ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΤΟΥ ΟΧΥΡΩΜΕΝΟΥ ΒΥΖΑΝΤΙΝΟΥ ΟΙΚΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΡΕΝΤΙΝΑΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ & ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΔΑΙΣΙΑΣ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών «Γεωπληροφορικής» Κατεύθυνση "Τοπογραφικές Εφαρμογές Υψηλής Ακρίβειας ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΤΟΥ ΟΧΥΡΩΜΕΝΟΥ ΒΥΖΑΝΤΙΝΟΥ ΟΙΚΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΡΕΝΤΙΝΑΣ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΣΟΥΓΛΕ ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΤΟΚΜΑΚΙΔΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2010 - ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ

ΠΕΡΙΛΗΨΗ 3 ABSTRACT 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 5 1.1 Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΗΣ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΑΣ ΣΤΙΣ ΑΠΟΤΥΠΩΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΧΩΡΩΝ 5 1.2 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗΣ ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΧΩΡΩΝ..7 1.3 ΣΚΟΠΟΣ ΚΑΙ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ...12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Η ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ 13 2.1 ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΑ ΚΑΙ ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ..13 2.2 ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΝΑΣΚΑΦΕΣ ΚΑΙ ΕΥΡΗΜΑΤΑ.14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ 16 3.1 ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΣ ΠΤΗΣΗΣ ΤΗΣ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ..16 3.2 ΨΗΦΙΑΚΗ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ...17 3.3 ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ 17 3.4 ΛΟΓΙΣΜΙΚΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΔΕΔΟΜΕΩΝ..18 3.5 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ.18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΣΥΛΛΟΓΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ 23 4.1 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΩΝ ΛΗΨΕΩΝ.23 4.2 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ..26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΕΡΟΦΩΤΟΓΡΑΦΙΩΝ - ΛΗΨΕΩΝ 28 5.1 ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ 28 5.2 ΑΕΡΟΤΡΙΓΩΝΙΣΜΟΣ.28 5.2.1 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΗΨΕΩΝ 30 5.2.1.1 ΕΠΙΛΥΣΗ ΔΙΚΤΥΟΥ - PROJECT 1.31 5.2.1.2 ΕΠΙΛΥΣΗ ΔΙΚΤΥΟΥ - PROJECT 2.36 5.2.1.3 ΕΠΙΛΥΣΗ ΔΙΚΤΥΟΥ - PROJECT 3.42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΙΚΟΝΕΣ 48 6.1 Η ΣΧΕΣΗ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ..48 6.2 ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΣΗ : ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝΤΟΣ 49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 - ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 50 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 51 2

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών "Γεωπληροφορικής", της κατεύθυνσης "Τοπογραφικές Εφαρμογές Υψηλής Ακρίβειας", του τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, κατά το ακαδημαϊκό έτος 2009-2010. Αντικείμενο της μελέτης είναι η φωτογραμμετρική αποτύπωση της αρχαιολογικής ανασκαφής στην περιοχή του οχυρωμένου Βυζαντινού Οικισμού του Βυζαντινού Κάστρου της Μυγδονικής Ρεντίνας. Η εργασία διαρθρώνεται σε επτά κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο αποτελεί μια εισαγωγή στην επιστήμη της φωτογραμμετρίας με έμφαση στην χρησιμότητα της στις αρχαιολογικές εφαρμογές. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρατίθενται ιστορικά στοιχεία για την περιοχή μελέτης, έτσι ώστε να αναδειχθεί η σημαντικότητα του αρχαιολογικού χώρου. Στο τρίτο κεφάλαιο καταγράφονται οι φωτογραμμετρικές τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για την εκπόνηση του θέματος, καθώς και τα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν. Στο τέταρτο και πέμπτο κεφάλαιο αναλύεται η επεξεργασία των δεδομένων. Πραγματοποιήθηκαν λήψεις της περιοχής από αεροσκάφος και μετρήσεις φωτοσταθερών σημείων με σύγχρονες μεθόδους. Στο έκτο κεφάλαιο περιγράφεται η σχέση που συνδέει την επιστήμη της Φωτογραμμετρίας και της Τηλεπισκόπησης, καθώς και οι δυνατότητες που εμπίπτουν από τις τηλεπισκοπικές μεθόδους επεξεργασίας των δορυφορικών εικόνων. Στο έβδομο κεφάλαιο αναφέρονται τα συμπεράσματα από το εν λόγω αντικείμενο μελέτης. Στο τέλος του τεύχους υπάρχει παράρτημα με ένα εγχειρίδιο του λογισμικού που χρησιμοποιήθηκε για την επεξεργασία των λήψεων (LPS 9.2 Leica Photogrammetry Suite), τα αποτελέσματα επίλυσης και συνόρθωσης του δικτύου των φωτοσταθερών σημείων, καθώς και οι συντεταγμένες αυτών των σημείων. Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2010 3

ABSTRACT This graduated thesis was submitted within the Graduate Program «Geoinformatics» direction High Precision Surveying Applications section of Rural and Surveying Engineering of Aristole University of Thessaloniki, during the academic year 2009-2010. The purpose of this study is photogrammetric mapping of archaeological excavation near the fortified Byzantine Settlement of the Byzantine castle of Rendina. The thesis is structured in seven chapters. The first chapter is an introduction to the science of photogrammetry with an emphasis on utility of archaeological applications. The second chapter provides historical data for the study area in order to highlight the significance of this site. In the third chapter there is an inventory of the photogrammetric techniques and the topographic equipment were used to prepare the measurements and the image processing. In the fourth and fifth chapter discusses the data processing. There were shots from the aircraft and GCPs measured with modern methods. The sixth chapter describes the relationship between the science of Photogrammetry and Remote Sensing, and the potential fall of the remote sensing methods for processing satellite images. The seventh chapter presents the findings from this research field. At the end of this publication is an annex with a user of the software used for the treatment of the shots (LPS 9.2 Leica Photogrammetry Suite), the results of solution and adjusting the network of GCPs, and the coordinates of these points. Thessaloniki, November 2010 4

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΗΣ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΑΣ ΣΤΙΣ ΑΠΟΤΥΠΩΣΕΙΣ ΜΝΗΜΕΙΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΧΩΡΩΝ. Η φωτογραμμετρία είναι η τέχνη, επιστήμη και τεχνολογία για την απόκτηση αξιόπιστης πληροφορίας σχετικά με τα φυσικά αντικείμενα και το περιβάλλον μέσα από διαδικασίες καταγραφής μέτρησης και ερμηνείας φωτογραφικών εικόνων αλλά και προτύπων ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. (βλ. Π. Πατιάς, 1994, Εισαγωγή στη Φωτογραμμετρία, Θεσσαλονίκη). Οι κλασικές αναλογικές φωτογραφίες που αποτυπώνονταν στα ασπρόμαυρα φιλμ απαιτούσαν μεγάλο κόστος και οι διαδικασίες για την επεξεργασία τους ήταν ιδιαίτερα χρονοβόρες, γεγονός που δεν ενθάρρυνε την χρήση φωτογραμμετρικών μεθόδων για τις εργασίες αποτύπωσης. Με την πάροδο των χρόνων και σε συνδυασμό με τις τεχνολογικές εξελίξεις, όπως είναι η χρήση ψηφιακών φωτογραφιών υψηλής ανάλυσης, ο τομέας της φωτογραμμετρίας εξελίχθηκε και βοήθησε ιδιαίτερα στις αποτυπώσεις μνημείων και αρχαιολογικών χώρων. Εικόνα 1 : αναλογική αεροφωτογραφία Εικόνα 2 : ψηφιακή φωτογραφία Στις αποτυπώσεις μνημείων και αρχαιολογικών χώρων, η καταγραφή τόσο της αρχικής κατάστασης του χώρου, όσο και των ευρημάτων είναι επιτακτική ανάγκη, διότι αποτελεί το μέσο για τη διάσωση του αλλά και για την περεταίρω μελέτη του από τους ειδικούς, αρχαιολόγους, αναστηλωτές και συντηρητές. Η καταγραφή αυτή με τη βοήθεια ενός απλού γραμμικού διαγράμματος όπως συνηθίζεται στις πλειονότητα των περιπτώσεων, δεν είναι δυνατόν να προσδιορίσει όλες τις ξεχωριστές λεπτομέρειες που αποδεικνύουν τη μοναδικότητα του κάθε ιστορικού 5

συνόλου. (βλ. Κ. Τοκμακίδης, 2004, Αποτυπώσεις μνημείων και αρχαιολογικών χώρων, Πανεπιστημιακές παραδόσεις). Σε αντίθεση με τις κλασικές τοπογραφικές μεθόδους, με τι οποίες κρίνεται δυνατή η αποτύπωση της βασικής γεωμετρίας του χώρου, οι φωτογραμμετρικές μέθοδοι δίνουν τη δυνατότητα μιας πλήρους αποτύπωσης, εφόσον σε μια φωτογραφία μπορούν να καταγραφούν άπειρα σημεία με την ίδια ακρίβεια προσδιορισμού. Τα τελικά προϊόντα όπως είναι ένας ορθοφωτοχάρτης και ένα τριδιάστατο μοντέλο του χώρου έχουν ιδιαίτερη μετρική αξία, ενώ το πλήθος των πληροφοριών που μπορούν να παρέχουν είναι σαφέστατα μεγαλύτερο σε σύγκριση με την πληροφορία ενός απλού τοπογραφικού διαγράμματος του χώρου. Εικόνα 3 : Ορθοφωτοχάρτης αρχαιολογικού χώρου Επιπρόσθετα, με τις σύγχρονες φωτογραμμετρικές μεθόδους, η ταχύτητα και το κόστος αποτύπωσης έχουν περιοριστεί σημαντικά, γεγονός που επιτρέπει την αποτύπωση όλων των φάσεων μιας αρχαιολογικής ανασκαφής. Ο συνδυασμός των κλασικών τοπογραφικών μεθόδων αποτύπωσης με τις σύγχρονες φωτογραμμετρικές μεθόδους, αποτελούν την πιο διαδεδομένη μεθοδολογία όσον αφορά τους αρχαιολογικούς χώρους. Μέσω των φωτογραμμετρικών τεχνικών δίνεται η δυνατότητα αποτύπωσης όλων των ιδιαίτερων και ξεχωριστών λεπτομερειών και πληροφοριών που αναδεικνύουν την ιστορική σημασία του χώρου. 6

1.2 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΩΝ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗΣ ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΧΩΡΩΝ Στο παρελθόν η εργασία της αποτύπωσης των αρχαιολογικών χώρων περιοριζόταν σε μια γρήγορη - πρόχειρη καταγραφή του χώρου, χωρίς ιδιαίτερες λεπτομέρειες με την χρήση απλών μεθόδων, όπως η τοπογραφική και η τοπομετρική. Η επιτακτική ανάγκη για μια πληρέστερη καταγραφή, σε συνδυασμό με τις τεχνολογικές εξελίξεις στον τομέα των οργάνων και των τεχνικών της φωτογραμμετρίας οδήγησαν στην εφαρμογή ακριβέστερων και ταχύτερων μεθόδων συλλογής και επεξεργασίας δεδομένων με σκοπό την καταγραφή του αρχαιολογικού χώρου. Η μεγάλη εξέλιξη των φωτογραμμετρικών μεθόδων πραγματοποιήθηκε με το πέρασμα από την αναλογική στην αναλυτική και στην ψηφιακή φωτογραμμετρία με την χρήση των ψηφιακών δεδομένων από υψηλής ανάλυσης φωτογραφικές μηχανές. Η φωτογραμμετρία κατηγοριοποιείται ανάλογα με τον τύπο της φωτογραφίας, τον τρόπο λήψης και τον τρόπο χρήσης της. Διακρίνουμε, λοιπόν, την από αέρα φωτογραμμετρία και την επίγεια φωτογραμμετρία στην οποία ο σταθμός λήψης των φωτογραφιών είναι στο έδαφος και αφόρα εφαρμογές μικρότερης έκτασης. Στις αποτυπώσεις μνημείων, για την πλήρη καταγραφή όλης της έκτασης με σκοπό την παραγωγή ενός ορθοφωτοχάρτη ή μίας αεροφωτογραφίας, η από αέρα φωτογραμμετρία είναι το κύριο εργαλείο αποτύπωσης. Εικόνα 4 : Αεροφωτογράφηση έκτασης αρχαιολογικού χώρο 7

Για την αποτύπωση κάποιων μικρών αρχαιολογικών ευρημάτων, γλυπτών καθώς και την τρισδιάστατη φωτορεαλιστική απεικόνιση αυτών των μικρών αντικειμένων, η επίγεια φωτογραμμετρία αποτελεί μια αξιόπιστη τεχνική αποτύπωσης. Εικόνα 5 : Μικρά αρχαιολογικά ευρήματα Η από αέρα φωτογραμμετρία πραγματοποιείται με τη χρήση αεροσκαφών με τις μετρικές φωτομηχανές όπως η φωτογραμμετρκή φωτομηχανή, η πανοραμική και η φωτομηχανή λωρίδας. Με μια ακόμη νέα τεχνική, οι λήψεις πραγματοποιούνται με μια ψηφιακή κάμερα ενσωματωμένη σε τηλεκατευθυνόμενο ελικόπτερο UAV (Unmanned Aerial Vehicle). Με τον όρο UAV αναφερόμαστε σε όλα τα ιπτάμενα οχήματα που πραγματοποιούν πτήσεις χωρίς να είναι επανδρωμένα, και η καθοδήγηση τους γίνεται από το έδαφος με την χρήση τηλεχειρισμού. Η εξέλιξη της χρήσης τηλεκατευθυνόμενων ευνόησε ιδιαίτερα την επιστήμη της φωτογραμμετρίας. Μέχρι πρόσφατα η λήψη δεδομένων από αέρα ήταν δυνατό να γίνει με τη χρήση αεροσκαφών όπου παρά το γεγονός ότι ικανοποιούνταν η ανάγκη για υψηλής ανάλυσης και ακρίβειας αεροφωτογραφίες, εντούτοις το κόστος ήταν αρκετά υψηλό και η διάρκεια πτήσης περιορισμένη. Η χρήση του τηλεκατευθυνόμενου ελικοπτέρου αποτελεί την πλέον εφαρμοζόμενη τεχνική απόκτησης δεδομένων όσον αφορά την τεκμηρίωση αρχαιολογικών χώρων και την λεπτομερέστερη καταγραφή του χώρου. Η δυνατότητα των UAV να συνδυάσουν επίγειες και εναέριες λήψεις με την ικανότητα πτήσης πολύ κοντά στο αντικείμενο, καθιστούν την τεχνική αυτή ένα εργαλείο απαραίτητο για τις αποτυπώσεις μνημείων και αρχαιολογικών χώρων. Επιπλέον, η λήψη των δεδομένων γίνεται ταχύτερα σε σύγκριση με τις κλασικές μεθόδους. 8

Η αρχή λειτουργίας της μεθόδου στηρίζεται στο συνδυασμό του τηλεκατευθυνόμενου ελικοπτέρου και μιας μετρικής ή ψηφιακής μηχανής. Η μηχανή ενσωματώνεται στη βάση του ελικοπτέρου ενώ με την βοήθεια μιας ψηφιακής βιντεοκάμερας γίνεται αναμετάδοση στο έδαφος του οπτικού πεδίου της μηχανής, έτσι ώστε ο χειριστής να έχει πλήρη εικόνα. Πλεονέκτημα της μεθόδου των UAV είναι το γεγονός ότι υπάρχει η δυνατότητα για λήψεις από διαφορετικές οπτικές γωνίες (κατακόρυφες, πλάγιες και κεκλιμένες) και η τρισδιάστατη φωτορεαλιστική απεικόνιση του χώρου. Μειονέκτημα της μεθόδου των UAV είναι το γεγονός ότι η ακρίβεια των μετρήσεων επηρεάζεται άμεσα από παράγοντες όπως είναι ο καιρός-δυνατοί άνεμοι που μπορεί να προκαλέσουν αστάθεια στην πτήση. Μία επιπλέον διαδικασία της Ψηφιακής Φωτογραμμετρίας είναι η μετατροπή των πρωτογενών αναλογικών εικόνων σε ψηφιακές μέσω της σάρωσης τους. Οι σαρωτές, που χρησιμοποιούνται στην Φωτογραμμετρία, είναι οι μηχανές που αποτελούνται από έναν εικονοφορέα (κινητό ή ακίνητο), μια κάμερα CCD (ακίνητη ή κινητή) στο εστιακό επίπεδο της οποίας υπάρχουν οι ψηφιακοί δέκτες, από οδηγούς κίνησης (του εικονοφορέα ή της κάμερας αντίστοιχα) και από μια φωτεινή πηγή. Με την κίνηση, είτε του εικονοφορέα είτε της κάμερας, διατρέχεται όλη η επιφάνεια της αεροφωτογραφίας και καταγράφεται τόσο η θέση της κάθε εικονοψηφίδας όσο και η φωτεινότητα της. Εικόνα 6 : Τρόποι δημιουργίας ψηφιακής εικόνας 9

Μετέπειτα, στις αποτυπώσεις κυρίως των αρχαιολογικών χώρων προστίθεται μία νέα τεχνική της χρήσης του ψηφιακού σαρωτή (Laser Scanner). Εικόνα 7 : Laser scanner Μέσω της τεχνικής αυτής επιτυγχάνεται και η τρισδιάστατη απεικόνιση του εκάστοτε χώρου. Η τεχνική του ψηφιακού σαρωτή (laser scanner) μπορεί να εφαρμοστεί είτε από αέρα, είτε επίγεια. Επιπλέον, η «απόκτηση» πληροφορίας ενός μεγάλου πλήθους σημείων (Χ,Υ,Ζ) πραγματοποιείται σε εξαιρετικά γρήγορο χρονικό διάστημα. Η συλλογή των σημείων πραγματοποιείται με τη μορφή «σύννεφου» (point cloud), σε ένα ενιαίο σύστημα αναφοράς του οργάνου με τη σάρωση όλου του χώρου ενδιαφέροντος. Η επεξεργασία αυτών των σημείων σε συνδυασμό με τις φωτογραφίες, δίνουν το τελικό αποτέλεσμα ενός τρισδιάστατου φωτορεαλιστικού της περιοχής. Εικόνα 8 : Ασπρόμαυρο νέφος σημείων Laser scanner Η ακρίβεια προσδιορισμού των σημείων εξαρτάται από το σύστημα του οργάνου που χρησιμοποιείται. Για τις επίγειες εφαρμογές όπως είναι οι προσόψεις κτιρίων με μία μέση απόσταση μεταξύ του οργάνου και του αντικειμένου της τάξης 10

των 50m, η ακρίβεια κυμαίνεται μεταξύ των 3-6mm. Για εφαρμογές από αέρα όπως είναι οι αποτυπώσεις μεγάλων εκτάσεων, όπου το ύψος πτήσης είναι από 10-3500m, η ακρίβεια ανέρχεται στα 0,15m. Άμεση συνέπεια της συλλογής τέτοιας τάξης πυκνότητας σημείων είναι και η παραγωγή ψηφιακού μοντέλου εδάφους (DTM). Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους σε συνδυασμό με τις φωτογραφικές λήψεις της περιοχής παράγει τους ορθοφωτοχάρτες. Δυστυχώς σε περιοχές με πυκνή βλάστηση, συναντάμε μειονεκτήματα, αφού ο σαρωτής δεν έχει τη δυνατότητα σάρωσης μέσα από τα αντικείμενα, ενώ τα συστήματα σάρωσης έχουν ένα ελάχιστο και μέγιστο εύρος που μπορούν να λειτουργήσουν. Όσον αφορά τις εφαρμογές σε αρχαιολογικούς χώρους η τεχνική του Laser Scanner χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του ψηφιακού μοντέλου εδάφους της περιοχής με αρκετά μεγάλη ακρίβεια. 11

1.3 ΣΚΟΠΟΣ ΚΑΙ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η εφαρμογή των φωτογραμμετρικών διαδικασιών που ακολουθούν για την καταγραφή και την τοπογραφική τεκμηρίωση ενός αρχαιολογικού χώρου. Για το σκοπό αυτό, επιλέχθηκε ως αντικείμενο μελέτης το Βυζαντινό Κάστρο της Μυγδονικής Ρεντίνας. Εικόνα 9 : Αεροφωτογράφηση έκτασης αρχαιολογικού χώρου Στην εφαρμογή έγινε χρήση σύγχρονων φωτογραμμετρικών μεθόδων με τελικό προϊόν την παραγωγή ορθοφωτογραφιών και ενός ορθοφωτοχάρτη της περιοχής μελέτης. Η διαδικασία ολοκλήρωσης της διπλωματικής εργασίας διακρίνεται σε δύο φάσεις, στις εργασίες πεδίου και στις εργασίες γραφείου. Οι εργασίες πεδίου περιλάμβαναν την από αέρα φωτογράφηση του αρχαιολογικού χώρου καθώς και τη μέτρηση με νέες τοπογραφικές μεθόδους του συνόλου των σημείων ελέγχου. Στις εργασίες γραφείου συντελέσθηκε η επεξεργασία των μετρήσεων και η τελική απόδοση των προϊόντων. 12

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Η ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ 2.1 ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΑ ΚΑΙ ΙΣΤΟΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Η Ρεντίνα βρίσκεται στα Ανατολικά του Νομού Θεσσαλονίκης, στην άκρη της Μυγδονικής κοιλάδας, κοντά στην λίμνη Βόλβη. Το δημοτικό διαμέρισμα Ρεντίνας, ανήκει στον ομώνυμο δήμο, ο οποίος έχει την έδρα του στο Σταυρό. Ήδη από τα χρόνια του αυτοκράτορα Ιουστινιανού έχουμε την αναφορά στο μαγευτικό τοπίο της κοιλάδας του Ρήχιου ποταμού, φυσικού εκχειλιστή των νερών της λίμνης Βόλβης προς το Στρυμονικό κόλπο. Εκεί στη δυτική είσοδο των Στενών, πάνω στην κορυφή ενός λόφου είχε ανεγερθεί το κάστρο της Ρεντίνας που προστάτευε το βυζαντινό οικισμό. Από τους βορινούς πρόποδες του λόφου διερχόταν και η ρωμαϊκή Εγνατία οδός ακολουθώντας πανάρχαια ίχνη προσπελάσεων, γνωστών από τα χρόνια των πολέμων ανάμεσα σε Αθηναίους και Σπαρτιάτες για την κατάκτηση της Αμφιπόλεως και τον έλεγχο του χρυσοφόρου Παγγαίου. Ο ιστορικός αυτός τόπος κατοικήθηκε συνεχώς από τα αρχαιότατα χρόνια μέχρι τα πρώτα χρόνια της τουρκοκρατίας, όπου και εγκαταλείφτηκε, διότι είχε υποβαθμιστεί πια η στρατηγική σημασία του, και οι Τούρκοι επέλεξαν για τόπο εγκαταστάσεως τους την γειτονική Βόλβη (Μπεσίκι). Σε ένα χαμηλό πλάτωμα απέναντι ακριβώς και Νοτιοδυτικά (ΝΔ) του λόφου απλωνόταν η ιστορική πόλη της Μυγδονίας, Αρέθουσα, όπου φιλοξενήθηκε στα χρόνια του βασιλιά της Μακεδονίας Αρχελάου ο μεγάλος ποιητής Ευριπίδης. Η ζωή στην γεωγραφική αυτή θέση συνεχίστηκε, όπως δείχνουν τα ευρήματα και οι τάφοι με τα αξιόλογα κτερίσματα, και κατά τα παλαιοχριστιανικά χρόνια. Στα μέσα περίπου του 10 ου αιώνα μεταφέρεται στη Ρεντίνα η υπό τη Μητρόπολη Θεσσαλονίκης επισκοπική έδρα της Λητής. Η νέα επαναδραστηριοποίηση του οικισμού επιβεβαιώνεται και από την ανίδρυση της βασιλικής στην ακρόπολη του οικισμού, ορισμένων πύργων, κινστερνών και από τα άφθονα νομίσματα της περιόδου αυτής. Η ζωή συνεχίζεται και κατά τους επόμενους αιώνες, όπως μαρτυρούν τα βυζαντινά κείμενα και επαληθεύουν τα κτίσματα που αποκάλυψαν οι ανασκαφές μέσα στον οικισμό, καθώς και η κεραμική, όπως και τα νομισματικά ευρήματα, τα εργαλεία, τα όπλα και τα αντικείμενα καθημερινής χρήσης. Η αναγέννηση που επισημαίνεται στα χρόνια των Παλαιολόγων έχει τον αντίκτυπο της και στο βυζαντινό κεφαλοχώρι του Κατεπανικίου πλέον της Ρεντίνας. Επισκευάζονται τα τείχη και χτίζεται ο ναός σε σχήμα ελεύθερου σταυρού, με αξιόλογα κεραμοπλαστικά κοσμήματα στην τοιχοποιία του, στο ανατολικότερο τμήμα του κάστρου. 13

2.2 ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΑΝAΣΚΑΦΕΣ ΚΑΙ ΕΥΡΗΜΑΤΑ Οι ανασκαφές στο οχυρωμένο Βυζαντινό οικισμό της Μυγδονικής Ρεντίνας ξεκίνησαν το 1976 από το Κέντρο Βυζαντινών Ερευνών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης με την εποπτεία της Ενάτης Εφορίας Βυζαντινών Αρχαιοτήτων και με επιστημονική ευθύνη του καθηγητή Ν.Κ. Μουτσόπουλου και συνεχίζονται έως και σήμερα. Η ολοκλήρωση των αρχαιολογικών στρωματογραφικών τομών σε διάφορα σημεία της δυτικής πλευράς του λόφου, απέδωσε στα κατώτατα στρώματα άφθονα εργαλεία και άλλα αντικείμενα νεολιθικής εποχής, αρχαϊκά ειδώλια και όστρακα αγγείων που χρονολογήθηκαν από την κλασική μέχρι την ρωμαϊκή και την παλαιοχριστιανική εποχή. Στο σύνολο των ευρημάτων συγκαταλέγονται τουλάχιστον 2.000 ελληνικά νομίσματα, 400 αγγεία εξαιρετικής τέχνης, καθώς και ελληνικές επιγραφές. Μεταξύ των ευρημάτων περιλαμβάνονται βυζαντινοί σκύφοι και όστρακα αγγείων του 10 ου έως και του 14 ου αιώνα, αργυρά περιδέραια και άλλα κοσμήματα χρυσά και αργυρά, βυζαντινό θωράκιο Λάρνακας του 11 ου αιώνα, επιγραφές που είχαν μεταγενέστερα χρησιμοποιηθεί ως οικοδομικά υλικά. Επιπλέον, έχουν ανασκαφεί το μυστικό κλιμακοστάσιο που οδηγούσε από τον ακρόπυργο στις υπόγειες δεξαμενές και χρησίμευε ως κρυφή διαφυγή, ο παλαιολόγιος ναός, η βασιλική του 10 ου αιώνα, κατοικίες και εργαστήρια του οικισμού, ναΐσκος και νεκροταφείο στο έξω των τειχών τμήμα του οικισμού, παλαιοχριστιανικό λουτρό, διάφορα ταφικά συγκροτήματα ενώ στην Βασιλική του 10 ου αιώνα διασώθηκαν και τεμάχια από τοιχογραφίες. Οι έρευνες τα τελευταία είκοσι χρόνια στον οχυρό Βυζαντινό οικισμό βοήθησαν στην αποκατάσταση του κοινωνικού και στρατηγικού ρόλου που διαδραματίζουν τα βυζαντινά κάστρα που διαφεντεύουν «Κλεισούρες», όπως και την καθημερινή ζωή σε ένα τέτοιο οχυρό οικισμό, στον οποίο ακόμα και τα σκεύη καθημερινής χρήσεως καθόλου δεν υστερούν σε ποιότητα από τα αντίστοιχα των αστικών βυζαντινών κέντρων. Στόχος είναι η δυνατότητα επίσκεψης του χώρου σε ένα ευρύτερο κοινό και διδαχής από την αποκατάσταση του μοναδικού μέχρι σήμερα στο Βορειοελλαδικό χώρο Βυζαντινού οικισμού, που βρισκόταν δίπλα στο μοναδικό δρόμο επικοινωνίας Ανατολής και Δύσης, στην Εγνατία Οδό, που κέντρο ζωής και δράσης τόσο από την 3 η χιλιετία έως τον 7 Ο αιώνα μ.χ. αλλά και από τον 9 έως τον 15 ο μ.χ. αιώνα ως βυζαντινό οχυρωμένο πόλισμα. Εικόνα 10 : Αεροφωτογράφηση έκτασης αρχαιολογικού χώρου 14

Εικόνα 11 : Διάταξη του βυζαντινού οχυρωμένου οικισμού 15

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΕΣ Για την ολοκλήρωση της φωτογραμμετρικής τεκμηρίωσης και αποτύπωσης του οχυρωμένου Βυζαντινού οικισμού του Βυζαντινού Κάστρου της Μυγδονικής Ρεντίνας, χρησιμοποιήθηκαν μια σειρά οργάνων και τεχνικών. Στη συνέχεια στο παρακάτω κεφάλαιο επιχειρείται μια σύντομη περιγραφή αυτής της φωτογραμμετρικής διαδικασίας, παρατίθενται τα τεχνικά χαρακτηριστικά της φωτογραφικής μηχανής που επιλέχθηκε για την λήψη των αεροφωτογραφιών, καθώς και της τοπογραφικής μεθόδου μέτρησης των σημείων ελέγχου. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζονται συνοπτικά οι φωτογραμμετρικές τεχνικές που ακολουθήθηκαν για την παραγωγή των τελικών ορθοφωτογραφιών. 3.1 ΑΕΡΟΣΚΑΦΟΣ ΠΤΗΣΗΣ ΤΗΣ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ Η λήψη δεδομένων από τον αέρα πραγματοποιήθηκε με την χρήση ενός ιταλικού αεροσκάφους τύπου Ultra Light, μοντέλου Savanah. Με την χρήση αεροσκάφους εξασφαλίστηκε η ανάγκη για υψηλής ανάλυσης και υψηλής ακριβείας αεροφωτογραφιών. Η αρχή λειτουργίας της μεθόδου στηρίζεται στο συνδυασμό του αεροσκάφους και μιας ψηφιακής ή μετρικής μηχανής. Η μηχανή ενσωματώνεται στην βάση του αεροσκάφους, ενώ με την βοήθεια μιας ψηφιακής βιντεοκάμερας γίνεται αναμετάδοση του οπτικού πεδίου της μηχανής, έτσι ώστε ο χειριστής να έχει πλήρη εικόνα και αντίληψη, προκειμένου να εξασφαλιστεί η λήψη ενός ικανού πλήθους φωτογραφιών για την κάλυψη του συνόλου της εν λόγω περιοχής ενδιαφέροντος. Εικόνα 12 : Το αεροσκάφος πτήσης 16

3.2 ΨΗΦΙΑΚΗ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ Με σκοπό την λήψη των φωτογραφιών η ψηφιακή φωτογραφική κάμερα που χρησιμοποιήθηκε ήταν η EOS της εταιρίας CANON. Η μηχανή διαθέτει αισθητήρα CMOS τεχνολογίας CCD (charged couple device sensor) και μπορεί να δώσει ανάλυση φωτογραφιών 10,1 megapixel, ενώ το μέγεθος του κάθε pixel είναι 6,423 μm. Κατά την λήψη των φωτογραφιών χρησιμοποιήθηκε ένας ευρυγώνιος φακός με αρχική εστιακή απόσταση f=10mm. Οι διαστάσεις της εικόνας είναι 1500*1000pixel. Εικόνα 13 : Η ψηφιακή φωτογραφική μηχανή 3.3 ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Σημαντικό στάδιο των εργασιών πεδίου ήταν και η μέτρηση του δικτύου των σημείων ελέγχου που εγκαταστάθηκε στην περιοχή του ενδιαφέροντος μας. Για τις μετρήσεις του δικτύου χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα δεκτών GPS της σειράς Hiper Pro RTK δύο συχνοτήτων της εταιρίας Topcon. Εικόνα 14 : Σύστημα GPS Hiper Pro RTK Σχετικά με την ακρίβεια και τα χαρακτηριστικά των δεκτών GPS της σειράς Hiper Pro RTK δύο συχνοτήτων έχουμε : Οριζοντιογραφική Ακρίβεια RTK : 10mm+ 1ppm Υψομετρική Ακρίβεια RTK : 15mm + 1ppm Η επίλυση και η συνόρθωση του δικτύου, πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο των ελαχίστων δεσμεύσεων (minimum constraints), κρατώντας σταθερό το μόνιμο 17

σταθμό AUT1 στη Θέρμη Θεσσαλονίκης. Ο μόνιμος σταθμός του AUT1 εντάσσεται στο ευρωπαϊκό δίκτυο ΕPN (EUREF Permanent Network). 3.4 ΛΟΓΙΣΜΙΚΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Για την ολοκλήρωση των εργασιών γραφείου και την παραγωγή των τελικών ορθοφωτογραφιών και ορθοφωτοχαρτών χρησιμοποιήθηκε από το λογισμικό της εταιρίας Erdas Imagine 9.2, η εφαρμογή LPS 9.2 (Leica Photogrammetry Suite 9.2). Το LPS αποτελεί ένα σημαντικό εργαλείο επεξεργασίας αεροφωτογραφιών που έχουν ληφθεί από διαφορετικές μηχανές, όπως μετρικές ή ψηφιακές, καθώς επίσης και διαφορετικής κλίμακας. Η χρήση του λογισμικού ακολουθεί όλα τα στάδια μιας φωτογραμμετρικής επεξεργασίας, ξεκινώντας αρχικά από την αποκατάσταση του εσωτερικού προσανατολισμού τόσο για τις αναλογικές όσο και για τις ψηφιακές κάμερες, μετρικές ή μη, τον αεροτριγωνισμό, την παραγωγή του ψηφιακού μοντέλου εδάφους, καταλήγοντας στην παραγωγή της ορθοφωτογραφίας. Η διαδικασία της παραγωγής του ορθοφωτοχάρτη ολοκληρώθηκε με την χρήση των προγραμμάτων AutoCAD2008, Raster Design, Photoshop CS2. 3.5 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ Η διαδικασία παραγωγής των τελικών ορθοφωτογραφιών και των ορθοφωτοχαρτών προϋποθέτει και απαιτεί την εφαρμογή μιας ορισμένης σειράς φωτογραμμετρικών μεθόδων. Ένα από τα σημαντικότερα θέματα στην Ψηφιακή Φωτογραμμετρία είναι ο άμεσος εντοπισμός ομόλογων χαρακτηριστικών σε μια σειρά φωτογραφιών και η επανακατασκευή αυτών των αντικειμένων. Ο εντοπισμός επιτυγχάνεται με τον προσδιορισμό της θέσης και της κατεύθυνσης του αντικειμένου εφόσον είναι γνωστός ο τύπος του αντικειμένου ή τουλάχιστον οι παράμετροι δομής και η σχέση 18

μεταξύ των προς συσχέτιση παραθύρων. Η επανακατασκευή επιτυγχάνεται με τον προσδιορισμό του τύπου και πιθανόν και της δομής του αντικειμένου. Σε όλες τις περιπτώσεις το βασικό ζήτημα είναι να «συνταιριάξουμε» το σύνολο των εικόνων μεταξύ τους, δηλαδή να επιτύχουμε την συσχέτιση. Για τον αυτόματο εντοπισμό και την επανακατασκευή κρίνεται απαραίτητη η συσχέτιση των εικόνων με άλλες εικόνες ή με κάποιο μοντέλο - πρότυπο. Η διαδικασία της συσχέτισης έχει σαν σκοπό την αναγνώριση ομόλογων σημείων ώστε να είναι δυνατόν να αυτοματοποιηθεί πλήρως ο εσωτερικός (εντοπισμός εικονοσημάτων), ο σχετικός και ο απόλυτος προσανατολισμός (αναγνώριση φωτοσταθερών), η απόδοση (αναγνώριση ομόλογων σημείων λεπτομερειών, χαρακτηριστικών και αντικειμένων του χώρου) και τέλος η αυτόματη παραγωγή ψηφιακών μοντέλων εδάφους. (βλ. Π. Πατιάς, 2001, Σημειώσεις Ψηφιακής Φωτογραμμετρίας, Θεσσαλονίκη). Η ψηφιακή παραγωγή της ορθοφωτογραφίας και στη συνέχεια του ορθοφωτοχάρτη ακολουθεί τα παρακάτω στάδια : Εσωτερικός προσανατολισμός Αεροτριγωνισμός απόλυτος προσανατολισμός αεροφωτογραφιών Δημιουργία ψηφιακού μοντέλου εδάφους Κατασκευή ορθοφωτογραφιών Κατασκευή ορθοφωτομωσαϊκού Προσθήκη χαρτογραφικών πληροφοριών Εκτύπωση ορθοφωτοχάρτη Η ψηφιακή παραγωγή των ορθοφωτογραφιών γίνεται σε τρία στάδια. Στο πρώτο στάδιο η αρχική ψηφιακή εικόνα με δεδομένα τα εικονοσήματα και το πιστοποιητικό βαθμονόμησης της μηχανής υπολογίζεται ο εσωτερικός προσανατολισμός και η βαθμονόμηση της μηχανής. Στην συνέχεια με την χρήση των εξισώσεων συγγραμμικότητας ως μαθηματικό μοντέλο γίνεται συνόρθωση των παρατηρήσεων και προκύπτει ο εξωτερικός προσανατολισμός. Στο δεύτερο στάδιο με δεδομένο τον εξωτερικό προσανατολισμό και το ήδη υπολογισμένο ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DTM) υπολογίζονται οι παράμετροι ορθοαναγωγής για κάθε pixel ή για ομάδα pixel. Στο τρίτο στάδιο προσδιορίζεται η τελική κλίμακα της ορθοφωτογραφίας και η απαιτούμενη διακριτότητα. Γίνεται η επανασύσταση της ψηφιακής εικόνας και προκύπτει η ψηφιακή ορθοφωτογραφία. Τέλος με τον εμπλουτισμό της ψηφιακής ορθοφωτογραφίας με vector GIS δεδομένα, όπως ισοϋψείς και τοπωνύμια προκύπτει το τελικό προϊόν που είναι ο ψηφιακός ορθοφωτοχάρτης. 19

Συνεπώς, για την επεξεργασία του συνόλου των λήψεων είναι απαραίτητο να προηγηθεί η αποκατάσταση του εσωτερικού προσανατολισμού τους. Εικόνα 15 : Η αρχή του εσωτερικού προσανατολισμού Για να είναι δυνατή η ολοκλήρωση αυτής της διαδικασίας θα πρέπει να γνωστά τα στοιχεία της μηχανής: οι συντεταγμένες του πρωτεύοντος σημείου, η εστιακή απόσταση του φακού καθώς και οι συντελεστές παραμόρφωσης του. Όλα τα εν λόγω στοιχεία της εκάστοτε μηχανής γίνονται γνωστά με τη μέθοδο της βαθμονόμησης της μηχανής. Κατά την αποκατάσταση του εσωτερικού προσανατολισμού του συνόλου των λήψεων, αποκαθίσταται η πορεία της φωτεινής ακτίνας μέσα στη μηχανή, όπως αυτή ήταν κατά τη στιγμή της λήψης. (βλ. Π. Πατιάς, 1991, Εισαγωγή στην Φωτογραμμετρία, Θεσσαλονίκη). Σκοπός του εσωτερικού προσανατολισμού είναι η εύρεση των 6 παραμέτρων ενός αφινικού μετασχηματισμού για τον προσδιορισμό της σχέσης ανάμεσα στο φωτογραφικό σύστημα και στο σύστημα συντεταγμένων της ψηφιακής εικόνας. Μετά την αποκατάσταση του εσωτερικού προσανατολισμού των λήψεων, η μέθοδος που ακολουθεί και πρέπει να εφαρμοστεί είναι ο αεροτριγωνισμός με τη μέθοδο της δέσμης (bundle block adjustment), όπου με το εν λόγω λογισμικό LPS 9.2 οι φωτογραφίες επεξεργάζονται ως σύνολο (block). Εικόνα 16 : Η αρχή της μεθόδου δέσμης 20

Η διαδικασία του αεροτριγωνισμού με τη μέθοδο της δέσμης πραγματοποιείται με την παρατήρηση σημείων γνωστών, μα και αγνώστων συντεταγμένων εδάφους σε πολλές φωτογραφίες ταυτόχρονα. Καθεμία φωτογραφία μπορεί να θεωρηθεί σαν μία δέσμη οπτικών ακτινών που συγκλίνουν στο προβολικό κέντρο του συστήματος των φακών. Η ταυτόχρονη επίλυση των δεσμών όλων των λήψεων πραγματοποιείται με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων, την πιο αυστηρή μέθοδο ως προς τα μαθηματικά και τη στατιστική. (βλ. Α. Δερμάνης, 1990, Αναλυτική φωτογραμμετρία, Θεσσαλονίκη) Ουσιαστικά, πραγματοποιείται μια σύνδεση των σημείων του εδάφους με γνωστές συντεταγμένες καθώς και των αντίστοιχων σημείων στις φωτογραφίες. Συγχρόνως, πραγματοποιείται ο προσδιορισμός των παραμέτρων του εξωτερικού προσανατολισμού για καθεμία φωτογραφία (Χ 0, Υ 0, ω, φ, κ) καθώς επίσης και ο προσδιορισμός των συντεταγμένων εδάφους των αγνώστων σημείων. Προκειμένου να δημιουργηθεί μία αεροφωτογραφία μια περιοχής ενδιαφέροντος, κρίνεται απαραίτητη η δημιουργία ψηφιακού μοντέλου εδάφους (ΨΜΕ) της περιοχής αυτή (DTM: Digital Terrain Model) με ακρίβεια. Η ακρίβεια της παραγωγής του ψηφιακού μοντέλου εδάφους εξαρτάται σίγουρα από την ακρίβεια του αεροτριγωνισμού. Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους, μπορεί να απεικονιστεί είτε ως σημεία με γνωστά υψόμετρα στις κορυφές των τριγώνων (TIN), είτε ως μια απεικόνιση ψηφιακής μορφής στην όποια η υψομετρική διακύμανση αναπαριστάται με μια κλίμακα γκρι. Οι περιοχές με το μεγαλύτερο υψόμετρο φέρουν το ανοικτό γκρι, ενώ αντιθέτως οι περιοχές με το χαμηλότερο υψόμετρο απεικονίζονται με το γκρι. Εικόνα 17 : Φωτογραμμετρική παραγωγή Ψηφιακού Μοντέλου Εδάφους (ΨΜΕ) Η ποιότητα της ορθοφωτογραφίας που θα δημιουργηθεί εξαρτάται άμεσα από την ακρίβεια του τελικού DTM. Προκειμένου να παραχθεί μια ορθοφωτογραφία πραγματοποιείται η επανασύσταση της εικόνας. (βλ. Π. Πατιάς, 2004, Ψηφιακή φωτογραμμετρία, Θεσσαλονίκη). 21

Εικόνα 18 : Επανασύσταση της ψηφιακής εικόνας Εικόνα 19 : Μέθοδοι παρεμβολής επανασύστασης Η ορθοφωτογραφία αποτελεί μια ορθή προβολή του εδάφους, όπου έχουν διορθωθεί και απαλειφθεί : α) οι παραμορφώσεις λόγω του φακού της μηχανής καθώς και β) οι παραμορφώσεις εξαιτίας του ανάγλυφου. Για κάθε ψηφίδα της εικόνας (pixel) και με γνωστό τον εξωτερικό προσανατολισμό της λήψης, πραγματοποιήθηκε ο επαναπροσδιορισμός των συντεταγμένων της εικόνας με τις αντίστροφες σχέσεις συγγραμικότητας. Μετέπειτα, με την βοήθεια του αφινικού μετασχηματισμού, μετασχηματίζονται οι συντεταγμένες στο σύστημα των εικονοσημάτων. Τελικά με κάποια μέθοδο παρεμβολής γίνεται η επανασύσταση της εικόνας. (βλ. Π. Πατιάς, 2004, Ψηφιακή φωτογραμμετρία, Θεσσαλονίκη). Εικόνα 20 : Διαδικασία παραγωγής ορθοφωτογραφίας 22

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΣΥΛΛΟΓΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Πρωταρχικό βήμα για την ολοκλήρωση όλων των φωτογραμμετρικών αποτυπώσεων αποτελεί ο προγραμματισμός των λήψεων και η συλλογή των δεδομένων. Κατά τον προγραμματισμό εξετάζονται όλοι οι παράμετροι που αφορούν στην περιοχή μελέτης και οι τυχόν ιδιομορφίες της περιοχής που θα επηρεάζουν τη διαδικασία της συλλογής των δεδομένων. 4.1 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΩΝ ΛΗΨΕΩΝ Ο σχεδιασμός των λήψεων απαιτεί την πλήρη αναγνώριση την περιοχής του ενδιαφέροντος μας, αλλά και των δυνατοτήτων πρόσβασης στην περιοχή αυτή. Οι πιο καθοριστικοί παράγοντες για τον σχεδιασμό των λήψεων είναι : Η επιθυμητή κλίμακα των τελικών προϊόντων ορθοφωτογραφιών. Ο τύπος της φωτογραφικής μηχανής. Η έκταση της περιοχής αποτύπωσης. Η εκάστοτε μέθοδος αποτύπωσης. Η ραδιομετρική διακριτότητα της εικόνας. Η γεωμετρική διακριτότητα της εικόνας. Οι καιρικές συνθήκες που επικρατούν κατά τη διαδικασία της φωτογράφησης. Εικόνα 21 : Ραδιομετρική διακριτότητα της εικόνας Εικόνα 22 : Γεωμετρική διακριτότητα της εικόνας 23

Αναφορικά με την περιοχή του αρχαιολογικού χώρου του οχυρωμένου Βυζαντινού οικισμού του Βυζαντινού Κάστρου της Μυγδονικής Ρεντίνας, η συλλογή των αεροφωτογραφιών πραγματοποιήθηκε τον Ιούνιο του 2006 και τον Ιανουάριο του 2007, με λήψεις επικαλυπτόμενες, έτσι ώστε να καλύπτεται ολόκληρη η ενδιαφερόμενη περιοχή. Οι αεροφωτογραφίες που χρησιμοποιήθηκαν τελικά είναι από την δεύτερη αεροφωτογράφιση, αυτή της 17 Ιανουαρίου 2007. Δεδομένου του γεγονότος ότι η λήψη και η συλλογή των αεροφωτογραφιών πραγματοποιήθηκε σε προγενέστερο χρόνο από ότι η ανάθεση του θέματος της εν λόγω διπλωματικής εργασίας, δεν ήταν δυνατόν να καθοριστεί το ύψος της πτήσης του αεροσκάφους, με γνώμονα την επιθυμητή κλίμακα των παραγόμενων ορθοφωτογραφιών. Οι λήψεις των αεροφωτογραφιών πραγματοποιήθηκαν από ύψος περίπου 500m ( 1600ft). Κατά κανόνα, για την παραγωγή της ορθοφωτογραφίας ισχύει η σχέση ότι οι λήψεις θα πρέπει να έχουν το πολύ πέντε φορές μικρότερη κλίμακα από αυτή της απόδοσης. Συνεπώς η κλίμακα των παραγόμενων ορθοφωτογραφιών θα είναι της κλίμακας 1:10.000. Σε αντίθεση με την κλίμακα ενός τοπογραφικού χάρτη, η κλίμακα μιας αεροφωτογραφίας δεν είναι σταθερή, παρά μόνο στις κατακόρυφες φωτογραφίες που εικονίζουν μια επίπεδη επιφάνεια της γης, υπάρχει θεωρητικά μια σταθερότητα στην κλίμακα τους. Η σύνδεση μεταξύ του ύψους πτήσης και της κλίμακας της αεροφωτογραφίας εμφαίνεται από την παρακάτω σχέση : Όπου : Κ = η κλίμακα της αεροφωτογραφίας c = η εστιακή απόσταση της μηχανής Η = το ύψος πτήσης Εικόνα 23 : Κλίμακα της αεροφωτογραφίας 24

Με γνωστή την εστιακή απόσταση του φακού c=10mm και με την προσέγγιση του ύψους πτήσης του αεροσκάφους, κρίθηκε ικανός ο υπολογισμός την κλίμακας της αεροφωτογραφίας Κ, για τη προσεγγιστική τιμή του ύψους πτήσης h=500m : Κ = 50.000, οπότε η κλίμακα της αεροφωτογραφίας είναι 1:50.000 Οι λήψεις από μικρό ύψος μας προσφέρουν αεροφωτογραφίες μεγαλύτερης κλίμακας, άρα για την πλήρη κάλυψη της εκάστοτε περιοχής απαιτείται μεγαλύτερος αριθμός αεροφωτογραφιών. Αντιθέτως, όταν οι λήψεις πραγματοποιούνται από ακόμη μεγαλύτερο ύψος, τότε προκύπτουν αεροφωτογραφίες μικρότερης κλίμακας, όποτε και απαιτούνται λιγότερες λείψεις για την κάλυψη της περιοχής. Αξίζει να σημειωθεί ότι, η συλλογή των δικών μας αεροφωτογραφιών της περιοχής του Βυζαντινού Κάστρου πραγματοποιήθηκε με ένα αεροσκάφος, γεγονός που σημαίνει ότι δεν είναι δυνατή κατά πολύ η μείωση του ύψους πτήσης, όπως θα μπορούσε να επιτευχθεί με την χρήση ενός τηλεκατευθυνόμενου ελικοπτέρου UAV (Unmanned Aerial Vehicle). Επιπλέον, συνάρτηση του ύψους πτήσης του αεροσκάφους και της εστιακής απόσταση του φακού αποτελεί και η συνολική έκταση που μπορεί να αποτυπωθεί σε κάθε μία από τις φωτογραφίες, Δηλαδή, δεδομένου ότι οι διαστάσεις της φωτογραφίας είναι 1500*1000 pixel, η εστιακή απόσταση είναι c=10mm, και το μέγεθος του pixel ισούται με 6.423μm, θα έχουμε τους εξής υπολογισμούς : 25

Βασιζόμενοι στο μέγεθος του pixel υπολογίζουμε τις μονάδες μέτρου : α= 1500*6.423 = 9634.5μm = 9.6345mm b= 1000*6.423 = 6.423μm = 6.423mm Για το ύψος πτήσης 500m η περιοχή που αποτυπώνεται έχει διαστάσεις : Α = α*κ = 9.6345*50.000=481.725m B = b*κ = 6.423*50.000=321.150m Όπου Α,Β οι διαστάσεις της φωτογραφίας σε μέτρα και Κ ο συντελεστής κλίμακας της φωτογραφίας. Οπότε, το εμβαδό είναι : Ε = 481.725*321.150=154705.984m 2. Δεδομένης της συνολικής έκτασης του οχυρωμένου βυζαντινού οικισμού του Βυζαντινού Κάστρου, για ένα μέσο ύψος πτήσης της τάξης των 500m, μία λήψη μπορεί να καλύψει πλήρως την περιοχή. Ο μεγάλος αριθμός των λήψεων για την περιοχή του ενδιαφέροντος μας, δικαιολογείται καθώς έπρεπε να υπάρξουν επαναλαμβανόμενες μετρήσεις για τον έλεγχο του αποτελέσματος. Προκειμένου να παραχθεί το τελικό προϊόν, πραγματοποιήθηκε μια επιλογή αεροφωτογραφιών, οι οποίες να πληρούν τα κριτήρια της καλής γεωμετρίας (κάλυψη, κλίμακα), καθώς και τα κριτήρια της ποιότητας (ραδιομετρική διακριτότητα αεροφωτογραφίας, γεωμετρική διακριτότητα αεροφωτογραφίας). 4.2 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΙΩΝ Μετά τη συλλογή των λήψεων των αεροφωτογραφιών διεξήχθησαν και οι μετρήσεις με GPS, των σημείων έλεγχου. Για τις μετρήσεις αυτές, χρησιμοποιήθηκε ένα ζεύγος δεκτών της σειράς Hiper Pro RTK δύο συχνοτήτων της εταιρίας Topcon. Οι μετρήσεις GPS πραγματοποιήθηκαν στις 04/06/2010 με κοινές παρατηρήσεις μίας ώρας με το μόνιμο σταθμό AUT1, ο οποίος είναι τοποθετημένος στις εγκαταστάσεις του ΑΠΘ στην περιοχή της Θέρμης και ανήκει στο ευρωπαϊκό δίκτυο EPN (EUREF Permanent Network) από τον Απρίλιο του 2005. Ο προσδιορισμός θέσης των σημείων ελέγχου πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο RTK (Real Time Kinematic), προσδιορισμός θέσης σε πραγματικό χρόνο. 26

Η επίλυση και η συνόρθωση του δικτύου, πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο των ελαχίστων δεσμεύσεων (minimum constraints), κρατώντας σταθερό το μόνιμο σταθμό AUT1 στη Θέρμη Θεσσαλονίκης. Κατά τη συνόρθωση κάθε δικτύου το επίπεδο σημαντικότητας είναι α=5% και β=80%. Συνολικά μετρήθηκαν και προσδιορίσθηκαν πλήρως, οριζοντιογραφικά και υψομετρικά 65 φωτοσταθερά σημεία στην περιοχή. Εικόνα 24 : Η κατανομή των σημείων ελέγχου Τα σημεία αυτά είναι αναγνωρίσιμα στις ψηφιακές εικόνες και ανήκουν στην κοινή περιοχή των εικόνων. Η ακρίβεια μέτρησης των συντεταγμένων των 65 σημείων ελέγχου τόσο στο έδαφος όσο και στις ψηφιακές εικόνες είναι πρωταρχικής σημασίας, καθώς καθορίζουν και την ακρίβεια των φωτογραμμετρικών προϊόντων, δεδομένου ότι είναι ο μοναδικός έλεγχος και η μοναδική πληροφορία που συνδέει την εικόνα με το αντικείμενο. Με δεδομένο ότι η αξιολόγηση της εξωτερικής ακρίβειας του αεροτριγωνισμού στηρίζεται σε σημεία ελέγχου (check points), μετρήθηκαν περισσότερα φωτοσταθερά από τα αναγκαία. Τα πλεονάζοντα χρησιμοποιήθηκαν ως σημεία ελέγχου, δηλαδή δεν χρησιμοποιήθηκαν στον αεροτριγωνισμό ως φωτοσταθερά αλλά ως σημεία άγνωστων τοπογραφικών συντεταγμένων. Αναλυτικά, η αναφορά της επίλυσης του δικτύου καθώς και οι συντεταγμένες των σημείων ελέγχου που μετρήθηκαν για το σύνολο της περιοχής παρατίθενται στο παράρτημα του τεύχους. 27

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΕΡΟΦΩΤΟΓΡΑΦΙΩΝ - ΛΗΨΕΩΝ Στο κεφάλαιο αυτό καταγράφεται το δεύτερο στάδιο της μελέτης, που αφορά τις εργασίες γραφείου. Στο στάδιο αυτό, πραγματοποιούνται όλα τα στάδια επεξεργασίας των λήψεων με την εφαρμογή των φωτογραμμετρικών μεθόδων. Περιγράφονται αναλυτικά ο εσωτερικός προσανατολισμός, ο αεροτριγωνισμός, η παραγωγή και η διόρθωση του ψηφιακού μοντέλου εδάφους και η παραγωγή ορθοφωτογραφίας και ορθοφωτοχάρτη. 5.1 ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ Για τον ακριβή προσδιορισμό των παραμέτρων της μηχανής απαιτείται η βαθμονόμηση της ψηφιακής μηχανής, αφού μέσω αυτής προσδιορίζονται και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της και έμμεσα προσδιορίζεται ο εσωτερικός προσανατολισμός των λήψεων. Επιπλέον, από την εσωτερική γεωμετρία της μηχανής επηρεάζεται άμεσα η παραγόμενη εικόνα. Συνεπώς, προσδιορίζονται οι εξής παράμετροι : Η εστιακή απόσταση c Οι συντεταγμένες του πρωτεύοντος σημείου (Χ 0, Υ 0 ) Οι συντεταγμένες των εικονοσημάτων στο σύστημα του φωτογραφικού επιπέδου, όσον αφορά τις αναλογικές μετρικές μηχανές. Η ακτινική παραμόρφωση των φακών 5.2 ΑΕΡΟΤΡΙΓΩΝΙΣΜΟΣ Η διαδικασία του αεροτριγωνισμού πραγματοποιήθηκε με την βοήθεια του λογισμικού LPS 9.2 (Leica Photogrammetry Suite) της Erdas. Για τον αεροτριγωνισμό επιλέχθηκε η μέθοδος της δέσμης (Βundle Block Adjustment) κατά την οποία πραγματοποιήθηκε η ταυτόχρονη επεξεργασία του συνόλου των φωτογραφιών ως σύνολο (block). Πέρα από τα στοιχεία του εξωτερικού προσανατολισμού, προσδιορίσθηκαν και οι συντεταγμένες των αγνώστων σημείων στο έδαφος. Η ακρίβεια του αεροτριγωνισμού τόσο οριζοντιογραφικά όσο και υψομετρικά εξαρτάται κυρίως από την απόσταση ανάμεσα στα φωτοσταθερά η οποία ονομάζεται απόσταση γεφύρωσης (bridging distance). Πιο συγκεκριμένα, η ακρίβεια του αεροτριγωνισμού εξαρτάται από : 28

Τον αριθμό των φωτοσταθερών σημείων Την κατανομή των φωτοσταθερών σημείων στο μπλοκ των φωτογραφιών Την ακρίβεια των τοπογραφικών συντεταγμένων των φωτοσταθερών σημείων Την ακρίβεια μέτρησης των εικονοσυντεταγμένων των φωτοσταθερών σημείων Εικόνα 25 : Η κατανομή των φωτοσταθερών σημείων σημείων ελέγχου Τον αριθμό των σημείων σύνδεσης Την κατανομή των σημείων σύνδεσης στο μπλοκ των φωτογραφιών Την ακρίβεια μέτρησης των εικονοσυντεταγμένων των σημείων σύνδεσης Εικόνα 26 : Η κατανομή των σημείων σύνδεσης 29

5.2.1 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΛΗΨΕΩΝ Αρχικά πραγματοποιήθηκε μία επιλογή ενός αριθμού φωτογραφιών για την περιοχή του αρχαιολογικού χώρου. Η επιλογή πραγματοποιήθηκε με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε οι λήψεις να πληρούν τις προϋποθέσεις όσον αφορά την γεωμετρία και την ποιότητα. Δηλαδή, κατά την επιλογή των αεροφωτογραφιών δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή στο να μην υπάρχουν ιδιαίτερα μεγάλες γωνίες στροφής μεταξύ των λήψεων, καθώς και επιδιώχθηκε η άριστη ραδιομετρία και η ευκρίνεια των φωτογραφιών, καθοριστικούς παράγοντες για την αναγνώριση των φωτοσταθερών. Τέλος, δόθηκε προσοχή στην επικάλυψη των λήψεων, έτσι ώστε να είναι η μέγιστη δυνατή. Για την περιοχή του αρχαιολογικού χώρου του οχυρωμένου Βυζαντινού Οικισμού του Βυζαντινού Κάστρου της Μυγδονικής Ρεντίνας δεν υπήρχαν λήψεις που να καλύπτουν το σύνολο της περιοχής μελέτης. Η επεξεργασία έγινε χωριστά ανά λωρίδα, δηλαδή για κάθε ένα project έγιναν επιμέρους επιλύσεις. Η αναγνώριση των σημείων ελέγχου (control points) στις μικρές κλίμακας φωτογραφίες είναι πιο δύσκολη, από την αναγνώριση αυτών στις μεγάλες κλίμακας φωτογραφίες. Για το λόγο αυτό ορίστηκε μία αρχική ακρίβεια προσδιορισμού των συντεταγμένων, όπως προέκυψε από τις εργασίες υπαίθρου τοπογραφικές εργασίες. Η αρχική ακρίβεια προσδιορισμού των συντεταγμένων ήταν της τάξης 0.02m οριζοντιογραφικά (κατά Χ και Y) και 0.04m (κατά Ζ), ενώ η ακρίβεια προσδιορισμού των σημείων στις εικόνες ήταν 0.33 pixel. Η αναγνώριση και ο προσδιορισμός των σημείων ελέγχου (control points) έγινε με μονοσκοπικό τρόπο παρατήρησης. Η συνόρθωση των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων (minimum constraints). Κατά την επεξεργασία των λήψεων έγινε η χρήση των πυραμίδων ως ψηφιακό φίλτρο ποιότητας της παραγόμενης εικόνας. 30

5.2.1.1 Επίλυση δικτύου - Project 1 Στη επίλυση αυτή (project 1) επεξεργάστηκαν οι αεροφωτογραφίες με τους κωδικούς 005_5α, 010_10α και 012_12α. Εικόνα 27 : Λήψη 005_5α Εικόνα 28 : Λήψη 010_10α 31

Εικόνα 29 : Λήψη 012_12α Αξίζει να σημειωθεί ότι σε καθεμία επίλυση δικτύου project κατά την επιλογή των αεροφωτογραφιών επιδιώχθηκε η καλύτερη ανάλυση και η γεωμετρική διακριτότητα αυτών των αεροφωτογραφιών. Στις αεροφωτογραφίες αυτές μετά την αποκατάσταση του εσωτερικού προσανατολισμού, εφαρμόστηκε ο αεροτριγωνισμός μέσω της μεθόδου της Δέσμης (bundle block adjustment), όπου και πραγματοποιήθηκε η ταυτόχρονη επεξεργασία των αεροφωτογραφιών ως σύνολο (block). Εικόνα 30: Προσδιορισμός των σημείων με μονοσκοπικό τρόπο παρατήρησης 32

ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ PROJECT 1 ΦΩΤΟΣΤΑΘΕΡΑ 005_5α 2,3,4,7,32,36,39,42,44,45,49,50,52,54 010_10α 2,3,4,7,32,36,39,42,44,45,49,50,52,54 012_12α 2,3,4,7,32,36,39,42,44,45,49,50,52,54 Πίνακας 1 : Κοινά φωτοσταθερά των αεροφωτογραφιών του Project 1 Παράμετροι Τιμές Αρχική ακρίβεια προσδιορισμού των σημείων ελέγχου X=Y=0.02m & Z=0.04m Αρχική ακρίβεια προσδιορισμού των σημείων στις εικόνες 0.33 pixel Αριθμός φωτοσταθερών (control points) 14 Αριθμός σημείων σύνδεσης (tie points) 136 Συνολική ακρίβεια δέσμης (RMSE) 0.1210 Μοντέλο παραμόρφωσης φακών Lens distortion model Πίνακας 2 : Παράμετροι αεροτριγωνισμού για το Project 1 Η κατανομή των φωτοσταθερών σημείων (control points), καθώς και των σημείων που προσδιορίστηκαν από τον αεροτριγωνισμό (tie points), είναι όπως φαίνονται και στα γραφήματα που ακολουθούν : 33

Εικόνα 31 : Κατανομή σημείων ελέγχου και σημείων σύνδεσης 34

Εικόνα 32 : Ακρίβειες επίλυσης δικτύου με τη μέθοδο της δέσμης Η ακρίβεια της συνόρθωσης είναι 0,1210 pixel. Δεδομένου του γεγονότος ότι η a-posteriori ακρίβεια είναι 0,2580 pixel και η a-priori 0,33 pixel, με την εφαρμογή ενός ελέγχου αξιοπιστίας έχουμε : O λόγος προκύπτει μικρότερος της μονάδας πράγμα που σημαίνει ότι ο έλεγχος είναι αποδεκτός. Πρακτικά, αυτό μας δείχνει ότι η a-priori εκτίμηση της ακρίβειας ήταν σωστή και ότι η τελική επίλυση δεν είναι επηρεασμένη από χονδροειδή σφάλματα. Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους για την λωρίδα επίλυση αυτή πραγματοποιήθηκε με μέγεθος της ψηφίδας είναι 0.5m. Εικόνα 33 : Ψηφιακό μοντέλο εδάφους για το Project 1 35

Εικόνα 34 : Ορθοφωτογραφία για το Project 1 5.2.1.2 Επίλυση δικτύου - Project 2 Στη επίλυση του δικτύου (project 2) επεξεργάστηκαν οι αεροφωτογραφίες με τους κωδικούς 016_16α και 017_17α. Εικόνα 35 : Λήψη 016_16α Εικόνα 36 : Λήψη 017_17α 36

Αρχικά, αφού σε αυτές τις δύο λήψεις αεροφωτογραφιών (016_16α και 017_17α) της περιοχής μελέτης πραγματοποιήθηκε η αποκατάσταση του εσωτερικού προσανατολισμού, εφαρμόστηκε ο αεροτριγωνισμός μέσω της μεθόδου της δέσμης (bundle block adjustment), όπου και πραγματοποιήθηκε η ταυτόχρονη επεξεργασία των δύο αεροφωτογραφιών ως σύνολο (block). Εικόνα 37 : Προσδιορισμός των σημείων με μονοσκοπικό τρόπο παρατήρησης ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ PROJECT 2 ΦΩΤΟΣΤΑΘΕΡΑ 016_16α 2,4,6,10,12,24,27,28,36,40,45 017_17α 2,4,6,10,12,24,27,28,36,40,45 Πίνακας 3 : Κοινά φωτοσταθερά των αεροφωτογραφιών του Project 2 Παράμετροι Τιμές Αρχική ακρίβεια προσδιορισμού των σημείων ελέγχου X=Y=0.02m & Z=0.04m Αρχική ακρίβεια προσδιορισμού των σημείων στις εικόνες 0.33 pixel Αριθμός φωτοσταθερών (control points) 11 Αριθμός σημείων σύνδεσης (tie points) 84 Συνολική ακρίβεια δέσμης (RMSE) 0.258 Μοντέλο παραμόρφωσης φακών Lens distortion model Πίνακας 4 : Παράμετροι αεροτριγωνισμού για το Project 2 37

Η κατανομή των φωτοσταθερών σημείων (control points), καθώς και των σημείων που προσδιορίστηκαν από τον αεροτριγωνισμό (tie points), είναι όπως φαίνονται και στα γραφήματα που ακολουθούν : Εικόνα 38 : Κατανομή σημείων ελέγχου και σημείων σύνδεσης 38

Εικόνα 39 : Ακρίβειες επίλυσης δικτύου με τη μέθοδο της δέσμης Η ακρίβεια της συνόρθωσης είναι 0,2580 pixel. Δεδομένου του γεγονότος ότι η a-posteriori ακρίβεια είναι 0,2580 pixel και η a-priori 0,33 pixel, με την εφαρμογή ενός ελέγχου αξιοπιστίας έχουμε : O λόγος προκύπτει μικρότερος της μονάδας πράγμα που σημαίνει ότι ο έλεγχος είναι αποδεκτός. Πρακτικά, αυτό μας δείχνει ότι η a-priori εκτίμηση της ακρίβειας ήταν σωστή και ότι η τελική επίλυση δεν είναι επηρεασμένη από χονδροειδή σφάλματα. 39

Με την επίλυση της δέσμης, πραγματοποιήθηκε η σύνδεση μεταξύ του προσανατολισμού των λήψεων, των παραμέτρων της μηχανής καθώς και των σημείων του εδάφους. Με την ολοκλήρωση της σύνδεσης αυτής, κρίνεται δυνατή η παραγωγή των επιμέρους τελικών προϊόντων, όπως του ψηφιακού μοντέλου εδάφους και της ορθοανηγμένης εικόνας. Η παραγωγή του ψηφιακού μοντέλου εδάφους πραγματοποιήθηκε ως μια απεικόνιση ψηφιακής μορφής, με τη μορφή αρχείων DEM. Η ακρίβεια παραγωγής του ψηφιακού μοντέλου εδάφους εξαρτάται σε μεγάλο ποσοστό από την ακρίβεια του αεροτριγωνισμού. Στην απεικόνιση αυτή οι διακυμάνσεις των υψομέτρων αναπαρίστανται στην κλίμακα του γκρι. Οι περιοχές με χαμηλό υψόμετρο απεικονίζονται με γκρι, ενώ οι περιοχές με μεγαλύτερο υψόμετρο με ανοικτό γκρι. Το μέγεθος της ψηφίδας είναι 0.5-3m. Εικόνα 40 : Ψηφιακό μοντέλο εδάφους για το Project 2 Για την παραγωγή του ψηφιακού μοντέλου εδάφους, το προτεινόμενο μέγεθος του καννάβου (grid size) είναι δυνατόν να φέρει τιμές μεταξύ 3-4mm ή 4-8mm στην κλίμακα σχεδίασης. (Π. Πατιάς, Διαχείριση Φωτογραμμετρικής Παραγωγής, Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών, Πανεπιστημιακές Παραδόσεις, Θεσσαλονίκη). Στο συγκεκριμένο project 1 επιλέχθηκε το μέγεθος του καννάβου να είναι της τάξης του 1m. 40

Εικόνα 41 : Ορθοφωτογραφία για το Project 2 41

5.2.1.3 Επίλυση δικτύου - Project 3 Στη επίλυση του δικτύου (project 3) επεξεργάστηκαν οι αεροφωτογραφίες με τους κωδικούς 018_18α και 019_19α. Εικόνα 42 : Λήψη 018_18α Εικόνα 43 : Λήψη 019_19α 42

ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΤΟΥ ΟΧΥΡΩΜΕΝΟΥ ΒΥΖΑΝΤΙΝΟΥ ΟΙΚΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΡΕΝΤΙΝΑΣ Μετά την αποκατάσταση του εσωτερικού προσανατολισμού των δύο λήψεων, εφαρμόστηκε ο αεροτριγωνισμός μέσω της μεθόδου της δέσμης (bundle block adjustment), όπου και πραγματοποιήθηκε η ταυτόχρονη επεξεργασία των δύο αεροφωτογραφιών ως σύνολο (block). Εικόνα 44 : Προσδιορισμός των σημείων με μονοσκοπικό τρόπο παρατήρησης ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ PROJECT 3 ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΕΣ ΦΩΤΟΣΤΑΘΕΡΑ 018_18α 2,5,6,9,12,14,15,16,17,19,21,23,24,25,26,29,35,36,42,43,45,48,49,50,54,56 019_19α 2,5,6,9,12,14,15,16,17,19,21,23,24,25,26,29,35,36,42,43,45,48,49,50,54,56 Πίνακας 5 : Κοινά φωτοσταθερά των αεροφωτογραφιών του Project 3 Παράμετροι Αρχική ακρίβεια προσδιορισμού των σημείων ελέγχου Αρχική ακρίβεια προσδιορισμού των σημείων στις εικόνες Αριθμός φωτοσταθερών (control points) Τιμές X=Y=0.02m & Z=0.04m 0.33 pixel 22 Αριθμός σημείων σύνδεσης (tie points) 41 Συνολική ακρίβεια δέσμης (RMSE) 0.2918 Μοντέλο παραμόρφωσης φακών Lens distortion model Πίνακας 6 : Παράμετροι αεροτριγωνισμού για το Project 3 43

Η κατανομή των φωτοσταθερών σημείων (control points), καθώς και των σημείων που προσδιορίστηκαν από τον αεροτριγωνισμό (tie points), είναι τα εξής όπως φαίνονται και στα γραφήματα που ακολουθούν : Εικόνα 45 : Κατανομή σημείων ελέγχου και σημείων σύνδεσης 44

Εικόνα 46 : Ακρίβειες επίλυσης δικτύου με τη μέθοδο της δέσμης Η ακρίβεια της συνόρθωσης είναι 0,2918 pixel. Για την ακρίβεια προσδιορισμού των συντεταγμένων χωριστά έχουμε 0,027 pixel για τα Χ, 0,026 pixel για τα Υ και 0,0626 για τα Ζ. Για να έχουμε έναν αναλυτικότερο έλεγχο της διαδικασίας προχωρούμε στην εξαγωγή της αναφοράς της διαδικασίας όπου μπορούμε να διακρίνουμε αναλυτικότερα τις ακρίβειες του προσδιορισμού κάθε σημείου χωριστά. Δεδομένου του γεγονότος ότι η a-posteriori ακρίβεια είναι 0,4192 pixel και η a-priori 0,33 pixel, με την εφαρμογή ενός ελέγχου αξιοπιστίας έχουμε : O λόγος προκύπτει μικρότερος της μονάδας πράγμα που σημαίνει ότι ο έλεγχος είναι αποδεκτός. Πρακτικά, αυτό μας δείχνει ότι η a-priori εκτίμηση της ακρίβειας ήταν σωστή και ότι η τελική επίλυση δεν είναι επηρεασμένη από χονδροειδή σφάλματα. Με την επίλυση της δέσμης, πραγματοποιήθηκε η σύνδεση μεταξύ του προσανατολισμού των λήψεων, των παραμέτρων της μηχανής καθώς και των σημείων του εδάφους. Με την ολοκλήρωση της σύνδεσης αυτής, κρίνεται δυνατή η παραγωγή των επιμέρους τελικών προϊόντων, όπως του ψηφιακού μοντέλου εδάφους και της ορθοανηγμένης εικόνας. Η παραγωγή του ψηφιακού μοντέλου εδάφους πραγματοποιήθηκε ως μια απεικόνιση ψηφιακής μορφής, με τη μορφή αρχείων DEM. Η ακρίβεια παραγωγής του ψηφιακού μοντέλου εδάφους εξαρτάται σε μεγάλο ποσοστό από την ακρίβεια του αεροτριγωνισμού. Στην απεικόνιση αυτή οι διακυμάνσεις των υψομέτρων αναπαρίστανται στην κλίμακα του γκρι. Οι περιοχές με χαμηλό υψόμετρο απεικονίζονται με γκρι, ενώ οι περιοχές με μεγαλύτερο υψόμετρο με ανοικτό γκρι. Το μέγεθος της ψηφίδας είναι 0.5-3m. 45

Εικόνα 47 : Ψηφιακό μοντέλο εδάφους για το Project 3 Για την παραγωγή του ψηφιακού μοντέλου εδάφους, το προτεινόμενο μέγεθος του καννάβου (grid size) είναι δυνατόν να φέρει τιμές μεταξύ 3-4mm ή 4-8mm στην κλίμακα σχεδίασης. (Π. Πατιάς, Διαχείριση Φωτογραμμετρικής Παραγωγής, Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών, Πανεπιστημιακές Παραδόσεις, Θεσσαλονίκη). Στο συγκεκριμένο project 1 επιλέχθηκε το μέγεθος του καννάβου να είναι της τάξης του 1m. 46

Εικόνα 48 : Ορθοφωτογραφία για το Project 3 47

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΙΚΟΝΕΣ Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται μια σύντομη αναφορά στη σχέση μεταξύ της Φωτογραμμετρίας και της Τηλεπισκόπησης, και αποσκοπεί στην ανάδειξη της χρησιμότητας της Τηλεπισκόπησης στις αποτυπώσεις. 6.1 Η ΣΧΕΣΗ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ Η σημερινή πρόοδος της τεχνολογίας με την αυτοματοποίηση τόσο στον τομέα της Φωτογραμμετρίας όσο και της Τηλεπισκόπησης, αλλά και η ανάγκη για την επίλυση των βασικών προβλημάτων της συλλογής, της επεξεργασίας καθώς και της ανάλυσης των δεδομένων, είχε ως επακόλουθο την ανάπτυξη μιας συνεργασίας και αλληλεξάρτησης ανάμεσα στις επιστήμες της Φωτογραμμετρίας και της Τηλεπισκόπησης. Η σύνδεση της Φωτογραμμετρίας και της Τηλεπισκόπησης είναι ιδιαίτερα λειτουργική. Η αρχική μορφή των τηλεπισκοπικών δεδομένων ήταν η κλασική αναλογική αεροφωτογραφία, η οποία επεξεργάζονταν με τις κλασικές μεθόδους της φωτογραμμετρίας. Ο όρος Τηλεπισκόπηση αναφέρθηκε πρώτη φορά το έτος 1960, όπου κρίθηκε ότι ο όρος «αεροφωτογραφία» δεν είναι ικανός να περιγράψει τα νέα είδη των εικόνων που δημιουργήθηκαν με την χρήση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και πέραν του ορατού φάσματος καθώς και με την απόκτηση δεδομένων με την χρήση δορυφορικών συστημάτων. Η δεκαετία του 70 υπήρξε η δεκαετία, όπου η εξέλιξη των δορυφορικών συστημάτων βοήθησε στην ανάπτυξη της επιστήμης της Τηλεπισκόπησης. Ένας γενικός ορισμός του όρου αναφέρεται και στη μέτρηση αντικειμένων από απόσταση. Πιο αναλυτικά, η αρχή λειτουργίας της επιστήμης βασίζεται στη μέτρηση της εκτροπής της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από τα διάφορα αντικείμενα. Επιπλέον, ένας άλλος ορισμός ορίζει ότι η Τηλεπισκόπηση ασχολείται με τη μέτρηση των γεωμετρικών και των θεματικών ιδιοτήτων των διαφόρων γήινων αντικειμένων από μακριά, χωρίς την φυσική επαφή με τα αντικείμενα. (Μ. Τσακίρη- Στρατή, 2004, Τηλεπισκόπηση - Πανεπιστημιακές παραδόσεις, Θεσσαλονίκη). Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί και στον τρόπο συσχέτισης των μεθοδολογιών επεξεργασίας των δεδομένων. Η επιστήμη της Τηλεπισκόπησης «δανείζεται» τις τεχνικές επεξεργασίας της γεωμετρικής πληροφορίας της Φωτογραμμετρίας, ενώ με τη σειρά της «δανείζει» τις τεχνικές επεξεργασίας της θεματικής πληροφορίας. 48

6.2 ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ : ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΑΡΧΑΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝΤΟΣ Οι τεχνολογικές εξελίξεις στην επιστήμη της Τηλεπισκόπησης δίνουν τη δυνατότητα απόκτησης υψηλής ανάλυσης δορυφορικών εικόνων με αρκετά μεγάλη ακρίβεια, η οποία μπορεί να φέρει και την τιμή 0.5m (GeoEye_1). Η εξέλιξη αυτή, βοήθησε στην γρήγορη και ακριβή αναγνώριση, απογραφή και ταξινόμηση των αρχαιολογικών χώρων. Αρχικά, πραγματοποιείται ο εντοπισμός των πιθανών αρχαιολογικών ευρημάτων μέσω της παρατήρησης της επιφάνειας του εδάφους. Μετέπειτα, ακολουθεί η χρήση πολυφασματικών εικόνων, αφού έχει προηγηθεί συνδυασμός των διαύλων και η ανάλυση του φάσματος στις διάφορες περιοχές. Η παρατήρηση αυτή παρέχει τη δυνατότητα απόκτησης σημαντικών πληροφοριών για τη σύσταση του εδάφους. Εικόνα 48 : Δορυφορική Εικόνα που απεικονίζει το Σινικό Τείχος Με τους υπέρυθρους διαύλους (εικόνες Ladsat) αναγνωρίζονται πετρώματα, που έχουν μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και εκπέμπουν θερμότητα σε διαφορετική συχνότητα. Τα πετρώματα αυτά μπορεί να καλύπτουν θαμμένα ευρήματα. Δηλαδή, εάν ένα έδαφος περιέχει θαμμένα ευρήματα, φέρεται να έχει μεγαλύτερη θερμότητα από το υπόλοιπο έδαφος, καθώς τα πετρώματα απορροφούν πιο πολύ θερμότητα. Οι πολυφασματικοί σαρωτές έχουν τη δυνατότητα να εντοπίσουν τάφρους, αφού η σύνθεση του εδάφους στο συγκεκριμένο σημείο περιέχει περισσότερη υγρασία. 49

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η παρούσα διπλωματική εργασία είχε ως στόχο την εφαρμογή των τεχνικών και των μεθοδολογιών, προκειμένου να πραγματοποιηθεί η αποτύπωση και η τεκμηρίωση ενός αρχαιολογικού χώρου. Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση των επιμέρους εργασιών οδήγησε στην εφαρμογή των σύγχρονων φωτογραμμετρικών τεχνικών. Η παρούσα μελέτη έδωσε τη δυνατότητα πρακτικής εφαρμογής της μεθόδου, γεγονός που θα αποτελέσει σημαντικό εφόδιο για το σχεδιασμό ανάλογων μελλοντικών εργασιών. Μια μελλοντική πρόταση θα μπορούσε να αποτελέσει και η αποτύπωση της εν λόγω περιοχής μελέτης και των ευρημάτων αυτής, με την χρήση Laser Scanner. Σε συνδυασμό με τους ορθοφωτοχάρτες που προέκυψαν από την όλη επεξεργασία, κρίνεται ικανή και δυνατή η τοποθέτηση των ευρημάτων στο χώρο και η παραγωγή ενός τρισδιάστατου φωτορεαλιστικού της περιοχής. Η μελέτη αυτή οδήγησε στην κατανόηση της σημασίας της τεκμηρίωσης ενός αρχαιολογικού χώρου που προκύπτει από την ανάγκη διαφύλαξης του μνημειακού πλούτου και της πολιτισμικής μας κληρονομιάς. Ακόμη, σαφής ήταν και η σπουδαιότητα της συμβολής των τεχνικών της Φωτογραμμετρίας για την πλήρη αποτύπωση αρχαιολογικών χώρων. 50

Βιβλιογραφία 1. Π. Πατιάς, 1994, Εισαγωγή στη Φωτογραμμετρία, Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 2. Π. Πατιάς Γ. Καρράς, 1995, Σύγχρονες φωτογραμμετρικές πρακτικές σε εφαρμογές αρχιτεκτονικής και αρχαιολογίας, Θεσσαλονίκη 3. Π. Πατιάς, Ψηφιακή φωτογραμμετρία πανεπιστημιακές παραδόσεις, 2004, Θεσσαλονίκη 4. Α. Δερμάνης, 1995, Αναλυτική Φωτογραμμετρία, Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 5. Κ.Π. Τοκμακίδης, 2004, Αποτυπώσεις Μνημείων, Πανεπιστημιακές παραδόσεις, Θεσσαλονίκη 6. Κ.Π. Τοκμακίδης Δ. Σκαρλάτος, 2000, Αποτυπώσεις αρχαιολογικών χώρων και ανασκαφών με χρήση τηλεκατευθυνόμενου ελικοπτέρου 7. Μ. Τσακίρη Στρατή, 2004, Τηλεπισκόπιση Πανεπιστημιακές παραδόσεις, Θεσσαλονίκη 8. 3D Laser Scanning for Heritage, 2007, English Heritage, London 9. Kraus, 1993, Photogrammetry, Duemmer, Bonn, English edition 10. Merchant D.C., 1987, «Spatial accuracy specification for large scale topographic maps», Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. 11. Εγχειρίδιο Χρήσης λογισμικού Leica Photogrammetry Suite (LPS 9.2) της εταιρίας ERDAS. Δικτυακοί τόποι: 1. http://en.wiktionary.org/wiki/uav 2. http://www.p.igp.ethz.ch/p10/research/herni/14.pdf 51

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Εγχειρίδιο του λογισμικού LPS 9.2_ Erdas Η επεξεργασία των λήψεων έγινε με την χρήση του λογισμικού Leica Photogrammetry Suite 9.2 της εταιρίας Erdas. Στη συνέχεια παρατίθενται αναλυτικά όλα τα στάδια της εργασίας καθώς και σχολιασμός αυτών. Βήμα 1 ο : Ορισμός της εφαρμογής Στο στάδιο αυτό, μέσα στο περιβάλλον του LPS ορίζουμε την εφαρμογή δηλαδή δίνουμε τα αρχικά στοιχεία όπως είναι το όνομα της, τις εικόνες που θα επεξεργαστούμε καθώς και τα στοιχεία βαθμονόμησης της μηχανής. Αρχικά με την επιλογή File - New δημιουργούμε ένα νέο block file (.blk), δηλαδή ένα project στο οποίο θα εισάγουμε τις προς επεξεργασία εικόνες. Στη συνέχεια, ορίζουμε τις παραμέτρους του σένσορα που χρησιμοποιήθηκε για την λήψη των φωτογραφιών, όπως το είδος του (frame camera) για τις μετρικές κάμερες, το σύστημα συντεταγμένων που θα χρησιμοποιηθεί, τη φορά των γωνιών στροφής και την φορά του άξονα z καθώς επίσης και το ύψος πτήσης. Εικ.1: Αρχικό περιβάλλον LPS και ορισμός παραμέτρων κάμερας 52

Εικ.2: Ορισμός παραμέτρων κάμερας Ως σύστημα γωνιών στροφής ορίζουμε τη σειρά omega, Phi, Kappa και μονάδες Degrees, ενώ για τον άξονα z την επιλογή Z-axis for normal images. Τέλος το ύψος πτήσης, το οποίο ορίζεται στα 500 m. Στη συνέχεια δίνουμε τα στοιχεία της κάμερας (format), το είδος της, την εστιακή της απόσταση αλλά και τη συνάρτηση της ακτινικής της παραμόρφωσης. Έχοντας ολοκληρώσει την παραπάνω διαδικασία μέσω του Edit - Add Frame εισάγουμε τις εικόνες και προχωρούμε στη δημιουργία πυραμίδων, ώστε να είναι δυνατή η περαιτέρω επεξεργασία τους. Εικ.3: Εισαγωγή εικόνων και δημιουργία πυραμίδων 53

Όλα τα στοιχεία τα οποία είναι ενεργά και ανήκουν στο Block file που δημιουργήσαμε φαίνονται στο κάτω μέρος της οθόνης, ενώ όσες διαδικασίες έχουν ολοκληρωθεί σημαίνονται με πράσινο χρώμα, ενώ όσες ακόμη εκκρεμούν επισημαίνονται με κόκκινο χρώμα. Βήμα 2 ο : Αποκατάσταση εσωτερικού προσανατολισμού Έχοντας ολοκληρώσει τη διαδικασία ορισμού της εφαρμογής προχωρούμε στην αποκατάσταση του εσωτερικού προσανατολισμού των εικόνων, με την παρατήρηση των εικονοσημάτων των εικόνων. Η αποκατάσταση του εσωτερικού προσανατολισμού είναι απαραίτητη ώστε στη συνέχεια να προχωρήσουμε στην εύρεση του εξωτερικού προσανατολισμού. Για τη διαδικασία του εσωτερικού προσανατολισμού, ως δεδομένα έχουμε την βαθμονομημένη εστιακή απόσταση της μηχανής, τις συντεταγμένες του πρωτεύοντος σημείου καθώς και αυτές των εικονοσημάτων στα άκρα των εικόνων. Η διαδικασία γίνεται μέσω του menu του Frame Editor, όπου μπορούμε να επεξεργαστούμε ταυτόχρονα δεδομένα από πολλές κάμερες και εικόνες. Εικ.4: Αποκατάσταση εσωτερικού προσανατολισμού Η διαδικασία επαναλαμβάνεται για το σύνολο των εικόνων και όταν ολοκληρωθεί παρατηρούμε ότι πλέον επισημαίνεται με πράσινο χρώμα και η στήλη που αφορά στον εσωτερικό προσανατολισμό. 54

ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΗ ΑΠΟΤΥΠΩΣΗ ΤΟΥ ΟΧΥΡΩΜΕΝΟΥ ΒΥΖΑΝΤΙΝΟΥ ΟΙΚΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΡΕΝΤΙΝΑΣ Στο επόμενο στάδιο της εργασίας θα γίνει και ο προσδιορισμός των παραμέτρων του εξωτερικού προσανατολισμού. Η εύρεση των παραμέτρων γίνεται με τη διαδικασία της δέσμης, όπου το μαθηματικό μοντέλο που χρησιμοποιείται είναι οι εξισώσεις συγγραμικότητας, ενώ οι παρατηρήσεις (κοινά γνωστά και άγνωστα σημεία) συνορθώνονται με τη μέθοδο των εξισώσεων παρατηρήσεων. Οι παράμετροι που προσδιορίζονται μέσω αυτής της εφαρμογής είναι οι συντεταγμένες των κέντρων προβολής και των γωνιών προσανατολισμού των θέσεων της φωτογραφικής μηχανής. Αρχικά επιλύουμε το δίκτυο ως ελεύθερο δηλαδή έχοντας ως παρατηρήσεις μόνο σημεία τα οποία είναι απολύτως γνωστά (control points) σε ένα ζευγάρι φωτογραφιών τουλάχιστον. Η παρατήρηση των σημείων αυτών στο ζευγάρι των φωτογραφιών μπορεί να γίνει είτε στερεοσκοπικά με την βοήθεια ενός φωτογραμμετρικού σταθμού, είτε μονοσκοπικά. Από το menu Edit επιλέγουμε την εφαρμογή Point measurement όπου θα γίνει και η παρατήρηση των σημείων. 55

Επίλυση ελεύθερου δικτύου Με παρατηρήσεις μόνο τα απολύτως γνωστά σημεία προχωρούμε στην επίλυση του δικτύου ως ελεύθερο. Με τον όρο ελεύθερο δίκτυο θεωρούμε ότι θα προκύψει μια πρώτη εσωτερική λύση ώστε να δούμε κατά πόσο τα σημεία που προσδιορίσαμε είναι συμπαγή και έχουν συνέχεια. Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι το δίκτυο δεν είναι απαραίτητο να αναφέρεται σε κάποιο σύστημα αναφοράς, έχουμε μια πρώτη εκτίμηση των σημείων. Στον καθορισμό των παραμέτρων για την επίλυση της δέσμης, θεωρούμε ότι οι παράμετροι του εσωτερικού προσανατολισμού είναι απολύτως γνωστές, ενώ η αρχική ακρίβεια προσδιορισμού των σημείων (a-priori) είναι 0,33 pixel. Τέλος στην καρτέλα Advanced Options ενεργοποιούμε την επιλογή για έλεγχο χονδροειδών σφαλμάτων, ώστε να έχουμε έναν πρώτο έλεγχο για τον προσδιορισμό των παραμέτρων. 56

Η ακρίβεια της συνόρθωσης είναι 0,29 pixel ενώ για την ακρίβεια προσδιορισμού των συντεταγμένων χωριστά έχουμε 0,027 pixel για τα Χ, 0,026 pixel για τα Υ και 0,0626 pixel για τα Ζ. Για να έχουμε έναν αναλυτικότερο έλεγχο της διαδικασίας προχωρούμε στην εξαγωγή της αναφοράς της διαδικασίας όπου μπορούμε να διακρίνουμε αναλυτικότερα τις ακρίβειες του προσδιορισμού κάθε σημείου χωριστά. Δεδομένου του γεγονότος ότι η a-posteriori ακρίβεια είναι 0,29 pixel και η a- priori 0,33 pixel, με την εφαρμογή ενός ελέγχου αξιοπιστίας έχουμε : F 2 ==== aposteriori σ 2 apriori σ o 0.29 0.33 0.8 57

Δηλαδή ο λόγος προκύπτει μικρότερος της μονάδας πράγμα που σημαίνει ότι ο έλεγχος είναι αποδεκτός. Πρακτικά, αυτό μας δείχνει ότι η a-priori εκτίμηση της ακρίβειας ήταν σωστή και ότι η τελική επίλυση δεν είναι επηρεασμένη από χονδροειδή σφάλματα. Με την αποδοχή των αποτελεσμάτων της δέσμης, παρατηρούμε ότι τώρα οι φωτογραφίες έχουν πάρει το σωστό προσανατολισμό και η θέση των φωτογραφιών στον χώρο είναι η εξής: Στη συνέχεια το δίκτυο των σημείων θα επιλυθεί με την χρήση πλεονάζουσων δεσμεύσεων. Για να είναι δυνατή η επίλυση με αυτόν τον τρόπο, πρέπει αρχικά να παρατηρήσουμε και άλλα χαρακτηριστικά σημεία τα οποία είναι κοινά σε τουλάχιστον ένα ζεύγος φωτογραφιών. Τα σημεία αυτά (tie points) μαζί με τα φωτοσταθερά (σημεία γνωστών συντεταγμένων), θα χρησιμοποιηθούν για την εκ νέου επίλυση του δικτύου. Ο προσδιορισμός των σημείων αγνώστων συντεταγμένων μπορεί να γίνει χειροκίνητα μέσω στερεοσκοπικής ή μονοσκοπικής παρατήρησης των εικόνων καθώς επίσης και με τη διαδικασία αυτόματου προσδιορισμού σημείων που δίνεται από το λογισμικό. Για να είναι δυνατός ο αυτόματος προσδιορισμός των σημείων θα πρέπει πρώτα να ορίσουμε τις παραμέτρους που θα χρησιμοποιηθούν για τον λόγο αυτό. Ο ορισμός των παραμέτρων γίνεται από το menu- Edit- Auto, tie generation properties. 58

Μας δίνεται η δυνατότητα να επιλέξουμε τις εικόνες που θα χρησιμοποιηθούν, τον επιθυμητό αριθμό των σημείων που θέλουμε να προσδιοριστούν καθώς και η μέθοδος με την οποία θα γίνει αυτό. Στην καρτέλα Strategy μπορούμε να επιλέξουμε την πυκνότητα των σημείων, την αρχική ακρίβεια προσδιορισμού, καθώς και το correlation Size, δηλαδή την ταυτοποίηση των σημείων. Με την ολοκλήρωση της διαδικασίας μπορούμε να δούμε και την αναφορά της διαδικασίας βάσει της οποίας μπορεί να γίνει έλεγχος για το κατά πόσο τα σημεία έχουν προσδιοριστεί με ακρίβεια. 59

Το αποτέλεσμα που προκύπτει από την εύρεση των νέων σημείων παριστάνεται γραφικά ως εξής: Στην συνέχεια προχωρούμε σε εκ νέου επίλυση της δέσμης και τα νέα αποτελέσματα που προκύπτουν είναι: Παρατηρούμε ότι σε σχέση με τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την επίλυση ως ελεύθερου δικτύου η ολική ακρίβεια προσδιορισμού του σημείου είναι καλύτερη, γεγονός που δικαιολογείται από την ύπαρξη περισσότερων σημείων και την αύξηση του βαθμού ελευθερίας των παρατηρήσεων και του δικτύου. 60

Στην επίλυση αυτή η αρχική a-priori εκτίμηση ήταν της τάξης των 0.27 pixel. Οπότε αν εφαρμόσουμε τον ολικό έλεγχο αξιοπιστίας, το αποτέλεσμα αυτή την φορά θα είναι: F 2 ==== aposteriori σ 2 apriori σ o 0.27 0.27 1 γεγονός που σημαίνει ότι η ακρίβεια προσδιορισμού ελαττώθηκε, και αυτό οφείλεται στον πιθανό λανθασμένο προσδιορισμό των σημείων (tie points). Επιπλέον παρατηρούμε ότι με την επιλογή για έλεγχο χονδροειδών σφαλμάτων, όσα σημεία κρίθηκε ότι έχουν προσδιοριστεί με λανθασμένο τρόπο δεν έχουν ληφθεί υπ όψιν στη επίλυση, και κατ επέκταση δεν έχουμε και προσδιορισμό των σημείων αυτών. 61

Βήμα 3 ο : Παραγωγή ψηφιακού μοντέλου εδάφους Για να είναι δυνατή η παραγωγή ενός ψηφιακού μοντέλου εδάφους, θα πρέπει να είναι γνωστές οι παράμετροι του εξωτερικού προσανατολισμού των λήψεων. Το λογισμικό μας δίνει τη δυνατότητα παραγωγής ψηφιακών μοντέλων εδάφους (DTM) σε διάφορες μορφές, π.χ με τη μορφή εικόνας raster (DEM) καθώς και με τη μορφή δικτύου τριγώνων (TIN). Επιπλέον είναι δυνατή η παραγωγή DTM από το σύνολο των λήψεων ή εναλλακτικά λαμβάνοντας υπ όψιν τις λήψεις κατά ζεύγη. Ο ορισμός των παραμέτρων για την παραγωγή του ψηφιακού μοντέλου εδάφους γίνεται από το menu- Process- DTM extraction Τύπος dtm Όσον αφορά την ανάλυση στην οποία θα γίνει η παραγωγή του DTM αυτή προκύπτει εάν λάβουμε υπ όψιν την ακρίβεια σάρωσης των λήψεων καθώς και την κλίμακά τους. Από τους υπολογισμούς προκύπτει ότι 1 pixel εικόνας καλύπτει περίπου 14 cm του εδάφους. 62

Επίλυση & Συνόρθωση του δικτύου των Φωτοσταθερών Η επίλυση και η συνόρθωση του δικτύου των φωτοσταθερών (control points), πραγματοποιήθηκε τη μέθοδο των ελαχίστων δεσμεύσεων (minimum constraints), κρατώντας σταθερό το μόνιμο σταθμό AUT1 στη Θέρμη Θεσσαλονίκης. Ο μόνιμος σταθμός του AUT1 εντάσσεται στο ευρωπαϊκό δίκτυο ΕPN (EUREF Permanent Network). 63

64

65

66

67