων 2.3 Έρευνα Αγοράς 2.4 Χαρακτηριστικά, σχεδιασμός, κατασκευή και προσαρμογή εξοπλισμού 2.5 Φόρτιση συστήματος 2.6 Μεταφορά και αποθήκευση

49 2 Ανάπτυξη χαμηλού κόστους τηλεκατευθυνόμενου συστήματος λήψης εικόνων. 2.1 Εισαγωγή Οι τηλεπισκοπικές εικόνες (αεροφωτογραφίες & δορυφορικές), αποτελούν μία αποτελεσματική μέθοδο, για την παρακολούθηση φαινομένων, την πραγματοποίηση χωρικών συγκρίσεων, καθώς και την απόκτηση ψηφιακών δεδομένων που παρέχουν μετρητική και θεματική πληροφορία. Υπάρχουν ωστόσο, μια σειρά από παράγοντες που μπορούν να περιορίσουν τη χρήση τους. Ο πιο σημαντικός από αυτούς είναι το κόστος. Η λήψη εικόνων από αεροπλάνα ή δορυφόρους κοστίζει, ειδικότερα όταν απαιτείται απόκτηση δεδομένων ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Η ευελιξία πλοήγησης και ο βαθμός ευκολίας χειρισμού ενός εικονοληπτικού συστήματος, είναι άλλοι δύο παράγοντες που μπορούν να λειτουργήσουν ανασταλτικά όσον αφορά τη χρήση τέτοιων συστημάτων. Για παράδειγμα, η λήψη εικόνων από μικρότερα συστήματα, όπως τα τηλεκατευθυνόμενα μη επανδρωμένα οχήματα (UAV), απαιτεί ειδικές γνώσεις χειρισμού μοντελισμού που δεν διαθέτει ο κάθε ενδιαφερόμενος. Στόχος λοιπόν, της παρούσας έρευνας είναι ο σχεδιασμός, η ανάπτυξη, η λειτουργία και η αξιολόγηση ενός χαμηλού κόστους, τηλεκατευθυνόμενου μη ε- πανδρωμένου συστήματος λήψης εικόνων, για τη μετρητική και θεματική τεκμηρίωση του χώρου, ώστε να είναι δυνατή η παραγωγή χωρικών δεδομένων υψηλής ποιότητας, οποιαδήποτε στιγμή, χωρίς να απαιτούνται ειδικές γνώσεις χειρισμού/πλοήγησης από τους χρήστες του, μειώνοντας παράλληλα το κόστος κατασκευής και λειτουργίας. 2.2 Καθορισμός και ανάλυση των απαιτήσεων Για την επιλογή του βέλτιστου εργαλείου, που θα ανταποκρίνεται στις προϋποθέσεις που τίθενται, κρίνεται αναγκαίος ο καθορισμός και η ανάλυση των απαιτήσεων της πλατφόρμας εξάρτησης του συστήματος, της βάσης εξάρτησης του εικονοληπτικού αισθητήρα, καθώς επίσης και του σταθμού εδάφους από τον οποίο θα πραγματοποιείται ο χειρισμός του. Πλατφόρμα εξάρτησης συστήματος Αρχικά, η πλατφόρμα εξάρτησης του συστήματος, επιλέγεται να είναι μορφής αερόστατου και συγκεκριμένα μπαλόνι ηλίου (helium balloon). Στη συνέχεια, καταγράφονται τα χαρακτηριστικά που απαιτείται αυτή να συγκεντρώνει. Για την εξασφάλιση μίας ικανοποιητικής κλίμακας αποτύπωσης, το μπαλόνι πρέπει κατά τη διάρκεια της πτήσης να φτάνει σε ύψος ανώτερο των 400 ποδιών (~120 μέτρα). Η ανυψωτική του ικανότητα πρέπει να είναι τουλάχιστο 3.5 Kgr, ώστε να μπορεί να φιλοξενήσει ποικίλους τύπους συστήματος αεροφωτο-

50 γράφισης (εικονοληπτικό σύστημα και απαραίτητοι μηχανισμοί ελέγχου). Επίσης, για την πλοήγηση του συστήματος, χρειάζεται να υπάρχει ηλεκτροκινητήρας ή σύστημα GPS, που θα μπορεί να εξασφαλίσει την πλεύση του συστήματος και παράλληλα θα διευκολύνει τον εντοπισμό και το κεντράρισμα του στόχου. Απαραίτητο στοιχείο, είναι η ύπαρξη μηχανισμού ασφαλείας για την αναγκαστική προσγείωση σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Επιπλέον, κατά την επιλογή της κατάλληλης πλατφόρμας πρέπει να εκτιμηθούν αφενός, ο τρόπος αποθήκευσης και αφετέρου, ο τρόπος μεταφοράς της. Όσον αφορά την πλήρωση του μπαλονιού με ήλιο, είναι δυνατό να πραγματοποιείται με φιάλες ηλίου, οι οποίες όμως θα έχουν μικρό μέγεθος και θα εξασφαλίζεται η ασφαλής μεταφορά τους. Βάση εξάρτησης εικονοληπτικού αισθητήρα Η βάση εξάρτησης του εικονοληπτικού αισθητήρα είναι το εργαλείο το οποίο συγκρατεί τον φωτογραφικό εξοπλισμό και διαθέτει τους απαραίτητους μηχανισμούς για τον χειρισμό του και τη λήψη των δεδομένων. Θα πρέπει να είναι διαμορφωμένη με τέτοιο τρόπο, ώστε να δύναται να φιλοξενεί διαφορετικού τύπου φωτογραφικές μηχανές καθώς και πρόσθετα οπτικά συστήματα. Επίσης, είναι αναγκαίο να έχει ενσωματωμένους μηχανισμούς για περιστροφή στον οριζόντιο και στον κατακόρυφο άξονα (με δυνατότητα κλειδώματος στην κατακόρυφη θέση), μηχανισμό για τη ρύθμιση της εστίασης (ζουμ) του αισθητήρα για τη λήψη των φωτογραφιών, μικροκάμερα (με πομπό) προσαρμοσμένη στο προσοφθάλμιο του αισθητήρα η οποία θα μεταδίδει την εικόνα κατά τη διάρκεια της πτήσης από την οθόνη της ψηφιακής μηχανής, στην οθόνη του σταθμού εδάφους (με δέκτη), σταθεροποιητές για την αποφυγή των κραδασμών εξαιτίας της ελαφριάς κατασκευής, του ύψους πτήσης και ενίοτε της έντασης του ανέμου. Για την εξασφάλιση μεγάλης διάρκειας πτήσης απαραίτητη είναι η αυτονομία στη μπαταρία όλων των συστημάτων της βάσης καθώς και η δυνατότητα φόρτισης τους στο πεδίο. Επιπλέον, το βάρος της βάσης εξάρτησης μαζί με το βάρος του εικονοληπτικού αισθητήρα, δεν θα πρέπει να ξεπερνάει το βάρος που είναι ικανή να σηκώσει η πλατφόρμα εξάρτησης. Απώτερος σκοπός, είναι η ελαχιστοποίηση του βάρους της βάσης εξάρτησης στο μικρότερο δυνατό, ώστε να αυξηθεί το βάρος που μπορεί να καλυφθεί από τον αισθητήρα και επομένως να μπορούν να προσδεθούν διαφορετικού μεγέθους μηχανές λήψης (SLR, DSLR, μηχανές μαγνητοσκόπησης, σαρωτής λέιζερ, θερμικές κάμερες κ.α.). Σταθμός εδάφους και επίγειος δέκτης Ο τηλεχειρισμός του συστήματος αεροφωτογράφισης μπορεί να πραγματοποιείται μέσω σταθμού που θα βρίσκεται στο έδαφος. Ο σταθμός εδάφους θα πρέπει να διαθέτει όλες εκείνες τις λειτουργίες που θα επιτρέπουν τον ασύρματο χειρισμό, αφενός των μηχανισμών της βάσης εξάρτησης του εικονοληπτικού αισθητήρα (ώστε να δίνονται οι κατάλληλες εντολές στο σύστημα, για τη βέλτιστη δυνατή συλλογή των δεδομένων) και αφετέρου της πλατφόρμας εξάρτησης σε περίπτωση που αυτή θα διαθέτει μηχανισμό πλοήγησης ή βαλβίδα εκκένωσης.

51 Για την ορθή λήψη των αεροφωτογραφιών, είναι αναγκαία η μετάδοση της εικόνας κάθε στιγμή από την ψηφιακή μηχανή στην οθόνη του σταθμού εδάφους. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την τοποθέτηση κατάλληλου δέκτη στο σταθμό εδάφους, ο οποίος θα λαμβάνει το σήμα από τον πομπό της μικροκάμερας και θα το μεταφράζει σε εικόνα στην οθόνη των χειριστών του εδάφους. Πολύ σημαντικό στοιχείο επίσης είναι, η κατάλληλη αποθήκευση του σταθμού ώστε να προφυλάσσεται και να μεταφέρεται εύκολα. 2.3 Έρευνα αγοράς Προκειμένου να κατασκευαστεί το τηλεκατευθυνόμενο σύστημα αεροφωτογράφισης, το οποίο θα ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις που καταγράφηκαν στην προηγούμενη ενότητα, πραγματοποιήθηκε έρευνα σε κατασκευαστές μη επανδρωμένων συστημάτων αεροφωτογράφισης τόσο στην Ελλάδα όσο και στο εξωτερικό. 1 Πλατφόρμα εξάρτησης συστήματος (μπαλόνι ηλίου) Στα πλαίσια επιλογής της πλατφόρμας εξάρτησης που θα πληροί τις παραπάνω προϋποθέσεις, η έρευνα κατέληξε στις εξής προτεινόμενες: Ballon carrier (URL28) : Kατασκευάζεται στη Σερβία από την εταιρεία Aero Drum Ltd και έχει τα εξής βασικά χαρακτηριστικά (Πίνακας 10): Ballon carrier Μπαλόνι από πολυουρεθάνιο, με ελάχιστη απώλεια ηλίου Μέγεθος: Αντοχή θερμοκρασίας: 3x3x2m ελλειψοειδές (όγκου 10 m 3 ) από -15 έως 75 Κελσίου Πίνακας 10: Χαρακτηριστικά Ballon carrier Τρόπος πλήρωσης / αναπλήρωση : βαλβίδα Κόστος: 500 Εικόνα 46: Ballon carrier (URL 28).

52 KingFisher Wind Capable Aerostat (URL29): Kατασκευάζεται από την ε- ταιρεία Aerial Products που εδρεύει στην Αμερική και έχει τα εξής βασικά χαρακτηριστικά (Πίνακας 11, Εικόνα 47): Πίνακας 11: Χαρακτηριστικά KingFisher Wind Capable Aerostat KingFisher Wind Capable Aerostat Σχήμα σφαιροειδές Υψηλή σταθερότητα σε ισχυρούς ανέμους Κατασκευασμένο από μαλακό και εύκαμπτο υλικό Κόστος: ~500 Εικόνα 47: KingFisher Wind Capable Aerostat (URL 29). Balloon 210 (URL30): Πρόκειται για προϊόν της εταιρείας KAPshop με τα εξής χαρακτηριστικά (Πίνακας 12, Εικόνα 48): Πίνακας 12: Χαρακτηριστικά Balloon 210 Balloon 210 Σχήμα σφαιροειδές Υλικό πλήρωσης το ήλιο Χωρητικότητα 5m 3 Κατασκευασμένο από πολυουρεθάνη Κόστος: 380 Εικόνα 48: Balloon 210 (URL 30). Βάση εξάρτησης εικονοληπτικού αισθητήρα Για την επιλογή της κατάλληλης βάσης εξάρτησης που θα συγκεντρώνει τα επιθυμητά χαρακτηριστικά, η έρευνα οδήγησε στα εξής: Βάση εξάρτησης που κατασκευάζεται στη Σερβία από την εταιρεία Aero Drum Ltd (URL28). H συγκεκριμένη εταιρεία, ανάλογα με το είδος του

53 αισθητήρα που πρόκειται να χρησιμοποιήσει το σύστημα, έχει σχεδιάσει δύο τύπους βάσης εξάρτησης. Ο πρώτος αφορά φωτογραφικές μηχανές τύπου DSLR, και ο δεύτερος φωτογραφικές μηχανές τύπου SLR. Και οι δύο διαθέτουν κοινά βασικά χαρακτηριστικά τα οποία είναι (Πίνακας 13): Πίνακας 13: Χαρακτηριστικά Aero Drum Ltd Ο σκελετός του συστήματος είναι κατασκευασμένος από αλουμίνιο Διαθέτει χειρισμούς Pan/Tilt/Zoom και διακόπτη για τη λήψη της φωτογραφίας (trigger) Περιστροφή 360 μοιρών στον οριζόντιο άξονα (Pan) και 120 μοιρών στον κάθετο (tilt) 4 σερβομηχανισμούς κατηγορίας Graupner ή Futaba 500 mw 12 V βίντεο αποστολέα Μηχανικό σταθεροποιητή για την προσαρμογή του φακού στον επιθυμητό άξονα 4 κανάλια RC δεκτών 1 χλμ εμβέλειας 1x Lithium Polymer 12 V 3200 mah μπαταρία (η μπαταρία έχει αυτονομία τουλάχιστον 2 ωρών πτήσης) Εύκολη αντικατάσταση της μπαταρίας Το σύστημα συνδέεται με το μπαλόνι με ένα μηχανισμό από αλουμίνιο τύπου T Μικροκάμερα στο προσοφθάλμιο της μηχανής για αποστολή της εικόνας στο έδαφος Κόστος: ~2.500 Βάση εξάρτησης που κατασκευάζεται από την εταιρεία Aerial Products (URL29) η οποία εδρεύει στην Αμερική. Η συγκεκριμένη εταιρεία κατασκευάζει δύο διαφορετικούς τύπους βάσεων μία για βιντεοκάμερα και μία για φωτογραφική μηχανή τα χαρακτηριστικά των οποίων παρουσιάζονται στον Πίνακα 14. Πίνακας 14: Χαρακτηριστικά προτεινόμενων βάσεων εξάρτησης από την Aerial Products Video Camcorder Balloon System (Αν το σύστημα προορίζεται για λήψεις με βιντεοκάμερα) Απεριόριστη περιστροφή στον οριζόντιο άξονα 100 μοίρες δυνατότητα περιστροφής στον κατακόρυφο άξονα RC πομπός ελέγχει την περιστροφή, το ζουμ και το μηχανισμό (trigger) για τη λήψη Σύνδεση με 7 έγχρωμη LCD οθόνη Camera Balloon Systems (Αν το σύστημα προορίζεται για λήψεις με DSLR φωτογραφικές μηχανές) Απεριόριστη περιστροφή στον οριζόντιο άξονα 100 μοίρες δυνατότητα περιστροφής στον κάθετο άξονα RC πομπός ελέγχει την περιστροφή, το ζουμ και το μηχανισμό (trigger) για τη λήψη Σύνδεση με 7 έγχρωμη LCD οθόνη Ελαφρύς σχεδιασμός Κόστος: ~4.700$ Κόστος: ~4.500$

54 Βάση εξάρτησης που κατασκευάζεται στη Γαλλία από την εταιρεία Phodia (URL 31) η οποία προτείνει τα μοντέλα βάσης εξάρτησης που καταγράφονται στον Πίνακα 15: Πίνακας 15: Χαρακτηριστικά S3D-Carbone & S3D-PRO S3D-Carbone Δυνατότητα να δεχτεί φωτογραφική μηχανή βάρους έως 1.2 kg Σκελετός κατασκευασμένος από φύλλο άνθρακα Δυνατότητα περιστροφής στον οριζόντιο άξονα 360 μοίρες προς 2 κατευθύνσεις Περιστροφή στον κάθετο άξονα έως 100 μοίρες Διαθέτει 2 μπαταρίες υψηλή χωρητικότητας Περιστροφή του ζουμ Σύστημα οπτικοποίησης των φωτογραφιών που ελήφθησαν Ελαστομερές Amortisseur Μηχανισμό (trigger) για τη λήψη των φωτογραφιών Βάρος βάσης (χωρίς την κάμερα) 800g S3D-PRO Δυνατότητα να δεχτεί φωτογραφική μηχανή βάρους έως 4 kg Σκελετός κατασκευασμένος από φύλλο άνθρακα Δυνατότητα περιστροφής στον οριζόντιο άξονα 360 μοίρες προς 2 κατευθύνσεις Περιστροφή στον κάθετο άξονα έως 100 μοίρες Διαθέτει 2 μπαταρίες υψηλή χωρητικότητας Περιστροφή του ζουμ Σύστημα οπτικοποίησης των φωτογραφιών που ελήφθησαν Ελαστομερές Amortisseur Μηχανισμό (trigger) για τη λήψη των φωτογραφιών Βάρος βάσης (χωρίς την κάμερα) 1300g Κόστος: ~3.800 Κόστος: ~5.400 Σταθμός εδάφους Βάσει της έρευνας, οι σταθμοί εδάφους που πλησιάζουν τις απαιτήσεις που τέθηκαν παρουσιάζονται στους Πίνακες 16 & 17: Πίνακας 16: Χαρακτηριστικά Ground Control Unit Πίνακας 17: Χαρακτηριστικά Radio commandes Ground Control Unit (της εταιρείας Aero Drum Ltd με έδρα τη Σερβία-URL28) Radio commandes (πρόταση της γαλλικής εταιρείας Phodia -URL31) RC αποστολέα με 4 κανάλια Οθόνη 8 ή 9,2 Οθόνη LCD έγχρωμη 7 12 V 7,200 mah Pb μονάδα ενέργειας της μπαταρίας εδάφους (παρέχει αυτονομία για τουλάχιστον 7 ώρες) 500 mw δέκτη Είναι κινητός εξοπλισμός Μπαταρία Lippo χωρητικότητας 4000 Ma Έλεγχος ζουμ, κλίσης και περιστροφής Λήψη των εικόνων μέσω ηλεκτρονικού διακόπτη Βάρος 3,7 kg Κινητός εξοπλισμός Κόστος: ~600 Κόστος: 750

55 2.4 Χαρακτηριστικά, σχεδιασμός, κατασκευή και προσαρμογή ε- ξοπλισμού Το υψηλό κόστος προμήθειας των συστημάτων που παρουσιάσθηκαν στην προηγούμενη ενότητα, σε συνδυασμό με την αδυναμία τους να ανταποκριθούν πλήρως στις απαιτήσεις του επιθυμητού τελικού αντικειμένου, οδήγησαν στην απόφαση της αγοράς των απαραίτητων εξαρτημάτων και υλικών ώστε ο σχεδιασμός, η κατασκευή και η συναρμολόγηση της βάσης εξάρτησης του εικονοληπτικού αισθητήρα καθώς και του σταθμού εδάφους, να υλοποιηθεί από την ο- μάδα εργασίας. Πολύτιμη, σε αυτό το στάδιο, ήταν η βοήθεια του κου Λιακόπουλου Βασίλη, (κατασκευαστή μη επανδρωμένων αυτόνομων συστημάτων), ο ο- ποίος συντέλεσε στην κατασκευή του συστήματος, σύμφωνα με την έρευνα που πραγματοποιήθηκε και τις προδιαγραφές που τέθηκαν. Πλατφόρμα εξάρτησης συστήματος (μπαλόνι ηλίου) Όσον αφορά το μπαλόνι ηλίου που χρησιμοποιείται ως πλατφόρμα εξάρτησης του συστήματος αεροφωτογράφισης, βάσει της έρευνας που προηγήθηκε, πραγματοποιήθηκε αγορά του Balloon 210 από την εταιρεία KAPshop (Εικόνα 48). Πρόκειται για μπαλόνι με διάμετρο 2m, το οποίο είναι κατασκευασμένο από λεπτό φύλλο πολυουρεθάνης (Εικόνα 49, θέση 1). Έχει χωρητικότητα της τάξης των 5m 3, το αέριο πλήρωσης του είναι το ήλιο, και οι απώλειες του υπολογίζονται σε 0,5% την ημέρα. Έχει ανυψωτική ικανότητα 3.6 Kgr και φέρει τέσσερις γάντζους (Εικόνα 49, θέση 3) από τους οποίους εξαρτάται η βάση εξάρτησης μαζί με τον αισθητήρα (Εικόνα 49, θέση 4). Για λόγους επιπλέον ασφάλειας του συστήματος, η πλατφόρμα, ελέγχεται από το έδαφος μέσω κατάλληλου σχοινιού εξάρτησης που δένεται σε έναν από τους γάντζους, συνολικού μήκους 200m (Εικόνα 49, θέση 2). Σε περίπτωση αναγκαστικής προσγείωσης λόγω έκτακτης ανάγκης, έχει κατασκευαστεί και προσαρμοστεί στην υποδοχή γεμίσματος του μπαλονιού (βαλβίδα, Εικόνα 49 θέση 5), ένα ανεξάρτητο σύστημα αυτόματης εκτόνωσης το οποίο αποτελείται από σερβομηχανισμό, μπαταρία και δέκτη (Εικόνα 49, θέση 6), και επιτρέπει το άνοιγμα της βαλβίδας, με το πάτημα ενός κουμπιού από τον σταθμό εδάφους και την πλήρη εκτόνωση του μπαλονιού σε χρονικό διάστημα τεσσάρων λεπτών.

56 Εικόνα 49: Το μπαλόνι με ήλιο (προσωπικό αρχείο) Ο Πίνακας 18 που ακολουθεί, συγκεντρώνει τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την μορφοποίηση του μπαλονιού σύμφωνα με τις απαιτήσεις του συστήματος. Πίνακας 18: Υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για το μπαλόνι Balloon Colors: White (Το αερόστατο) Dacron black kite line (Το σκοινί) Brooxes Hangups (Ελατήρια πρόσδεσης που στη θέση τους χρησιμοποιήθηκαν γάτζοι) Υλικά για τη βαλβίδα ασφαλείας Τεφλον για αεροστεγανοποίηση Σερβομηχανισμός για απελευθέρωση βαλβίδας Σωλήνα pvc για την βαλβίδα

57 Όσον αφορά την πλήρωση του μπαλονιού με ήλιο, δεν αγοράστηκαν φιάλες ηλίου, καθώς επιτρέπεται η χρήση τους χωρίς ενοικίαση, καλύπτοντας κάθε φορά μόνο το κόστος του αερίου (15 /m 3 ). Για την πλήρωση του μπαλονιού με την ποσότητα ηλίου που απαιτείται χρειάζεται να χρησιμοποιηθούν δύο φιάλες μεγέθους 3.7m 3 (Παράρτημα: Πλήρωση μπαλονιού με ήλιο ). Βάση εξάρτησης Η βάση εξάρτησης του εικονοληπτικού αισθητήρα κατασκευάστηκε από φύλλο carbon. Η θέση στην οποία προσδένεται ο αισθητήρας (gimbal), δύναται να περιστρέφεται 360 ο στον οριζόντιο και στον κατακόρυφο άξονα. Διαθέτει ακόμα, ένα μηχανικό σταθεροποιητή ορίζοντα (stabilizer), ώστε να παραμένει το σύστημα παράλληλο με το έδαφος καθώς και έναν ηλεκτρικό και ηλεκτρονικό σταθεροποιητή (Gyro and accelerometer) του κατακόρυφου άξονα (tilt), ώ- στε να εξασφαλίζεται η κατακορύφωση του αισθητήρα όταν είναι απαραίτητο. Επίσης, κατάλληλος μηχανισμός επιτρέπει την περιστροφή του ζουμ του εικονοληπτικού αισθητήρα (εφόσον αυτός διαθέτει), για την εστίαση στο σημείο λήψης. Ο χειρισμός της βάσης εξάρτησης, επιτυγχάνεται μέσω ασύρματης ζεύξης με το σταθμό εδάφους. Συγκεκριμένα, η αποτελεσματική λειτουργία της, στηρίζεται στη συνεργασία, μέσω κατάλληλης συνδεσμολογίας, πέντε επιμέρους μηχανισμών της μπαταρίας, του διακόπτη, των σερβομηχανισμών, της τουρμπίνας και των κεραιών. Εικόνα 50: Βάση εξάρτησης συστήματος φωτογράφισης (προσωπικό αρχείο) I. Μπαταρία: Η μπαταρία τροφοδοτεί το σύστημα με ενέργεια ώστε να λειτουργήσει. Διαθέτει, δύο βασικά καλώδια. Το πρώτο, Β1 (Εικόνα 50), χρησιμοποιείται κατεξοχήν για τη φόρτιση της μπαταρίας και μόνο. Το δεύτερο χωρίζεται σε δύο επιμέρους καλώδια το Β2α και Β2β (Εικόνα 50) και έχει διττή χρήση. Χρησιμοποιείται για τη φόρτιση του συστήματος όταν αυτό βρίσκεται στο έδαφος

58 ενώ κατά τη διάρκεια της πτήσης συνδέεται με το σύστημα ώστε να το τροφοδοτεί. Δίνει στη βάση αυτονομία πτήσης δύο ωρών και είναι δυνατόν εφόσον χρειαστεί να επαναφορτιστεί στο πεδίο. II. Διακόπτης: Ο διακόπτης δίνει την εντολή για τη λειτουργία του συστήματος. Από αυτόν ξεκινούν δύο καλώδια. Το πρώτο διακλαδίζεται σε δύο λεπτότερα, το Δ1α (Εικόνα 50), που συνδέει τον διακόπτη με την κεραία πομπό και το Δ1β (Εικόνα 50), που συνδέει τον διακόπτη με τον κατανεμητή της τάσης. Το δεύτερο καλώδιο, Δ2 (Εικόνα 50), συνδέει τον διακόπτη με την μπαταρία. III. Σερβομηχανισμοί: Υπάρχουν έξι (6) θέσεις υποδοχής σερβομηχανισμών κανάλια- και μία επιπλέον θέση που σχετίζεται με την παροχή ρεύματος στους σερβομηχανισμούς. Οι θέσεις αυτές ειδικότερα, είναι οι εξής (Πίνακας 19): Σ1 Σ2 Σ3 Σ4 Σ5 Σ6 Πίνακας 19: Θέσεις σύνδεσης σερβομηχανισμών Θέση σύνδεσης servo κίνησης στον οριζόντιο άξονα Θέση σύνδεσης servo κίνησης στον κάθετο άξονα Θέση σύνδεσης servo αυτόματης κατακορύφωσης Θέση σύνδεσης servo trigger (για τη λήψη της φωτογραφίας) Θέση σύνδεσης servo περιστροφής του ζουμ Θέση σύνδεσης ηλεκτρικής jet τουρμπίνας IV. Τουρμπίνα: Στην κορυφή της βάσης έχει τοποθετηθεί τριφασική ηλεκτρική jet τουρμπίνα. Από αυτή, ξεκινούν 3 καλώδια, τα Τ1, Τ2, Τ3 (Εικόνα 50), τα ο- ποία καταλήγουν στον κατανεμητή τάσης. Το καλώδιο Τ1 είναι αυτό που απομονώνει την τάση για να μην φτάσει το ρεύμα στην τουρμπίνα, γι αυτό το λόγο όταν η τουρμπίνα δεν πρόκειται να χρησιμοποιηθεί, το συγκεκριμένο καλώδιο πρέπει να είναι αποσυνδεδεμένο. V. Κεραίες: Δύο κεραίες, η Κ1 και Κ2 (Εικόνα 50), λειτουργούν ως πομπός και ως δέκτης αντίστοιχα. Η Κ1 αποτελεί την κεραία πομπό, η οποία μεταδίδει την εικόνα από τον αισθητήρα στον σταθμό εδάφους και η Κ2 αποτελεί την κεραία δέκτη που λαμβάνει τις εντολές από τον σταθμό εδάφους, ώστε να λειτουργήσουν αναλόγως οι σερβομηχανισμοί. Πρέπει να αναφερθεί ακόμα, ότι η μετάδοση της εικόνας από τον αισθητήρα στην οθόνη του σταθμού εδάφους, επιτυγχάνεται μέσω μικροκάμερας με πομπό, η οποία προσαρμόζεται στο προσοφθάλμιο της φωτογραφικής μηχανής και μεταδίδει την εικόνα καθ όλη τη διάρκεια της πτήσης.

59 Για την κατασκευή της βάσης εξάρτησης χρησιμοποιήθηκαν τα παρακάτω υλικά (Πίνακας 20): Servo winch Servo low profile Servo HK15288A Πίνακας 20: Υλικά κατασκευής της βάσης εξάρτησης. Gearset (γρανάζια της βάσης εξάρτησης που την κινούν) Red camera keeper (βίδες για την πρόσδεση του φωτογραφικού εξοπλισμού) Φύλλο Carbon Epoxy clue (κόλλα) Μπαταρία lipo 2200 (η μπαταρία που τροφοδοτεί τη βάση εξάρτησης) Σερβομηχανισμοί που σχετίζονται με τα μοτεράκια που περιστρέφουν τη βάση στον οριζόντιο και στον κάθετο άξονα Spare ελικοπτέρου (άξονας που γυρνάει δεξιά και αριστερά το gimbal) Ball bearing with flange (εσωτερικά ρουλεμαν στους αξονες περιστροφής του gimbal) Nylon Hex Standoffs (αποστάτης) Hitec servo XML Timing belt Pulley (ρόδα που κυλάει ο ιμάντας) MXl timing Belt (ιμάντας του ζουμ) Τουρμπίνα EDF70 Μικροκάμερα Φορτιστής Μπαταρίας συστήματος λήψης 2 ρουλεμάν τύπου 6008Ζ (για ομαλή περιστροφή του καθετου άξονα) υλικό πρόσδεσης ηλεκτρονικών εξαρτημάτων 3 δαχτυλίδια Φερίτη (για ηλεκτροστατική αποφόρτιση των κυκλωμάτων) Ροοστάτης για το μηχανισμό του Zoom Speed control (για ρύθμιση ταχύτητας της τουρμπίνας) Καλώδιο σταθεροποίησης οριζόντιας περιστροφής Σταθμός Εδάφους Ο σταθμός εδάφους κατασκευάστηκε και ενσωματώθηκε σε κατάλληλα διαμορφωμένο βαλιτσάκι μεταφοράς, εξασφαλίζοντας ταυτόχρονα την εύκολη και ασφαλή μεταφορά του. Σε αυτό έχουν τοποθετηθεί όλοι οι μηχανισμοί με τους οποίους πραγματοποιείται ο χειρισμός της βάσης εξάρτησης. Συγκεκριμένα περιέχει: Μία οθόνη 7 ιντσών, η οποία μεταδίδει την εικόνα από τη μικροκάμερα κατά τη διάρκεια της πτήσης, ένα δέκτη που λαμβάνει σε πραγματικό χρόνο την εικόνα από το αερόστατο, το σύστημα ελέγχου (τηλεκατεύθυνση) για την πλοήγηση του συστήματος και για τη λήψη φωτογραφιών,

60 τηλεχειρισμό για την περιστροφή της βάσης εξάρτησης στον κάθετο και στον οριζόντιο άξονα, τηλεχειρισμό για την περιστροφή του ζουμ ώστε να επιτυγχάνεται η επιθυμητή εστίαση στο σημείο λήψης, διακόπτη που δίνει εντολή για την έκτακτη εκκένωση του αερόστατου. Η ενεργοποίηση της λειτουργίας του σταθμού γίνεται από τον διακόπτη που βρίσκεται στη βάση της βαλίτσας, (Εικόνα 51). Κάτω από τον διακόπτη υπάρχει LED, και ανάλογα με το χρώμα που εκπέμπει, ελέγχεται η στάθμη της μπαταρίας του σταθμού (πράσινο: πλήρως φορτισμένο, κίτρινο: χαμηλή μπαταρία, κόκκινο: χρειάζεται φόρτιση). Με την εκκίνηση της λειτουργίας του σταθμού ενεργοποιείται και η οθόνη, η οποία μέσω του δέκτη που βρίσκεται σε εξωτερικό σημείο της βαλίτσας, λαμβάνει το σήμα από τον πομπό της βάσης εξάρτησης και μεταδίδει την εικόνα, από τον αισθητήρα που βρίσκεται στον άερα. Το χειριστήριο (Εικόνα 51), δίνει εντολές για την πραγματοποίηση των εξής τριών λειτουργιών: i. περιστροφή της βάσης εξάρτησης στον κάθετο και στον οριζόντιο άξονα, ii. λήψη της φωτογραφίας, iii. λειτουργία τουρμπίνας. Ο διακόπτης πάνω από το χειριστήριο (Εικόνα 51), δίνει εντολή για τη ρύθμιση της εστίασης (ζουμ) της φωτογραφικής μηχανής και στα αριστερά του υπάρχει μηχανισμός που ρυθμίζει την κατακορύφωση της βάσης εξάρτησης (προς τα κάτω αυτόματη κατακορύφωση, προς τα πάνω χειροκίνητη κατακορύφωση). Ο σταθμός διαθέτει επίσης θύρα που παρέχει τη δυνατότητα σύνδεσης του με η- λεκτρονικό υπολογιστή καθώς επίσης και κατάλληλο χώρο για την αποθήκευση καλωδίου 220V, το οποίο χρησιμοποιείται στη φόρτιση του. Από το σταθμό ε- δάφους, εφόσον κριθεί αναγκαίο, δίνεται και η εντολή για την εκκένωση του μπαλονιού, μέσω διακόπτη (Εικόνα 51). Τέλος, για να αποφευχθεί ο κίνδυνος υπερθέρμανσης κατά τη διάρκεια λειτουργίας του σταθμού, υπάρχει ειδικός μηχανισμός που εξασφαλίζει την ψύξη του.

61 Εικόνα 51: Σταθμός εδάφους (προσωπικό αρχείο) Για την κατασκευή του σταθμού εδάφους χρησιμοποιήθηκαν τα υλικά που καταγράφονται στον Πίνακα 21: Πίνακας 21: Υλικά κατασκευής σταθμού εδάφους gentled shutter (διακόπτης που δίνει εντολή στο σύστημα για να βγει η φωτογραφία) 4D Gimbal joystick (χειριστήριο) Servocity Aluminium Set Screw Hub f0r 4/5/6mm Axis (ο σύνδεσμος που ενώνει τον ά- ξονα περιστροφής με τον σερβομηχανισμό) Bludget (βαλιτσάκι αλουμινίου) Monitor 7 (οθόνη) Radio control (set futaba) (Πομπός που μεταδίδει τις εντολές στο μπαλόνι) Link 5,8 GHz (δέκτης που μεταδίδει την εικόνα στο σταθμό εδάφους) 2 διόδους για το κύκλωμα φόρτισης του σταθμού Μπαταρία Μολύβδου 12V 6Αh (ενσωματωμένη εσωτερικά στη βαλίτσα) Φορτιστής μολύβδου (ενσωματωμένος εσωτερικά στη βαλίτσα) Διακόπτες on/off 2 διακόπτες αεροπορικού τύπου (90 μοιρών & emergency)

62 2.5 Φόρτιση συστήματος Βάση εξάρτησης εικονοληπτικού αισθητήρα Η λειτουργία της βάσης εξάρτησης, πραγματοποιείται μέσω της μπαταρίας του gimbal (θέση πρόσδεσης αισθητήρα). Η μπαταρία αυτή, τροφοδοτεί τις κινήσεις των σερβομηχανισμών και του πομπού που αποστέλλει την εικόνα στο έδαφος (Rf link) και είναι τύπου ιόντων λιθίου πολυμερούς. Για την επιλογή του συγκεκριμένου τύπου μπαταρίας λήφθηκαν υπόψη τρεις παράγοντες: i. Το χαμηλό βάρος. ii. Η δυνατότητα στιγμιαίας προσφοράς, έως και εικοσαπλάσια της χωρητικότητάς της, έντασης του ρεύματος (Mah), γεγονός που παρέχει ισχύ ειδικά κατά τη χρήση της τουρμπίνας. iii. Η ικανότητα της να φορτίζεται σε μικρό χρονικό διάστημα ώστε εφόσον χρειαστεί, να μπορεί να φορτιστεί και στο πεδίο για να συνεχίσει την αποστολή της. Για την πλήρη και ασφαλή φόρτιση της μπαταρίας απαιτείται να ακολουθηθεί η παρακάτω διαδικασία: Αρχικά, εντοπίζονται στην μπαταρία του συστήματος δύο καλώδια που θα συνδεθούν με το φορτιστή για να ξεκινήσει η φόρτιση. Το πρώτο είναι αυτό της παροχής ρεύματος στο σύστημα και προκύπτει από την ένωση δύο καλωδίων, ενός μαύρου και ενός κόκκινου (Εικόνα 52, θέση 1). Το δεύτερο καλώδιο καταλήγει σε ένα βύσμα άσπρου χρώματος, και προκύπτει από την ένωση τεσσάρων καλωδίων που συνδέονται άμεσα με την μπαταρία Εικόνα 52, θέση 2). Βήμα 1 ο Τοποθέτηση φορτιστή στην πρίζα. Εικόνα 52: Φορτιστής βάσης εξάρτησης (προσωπικό αρχείο) Βήμα 2 ο Σύνδεση του μαύρου καλωδίου της μπαταρίας της βάσης εξάρτησης με το κόκκινο βύσμα του φορτιστή (Εικόνα 54, θέση 1).

63 Βήμα 3 ο Σύνδεση του καλωδίου με το άσπρο βύσμα της μπαταρίας, στην θέση 3s που υπάρχει στο αντίστοιχο καλώδιο στον φορτιστή (Εικόνα 54, θέση 2). Εικόνα 53: Κόκκινο & άσπρο βύσμα φορτιστή (προσωπικό αρχείο) Εικόνα 54: Συνδεσμολογία μπαταρίας βάσης εξάρτησης & φορτιστή (προσωπικό αρχείο) Βήμα 4 ο Για να ξεκινήσει η φόρτιση επιλέγεται το start/stop (κουμπί) στα δεξιά του φορτιστή. Η οθόνη θα γράψει διαδοχικά: Battery check Ballancer connect και έπειτα θα ξεκινήσει η φόρτιση. Στα αριστερά της οθόνης του φορτιστή αναγράφονται τα mah της φόρτισης τα οποία όσο θα γεμίζει η μπαταρία θα πέφτουν. Δεξιά επάνω στην οθόνη του φορτιστή ξεκινά ένα "κοντέρ" με και ανεβαίνει όσο γεμίζει η μπαταρία. Στο τέλος της φόρτισης αναγράφεται πόσα mah χρειάστηκε η μπαταρία για να γεμίσει. Αυτή η πληροφορία καλό είναι να καταγράφεται ώστε, αφενός να υπολογίζεται στατιστικά πόσο αδειάζει κάθε φορά η μπαταρία, και αφετέρου να υπολογίζεται ο χρόνος ζωής της ώστε να αντικατασταθεί όταν χρειαστεί. Η μπαταρία σύμφωνα με τον κατασκευαστή μπορεί να αποδώσει, στο μέγιστό της, έως και 300 πλήρεις φορτίσεις. ΠΡΟΣΟΧΗ! Σε αντίθεση με την μπαταρία μολύβδου οι μπαταρίες ιόντων - λιθίου χρήζουν ιδιαίτερης προσοχής μιας και είναι εύκολα αναφλεγόμενες και ευαίσθητες στις κακουχίες. Ο συγκεκριμένος φορτιστής έχει ενσωματωμένο buzzer που ειδοποιεί ότι η φόρτιση ολοκληρώθηκε, και πρέπει άμεσα να αφαιρεθεί η μπαταρία από το φορτιστή. Σε περίπτωση αστοχίας/ελαττώματος/βλάβης των στοιχείων ιόντων-λιθίου κατά την φόρτιση, υπάρχει κίνδυνος ανάφλεξης. Για την πρόληψη ενδεχόμενης πυρκαγιάς, συνιστάται να υπάρχει διαθέσιμο κοντά στο φορτιστή ένα μεταλλικό σκεύος (για να καλυφθεί άμεσα η φλεγόμενη μπα-

64 ταρία), πάντα η φόρτιση να γίνεται υπό επιτήρηση, να μην εισπνευστεί ο χημικός καπνός και να αεριστεί καλά ο χώρος. Μια πλήρως εκφορτισμένη μπαταρία χρειάζεται περίπου 1 ώρα για να φορτιστεί. Τα στοιχεία ιόντων πολυμερούς πρέπει να προστατεύονται από χτυπήματα και ιδιαίτερα από τρυπήματα αυτών. Εάν εισέλθει αέρας εσωτερικά (από τρύπημα) των στοιχειών ή εάν παραμορφωθεί αρκετά η μπαταρία σε περίπτωση πτώσης του συστήματος, πρέπει να αποσυνδεθεί η μπαταρία και να παραμείνει στο έδαφος τουλάχιστον μισή ώρα σε περίπτωση που αναφλεγεί. Επίσης, κατά την αποθήκευση μαζί με το σύστημα, απαιτείται προσοχή για την αποφυγή ε- παφής κάποιου μεταλλικού αντικειμένου με τους πόλους της μπαταρίας Σταθμός εδάφους Ο φορτιστής του σταθμού εδάφους βρίσκεται ενσωματωμένος σε αυτόν και α- ποτελείται από δύο καλώδια. Το ένα επιτρέπει τη φόρτιση του απευθείας με ρεύμα (σύνδεση σε πρίζα) (Εικόνα 55, θέση 1), και το δεύτερο δίνει τη δυνατότητα φόρτισης του στο αυτοκίνητο σε περίπτωση που εκφορτιστεί στο πεδίο Εικόνα 55, θέση 2). Εικόνα 55: Φορτιστής σταθμού εδάφους (προσωπικό αρχείο) Εικόνα 56: Κουμπί έναρξης της φόρτισης (προσωπικό αρχείο) Για τη φόρτιση του σταθμού εδάφους ακολουθείται η παρακάτω διαδικασία: Βήμα 1 ο Πριν τοποθετηθεί το καλώδιο στη πρίζα (220V), επιλέγεται το κόκκινο κουμπί της φόρτισης (Εικόνα 56, θέση 1). Εάν η συνδεσμολογία λειτουργεί, θα πρέπει να ανάβει το led (Εικόνα 56, θέση 2) με κόκκινο χρώμα. Σε περίπτωση καμένης ασφάλειας, δεν ανάβει οπότε πρέπει να αντικατασταθεί με καινούρια (3Α). Βήμα 2 ο Εφόσον το led είναι αναμμένο, ακολουθεί το δεύτερο βήμα, βάζοντας την πρίζα για την εκκίνηση της φόρτισης.

65 Η μπαταρία τροφοδοσίας του σταθμού, είναι τύπου μολύβδου (Pb) και έχει την ιδιότητα να σταματά την φόρτιση από μόνη της μόλις αυτή φορτίσει διατηρώντας ένα ελάχιστο φορτίο συντήρησης μέχρις ότου αποσυνδεθεί από το ρεύμα (tricle charge), επομένως αποφεύγεται ο κίνδυνος υπερφόρτισης ή υπερθέρμανσης. Μία εντελώς άδεια μπαταρία χρειάζεται περίπου 6-8 ώρες για να φορτιστεί πλήρως, επομένως βέλτιστη επιλογή είναι η φόρτιση να πραγματοποιείται μία ημέρα πριν την αεροφωτογράφιση. Τέλος, επειδή οι μπαταρίες μολύβδου έχουν μια απώλεια φορτίου της τάξης του 5% μηνιαίως, συνιστάται σε μεγάλη χρονική περίοδο αδράνειας, να μην υπερβαίνεται διάστημα έξι μηνών χωρίς να φορτιστεί η μπαταρία. 2.6 Μεταφορά & Αποθήκευση Ο εξοπλισμός του συστήματος αποτελείται από τέσσερα μέρη (Εικόνα 57). Το μπαλόνι (Εικόνα 57, 1), μπορεί να αποθηκευτεί είτε σε πλήρη ανάπτυξη πληρωμένο με ήλιο, σε χώρο πλησίον της περιοχής των λήψεων (έχοντας απώλειες της τάξης του 0.5% ανά ημέρα και ελαχιστοποιώντας τον κίνδυνο φθοράς εξαιτίας μεταφοράς), είτε χωρίς αέριο, διπλωμένο και τοποθετημένο σε κατάλληλη προστατευτική θήκη (σε αυτή την περίπτωση αυξάνεται το κόστος πλήρωσης του μπαλονιού με ήλιο, αλλά είναι εύκολη και ασφαλής η μεταφορά του σε οποιοδήποτε σημείο). Η βάση εξάρτησης, τοποθετείται σε βαλιτσάκι μεταφοράς (Εικόνα 57, 2), το οποίο έχει διαμορφωθεί κατάλληλα με προστατευτικό υλικό για την ασφαλή αποθήκευση της. Ο σταθμός εδάφους, είναι ενσωματωμένος και λειτουργεί μέσα σε βαλίτσα μικρού μεγέθους που μεταφέρεται εύκολα (Εικόνα 57, 4) και τέλος τα υπόλοιπα εργαλεία και εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται κατά τη διάρκεια της πτήσης και των λήψεων αποθηκεύονται σε κατάλληλα διαμορφωμένη βαλίτσα μεταφοράς μεσαίου μεγέθους (Εικόνα 57, 3). Εικόνα 57: Εξοπλισμός συστήματος λήψης (προσωπικό αρχείο)

66

67 3 Εφαρμογές 3.1 Διαχρονική Παρακολούθηση Φαινομένου 3.2 Παραγωγή Ορθοφωτοχάρτη 3.3 Αποτύπωση Πολεοδομικού Ιστού

68 3 Εφαρμογές 3.1 Διαχρονική παρακολούθηση φαινομένου Στόχος της εφαρμογής Η παρακολούθηση της εξέλιξης ενός φαινομένου, απαιτεί την απόκτηση δεδομένων ανά τακτά χρονικά διαστήματα, διαδικασία που αφενός κοστίζει και αφετέρου χρήζει συστήματος ικανού να ανταπεξέλθει στις εκάστοτε συνθήκες. Με την παρούσα εφαρμογή, τίθεται ως στόχος, η εκτίμηση του βαθμού ανταπόκρισης του συστήματος που αναπτύχθηκε, στην περίπτωση διαχρονικής παρακολούθησης μεταβαλλόμενων φαινομένων Αντικείμενο μελέτης Στα πλαίσια του, χρηματοδοτούμενου από την Επιτροπή Ερευνών του Α.Π.Θ., ερευνητικού προγράμματος Τεκμηρίωση της βέλτιστης χρονικής στιγμής λήψης τηλεπισκοπικών εικόνων για την εμφάνιση ιχνών καλυμμένων αρχαιολογικών δομών (περίοδος υλοποίησης 01/01/ /12/2012), με επιστημονικά υ- πεύθυνο τον κο Δ.Καϊμάρη, χρησιμοποιήθηκε το τηλεκατευθυνόμενο σύστημα αεροφωτογράφισης που κατασκευάστηκε, με σκοπό την πραγματοποίηση επαναλαμβανόμενων λήψεων (κάθε μήνα για ένα έτος) σε ανοιχτό περιβάλλον. Οι εναέριες λήψεις, αφορούσαν την παρατήρηση της μεταβολής της έντασης του ίχνους καλυμμένων αρχαιολογικών δομών. Με τον όρο ίχνος (mark) εννοούνται οι αλλοιώσεις του εδάφους ή της βλάστησης καθώς και τα φαινόμενα που αυτές προκαλούν, λόγω της παρουσίας θαμμένης κατασκευής και οι οποίες αποτυπώνονται από τα εικονοληπτικά τηλεπισκοπικά συστήματα, λόγω της διαφορετικής ανακλώμενης ή εκπεμπόμενης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με τα όμορα υλικά (Καϊμάρης Δ., 2006). Στην προκειμένη περίπτωση, μελετήθηκαν δύο θέσεις στην πεδιάδα των Φιλίππων του Νομού Καβάλας (οι ακριβείς θέσεις δεν δίνονται για ευνόητους λόγους προστασίας της αρχαιολογικής κληρονομιάς), όπου ανασκαφικές τομές έχουν τεκμηριώσει την ύπαρξη της αρχαίας Εγνατίας οδού (Karadedos & Nikolaidou-Patera, 2006). Πρέπει να σημειωθεί ότι η άδεια πτήσης που παραχωρήθηκε από την Ελληνική Υπηρεσία Πολιτικής Αεροπορίας, επέτρεπε την πραγματοποίηση των λήψεων σε συγκεκριμένες ημέρες της εβδομάδας (Παρασκευή, Σάββατο και Κυριακή). Αυτό είχε ως αποτέλεσμα την αδυναμία πραγματοποίησης λήψεων σε ορισμένες χρονικές στιγμές, λόγω των καιρικών φαινομένων που επικρατούσαν κατά τη διάρκεια των πτήσεων (βροχοπτώσεις, ισχυροί άνεμοι). Επίσης, με το πέρας κάθε λήψης, το σύστημα αποθηκευόταν, σε αποθήκη του αρχαιολογικού χώρου των Φιλίππων, έπειτα από άδεια που είχε δοθεί από την ΙΗ Εφορεία Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων (Νομός Καβάλας) (Εικόνα 58 & Εικόνα 59).

69 Εικόνα 58: Κτίριο αποθήκευσης μπαλονιού Εικόνα 59: Αποθήκευση μπαλονιού

70 3.1.3 Φωτογραφικός εξοπλισμός Οι λήψεις πραγματοποιήθηκαν με την ψηφιακή μηχανή Canon EOS 20D, 8,25Mpixel. Στον Πίνακα 22, αναγράφονται τα χαρακτηριστικά της. Πίνακας 22: Χαρακτηριστικά ψηφιακής φωτογραφικής μηχανής Canon EOS 20D Αισθητήρας 22.5 mm 15.0 mm CMOS 3,520 2,344 (8.25 megapixels) Οθόνη 1.8 ιντσών LCD Βάρος Διαστάσεις Μπαταρία 685 g 144 x x 71.5 mm Επαναφορτιζόμενη Li-Ion Αυτόματη Εστίαση

71 3.1.4 Χρονικός προγραμματισμός Στην Εικόνα 60 που ακολουθεί, καταγράφονται οι ημερομηνίες των λήψεων που πραγματοποιήθηκαν στη διάρκεια ενός έτους, από τον Απρίλιο του 2012 έως το Μάρτιο του η λήψη 23/03/2013 1η λήψη 20/4/2012 2η λήψη 12/05/ η λήψη 23/02/2013 3η λήψη 01/06/ η λήψη 20/01/2013 4η λήψη 01/07/2012 9η λήψη 23/12/2012 5η λήψη 12/08/2012 8η λήψη 17/11/2012 7η λήψη 21/10/2012 6η λήψη 22/09/2012 Εικόνα 60: Χρονικός προγραμματισμός λήψεων

72 3.1.5 Λήψεις Θέση Α Στη θέση Α ολοκληρώθηκαν με επιτυχία οι δέκα από τις δώδεκα λήψεις. Η τέταρτη και η δωδέκατη λήψη δεν πραγματοποιηθήκαν λόγω δυσμενών καιρικών συνθηκών. Στον Πίνακα 23, φαίνονται οι ημερομηνίες και οι ώρες των λήψεων, η επιτυχία κάλυψης της θέσης, η ταχύτητα του ανέμου τη στιγμή της λήψης, καθώς και η εκτίμηση της έντασης του ίχνους. Αριθμός λήψης Ημερομηνία λήψης Πίνακας 23: Στοιχεία λήψεων θέσης Α Κάλυψη θέσης 1η 20/04/ % 2η 12/05/ % 3η 01/06/ % 4η 01/07/2012-5η 12/08/ % 6η 22/09/ % 7η 21/10/ % 8η 17/11/ % 9η 27/12/ % 10η 20/01/ % 11η 23/02/ % 12η 23/03/ Ώρα λήψης 11:50-12:00 16:00-16:24 8:30-8:45 Σχεδόν απουσιάζει 8:10-8:25 7:55-8:05 8:19-8:28 Σχεδόν απουσιάζει 9:14-9:25 8:46-8:56 12:20-13:00 11:15-12:27 11:49-11:52 13:00-14:00 Ταχύτητα ανέμου (χλμ/ώρα) Εικόνα Ένταση ί- χνους 4.8 1Α Έντονο Α Ικανοποιητικό 0.0 3Α Α Ασθενές 0.0 6Α 1.0 7Α Ασθενές 1.0 8Α Ασθενές 3.0 9Α Ικανοποιητικό Α Έντονο Α Ικανοποιητικό Στην Εικόνα 61 που ακολουθεί, καταγράφονται τα αποτελέσματα των λήψεων 1-3 και Απουσιάζουν όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η τέταρτη και δωδέκατη λήψη. Στην αριστερή στήλη, παρουσιάζονται οι αεροφωτογραφίες της θέσης ενώ στη δεξιά εμφανίζονται με επισημασμένο το ίχνος.

73 Εικόνα 61: Λήψεις θέσης Α, αριστερά παρουσιάζονται οι αεροφωτογραφίες της θέσης και δεξιά οι αεροφωτογραφίες με επισημασμένο το ίχνος.

74 Θέση Β Στη θέση Β, ολοκληρώθηκαν με επιτυχία οι έντεκα από τις δώδεκα λήψεις. Η δεύτερη λήψη δεν πραγματοποιήθηκε λόγω δυσμενών καιρικών συνθηκών. Στον Πίνακα 24 που ακολουθεί, καταγράφονται οι ημερομηνίες και οι ώρες των λήψεων, η επιτυχία κάλυψης της θέσης, η ταχύτητα του ανέμου τη στιγμή της λήψης, καθώς και η εκτίμηση της έντασης του ίχνους. Αριθμός λήψης Ημερομηνία λήψης Πίνακας 24: Στοιχεία λήψεων θέσης Β Κάλυψη θέσης 1η 20/04/ % 2η 12/05/2012-3η 01/06/ % 4η 01/07/ % 5η 12/08/ % 6η 22/09/ % 7η 21/10/ % 8η 17/11/ % 9η 27/12/ % 10η 20/01/ % 11η 23/02/ % 12η 23/03/ % Ώρα λήψης 13:00-13:50 14:00-14:15 9:10-9:20 10:00-10:20 8:30-8:45 8:49-8:57 Σχεδόν απουσιάζει 8:36-8:51 9:27-9:34 13:50-14:00 11:28-11:55 12:19-12:22 14:55-15:04 Ταχύτητα ανέμου (χλμ/ώρα) Εικόνα Ένταση ί- χνους 6.9 1Β Απουσιάζει Β Απουσιάζει 2.7 4Β Έντονο 4.3 5Β Απουσιάζει 0.0 6Β 0.0 7Β Απουσιάζει 2.0 8Β Απουσιάζει 3.0 9Β Ασθενές Β Ικανοποιητικό Β Ασθενές Β Απουσιάζει Στην Εικόνα 62, καταγράφονται τα αποτελέσματα των λήψεων 1 και Α- πουσιάζει, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η δεύτερη λήψη. Στην αριστερή στήλη, παρουσιάζονται οι αεροφωτογραφίες της θέσης ενώ στη δεξιά εμφανίζονται με επισημασμένο το ίχνος.

75 Εικόνα 62: Λήψεις θέσης Β, αριστερά παρουσιάζονται οι αεροφωτογραφίες της θέσης και δεξιά οι αεροφωτογραφίες με επισημασμένο το ίχνος.

76 3.1.6 Αποτέλεσμα Όπως προκύπτει από τους Πίνακες 23 και 24, μέσα σε χρονικό διάστημα ενός έτους, τα ίχνη παρουσιάζουν σημαντικές διακυμάνσεις ως προς την ένταση εμφάνισης τους. Η ερμηνεία αυτού του φαινομένου είναι αντικείμενο διεπιστημονικής συνεργασίας διαφορετικών ειδικοτήτων, και δεν θα αναλυθεί στην παρούσα εργασία. Η λειτουργία του συστήματος όσον αφορά την παρακολούθηση της μεταβολής του φαινομένου κρίνεται ικανοποιητική. Το σύστημα είναι σε θέση να πραγματοποιεί συστηματικές λήψεις και να παρέχει υψηλή ποιότητα δεδομένων, εξασφαλίζοντας χαμηλό κόστος. Ο μοναδικός παράγοντας που μπορεί να επηρεάσει αρνητικά το χειρισμό του είναι η ταχύτητα του ανέμου. Το γεγονός, μάλιστα, ότι ο χειρισμός του στο πεδίο δεν απαιτεί ειδικές γνώσεις και ικανότητες, το καθιστά ένα πολύτιμο εργαλείο για μελέτες μεταβαλλόμενων φαινομένων σε πλήθος επιστημονικών κλάδων.

77 3.2 Παραγωγή ορθοφωτοχάρτη Στόχος της εφαρμογής Στόχος της εφαρμογής, είναι αφενός η απόκτηση των κατάλληλων δεδομένων και αφετέρου η επεξεργασία τους με τη χρήση φωτογραμμετρικών μεθόδων, ώστε να παραχθούν προϊόντα, τα οποία θα περιέχουν όλες τις μετρητικές και θεματικές πληροφορίες, που είναι δυνατό να συλλεχθούν από τις αεροφωτογραφίες. Συγκεκριμένα, επιδιώκεται η τρισδιάστατη αποτύπωση αντικειμένων, η παραγωγή ορθοφωτογραφιών, ψηφιακού μοντέλου εδάφους και φωτομωσαϊκού Αντικείμενο μελέτης Τον Ιούνιο του 2012, μετά από πραγματοποίηση λήψεων στην πεδιάδα των Φιλίππων του Ν. Καβάλας, στα πλαίσια της εφαρμογής που αναλύθηκε στην προηγούμενη ενότητα, πριν την αποθήκευση του συστήματος στον αρχαιολογικό χώρο των Φιλίππων, προσαρμόστηκε στο σύστημα η ψηφιακή φωτογραφική μηχανή Canon EOS 7D και πραγματοποιήθηκαν λήψεις του αρχαίου θεάτρου των Φιλίππων. Σκοπός είναι, από τα δεδομένα συλλογής και έπειτα από την α- νάλογη φωτογραμμετρική επεξεργασία, να προκύψουν προϊόντα κλίμακας 1:250 του κοίλου του αρχαίου θεάτρου. (Το τυπολόγιο των παραγράφων 3.2.3, 3.2.5, 3.2.6, προέρχεται από: (Καϊμάρης Δ., 2012, σσ )) Προγραμματισμός πτήσης Η επιθυμητή κλίμακα προϊόντων είναι 1:250. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι η διακριτική ικανότητα, που υπολογίζεται από τη σχέση : Χ (m) = * Κ (1) (όπου η διακριτική ικανότητα του ματιού σε m και Κ η κλίμακα) είναι ίση με m. Άρα, το 1 pixel της εικόνας θα πρέπει να αντιστοιχεί σε 3.12cm ( ) στο έδαφος. (2) Από τα χαρακτηριστικά της ψηφιακής φωτογραφικής μηχανής είναι γνωστή η ανάλυση (5184x3456 pixels) και οι διαστάσεις του σένσορα (22.3 x 14.9 mm). Άρα = m Επομένως, τα 2.23cm (μεγάλη διάσταση σένσορα), αντιστοιχούν σε m στο έδαφος, άρα το 1cm του σένσορα λήψης της ψηφιακής εικόνας σε ~73m στο έδαφος.

78 Συνεπώς, για την παραγωγή προϊόντων κλίμακας 1:250, πρέπει να ληφθούν αεροφωτογραφίες κλίμακας 1:7300. Για τη λήψη αεροφωτογραφιών κλίμακας 1:7300, πρέπει να υπολογιστεί το ύ- ψος πτήσης H. Ο υπολογισμός του ύψους πτήσης H προκύπτει από την παρακάτω σχέση: Όπου : c = η εστιακή απόσταση της μηχανής = mm (4) Η = το ύψος πτήσης K = 7300 (5) havg = το μέσο υψόμετρο της περιοχής μελέτης (Εικόνα 63) = 104m (6) (3) Εικόνα 63: Μέσο ύψος πτήσης, ιδία επεξεργασία Με αντικατάσταση των (4),(5),(6) στη σχέση (3), προκύπτει ότι το ύψος πτήσης H πρέπει να είναι ίσο με: H m Οι πέντε (5) αεροφωτογραφίες που καλύπτουν το αρχαίο θέατρο, ανήκουν σε μία λωρίδα πτήσης (μπλοκ αεροφωτογραφιών, Εικόνα 64), με επικάλυψη των διαδοχικών αεροφωτογραφιών (στερεοζεύγη) 2, της τάξης του 60%.

79 Αεροφωτογραφία 041 Αεροφωτογραφία 042 Αεροφωτογραφία 044 Αεροφωτογραφία 046 Αεροφωτογραφία 047 Εικόνα 64: Μπλοκ αεροφωτογραφιών

80 Χαρακτηριστικά βαθμονόμησης της κάμερας Βαθμονόμηση είναι η διαδικασία προσδιορισμού των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της φωτογραφικής μηχανής. Η γνώση των χαρακτηριστικών αυτών είναι απαραίτητη εφόσον οι φωτογραφίες που ληφθούν, πρόκειται να χρησιμοποιηθούν για ακριβείς μετρήσεις αντικειμένων του φυσικού κόσμου ή την κατασκευή χαρτών (Πατιάς, 1991, σ. 50). Για τη συγκεκριμένη εφαρμογή, η βαθμονόμηση της κάμερας που χρησιμοποιήθηκε, πραγματοποιήθηκε από το Τμήμα Αγρονόμων & Τοπογράφων Μηχανικών του ΑΠΘ και παρουσιάζεται στον Πίνακα 25: Ανάλυση Pixel Size c xp yp K1 K2 K3 P1 P2 B1 B2 Πίνακας 25: Χαρακτηριστικά ψηφιακής φωτογραφικής μηχανής CANON EOS 7D 5184 x 3456 pixels mm mm mm mm 4.805e e e e e e e Φωτοσταθερά σημεία Φωτοσταθερά ονομάζονται τα σημεία τα οποία εμφανίζονται στις φωτογραφίες που μελετώνται και των οποίων οι τρισδιάστατες συντεταγμένες είναι ήδη γνωστές από τοπογραφικές μετρήσεις (Πατιάς, 1991, σ. 157). Είναι απαραίτητα, για τον απόλυτο προσανατολισμό των φωτογραφιών, αφού βασίζονται σε ένα επίγειο σύστημα συντεταγμένων. Τα φωτοσταθερά σημεία που χρησιμοποιήθηκαν στα πλαίσια υλοποίησης της παρούσας εφαρμογής, ήταν μια ευγενική χορηγία του τμήματος Αγρονόμων & Τοπογράφων Μηχανικών του ΑΠΘ.

81 3.2.4 Ψηφιακή επεξεργασία Για τη ψηφιακή βελτίωση των φωτομετρικών χαρακτηριστικών των εικόνων, χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Erdas Imagine Σε πρώτο στάδιο, οι αεροφωτογραφίες εισήχθησαν στο περιβάλλον του Erdas. Έπειτα, ακολούθησε η δημιουργία του ψηφιακού αρχείου βαθμονόμησης της φωτομηχανής καθώς και ο εσωτερικός προσανατολισμός 3, με τη χρήση του λογισμικού LPS 2011 (Leica Photogrammetry Suite). Πρόκειται για ένα πλήρες φωτογραμμετρικό λογισμικό, το οποίο προσφέρει δυνατότητες εκτέλεσης εσωτερικού προσανατολισμού, αεροτριγωνισμού, αυτοβαθμονόμησης, αυτόματης παραγωγής DSM ή DTM, στερεοσκοπικής παρατήρησης, χειροκίνητης διόρθωσης DSM, χειροκίνητης συλλογής δεδόμενων, αυτόματης παραγωγής ορθοανηγμένων εικόνων, αυτόματης ή χειροκίνητης δημιουργίας φωτομωσαϊκών και παραγωγής ορθοφωτοχαρτών. Αρχικά επιλέχθηκε ο τύπος της κάμερας, (στην προκειμένη περίπτωση ψηφιακή), έπειτα το ύψος πτήσης, καθώς και στοιχεία της φωτομηχανής όπως η εστιακή απόσταση και οι συντεταγμένες του πρωτεύοντος σημείου Αεροτριγωνισμός Τριγωνισμός στη φωτογραμμετρία ονομάζεται η διαδικασία πύκνωσης του υ- πάρχοντος δικτύου φωτοσταθερών σημείων με καθαρά φωτογραμμετρικά μέσα, με στόχο τη δημιουργία ενός δικτύου σημείων πύκνωσης με κατάλληλη κατανομή. Σκοπός αυτής της διαδικασίας είναι η γεφύρωση σε περιοχές όπου δεν υπήρχαν σημεία ελέγχου. Το συνθετικό αερο- αναφέρεται στην περίπτωσή που έχουμε αεροφωτογραφίες. Η παραγόμενη ορθοανηγμένη εικόνα, η οποία πρέπει να τηρεί τις προδιαγραφές προϊόντων κλίμακας 1:250, θα πρέπει να έχει οριζοντιογραφική ακρίβεια τουλάχιστον: σ ΧΥ, ορθο. = 0.25 (διακριτική ικανότητα) x 10-3 x 250 = m (7) και υψομετρική ακρίβεια: σ Ζ, ορθο. = 2 σ ΧΥ, ορθο. σ Ζ, ορθο. = 0.125m (8) Για την επίλυση του αεροτριγωνισμού, χρησιμοποιήθηκαν 26 φωτοσταθερά (GCPs) και 5 σημεία ελέγχου (CPs), με οριζοντιογραφική και υψομετρική ακρίβεια της τάξης του 1cm και 2cm αντίστοιχα (τοπικό ανεξάρτητο σύστημα συντεταγμένων).

82 Η κατανομή των σημείων σε κάθε αεροφωτογραφία παρουσιάζεται στις εικόνες που ακολοθούν. Αεροφωτογραφία 041 Φωτοσταθερά: 14,16,18,20,27,28,29,34,62,67,82,85,87,88,89 Σημεία Ελέγχου: 38,40,61,70 Αεροφωτογραφία 042 Φωτοσταθερά: 11,13,14,16,18,20,27,28,29,34,62,67,82,85,87,88,89,91,92 Σημεία Ελέγχου: 38,40,61,70

83 Αεροφωτογραφία 044 Φωτοσταθερά: 8,11,13,14,16,18,20,27,28,29,34,62,67,82, 89,91,92,93,94,95,96,97,98 Σημεία Ελέγχου: 37,38,40,61,70 Αεροφωτογραφία 046 Φωτοσταθερά: 8,11,13,14,16,18,20,27,28,29,82,91,92,93,94,95,96,97,98 Σημεία Ελέγχου: 37,70

84 Αεροφωτογραφία 047 Φωτοσταθερά: 8,11,13,14,27,28,29,93,94,95,96,97,98 Σημεία Ελέγχου: 37

85 Το όριο του αεροτριγωνισμού Βάσει του πιστοποιητικού βαθμονόμησης της ψηφιακής μηχανής λήψης, η αναμενόμενη θεωρητική ακρίβεια του αεροτριγωνισμού, εφόσον ληφθεί ως δεδομένο ότι η ακρίβεια μέτρησης των εικονοσυντεταγμένων είναι ο = (ακρίβεια μαρκαρίσματος) = 4.3μm, θα είναι οριζοντιογραφικά: xy,τριγ = 2 ο = 2 x 4.3μm = 8.6μm στην αεροφωτογραφία, (9) και για κλίμακα αεροφωτογραφίας 1:7300: xy,τριγ = 8.6 x 7300 x m στο έδαφος. (10) Η θεωρητικά αναμενόμενη υψομετρική ακρίβεια θα είναι: zy,τριγ = = 2 = 3.33 (για 60% κάλυψης στερεοζευγών) = 3.33 x 4.3 x 7300 x m στο έδαφος. (11) Το μέγεθος του pixel και η ακρίβεια των φωτοσταθερών επιτρέπουν την παραγωγή ορθοανηγμένων εικόνων κλίμακας 1:250, καθώς ισχύουν: (10) (7) & (11) (8). Κατά τη διαδικασία του αεροτριγωνισμού, αποδείχθηκε ότι η επίλυση του, με αυτοβαθμονόμηση, κάνοντας χρήση του μοντέλου πρόσθετων παραμέτρων του Brown, εμφανίζει τα μικρότερα σφάλματα. Ο Πίνακας 26 που ακολουθεί, συγκεντρώνει τα αποτελέσματα της επίλυσης του αεροτριγωνισμού: Πίνακας 26: Αποτελέσματα επίλυσης αεροτριγωνισμού Αεροτριγωνισμός με αυτοβαθμονόμηση Μοντέλο πρόσθετων παραμέτρων Brown pixel ο Control points (m) Check points (m) Στοιχεία εσωτερικού προσανατολισμού (mm) x y z x y z x o y o Τα αποτελέσματα του αεροτριγωνισμού στο σύνολο τους, παρουσιάζονται και στο Παράρτημα: Αποτελέσματα Αεροτριγωνισμού.

86 Έλεγχος της ακρίβειας του αεροτριγωνισμού Θα πρέπει τόσο για τα φωτοσταθερά (GCPs), όσο και για τα σημεία ελέγχου (Check points), να ισχύει: xy = x xy,τριγ. (13) και z z,τριγ (14) Η λύση του αεροτριγωνισμού με αυτοβαθμονόμηση κάνοντας χρήση του μοντέλου του Brown, καλύπτει τους παραπάνω περιορισμούς, καθώς εφόσον χρησιμοποιηθούν οι τιμές του Πίνακα 26, προκύπτει: Control xy = 0.05 xy,τριγ και z = 0.1 zy,τριγ Check xy = xy,τριγ και z = 0.03 zy,τριγ

87 3.2.6 Παραγωγή Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους (DTM) Το παραγόμενο ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DTM) (Εικόνα 65), καθώς και η ποιοτική αξιολόγηση του (Εικόνα 66), παρουσιάζονται στη συνέχεια. Στον Πίνακα 27, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του ελέγχου ακρίβειας του ψηφιακού μοντέλου εδάφους. Εικόνα 65: Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (DTM) Εικόνα 66: Ποιοτική αξιολόγηση ψηφιακού μοντέλου εδάφους Πίνακας 27: Έλεγχος Ακρίβειας ψηφιακού μοντέλου εδάφους Accuracy Information: General Mass Point Quality Excellent % (1-0.85): % Good % ( ): % Fair % ( ): % Το μέσο τετραγωνικό σφάλμα των σημείων προκύπτει επιλύοντας τον τύπο: z = ) 2 = - ) - ) 2 = 0.2 (15) Όπου τα υψόμετρα των σημείων ελέγχου στο DTM, τα αντίστοιχα μετρημένα υψόμετρα στο πεδίο, ο μέσος όρος των και το πλήθος τους. Ακολουθεί ο έλεγχος της σχέσης: z DTM, (16) όπου DTM σύμφωνα με την ακρίβεια αυτόματης συσχέτισης: zy,τριγ = = 2 = 6.66 (για 60% κάλυψης στερεοζευγών) = 6.66 x 4.3 x 7300 x m στο έδαφος. Έτσι προκύπτει: (17) z DTM Επομένως τα σφάλματα στον υπολογισμό των υψομέτρων καλύπτουν οριακά τις απαιτήσεις των προδιαγραφών μελέτης.

88 3.2.7 Ορθοαναγωγή αεροφωτογραφιών και παραγωγή φωτομωσαϊκού Αφού παρήχθησαν οι ορθοανοιγμένες εικόνες (Εικόνα 67 & Παράρτημα: Ορθοφωτογραφίες Αρχαίου Θεάτρου Φιλίππων ), ακολούθησε η δημιουργία του μωσαϊκού (Εικόνα 68). Εικόνα 67: Ορθοαναγωγή αεροφωτογραφιών Εικόνα 68: Μωσαϊκό κοίλου Αρχαίου Θεάτρου Φιλίππων

89 3.3 Αποτύπωση πολεοδομικού ιστού Στόχος της εφαρμογής Οι αεροφωτογραφίες οικισμών βρίσκουν ευρεία εφαρμογή στον αστικό και περιφερειακό σχεδιασμό. Μέσα από την αποτύπωση του δομημένου και φυσικού περιβάλλοντος, λειτουργούν ως επεξηγηματικά και διαγνωστικά εργαλεία του σχεδιασμού, αλλάζοντας τον τρόπο με τον οποίο οι πολεοδόμοι/χωροτάκτες ε- ντοπίζουν και αντιμετωπίζουν τα προβλήματα. Ωστόσο, η συλλογή εικόνων ενός αστικού περιβάλλοντος είναι μία δύσκολη διαδικασία, η οποία έγκειται στην περιορισμένη δυνατότητα των φωτοληπτικών συστημάτων να πλοηγηθούν μέσα σε αυτό. Αντικείμενο λοιπόν, αυτής της εφαρμογής, είναι η απόκτηση εικόνων υψηλής χωρικής ανάλυσης, ενός πολεοδομικού ιστού, χρησιμοποιώντας το τηλεκατευθυνόμενο σύστημα λήψης που αναπτύχθηκε. Στόχος είναι, η απόδειξη της ευελιξίας του συστήματος να πλοηγείται σε αστικά περιβάλλοντα για την απόκτηση χωρικής πληροφορίας Παρουσίαση δεδομένων Για την εκτίμηση της ικανότητας λειτουργίας του συστήματος αεροφωτογράφισης που κατασκευάστηκε, μέσα σε έναν πολεοδομικό ιστό, επιλέχθηκε οικισμός Α, στην ευρύτερη περιοχή των Φιλίππων του Ν. Καβάλας. Το ύψος πτήσης κυμάνθηκε στα 100m και οι καιρικές συνθήκες επέτρεψαν την πραγματοποίηση λήψεων. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι εικόνες του οικισμού Α που συλλέχθηκαν.

90 Η λήψη των παραπάνω εικόνων έγινε με την ψηφιακή φωτογραφική μηχανή Canon EOS 20D. Πρόκειται για τον ίδιο φωτογραφικό εξοπλισμό που χρησιμοποιήθηκε στην πρώτη εφαρμογή που παρουσιάστηκε και τα χαρακτηριστικά του έχουν καταγραφεί στον Πίνακα Μωσαϊκό εικόνων Από τις αεροφωτογραφίες που συγκεντρώθηκαν, σε περίπτωση που είχαν μετρηθεί φωτοσταθερά σημεία για τον οικισμό Α, θα ήταν δυνατό να ακολουθηθεί η διαδικασία που παρουσιάστηκε στην εφαρμογή της προηγούμενης ενότητας και να παραχθεί το ψηφιακό μοντέλο εδάφους του οικισμού καθώς επίσης και ο ορθοφωτοχάρτης του. Εντούτοις, η παρούσα εφαρμογή επικεντρώνεται στην πραγματοποίηση δοκιμαστικής λήψης, για τη φωτογραφική αποτύπωση ενός αστικού ιστού, με το σύστημα που αναπτύχθηκε. Για το λόγο αυτό και δεδομένου ότι δεν καταγρά-

91 φηκαν φωτοσταθερά σημεία, το μωσαϊκό των εικόνων που παρουσιάζεται (Εικόνα 69), δεν έχει επεξεργαστεί φωτογραμμετρικά και δεν διαθέτει μετρητική πληροφορία. Εικόνα 69: Μωσαϊκό Οικισμού Α, χωρίς μετρητική πληροφορία Με την ολοκλήρωση αυτής της εφαρμογής διαπιστώνεται ότι το τηλεκατευθυνόμενο σύστημα αεροφωτογράφισης που σχεδιάστηκε, δύναται να πλοηγείται σε αστικά περιβάλλοντα. Από τα δεδομένα συλλογής, μπορούν να παραχθούν προϊόντα (π.χ. χάρτες χρήσεων γης και ορθοφωτοχάρτες οικισμών), τα οποία αποτελούν απαραίτητα εργαλεία του σχεδιασμού και της παρακολούθησης των πόλεων, για την απόκτηση μετρητικής και θεματικής χωρικής πληροφορίας.

92

93 4 Συμπεράσματα

94 4 Συμπεράσματα Η απόκτηση αεροφωτογραφιών για την αποτύπωση του χώρου και την παρακολούθηση φαινομένων βρίσκει εφαρμογή σε πλήθος επιστημονικών πεδίων. Καινοτομίες στον τομέα των πλατφόρμων εξάρτησης και των εικονοληπτικών ψηφιακών συστημάτων, επιτρέπουν τη λήψη αεροφωτογραφιών, εξασφαλίζοντας ταχύτητα και ασφάλεια, μειώνοντας παράλληλα το κόστος. Το τηλεκατευθυνόμενο σύστημα αεροφωτογράφισης που αναπτύχθηκε, αποτελεί μία ελαφριά κατασκευή, συνολικού βάρους 1.34 Kgr (Μπαλόνι: 0.1 Krg, σύστημα λήψης χωρίς αισθητήρα: 1.24Kgr). Το κόστος κατασκευής και λειτουργίας του συστήματος είναι μικρό (~2.500 ), σε σχέση με παρόμοια συστήματα που χρησιμοποιούνται διεθνώς. Η προετοιμασία του εξοπλισμού που απαιτείται πριν την πτήση και τις λήψεις στο πεδίο, καθώς και ο χειρισμός πλοήγησής του, αποτελούν διαδικασίες οι οποίες πραγματοποιούνται με εύκολο τρόπο χωρίς να απαιτούνται ειδικές γνώσεις και ικανότητες. Η προσαρμογή και η σύνδεση των εντολών/υπηρεσιών του σταθμού εδάφους με την πλατφόρμα εξάρτησης που βρίσκεται στον αέρα κρίνεται άκρως ικανοποιητική. Από την αξιολόγηση του συστήματος, στη διάρκεια ενός έτους, προκύπτει πως ο μοναδικός παράγοντας που θα μπορούσε να αναστείλει τη λειτουργία του, είναι η υψηλή ταχύτητα του ανέμου (άνω των 12Km/h). Όσον αφορά τους τομείς στους οποίους βρίσκει ε- φαρμογή το συγκεκριμένο σύστημα, απεδείχθη ότι αποτελεί σημαντικό εργαλείο για εναέριες αποτυπώσεις μεγάλης κλίμακας, συλλέγοντας δεδομένα τα οποία μπορούν να επεξεργαστούν κατάλληλα και να δώσουν τόσο μετρητικές όσο και θεματικές χωρικές πληροφορίες μέσα από φωτοερμηνευτικές και φωτογραμμετρικές μεθόδους. Στον Πίνακα 28 που ακολουθεί, γίνεται μία συνοπτική καταγραφή των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων του προτεινόμενου συστήματος. Πίνακας 28: Πλεονεκτήματα & μειονεκτήματα του συστήματος Πλεονεκτήματα Ως προς το χειρισμό Δυνατότητα πτήσης σε ύψος >200m Δυνατότητα τηλεχειρισμού/ασύρματη ζεύξη Παρακολούθηση της πτήσης και των λήψεων σε πραγματικό χρόνο Περιστροφή 360 ο στον οριζόντιο και κατακόρυφο άξονα Αυτόματη κατακορύφωση Εστίαση (ζουμ) στο σημείο λήψης Ύπαρξη σταθεροποιητών για τη σταθεροποίηση στην επιθυμητή θέση (οριζόντια/κατακόρυφη) και την αποφυγή κραδασμών Διαθέτει ηλεκτρικό κινητήρα για τηλεκατεύθυνση Διαθέτει μηχανισμό ασφαλείας που ενεργοποιείται σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης και επιτρέπει την πλήρη εκτόνωση του μπαλονιού Δυνατότητα φόρτισης της βάσης εξάρτησης και του σταθμού εδάφους στο πεδίο

95 Δυνατότητα σύνδεσης του σταθμού εδάφους με Η/Υ Δεν απαιτούνται ειδικές γνώσεις αεροπλοΐας ή εξειδικευμένες γνώσεις μοντελισμού για την πλοήγηση του Ως προς τη χρήση & τα πεδία εφαρμογών Ο εξοπλισμός αποτελείται μόνο από τρία (3) μέρη Αποθηκεύεται & μεταφέρεται εύκολα με ασφαλή τρόπο Μέσω της αυτόματης οριζοντίωσης της κάμερας είναι δυνατή η λήψη όψεων κτιρίων Ικανό να χρησιμοποιείται ανά τακτά χρονικά διαστήματα για την παρακολούθηση μεταβαλλόμενων φαινομένων Ικανό να πλοηγείται σε αστικά περιβάλλοντα Λήψη υψηλής ποιότητας δεδομένων Μειονεκτήματα Αδυναμία λειτουργίας σε συνθήκες έντασης ανέμου >3 μποφόρ Δεν διαθέτει σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS) και αυτόματο πλοηγό Σχετικά με τη μελλοντική εξέλιξη του τεχνικού και λειτουργικού μέρους του συστήματος, εντοπίζονται δύο κατευθύνσεις: η δυνατότητα αυτόματης πλοήγησης στα σημεία λήψεων καθώς και η εξάρτηση από αυτό, διαφορετικών τύπων αισθητήρων. Η χρήση ενός συστήματος εντοπισμού θέσης στη βάση εξάρτησης (GPS), σε συνδυασμό με ένα λογισμικό αυτόματης πλοήγησης και προγραμματισμού των φωτογραμμετρικών διαδικασιών αποτύπωσης, θα καθιστούσαν το σύστημα πλήρως αυτοματοποιημένο. Η χρήση διαφορετικών τύπων μηχανών λήψης, (όπως βιντεοκάμερες, θερμικές κάμερες κ.α.), θα δώσουν τη δυνατότητα συλλογής ποικίλων δεδομένων και κατ επέκταση πληθώρα ενδιαφερόντων προϊόντων. Τέλος, σημαντικό ζήτημα αποτελεί η διεύρυνση του τομέα εφαρμογών του συγκεκριμένου συστήματος. Θα ήταν ενδιαφέρουσα, η χρήση του σε μελέτες που αφορούν τους τομείς του περιβάλλοντος, της γεωργίας, της συγκοινωνιολογίας και των φυσικών καταστροφών.

96 Περίληψη

97 Περίληψη Η παρούσα διπλωματική εργασία με τίτλο Ανάπτυξη χαμηλού κόστους τηλεκατευθυνόμενου συστήματος λήψης εικόνων, για μεγάλης κλίμακας μετρητική και θεματική τεκμηρίωση του χώρου, εκπονήθηκε στα πλαίσια των προπτυχιακών σπουδών στο Τμήμα Μηχανικών Χωροταξίας & Ανάπτυξης, της Πολυτεχνικής Σχολής, του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Ερευνώντας την εξέλιξη των συστημάτων αεροφωτογράφισης και των πεδίων εφαρμογών τους, επιχειρείται η ανάπτυξη ενός τηλεκατευθυνόμενου συστήματος λήψης εικόνων, ικανού να ανταποκριθεί σε εφαρμογές μεγάλης κλίμακας για την απόκτηση μετρητικής και θεματικής χωρικής πληροφορίας. Σύμφωνα με τις προδιαγραφές παρόμοιων συστημάτων, καταγράφηκαν οι α- παιτήσεις στις οποίες θα πρέπει να ανταποκρίνεται το σύστημα και ακολούθησαν η κατασκευή και η λειτουργία του στο πεδίο. Για την αξιολόγηση του συστήματος που αναπτύχθηκε, υλοποιήθηκαν τρεις ε- φαρμογές μεγάλης κλίμακας. Η πρώτη εφαρμογή εκτιμά τη λειτουργία του συστήματος, όσον αφορά τη διαχρονική παρακολούθηση μεταβαλλόμενων φαινομένων. Η δεύτερη εφαρμογή, στοχεύει στην απόκτηση δεδομένων υψηλής ανάλυσης, έτσι ώστε μέσα από κατάλληλες φωτογραμμετρικές μεθόδους, να παραχθούν προϊόντα με μετρητική και θεματική πληροφορία. Η τρίτη εφαρμογή, επιχειρεί να διαπιστώσει αν το εν λόγω σύστημα είναι ικανό να πλοηγείται σε αστικά περιβάλλοντα για την απόκτηση χωρικής πληροφορίας. Η εμπειρική έρευνα ξεκίνησε τον Μάρτιο του 2012 και ολοκληρώθηκε τον Ιούνιο του Abstract This thesis entitled "Development of a low-cost unmanned image acquisition system for large-scale spatial documentation" was produced as part of undergraduate studies in the Department of Planning & Development, Faculty of Engineering, Aristotle University of Thessaloniki. After investigating the evolution of aerial photogrammetric systems and their scope, an unmanned remote-control camera system was developed, capable of responding to large-scale applications, to obtain spatial information. Taking under consideration the characteristics of such systems, were set the requirements, followed by the construction and operation of the field. To evaluate the system, three large-scale applications were held. The first application considers the operation of the system in relation to the longitudinal follow-changing phenomena. The second application aims at obtaining high resolution data, so that through appropriate photogrammetric methods to produce measuring and thematic information. The third application, it attempts to determine whether the system is capable of navigating urban environments to acquire spatial information. The empirical investigation was started in March 2012 and ended in June 2013.

98 Βιβλιογραφία

99 Aber, J. (2003). Applications of small-format aerialphotography in North Dakota. North Dakota Geo-logical Survey Newsletter, σσ Ajibola, I., & Mansor, S. (2013). UAV-Based Imaging for Environmental Sustainability - Flash Floods Control Perspective. FIG Working Week Environment for Sustainability. Abuja, Nigeria. Altan M. O., Celikoyan T. M., Kemper G., & Toz G. (2002). Balloon Photogrammetry For Cultural Heritage. SS 4: CIPA Low-Cost Systems in Recording and Managing the Cultural Heritage. Baker, A. K., Fitzpatrick, R. W., & Koehne, S. (2004). High resolution low altitude aerial photography for recording temporal changes in dynamic surficial environments. Regolith (σσ ). CRC LEME. Berni, J., Zarco-Tejada, P., Suárez, L., González-Dugo, V., & Fereres, E. (2008). Remote sensing of vegetation from UAV platforms using lightweght multispectral and thermal imaging sensors. Inter-Commission WG I/V. Blachut, T. J. (1985). Τα πρώτα χρόνια της Φωτογραμμετρίας (Πριν από τη χρήση αεροσκαφών). Στο T. J. Blachut, & R. Burkhardt, Ιστορική εξέλιξη των Φωτογραμμετρικών Μεθόδων και Οργάνων (σσ. 1-38). Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας, Ελληνική Εταιρεία Φωτογραμμετρίας και Τηλεπισκόπησης. Campbell, J. B. (2008, January). Origins of Aerial Photographic Interpretation. U.S. Army, 1916 to Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, σσ Eisenbeiss, H. (2004). A mini unmanned aerial vehicle (UAV): system overview and image acquisition. International Workshop on "Processing and visualization using high-resolution imagery", (σσ. 1-7). Pitsanulok, Thailand. Friedrich, B., Becker,J., Brimer,B., & Merkel,B. (2007). Low-cost aerial photography for high-resolution mapping of hydrothermal areas in Yellowstone National Park. International Journal of Remote Sensing, σσ Hansen, W. v., & Thonnessen, U. (2005). Remote Controlled Model Aircraft as sensor platform for urban modelling. FGAN-FOM Research Institute of Optronics and Pattern Recognition. Ho Sik, J., Cha Kyum, K., Jong Chool, L., Young Dae, L., & Hyun Woo, O. (2008). The analysis of road slide slopes using RC helicopter. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B4.. Beijing. Jinsoo, K., Seongkyu, L., Hoyong, A., Dongju, S., Soyoung, P., & Chuluong, C. (2013, Μάρτιος). Feasibility of employing a smartphone as the payload in a photogrammetric UAV system. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, σσ

100 Karadedos, G., & Nikolaidou-Patera, M. (2006). Seeking the Via Egnatia in the plain of Philippi. 20th Symposium of Archaeological Work in Macedonia and Thrace, (σσ ). Thessaloniki, Greece. Kyoungah, C., & Impyeong, L. (2011). A UAV based close-range rapid aerial monitoring system for emergency responses. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXVIII-1/C22, UAV-g 2011, Conference on Unmanned Aerial Vehicle in Geomatics. Zurich, Switzerland. Mihajlovic, D., Mitrovic, M., Cvijetinovic, Z., & Vojinovic, M. (2008). Photogrammetry of archaeological site Felix Romuliana at Gamzigrad using aerial digital camera and non-metric digital camera. In Silk Road for Information from Imagery, Proceedings of the XXIth ISPRS Congress, (σσ ). Bejing, China. Miyamoto, M.,, Kushida,K., & Yoshino, K. (2001). Classification of wetland vegetation using aerial photographs by captive balloons cameras and aero nir color video image, Kushiro Northern wetland in Japan. 22nd Asian Conference on Remote Sensing. Singapore: CRISP, SISV, AARS. Mund, J., Symann, R., & Seang, T. (2005). Urban and peri-urban land management examples from provincal Cambodian cities. South East Asia Survey Congress 2005, (σσ. 1-12). Remondino, F., Barazzetti, L., Nex, F., Scaioni, M., & Sarazzi, D. (2011). UAV photogrammetry for mapping and 3D modeling current status and future perspectives. Conference on Unmanned Aerial Vehicle in Geomatics (σσ. 1-7). Zurich, Switzerland: International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Rubio, J., Lahoz, J., Aguilera, D., & Codes, J. (2005). Low-cost photogrammetry for cultural heritage. Proceedings of the CIPA 2005 XX Inter-national Symposium. Torino, Italy: Camera and Imaging Products Association. Rutzler, K. (1978). Photogrammetry of reef environments by helium balloon. Monographs on oceanographic methodology, Scaioni, M., Barazzetti, L., Brumana, R., Cuca, B., Fassi, F., & Prandi, F. (2010). RCheli and structure & motion techniques for the 3-D reconstruction of a milan dome spire. Milano, Italy: Politecnico di Milano. Seang, T., & Mund,J. (2006). Balloon based georeferenced digital photo technique a low-cost high resolution option for developing countries. Shaping the Change, XXIII FIG Congress, (σσ. 1-12). Munich, Germany. Smith, Μ., Chandler, J., & Rose, J. (2009). High spatial resolution data acquisition for the geosciences: kite aerial photography. EARTH SURFACE PROCESSES AND LANDFORMS, σσ Verhoeven, G. J. (2009, 07 23). Providing an Archaeological Bird s-eye view an Overall Picture of Ground-based Means to Execute Low-altitude Aerial Photography (LAAP) in Archaeology. Wiley InterScience, σσ

101 Vericat, D., Brasington, J., Wheaton, J., & Cowie, M. (2008). Accuracy assessment of aerial photographs acquired using lighter-than-air blimps: low cost tools for mapping river corridors. Wiley InterScience. Καϊμάρης, Δ. (2006). Φωτογραμμετρική Επεξεργασία Ψηφιακών Εικόνων στην Υπηρεσία της ΑρχαιολογικήςΈρευνας: Ο εντοπισμός της Εγνατίας Οδού από τηναμφίπολη έως τους Φιλίππους. Διδακτορική Διατριβή. Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών Προστασία, Συντήρηση και Αποκατάσταση Μνημείων Πολιτισμού, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης. Καϊμάρης, Δ. (2012). Τηλεπισκόπηση-Θεωρητική Προσέγγιση και Εργαστηριακές Ασκήσεις. Θεσσαλονίκη: ΑΠΘ. Πατιάς, Π. (1991). Εισαγωγή στη Φωτογραμμετρία. Θεσσαλονίκη: Εκδόσεις ΖΗΤΗ. Κατάλογος -URL- (τελευταία πρόσβαση: 20/06/2013) URL1 URL2 URL3 URL4 URL5 URL6 URL7 URL8 URL9 URL10 URL11 URL12 URL13 URL14 URL15 8/K5UvJFm4y3M/s1600/kircher-camera-obscura.gif El- RucNQ/T7zunFU8PII/AAAAAAAABIE/Ze1yccHN5nM/s1600/graphicmicroscope02.jpg gr3.jpg C3%A9rience_du_globe_a%C3%A9rostatique_de_MM_Charles_et_Rober t_au_jardin_des_thuileries_le_1er_d%c3%a9cembre_1783.jpg/660px- Exp%C3%A9rience_du_globe_a%C3%A9rostatique_de_MM_Charles_et_ Robert_au_Jardin_des_Thuileries_le_1er_d%C3%A9cembre_1783.jpg I/yuBis32FTEY/s1600/Honor%C3%A9_Daumier_NADAR_nad_Parizi_1 853.jpg g / aerial-photography-using-a-captive-balloon.jpg

102 URL16 URL17 URL18 URL19 URL20 URL21 URL22 URL23 URL24 URL25 URL26 URL27 URL28 URL29 URL30 URL31 2/02/02/the-first-autonomous-flying-camera-system-made-in oZnxfrjatM/TzI1G42xW9I/AAAAAAAADUg/sWYNmWk4m_U/s640/P igeon_camera.jpg RP1HQdameSI/TzKKmfNxsAI/AAAAAAAAFJE/CgNqZGwTgn4/s1600/ pigeon-photo.jpg Brothers-Powered-Airplane.jpg e004.jpg Large.jpg winglet_cam_matrix_logo.png 3%20satellite%20sensor.jpg

103 Κατάλογος Εικόνες Πίνακες

104 Κατάλογος Εικόνων Εικόνα 1: Σκοτεινός θάλαμος camera obscura-(url 1) Εικόνα 2: Φωτεινός θάλαμος camera lucida-( URL 2) Εικόνα 3: Σχέδιο του φρουρίου του Vincennes που σχεδιάστηκε από τον Laussedat το 1850 χρησιμοποιώντας το φωτεινό θάλαμο (camera lucida) (URL 3) Εικόνα 4: Αερόστατο των αδελφών Montgolfier (URL 4) Εικόνα 5: Αερόστατο υδρογόνου που ανυψώθηκε από τον Charles και τον βοηθό του Aline Robert στο Παρίσι, την 1η Δεκεμβρίου 1783 (URL 5) Εικόνα 6: Σκίτσο που απεικονίζει τον Nadar πάνω στο αερόστατο (URL 7) Εικόνα 7: Αεροφωτογραφία της Βοστώνης από μπαλόνι σε ύψος πόδια, 13 Οκτωβρίου 1860, James Wallace Black (URL8) Εικόνα 8:Μπαλόνι Ηλίου (URL 10) Εικόνα 9: Helikite (URL 11) Εικόνα 10: Mη άκαμπτα αερόπλοια (no-rigid airships/blimps) & Ημιάκαμπτα αερόπλοια (semi-rigid airships) (URL12) Εικόνα 11: Άκαμπτα αερόπλοια (rigid airships) (URL13) Εικόνα 12: Τραίνα χαρταετών Saconney (URL 14) Εικόνα 13: Φωτογραφική μηχανή προσδεμένη σε περιστέρι (URL 16) Εικόνα 14: Φωτογραφική μηχανή τοποθετημένη σε ιμάντα και θώρακα αλουμινίου (URL 17) Εικόνα 15: Αεροφωτογραφία από περιστέρι (URL 18) Εικόνα 16: 1903 Wright Flyer ( Kitty Hawk Flyer )(URL 19) Εικόνα 17:Fairchild Aerial Surveys (URL 20) Εικόνα 18: Σαν Φρανσίσκο, όπως φωτογραφήθηκε από την εταιρεία Fairchild Aerial Surveys το 1931 (URL 21) Εικόνα 19: Με το συνδυασμό 100 αεροφωτογραφιών, ο Fairchild παράγει το μωσαϊκό του Μανχάταν το 1921 (URL 22) Εικόνα 20: Προετοιμασία για αεροφωτογράφιση, 1946 (URL 24) Εικόνα 21: SR20 Electric VTOL UAV (URL 25) Εικόνα 22: sensefly swinglet cam (URL 26) Εικόνα 23: Δορυφόρος World View-3 (URL 27) Εικόνα 24: Πλήρωση μπαλονιού με αέριο υδρογόνο Εικόνα 25: Πλαστική Θήκη/Θέση φωτογραφικής μηχανής & GPS Εικόνα 26: Περιοχή αγοράς της πόλης Μπαταμπάνγκ της Βορειοδυτικής Καμπότζης σε κλίμακα 1: Εικόνα 27: Δασική Περιοχή Εικόνα 28: Έργα Υποδομής Εικόνα 29: Μωσαϊκό από αεροφωτογραφίες που έχουν ληφθεί από μπαλόνι, απεικονίζουν την αστική και περιαστική περιοχή της πόλης Μπαταμπάνγκ της Βορειοδυτικής Καμπότζης Εικόνα 30: Piper J Εικόνα 31: IR thermal camera

105 Εικόνα 32: Τροχιά πτήσης που έχει ανακτηθεί από το βίντεο Εικόνα 33: Ψηφιδωτό που δημιουργήθηκε από την προβολή της ακολουθίας εικόνων πάνω στο έδαφος Εικόνα 34: Fixed-Wing aircraft Εικόνα 35: Σταθμός εδάφους Εικόνα 36: Ψηφιακή φωτογραφική μηχανή Pentax 12.1MP Εικόνα 37: Υψομετρικός χάρτης Εικόνα 38: Ψηφιακό μοντέλο εδάφους Εικόνα 39: Μωσαϊκό περιοχής μλέτης Εικόνα 40: Τα τρία μέρη που συμβάλλουν στη λειτουργία του συστήματος Εικόνα 41: Διάγραμμα ροής δεδομένων και επικοινωνίας Εικόνα 42: Περιοχή Yangsan Gyeongsangnam-do της Νότιας Κορέας (με πράσινο το τμήμα της πόλης που είναι υπό σχεδιασμό Εικόνα 43: Παράδειγμα εικόνων που λήφθηκαν με σύστημα ελαχιστοποίησης κραδασμών (a) και χωρίς αυτό (b) Εικόνα 44: Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Εικόνα 45: Ορθοανηγμένες εικόνες Εικόνα 46: Ballon carrier (URL 28) Εικόνα 47: KingFisher Wind Capable Aerostat (URL 29) Εικόνα 48: Balloon 210 (URL 30) Εικόνα 49: Το μπαλόνι με ήλιο (προσωπικό αρχείο) Εικόνα 50: Βάση εξάρτησης συστήματος φωτογράφισης (προσωπικό αρχείο). 57 Εικόνα 51: Σταθμός εδάφους (προσωπικό αρχείο) Εικόνα 52: Φορτιστής βάσης εξάρτησης (προσωπικό αρχείο) Εικόνα 53: Κόκκινο & άσπρο βύσμα φορτιστή (προσωπικό αρχείο) Εικόνα 54: Συνδεσμολογία μπαταρίας βάσης εξάρτησης & φορτιστή (προσωπικό αρχείο) Εικόνα 55: Φορτιστής σταθμού εδάφους (προσωπικό αρχείο) Εικόνα 56: Κουμπί έναρξης της φόρτισης (προσωπικό αρχείο) Εικόνα 57: Εξοπλισμός συστήματος λήψης (προσωπικό αρχείο) Εικόνα 58: Κτίριο αποθήκευσης μπαλονιού Εικόνα 59: Αποθήκευση μπαλονιού Εικόνα 60: Χρονικός προγραμματισμός λήψεων Εικόνα 61: Λήψεις θέσης Α, αριστερά παρουσιάζονται οι αεροφωτογραφίες της θέσης και δεξιά οι αεροφωτογραφίες με επισημασμένο το ίχνος Εικόνα 62: Λήψεις θέσης Β, αριστερά παρουσιάζονται οι αεροφωτογραφίες της θέσης και δεξιά οι αεροφωτογραφίες με επισημασμένο το ίχνος Εικόνα 63: Μέσο ύψος πτήσης, ιδία επεξεργασία Εικόνα 64: Μπλοκ αεροφωτογραφιών Εικόνα 65: Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (DTM) Εικόνα 66: Ποιοτική αξιολόγηση ψηφιακού μοντέλου εδάφους Εικόνα 67: Ορθοαναγωγή αεροφωτογραφιών Εικόνα 68: Μωσαϊκό κοίλου Αρχαίου Θεάτρου Φιλίππων... 88

106 Εικόνα 69: Μωσαϊκό Οικισμού Α, χωρίς μετρητική πληροφορία Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 1: Κατηγορίες των UAV όπως ορίζονται από την UVS International Πίνακας 2: Δορυφόροι Landsat Πίνακας 3: Δορυφόροι SIR Πίνακας 4: Δορυφόροι SPOT Πίνακας 5: Δορυφόροι IRS Πίνακας 6: Δορυφόροι 21ου αιώνα Πίνακας 7: Επισκόπηση εφαρμογών Πίνακας 8: Χαρακτηριστικά Piper J Πίνακας 9: Camera Panasonic SV-AV Πίνακας 10: Χαρακτηριστικά Ballon carrier Πίνακας 11: Χαρακτηριστικά KingFisher Wind Capable Aerostat Πίνακας 12: Χαρακτηριστικά Balloon Πίνακας 13: Χαρακτηριστικά Aero Drum Ltd Πίνακας 14: Χαρακτηριστικά προτεινόμενων βάσεων εξάρτησης από την Aerial Products Πίνακας 15: Χαρακτηριστικά S3D-Carbone & S3D-PRO Πίνακας 16: Χαρακτηριστικά Ground Control Unit Πίνακας 17: Χαρακτηριστικά Radio commandes Πίνακας 18: Υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για το μπαλόνι Πίνακας 19: Θέσεις σύνδεσης σερβομηχανισμών Πίνακας 20: Υλικά κατασκευής της βάσης εξάρτησης Πίνακας 21: Υλικά κατασκευής σταθμού εδάφους Πίνακας 22: Χαρακτηριστικά ψηφιακής φωτογραφικής μηχανής Πίνακας 23: Στοιχεία λήψεων θέσης Α Πίνακας 24: Στοιχεία λήψεων θέσης Β Πίνακας 25: Χαρακτηριστικά ψηφιακής φωτογραφικής μηχανής Πίνακας 26: Αποτελέσματα επίλυσης αεροτριγωνισμού Πίνακας 27: Έλεγχος Ακρίβειας ψηφιακού μοντέλου εδάφους Πίνακας 28: Πλεονεκτήματα & μειονεκτήματα του συστήματος... 94

107 Παράρτημα

108 Ορθοφωτογραφίες Αρχαίου Θεάτρου Φιλίππων

109 Αποτελέσματα αεροτριγωνισμού The output image x, y units: pixels The output angle unit: degrees The output ground X, Y, Z units: meters The Input Image Coordinates image ID = 1 Point ID x y The Triangulation Report With LPS

110 Affine coefficients from file (pixels) to film (millimeters) A0 A1 A2 B0 B1 B image ID = 2 Point ID x y

111 Affine coefficients from file (pixels) to film (millimeters) A0 A1 A2 B0 B1 B image ID = 4 Point ID x y

112

113 Affine coefficients from file (pixels) to film (millimeters) A0 A1 A2 B0 B1 B image ID = 6 Point ID x y

114 Affine coefficients from file (pixels) to film (millimeters) A0 A1 A2 B0 B1 B image ID = 7 Point ID x y Affine coefficients from file (pixels) to film (millimeters) A0 A1 A2 B0 B1 B THE OUTPUT OF SELF-CALIBRATING BUNDLE BLOCK ADJUSTMENT the no. of iteration =1 the standard error = the maximal correction of the object points = the no. of iteration =2 the standard error = the maximal correction of the object points = the no. of iteration =3 the standard error = the maximal correction of the object points = the no. of iteration =4 the standard error = the maximal correction of the object points = The exterior orientation parameters image ID Xs Ys Zs OMEGA PHI KAPPA

115 The accuracy of the exterior orientation parameters image ID mxs mys mzs momega mphi mkappa The interior orientation parameters of photos image ID f(mm) xo(mm) yo(mm) The values and accuracy of the additional parameters No. Ai mai MaxX MaxY E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E Total Mx My The residuals of the check points Point ID rx ry rz ax ay az mx my mz

116 CE90 LE The image residuals of measured check points Mean error of 16 image points: ax=0.036, ay=0.000 RMSE of 16 image points: mx=0.496, my=0.572 The residuals of the control points Point ID rx ry rz

117 ax ay az mx my mz CE90 LE The difference of intersected and measured control points Point ID rx ry rz ax ay az mx my mz

118 CE90 LE The image residuals of intersected GCP

119

120 Mean error of 89 image points: ax=0.002, ay=0.000 RMSE of 89 image points: mx=0.499, my=0.486 The coordinates of object points Point ID X Y Z Overlap

121

122 The total object points = 68 The accuracy of object points Point ID mx my mz mp Overlap

123 amx amy amz The residuals of image points

124

125

126

127

128

129 Total mean error of 205 image points: ax=0.000, ay=0.000 Total RMSE of 205 image points: mx=0.517, my=0.523 The image residuals of the control points The image ID = 7 Point ID Vx Vy RMSE of 13 points: mx=0.657, my=0.725 The image ID = 6 Point ID Vx Vy

130 RMSE of 19 points: mx=0.474, my=0.617 The image ID = 4 Point ID Vx Vy RMSE of 23 points: mx=0.483, my=0.659 The image ID = 2 Point ID Vx Vy

131 RMSE of 19 points: mx=0.512, my=0.769 The image ID = 1 Point ID Vx Vy RMSE of 15 points: mx=0.576, my=0.713 Total number of all control image points = 89 Total rmsex = 0.532, rmsey = The image residuals of the check points The image ID = 7 Point ID Vx Vy RMSE of 1 points: mx=0.094, my=0.503 The image ID = 6 Point ID Vx Vy

132 RMSE of 2 points: mx=0.333, my=0.487 The image ID = 4 Point ID Vx Vy RMSE of 5 points: mx=0.312, my=0.230 The image ID = 2 Point ID Vx Vy RMSE of 4 points: mx=0.470, my=0.268 The image ID = 1 Point ID Vx Vy RMSE of 4 points: mx=0.304, my=0.163 Total number of all check image points = 16 Total rmsex = 0.351, rmsey = 0.294

133 Φωτογραφίες από το πεδίο Πλήρωση μπαλονιού με ήλιο Μπαλόνι ηλίου & σταθμός εδάφους

134