Fotogrammetrie

Als luchtfoto’s gebruikt worden voor kartering of het vervaardigen van hoogtemodellen, spreekt men van fotogrammetrie. Het behelst het meten in luchtfoto’s van zeer hoge geometrische kwaliteit: zie wat er in de vorige paragraaf over luchtfotocamera’s opgemerkt werd. Voor karteringswerk en het vervaardigen van hoogtemodellen worden twee

luchtfoto’s vanuit verschillende posities genomen, die vervolgens tegelijk worden bekeken. Tot voor kort gebeurde dat in een analoog stereouitwerkingsinstrument, waarbij de twee fotografische platen in de stand geplaatst werden die ze bij het nemen van de opnamen hadden. De operateur kijkt door een zoeker en ziet beide beelden tegelijk. Hij kan door het stereo-effect driedimensionaal meten en karteren (zie figuur 30). De laatste tijd zijn hiervoor digitale uitwerkingsinstrumenten in opkomst, die dit proces in software doen. De komst van digitale luchtcamera’s maakt dit proces nog eenvoudiger. Ondanks de

vervolmaking van digitale matchingtechnieken, blijft echter de laatste stap, de

driedimensionale kartering, het handwerk van de operateur met een goede stereovisie. Voor het aan elkaar rekenen van afzonderlijke opnamen is een nauwkeurige positie- en standbepaling noodzakelijk. Dit geschiedt door in het terrein paspunten te leggen en terrestrisch in te meten. Met behulp van deze bekende zwartwitte vliegschijven kunnen door triangulatie en blokvereffening de oriënteringsparameters van de foto’s worden bepaald. Deze zijn nodig om het 3D-model te genereren waarin gemeten wordt. Met de komst van differentiële gps en hoognauwkeurige inertiaal navigatiesystemen (ins) zijn minder paspunten in het terrein nodig, waardoor het proces minder kostbaar wordt en minder tijd in beslag neemt, maar voor nauwkeurige fotogrammetrie blijven meetpunten op het aardoppervlak noodzakelijk.

Het bepalen van de exacte stand van de fotografische plaat tijdens de opname en het zien van diepte door het stereoeffect van twee naastgelegen opnamen betekent dat er zowel in de breedte van de vliegstrook als in de lengte overlap moet zijn. Voor de dwarsoverlap is minimaal 60% overlap vereist, voor de langsoverlap 10%. Dit feit plus het feit dat het stereouitwerken een zeer arbeidsintensieve taak is (die om die reden vaak in Oosteuropese of Aziatische landen wordt gedaan) maakt dat fotogrammetrische uitwerking vrij kostbaar is. Vanwege de vele stappen is – nog los van het wachten op het gunstige vliegseizoen – de doorlooptijd voor fotogrammetrische opnamen relatief lang.

figuur 30 Een operateur bezig met het uitwerking van een fotogrammetrische opname in een analoog uitwerkingsinstrument. (© Rijkswaterstaat Adviesdient Geo-informatie en ict)

Daar staat tegenover dat er nog steeds geen enkele techniek nauwkeuriger is dan fotogrammetrische kartering, op landmeten na althans. Voor het Digitaal Topografisch Bestand (dtb) van alle in beheer zijnde gebieden en objecten gebruikt Rijkswaterstaat fotogrammetrie. De specificaties liggen al jaren vast: voor harde topografie is de maximale standaardafwijking van de precisie in ligging 5 cm, in hoogte 9 cm [46]. Tot voor kort kon daar met bijvoorbeeld laseraltimetrie niet aan gedacht worden, hoewel Rijkswaterstaat agi recentelijk een studie heeft laten uitvoeren waarbij met laseraltimetrie met zeer hoge puntdichtheid en veel controlepunten zelfs de nog strengere eisen voor dtm-ontwerp werden gehaald: 7,5 cm in ligging, 2,5 cm in hoogte [2].

Een voordeel van fotogrammetrische kartering door een operateur is dat hij het beeld kan interpreteren, waardoor hij bijvoorbeeld in staat is de juiste lijnen te identificeren of in staat is de topografie door de vegetatie heen te zien. Dit is ook de reden dat de nv De Scheepvaart, die de Vlaamse kanalen beheert en exploiteert, na een vergelijkende studie van verschillende aanbieders voor fotogrammetrie gekozen heeft om de kanalen in kaart te brengen.

Uit luchtfoto’s met een hoge geometrische kwaliteit kunnen, met behulp van het hoogtemodel dat bepaald is met fotogrammetrie of met bijvoorbeeld laseraltimetrie, orthofoto’s vervaardigd worden. Foto’s (vrijwel) recht naar beneden genomen (nadirfoto’s) zijn nog niet geschikt om over een kaart of geografische data gelegd worden (in een gis bijvoorbeeld) omdat ze vertekeningen bevatten. Zie figuur 31. Objecten die

figuur 31 Door de variërende kijkhoek vanuit het vliegtuig is een luchtfoto niet direct geometrisch bruikbaar. Punt 4 ligt hoger dan 1, 2 en 5 en wordt daarom afgebeeld in de richting van de

zichtlijn: op 4”, terwijl zijn geografische positie 4’ is. De verplaatsing wordt groter naarmate het punt verder naar de rand van het beeld ligt. Het object in punt 2 vertoont omvalling, zoals ook in figuur 15 getoond wordt. Als de hoogte bekend is, kan hiervoor worden gecorrigeerd:

orthorectificatie. (© stowa wgl / Swartvast – Rens Swart)

niet pal onder het vliegtuig liggen worden vanuit het camerastandpunt schuin bekeken. Als het terrein niet vlak is, betekent dat dat ze zich op de fotografische plaat naar binnen (als ze relatief laag liggen) of buiten (als ze relatief hoog liggen) verplaatsen. De punten 1, 2 en 5 in figuur 31 komen in de foto op de plek waar ze horen. Punt 4 ligt hoger dan 1, 2 en 5 en wordt daarom afgebeeld in de richting van de zichtlijn: op 4”, terwijl zijn geografische positie 4’ is. De verplaatsing wordt groter naarmate het punt verder naar de rand van het beeld ligt. Het object in punt 2 vertoont omvalling, zoals ook in figuur 15 getoond wordt. Uit een luchtfoto kan een orthofoto worden vervaardigd door voor elk punt een correctie toe te passen voor de hoogte van het terrein. Als de terreinhoogte van punt 4 bekend is, kan een verschuiving worden toegepast zodat het punt in plaats van op 4” op 4’ terecht komt. In het algemeen wordt het beeld vervolgens nog in een geografisch coördinatenstelsel gebracht, waardoor het in bijvoorbeeld een gis onder andere data kan worden gelegd.

Bij true orthofoto’s is niet alleen voor hoogteverschillen op maaiveld gecorrigeerd, zoals bij gewone orthofoto’s, maar zijn ook gebouwen rechtgezet. Hiervoor zijn behalve een

hoogtemodel van het terrein ook de hoogten van de gebouwen nodig. Voor het dtb van Rijkswaterstaat zijn deze aanwezig en worden ook true orthofoto’s vervaardigd.

Conclusies fotogrammetrie voor inspectie waterkeringen

Voor de legger is kartering met tamelijk hoge precisie nodig. Fotogrammetrie is altijd nog de meest nauwkeurige wijze van karteren, zeker voor harde topografie. Als bijproduct heeft

het kwalitatief en geometrisch zeer goede lucht- of orthofoto’s. De precisie voor zachte topografie zoals gras en hogere vegetatie is minder. Laseraltimetrie is dan een concurrerend alternatief, dat bovendien in het algemeen goedkoper is, maar geen zeer hoge kwaliteit foto’s als bijproduct heeft.