UNICAP Universidade Católica de Pernambuco Laboratório de Topografia de UNICAP - LABTOP Topografia 2. Fotogrametria. Parte 1
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- Geovane Aquino Barreto
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1 UNICAP Universidade Católica de Pernambuco Laboratório de Topografia de UNICAP - LABTOP Topografia 2 Fotogrametria Parte 1 Recife, 2014
2 Fotogrametria (definição clássica): Pode ser definida como a Ciência, Arte e Tecnologia de se obterem Medidas dignas de confiança por meios de Fotografias É derivada de três palavras de origem grega que tem o seguinte significado: LUZ DESCRIÇÃO MEDIDAS 2
3 Fotogrametria: Ciência, Arte e Tecnologia É Ciência por se tratar de um conjunto metódico de conhecimentos obtidos mediante a observação e a experiência; É Arte por possuir habilidades na sua constituição É Tecnologia por possuir um conjunto de conhecimentos e princípios científicos. 3
4 Aplicações dos Produtos Fotogramétricos Mapas topográficos modernos são invariavelmente produzidos por Fotogrametria. Somente após o inicio da Fotogrametria foi possível a compilação de mapas topográficos em pequenas escalas. Quase todas as fases de projetos, locação, construção e gerenciamento são conduzidos, se não totalmente, em grande parte, pelos fotogrametristas As principais aplicações da Fotogrametria são: Locação de estradas; Arqueologia; Automação de processos industriais; Mapeamento; Geração de Modelos Digitais de Terreno e Elevação; Planejamento de superfícies; Realidade aumentada; Identificação de objetos presentes na superfície física; Robótica; 4
5 Classificação da Fotogrametria Quanto a posição da câmara ou elemento Sensor Aérea Terrestre Espacial ou Orbital (satélites) Macroscópica Quanto a tecnologia usada Analógica Analítica Digital 5
6 Classificação da Fotogrametria Quanto a posição da câmara ou elemento Sensor Aérea Terrestre Espacial ou Orbital (satélites) Macroscópica Quanto a tecnologia usada Analógica Analítica Digital 6
7 Quanto a posição da câmara ou elemento Sensor 7
8 Evolução Histórica 1839 Invenção da fotografia por Louis Jacques Mandé Daguerre; 1840 Geodesista Francês Arago demonstrou a viabilidade do uso de fotografias nos levantamentos topográficos 1849 O Engenheiro Geodesista e Militar do Exército Francês Coronel Aimé Laussedat fez fotografias a bordo de balões, depois concentrou seus esforços no mapeamento usando fotogrametria terrestre; 1909 O Médico e físico Alemão Carl Pulfrich iniciou os primeiros experimentos com o estéreo pares Princípio da marca flutuante; 1913 O avião foi utilizado pela primeira vez para a tomada de fotografias aéreas com o objetivo de mapeamento, pelo oficial Britânico Capitão Tardivo; 1918 a 1945 A aerofotogrametria tornou-se uma tecnologia largamente utilizada para a produção de mapas, sobretudo durante o período a segunda guerra mundial; equipamentos de restituição como o Multiplex e do Estereroplanígrafo; Principais métodos analógicos como as técnicas de orientação empírica e a aerotriangulação analógica; Década de 1950 Utilização do computador para cálculos de Blocos de Aerotriangulação; 1958 Protótipo do Restituidor Analítico; 1976 Modelos comerciais de Restituidores Analíticos; Década de 1990 Fotogrametria Digital com fotos analógicas digitalizadas em Scanners fotogramétricos; Automação de processos fotogramétricos como a geração de Ortofotos e de Modelos Digitais de Terreno; 2000 Apresentação de Câmaras Digitais Fotogramétricas em Amsterdã. 8
9 Evolução Histórica Invenção Computadores 9 Fotogrametria Analógica Era Analítica Era Digital Invenção do Avião Primeira Geração Invenção da fotografia ANO
10 Evolução Histórica As primeiras imagens aéreas que temos notícia foram geradas dentro de um balão por Gaspard Felix Tournachon em 1858 e posteriormente em 1903, outras imagens foram obtidas através de câmeras fotográficas instaladas em pombos, com equipamentos desenvolvidos por Julius Neubronner, o equipamento pesava aproximadamente 70 gramas. 10
11 Evolução Histórica O primeiro registro de fotografias aéreas obtidas por um avião com uso em mapeamento foi do Capitão Tardivo, oficial britânico, que em 1913 apresentou um trabalho descrevendo o processo em uma reunião da sociedade Internacional de Fotogrametria em Viena na Áustria. 11
12 Evolução Histórica Fotografias aéreas em agosto de 1943, Corpo de Fuzileiros da Marinha Americana 12
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14 Restituidores Analógicos (Anos 60 e 70) O emprego dos restituidores analógicos A8, B8, PG2, A10 e vários outros, teve o seu período de glória nas décadas de 60 e de 70. Só no Brasil foram vendidos cerca de 100 equipamentos B8 (no mundo todo foram cerca de B8). Os equipamentos ditos analíticos foram inventados em 1957, mas somente passaram a ser comercializados em fins dos anos 70. Estão nessa categoria os equipamentos DSR11/15, da Kern; Planicomp, da ZEISS; e BC1/2/3 e SD2000/3000, da Wild. Restituidor WILD A10 14
15 Restituidores Analógicos (Anos 60 e 70) Restituidor WILD A8 15
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18 Restituidores Analíticos (Final dos anos 70) Planicomp P3 Estação analítica ZEISS Planicomp C-12 18
19 Restituidores Analíticos (Final dos anos 70) WILD B 8-S 19
20 Restituidores Analíticos (Final dos anos 70) Restituidor Analítico SD2000/
21 Restituidores Digitais (Início dos anos 80 até 2000) Esta é uma era que caracteriza-se pelo uso de imagens digitais como fonte primária de dados e computadores com capacidade suficiente para o processamento interativo de imagens digitais Imagestation Intergraph 21
22 Restituidores Digitais (Início dos anos 80 até 2000) Digitalização das Imagens, a partir dos Negativos (Carl Zeiss Scanner SCAI) 22
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25 Restituidores Digitais (Início dos anos 2000 até os dias atuais) Estação fotogramétrica digital da Intergraph 25
26 Restituidores Digitais (Início dos anos 2000 até os dias atuais) 26
27 Restituidores Digitais (Início dos anos 2000 até os dias atuais) 27
28 Câmera Aerofotogramétrica - Analógica Câmera Aerofogramétrica Modelo ZEISS RMK TOP 15/23 Baseada em Filme como Elemento Sensor 28
29 Câmera Aerofotogramétrica - Analógica Câmera Aerofogramétrica Modelo ZEISS RMK TOP 15/23 Baseada em Filme como Elemento Sensor 29
30 Câmera Aerofotogramétrica - Analógica Câmera Aerofogramétrica Modelo ZEISS RMK TOP 15/23 Baseada em Filme como Elemento Sensor 30
31 Câmera Aerofotogramétrica - Analógica Câmara aérea LEICA WILD RC 30 Baseada em filme como Elemento Sensor 31
32 Câmera Aerofotogramétrica - Digital 32
33 Câmera Aerofotogramétrica - Digital Sensor Linear Sensor Matricial 33
34 Câmera Aerofotogramétrica - Digital 34
35 Câmera Aerofotogramétrica - Digital 35
36 Câmera Aerofotogramétrica - Digital ADS 40 2ª Geração de Câmeras Digitais 36
37 Câmera Aerofotogramétrica - Digital ADS 40 2ª Geração de Câmeras Digitais 37
38 Câmera Aerofotogramétrica - Digital ADS 80 3ª Geração de Câmeras Digitais 38
39 Câmera Aerofotogramétrica - Digital ADS 80 3ª Geração de Câmeras Digitais 39
40 Câmera Aerofotogramétrica - Digital ADS 80 3ª Geração de Câmeras Digitais 40
41 Câmeras Aerofotogramétricas Modelo Dimensão pixel (µm) Distância focal Altura Vôo para TPT de 20cm (m) Formato imagens (pixel) Extensão no Terreno para pixel 20cm (m) Câmera Grande Formato UltraCam X 7,20 33, x x 991 Z/I Imaging DMC 12,0 120, x x 2765 Câmera Analógica Grande angular - 153,0 1224,0 9200x x1840 UltraCam X Z/I Imaging DMC ZEISS RMK TOP 15/23 41
42 Câmeras Aerofotogramétricas Digitais
43 Câmeras Aerotransportadas de Pequeno Formado Sistema Aerotransportado de Aquisição de Imagens digitais Sistema Aerotransportado instalado em Helicóptero 43
44 Laser Scanner Aerotransportado Diversos fabricantes: Leica, Optech, Trimble, Riegl 44
45 Laser Scanner Aerotransportado ALS 60 Laser Scanner Aerotransportados 45
46 Laser Scanner Aerotransportado ALS 70 Laser Scanner Aerotransportados 46
47 Laser Scanner Aerotransportado ALS 60 Com Emissor Único- 200 khz ALS 70 Com Duplo Emissor khz 47
48 Laser Scanner Aerotransportado Optech Lidar Imaging Solutions 48
49 Laser Scanner Aerotransportado Curitiba/PR - Acesso Aeroporto 49
50 Laser Scanner Aerotransportado 50
51 Laser Scanner Aerotransportado Cidade de Curitiba/PR 51
52 Laser Scanner Aerotransportados ALS 60 Laser Scanner Aerotransportados 52
53 Laser Scanner Aerotransportados ALS 60 Laser Scanner Aerotransportados 53
54 Laser Scanner Aerotransportados ALS 60 + ADS 80 Laser Scanner + Câmara Digital Aerotransportados 54
55 Laser Scanner Aerotransportados e Aerofotos 55
56 Fotogrametria Terrestre O uso da Fotogrametria Terrestre surgiu como opção para levantamentos arquitetônicos no ano de Após a segunda guerra mundial a conservação de monumentos foi motivada a partir de 1964, com a elaboração da Carta Internacional sobre conservação e restauração de monumentos e sítios históricos, conhecida como Carta de Veneza, que considera as obras monumentais como testemunho vivo das tradições de um povo. 56
57 Fotogrametria Terrestre Fotogrametria Terrestre consiste nas atividades de captação de dados gráficos por meio da Fotogrametria utilizando como sensor uma câmara métrica terrestre. Plataforma terrestre 57
58 Fotogrametria Terrestre Distribuição dos pontos de controle na fachada principal da Basílica de Nossa Senhora do Carmo em Recife /PE 58
59 Fotogrametria Terrestre 59
60 Fotogrametria Terrestre Imagens a Esquerda com distorção e a direita Retificada 60
61 Fotogrametria Terrestre 61
62 Fotogrametria Terrestre 62
63 Aerolevantamento Planejamento do Vôo Implantação e Pré-Sinalização dos marcos de controle Vôo para aquisição das Vôo imagens para com aquisição uso de das câmera imagens digital de Pequeno Formato Montagem do Foto-índice e seleção das imagens Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Dados de Calibração Orientação interior e exterior, medição dos pontos Aerotriangulação Geração e Edição de MDT Geração da Ortoimagem Restituição Planimétrica e Traçado das Curvas-de-nível Edição, conversão de formato de dados e impressão 63
64 Um projeto de recobrimento é um estudo detalhado, com todas as especificações sobre o tipo de cobertura, por exemplo: Condições naturais da região: - Local a ser fotografado - Área a fotografar - Dimensões da área - Relevo - Regime de ventos - Altitude média do terreno - Variação de altura do terreno - Mês para execução do vôo - Nº de dias favoráveis ao vôo Apoio logístico: - Transporte - Hospitais -Alimentação Planejamento do Vôo 64
65 Condições técnicas (base e aeronave): - Base de operação - Alternativa de pouso - Recursos na base - Modelo da aeronave - Autonomia - Teto de serviço operacional - Velocidade média de cruzeiro - Tripulação Condições técnicas (plano de vôo): - Altura e Altitude de vôo - Escala das fotografias - Superposição longitudinal / lateral - Câmara aérea - Tipo e quantidade de filme empregados - Rumo das faixas - Nº de faixas e Nº de fotos - Velocidade máxima (arrastamento) - Tempo de exposição ideal - Intervalo de exposição - Distância entre faixas Planejamento do Vôo 65
66 Especificações Técnicas do Vôo Aerofotogramétrico Recobrimento: Longitudinal / Transversal Escala da foto Distância focal da câmara Resolução do filme Tolerâncias e desvios Área coberta por uma fotografia 66
67 Calibração da Câmera 67
68 Escala de Vôo E E v 68
69 Exercício sobre Escala 1- Calcule o que se pede abaixo sabendo que: Distância focal (f) = 50 mm Escala de Vôo (E v ) = 1/ Altitude média do terreno (h m ) = 900 m Altura de Vôo (H v )= (H- h m ) A) Altitude de Vôo (H) H = ( x 0,055) H = 3.400m B) Calcule a escala da foto para uma Altitude média do terreno de 1200 m. 69
70 Exercício sobre Escala C) Calcule a dimensão da área coberta pela foto aérea de 23cm x 23cm em km 2 Distância focal (f) = 50 mm Escala de Vôo (E v ) = 1/ Altitude média do terreno (h m ) = 900 m Dimensão da Foto = 23cm x 23cm L = 23cm x cm L = 0,23m x 500m L = m L 2 = Área no Terreno = 132,25km 2 70
71 Exercícios 2- A que altura de vôo deveria voar um avião para que as fotografias fossem produzidas na escala 1/6.000; utilizando-se uma câmera aérea com distância focal f=150mm? 3- Um avião equipado com uma câmera fotográfica com distância focal f=300mm, está fotografando a superfície da Terra a uma altura de vôo de 4.320m. Qual será a escala da fotografia? 71
72 Fotografia e o Diapositivo 72
73 Marcas Fiduciais As fotografias tomadas com câmaras métricas convencionais, possuem marcas fiduciais que são sinais gravados nas bordas das fotografias com a finalidade de materializar o sistema de coordenadas da fotografia (sistema fiducial). As marcas fiduciais são de vários tipos e variam de acordo com o tipo de câmara métrica. Com a interseção das marcas fiduciais opostas pode-se determinar a origem do sistema fiducial e definir o sistema de coordenadas fotográfico com uso de um sistema bidimensional. 73
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76 Recobrimento Aerofotogramétrico O recobrimento Longitudinal de 60% é necessário para garantir a estereoscopia, portanto as fotos são expostas em intervalos de tempos tais que, entre duas fotos sucessivas de uma faixa haja uma superposição de cerca de 60%. Nas faixas expostas paralelamente, para compor a cobertura de uma área é mantida uma distância entre os eixos de vôo que garante uma superposição de cerca de 30% entre duas faixas adjacentes. 76
77 Recobrimento Aerofotogramétrico Porcentagem segundo a qual uma fotografia se sobrepõe à seguinte Recobrimento Longitudinal Recobrimento Lateral 30% 60% 77
78 Recobrimento Aerofotogramétrico 60% 78
79 Visão Estereoscópica Imagem estereoscópica é o resultado da superposição longitudinal entre duas fotos consecutivas. Par Estereoscópico 79
80 Visão Estereoscópica Simulação de visão estereoscópica com pares de fotografias aéreas Com isto as fotografias são recobertas longitudinalmente e lateralmente para que seja possível a reconstrução tridimensional dos objetos ou medir suas posições planimétrica e altimétrica. Deste princípio tem-se a denominação de recobrimento estereoscópico entre as fotografias. O par de fotografias é chamado de par estereoscópico ou estéreo par de fotografias. 80
81
82 Estereoscópios Século Passado Estereoscópio de mão Estereoscópio de Pedestal 82
83 Par estereoscópicos Palácio Imperial no Largo do Paço, Rio de Janeiro Acervo da Biblioteca Nacional Avenida Central, trecho do clube de Engenharia Rio de Janeiro Coleção Henrique Lins de Barros 83
84 Estereoscópios - Modernos Sony-HXR-NX3D1 Panasonic Lumix DMC-3d 84
85 Estereoscópio de Espelhos 85
86 Estereoscópio de Espelhos 86
87 Estereoscópio de Bolso 87
88 Estereoscópio de Bolso 88
89 Estereoscópio 89
90 Exercício da Salsicha O Exercício de Salsicha pode ser útil desenvolvendo a habilidade para se ver em estéreo. Essencialmente neste exercício você enfoca seus olhos em um objeto distante e então lentamente traz seus dedos indicadores na linha de visão. Quanto mais distante e separadamente estiverem seus dedos e maior a salsicha que você vê, mais paralelas são suas linhas de visão. 90
91 Aerolevantamento Planejamento do Vôo Implantação e Pré-Sinalização dos marcos de controle Vôo para aquisição das Vôo imagens para com aquisição uso de das câmera imagens digital de Pequeno Formato Montagem do Foto-índice e seleção das imagens Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Dados de Calibração Orientação interior e exterior, medição dos pontos Aerotriangulação Geração e Edição de MDT Geração da Ortoimagem Restituição Planimétrica e Traçado das Curvas-de-nível Edição, conversão de formato de dados e impressão 91
92 Implantação e pré-sinalização, levantamento GPS e nivelamento dos marcos Desenhos Típicos da Sinalização dos Alvos
93 Implantação e pré-sinalização, levantamento GPS e nivelamento dos marcos
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95 Implantação e pré-sinalização, levantamento GPS e nivelamento dos marcos
96 Implantação e pré-sinalização, levantamento GPS e nivelamento dos marcos
97 Aerolevantamento Planejamento do Vôo Implantação e Pré-Sinalização dos marcos de controle Vôo para aquisição das Vôo imagens para com aquisição uso de das câmera imagens digital de Pequeno Formato Montagem do Foto-índice e seleção das imagens Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Dados de Calibração Orientação interior e exterior, medição dos pontos Aerotriangulação Geração e Edição de MDT Geração da Ortoimagem Restituição Planimétrica e Traçado das Curvas-de-nível Edição, conversão de formato de dados e impressão 97
98 Vôo para aquisição das imagens digitais 98
99 Vôo para aquisição das imagens digitais 99
100 Vôo para aquisição das imagens digitais 100
101 Vôo para aquisição das imagens digitais 101
102 Vôo para aquisição das imagens digitais 102
103 Vôo para aquisição das imagens digitais 103
104 Vôo para aquisição das imagens digitais 104
105 Vôo para aquisição das imagens digitais 105
106 Vôo para aquisição das imagens digitais 106
107 Vôo para aquisição das imagens digitais 107
108 Vôo para aquisição das imagens digitais 108
109 Vôo para aquisição das imagens digitais 109
110 Vôo para aquisição das imagens digitais 110
111 Vôo para aquisição das imagens digitais 111
112 Movimentos da Aeronave durante o Vôo κ φ ω Ângulos de atitude 112
113 Aerolevantamento Planejamento do Vôo Implantação e Pré-Sinalização dos marcos de controle Vôo para aquisição das Vôo imagens para com aquisição uso de das câmera imagens digital de Pequeno Formato Montagem do Foto-índice e seleção das imagens Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Dados de Calibração Orientação interior e exterior, medição dos pontos Aerotriangulação Geração e Edição de MDT Geração da Ortoimagem Restituição Planimétrica e Traçado das Curvas-de-nível Edição, conversão de formato de dados e impressão 113
114 Montagem do fotoíndice e seleção das imagens 114
115 Montagem do fotoindice e seleção das imagens 115
116 Montagem do fotoindice e seleção das imagens 116
117 Aerolevantamento Planejamento do Vôo Implantação e Pré-Sinalização dos marcos de controle Vôo para aquisição das Vôo imagens para com aquisição uso de das câmera imagens digital de Pequeno Formato Montagem do Foto-índice e seleção das imagens Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Dados de Calibração Orientação interior e exterior, medição dos pontos Aerotriangulação Geração e Edição de MDT Geração da Ortoimagem Restituição Planimétrica e Traçado das Curvas-de-nível Edição, conversão de formato de dados e impressão 117
118 Reconhecimento e levantamentos das Coordenadas dos Pontos de Apoio Há a necessidade de pontos Fotoidentificáveis, cujas coordenadas sejam conhecidas, esse pontos são denominados de Pontos de Apoio Distribuição Básica de Pontos para um Ajustamento Simultâneo de Aerofotos
119 Reconhecimento e levantamentos das Coordenadas dos Pontos de Apoio Pontos de apoio: O primeiro passo para se efetuar a restituição será o levantamento Planialtimétrico (processos topográficos ou GPS) de uma rede, suficientemente densa, de pontos de controle (os chamados pontos de apoio), que sejam facilmente identificáveis nas fotografias aéreas. Estes pontos deverão estar, preferencialmente, ao nível do solo ou não muito acima dele.
120 Reconhecimento e levantamentos das Coordenadas dos Pontos de Apoio
121 Reconhecimento e levantamentos das Coordenadas dos Pontos de Apoio 121
122 Reconhecimento e levantamentos das Coordenadas dos Pontos de Apoio FAIXA 1 FAIXA 2 FAIXA 3 Para o correto posicionamento e orientação de um modelo, no espaço, bem como a determinação de suas dimensões, exigem medições de certos elementos do objeto real, cujos homólogos estejam contidos nas fotos; é necessário a determinação das coordenadas destes elementos que são denominados pontos de apoio suplementar. São também denominados, respectivamente, pontos de apoio vertical, pontos de apoio horizontal e pontos de duplo apoio. 122
123 Aerolevantamento Planejamento do Vôo Implantação e Pré-Sinalização dos marcos de controle Vôo para aquisição das Vôo imagens para com aquisição uso de das câmera imagens digital de Pequeno Formato Montagem do Foto-índice e seleção das imagens Reconhecimento e Levantamento das coordenadas dos pontos de apoio Dados de Calibração Orientação interior e exterior, medição dos pontos Aerotriangulação Geração e Edição de MDT Geração da Ortoimagem Restituição Planimétrica e Traçado das Curvas-de-nível Edição, conversão de formato de dados e impressão 123
124 Aerotriangulação É um processo numérico que permite calcular: 1. As posições e inclinações de cada foto 2. As coordenadas de terreno de pontos medidos nas fotos (pontos fotogramétricos) 124
125 Restituição Planialtimétrica 125
126 Ortorretificação das imagens Aéreas Perspectiva Central Perspectiva Ortogonal Ortorretificação x y Sendo x = y Planta Planta Planta Planta 126
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