Rezime

U radu je dat prikaz tehnologije izrade digitalnog ortofotoa s obzirom na trenutna dostignuca u fotogrametrijskoj praksi, a posebno sa aspekta uspesne primene u nasim uslovima. Predstavljeni su i rezultati projekta izrade digitalnog ortofotoa za podrucje generalnog urbanistickog plana grada Beograda, kao najveceg projekta ove vrste kod nas do sada. Razmatrana je i uloga ortofotoa u situaciji koju karakterise velika neazurnost postojecih geodetskih podloga, a posebno za gradske sredine gde postoji veliki broj izgradjenih objekata, pa cak i citavih naselja koji nisu geodetski snimljeni.

Kljucne reci:ortofoto, ortorektifikacija, aerofotogrametrija, piksel, DMT

1. Uvod

Tehnologija izrade digitalnog ortofotoa predstavlja danas jedan od najekonomicnijih i najefikasnijih nacina da se dodje do azurnih mernih podloga. U odnosu na klasicne nacine izrade kartografskih podloga postizu se visestruka ubrzanja i ustede. Pored toga, prednost digitalnog ortofoto plana u odnosu na klasicne kartografske podloge, bilo da su one u analognom ili digitalnom obliku, je i u daleko vecem bogatstvu informacija koje su sadrzane na njemu. Poseban podsticaj digitalnoj ortofotprodukciji dat je od strane velikog broja proizvodjaca softvera iz oblasti fotogrametrije i daljinske detekcije, koji je propracen stalnim podizanjem performansi racunarskog hardvera, sistemskog i aplikativnog softvera, uz konstantan pad cena ovih komponenti. Time su stvorene mogucnosti da i manja preduzeca ili organizacije mogu da se upuste u projekte digitalne ortofotoprodukcije koji su do ranije bili rezervisani iskljucivo za one koji su raspolagali izuzetno skupom opremom i znacajnim resursima. Razvoj i napredak u oblasti fotogrametrijskih kamera i fotomaterijala omogucio je izradu podloga sa vrlo visokim nivoom detaljnosti cak i snimanjem sa vecih visina. Lansiranje novih satelitskih misija sa vrlo visokom osetljivoscu senzora i dostupnost proizvoda sa razlicitim nivoima obrade, kao i razvoj potpuno novih tehnika kao sto su radarska i laserska metoda snimanja, znacajno su uticale na primenu digitalnog ortofotoa u raznim disciplinama. Primena racunara i podizanje informaticke pismenosti u skoro svim profesijama koje se bave pracenjem promena i upravljanjem prostornim resursima takodje je dovelo do potraznje za kvalitetnim i, sto je jos vaznije, azurnim podlogama u digitalnom obliku. Sve ovo je dovelo do toga da je danas ortofoto nezamenljiv kao komponenta bilo kog prostornog informacionog sistema, pogodna za kombinovanje sa drugim oblicima informacija, kao sto su razne vektorske podloge u digitalnom obliku, informacije sadrzane u okviru raznih baza podataka i sl., a sve to u jednom savremenom softverskom i hardverskom GIS okruzenju.

2. Sta je digitalni ortofoto plan?

Digitalni ortofoto snimak predstavlja aerofotogrametrijski ili satelitski snimak dela povrsi zemlje u digitalnom obliku, a koji je podvrgnut digitalnoj ortorektifikaciji radi otklanjanja efekata centralne projekcije, nagiba ose snimanja kamere i reljefa terena. Svakom pikselu digitalne slike odgovara jedna tacka na terenu. Kao sto se to vidi sa Slike 1, za svaku takvu tacku terena, neophodno je utvrditi korekciju v, a zatim i odgovarajucu korekciju za korespondentni piksel digitalne slike. Ove korekcije su u funkciji elemenata spoljne orijentacije snimka, rastojanja R posmatrane tacke od nadira snimka i visinske razlike dH. Kao sto se sa slike moze zakljuciti ove korekcije su proporcionalne udaljenosti date tacke terena od nadira snimka i visinskoj razlici.

Slika 1: Princip ortorektifikacije

Digitalna slika koja sadrzi ortofoto snimak se po pravilu radi u odgovarajucoj kartografskoj projekciji. Digitalni ortofoto plan predstavlja deo ortofoto snimka ili, sto je cesci slucaj, mozaik sastavljen od delova vise ortofoto snimaka. On se dodatno moze kartografski obraditi da bi se dobile odgovarajuce kartografske podloge u analognom ili digitalnom obliku.

3. Ortorektifikacija ili geokorigovanje?

Vrlo cesto se u praksi naziv ortofoto koristi neopravdano i za proizvode koji to u sustini nisu. Naime, da bi se dobio ortofoto, neophodno je, u skladu sa prethodno datom definicijom ortofotoa, snimak podvrgnuti postupku ortorektifikacije. Ovaj postupak podrazumeva postojanje digitalnog modela terena (DMT) odgovarajuce tacnosti za podrucje koje je snimljeno na snimku. Samo kroz ovaj rigorozan postupak ortorektifikacije mogu se odrediti korekcije v za svaku tacku terena, tj. korekcije za svaki pojedinacni piksel digitalne slike, a koje su posledica reljefa terena i centralne projekcije. Kao sto se moze zakljuciti sa Slike 1, za podrucja na snimku koja su udaljenija od nadira, tj. centra snimka, ova korekcija je veca, pa je za ta podrucja potrebno poznavanje DMT-a sa vecom tacnoscu nego za ona u centralnom delu. Postupak koji se cesto u praksi primenjuje je takozvano geokorigovanje. Ovaj postupak se zasniva na tome da se za podrucje koje pokriva snimak prikupi izvestan broj referentnih tacaka sa poznatim koordinatama, a koje se mogu identifikovati na snimku. Na osnovu ovih tacaka, tj. utvrdjenih korekcija na njima, pogodnim metodama interpolacije se mogu sracunati korekcije u svim ostalim pikselima digitalne slike. Ovaj postupak za podrucja sa ravnicarskim terenom daje dobre rezultate i samo u tom slucaju kroz postupak geokorigovanja moze se doci i do digitalnog ortofotoa, bez DMT-a. Veliki nedostatak ovakvog pristupa, je sto se greske u koordinatama ili identifikaciji referentnih tacaka vrlo tesko otkrivaju, pa se onda ove greske prenose na konacni ortofoto u vidu deformacija.

4. Tehnologija izrade digitalnog ortofotoa

Kao sto je to vec receno, tehnologija izrade digitalnog ortofotoa je danas na raspolaganju mnogima, pre svega zahvaljujuci razvoju hardvera i softvera. Pa ipak, da bi se jedan projekat izrade digitalnog ortofotoa uspesno realizovao neophodno je dobro poznavanje fotogrametrijske teorije i prakse, posedovanje odgovarajuce opreme, hardvera i softvera, kao i posebno obucenih kadrova. U ovom poglavlju ce biti ukazano na najznacajnije momente vezane za samu tehnologiju izrade digitalnog ortofotoa.

4.1 Obezbedjivanje polaznog materijala

Digitalna ortofotoprodukcija moze zapoceti na jedan od sledecih nacina:

• aerofotogrametrijskim snimanjem sa klasicnim aerofotogrametrijskim kamerama;
• aerofotogrametrijskim snimanjem sa digitalnim aerofotogrametrijskim senzorom;
• nabavkom satelitskih snimaka razlicitog nivoa obrade.

Prvi nacin je za nase uslove najprihvatljiviji, jer ne zahteva znacajna ulaganja i podrazumeva koristenje postojecih resursa. U daljem izlaganju ce se dati opis tehnologije izrade digitalnog ortofotoa na osnovu ovako dobijenih snimaka. Kada je rec o snimanju sa digitalnim aerofotogrametrijskim senzorima treba istaci da se radi o najsavremenijoj metodi koja jos uvek nije dostupna aerofotogrametrijskim firmama u nasoj zemlji, pre svega zbog visokih troskova nabavke ovih senzora i prateceg hardvera i softvera. Pa ipak, treba istaci da digitalni senzori, kao sto je to slucaj sa ADS40 senzorom firme LH Systems, pruzaju nove mogucnosti u odnosu na snimanje klasicnim kamarama, od kojih su najznacajnije:

• eliminisanje potrebe za nabavkom fotomaterijala i fotolaboratorijskom obradom;
• eliminisanje potrebe za skupim fotogrametrijskim skenerima;
• istovremeno snimanje u kolor, panhromatskom i infracrvenom modu;
• svaki deo terena se snima na tri digitalne slike, sa razlicitih pozicija i sl.

U poslednje vreme svedoci smo pojave najnovije generacije satelita koji su u zemljinu orbitu poneli opticke senzore sposobne da obezbede digitalne snimke rezolucije od 1m i nize. Sto je jos vaznije, rezultati ovih misija su na raspolaganju svim zainteresovanim korisnicima i to u razlicitim oblicima. Ne upustajuci se detaljno u ovu problematiku, treba reci da koristenje ovih proizvoda za izradu digitalnog ortofotoa krupne razmere jos uvek ima nedostataka u odnosu na ostala dva nacina i to su pre svega:

• razmera snimanja, tj. rezolucija satelitskog snimka jos uvek zaostaje za mogucnostima koje pruza aerofotogrametrijsko snimanje (klasicnim kamerama ili digitalnim senzorima);
• jos uvek visoka nabavna cena (za panhromatski IKONOS snimak rezolucije 1m to je 35$ - 199$ po kvadratnom kilometru, u zavisnosti od nivoa obrade);
• komplikovani matematicki modeli za korekcije za deformacije koje dolaze od platforme, senzora, reljefa terena, potreba za informacijama o putanjama satelita i sl.;
• slabo koristenje sopstvenih potencijala ako se narucuje izrada gotovog ortofoto proizvoda na osnovu rezultata satelitskih misija,
• mogucnost pojave oblacnosti na snimcima i dr.

Zbog svega toga, treba biti vrlo oprezan pri donosenju odluke da se digitalni ortofoto radi na osnovu satelitskih snimaka. To posebno vazi za ortofoto krupne razmere - 1:5000 i krupnije. To je jos uvek za nase uslove neizvesnija alternativa u odnosu na klasicno aerofotogrametrijsko snimanje, koje predstavlja uhodanu tehnologiju za koju kod nas postoje i odgovarajuca oprema i osposobljeni kadrovi. Izuzetak predstavljaju projekti gde se vrsi izrada orotofotoa za manja podrucja, gde aerofotogrametrijsko snimanje sa svojim fiksnim troskovima podize ukupnu cenu projekta, pa se dobija i visoka cena digitalnog ortofotoa po jedinici povrsine.

4.2 Faze u tehnoloskom procesu izrade digitalnog ortofotoa

Tehnologija izrade digitalnog ortofotoa na osnovu klasicnog aerofotogrametrijskog snimanja sastoji se iz sledecih tehnoloskih celina:

• izrada projekta aerofotogrametrijskog snimanja;
• priprema terena (otkrivanje i signalizacija orijentacionih tacaka);
• aerofotogrametrijsko snimanje i obrada fotomaterijala;
• skeniranje snimaka;
• odredjivanje orijentacionih tacaka;
• merenje orijentacionih i veznih tacaka;
• aerotriangulacija bloka;
• merenje i formiranje DMT-a;
• ortorektifikacija snimaka;
• balansiranje i mozaikovanje snimaka;
• kartografska obrada.

Ovde nije potrebno davati posebna objasnjenja u vezi tehnoloskih celina koje se inace vec dugi niz godina kod nas standardno koriste pri izradi geodetskih podloga aerofotogrametrijskom metodom. Treba samo naglasiti da i tu postoje odredjene specificnosti kada je u pitanju izrada digitalnog ortofotoa i o tome treba posebno voditi racuna. Nesto vise treba reci za postupke koji do sada nisu bili narocito prisutni u nasoj fotogrametrijskoj praksi.

4.2.1 Skeniranje snimaka

Jedna od posebno osetljivih faza u ortofotoprodukciji je i skeniranje snimaka. Greske u ovoj fazi mogu bitno da uticu na izlaznu tacnost i kavlitet ortofotoa sa jedne strane, ili da nepotrebno povecaju troskove digitalne obrade. Najjednostavniji, ali i najskuplji nacin da se obezbedi kvalitetno skeniranje je nabavka profesionalnih, za tu namenu posebno konstruisanih, fotogrametrijskih skenera. Ovi skeneri imaju vrlo visoku geometrijsku rezoluciju skeniranja koja se krece i do 7µm (3628 DPI), ali ono sto je jos znacajnije, oni obezbedjuju i vrlo visoku geometrijsku tacnost skeniranja od 1-2 µm, koja odgovara ovako visokoj rezoluciji skeniranja. Naime, na trzistu se moze naci veliki broj skenera opste namene koji takodje imaju visoku geometrijsku i radiometrijsku rezoluciju skeniranja, ali ono sto im nedostaje je adekvatna geometrijska tacnost. Pored toga, profesionalni fotogrametrijski skeneri su specijalno konstruisani za skeniranje celih rolni filma iz aerofotogrametrijske kamere u jednom visoko automatizovanom postupku. Jedina mana ovih skenera je njihova visoka cena i ona se krece od 35000$ na vise. Problemi koji se ticu geometrijske tacnosti skenera opste namene, a kod primena za potrebe digitalne ortofotoprodukcije, mogu se prevazici primenom odgovarajuceg postupka kod skeniranja i naknadnom rektifikacijom digitalnih snimaka, a sve u cilju otklanjanja deformacija koje su rezultat nesavrsenosti mehanike i optike skenera. Jedan ovakav postupak razvijen je u Laboratoriji za fotogrametriju Gradjevinskog fakulteta u Beogradu. Rezultati ostvareni na prvom projektu su sasvim zadovoljavajuci. Sa skenerom cija je cena ispod 3000$ ostvarena je geometrijska tacnost skeniranja koja je ispod 15µm uz mogucnosti daljeg poboljsanja. Jos jedna od stvari o kojoj treba voditi racuna pri skeniranju je i pravilan izbor rezolucije skeniranja, jer ona znacajno utice na velicine dobijenih datoteka i vreme skeniranja. Velicina datoteke sa nekomprimovanom digitalnom slikom aerofotogrametrijskog snimka koji je standardnog formata 23x23cm u zavisnosti od rezolucije skeniranja i vrste skeniranja je data u Tabeli 1.

Dobrom organizacijom rada mogu se postici izvesne ustede u pogledu kolicine neophodnog memorijskog prostora, ali je iz prethodne tabele sasvim ocigledno da, i pored velikog kapaciteta danasnjih memorijskih uredjaja, nije sasvim jednostavno odgovoriti zahtevima koji se kod digitalne ortofotoprodukcije postavljaju pred racunarski hardver. Upravo zato je od izuzetne vaznosti izabrati optimalnu rezoluciju skeniranja i doneti odluku o tome da li je potrebno raditi digitalni ortofoto u koloru ili ne. Kolor varijanta ortofotoa ima veliku prednost u pogledu informacija koje sadrzi, pa je, uz neznatno veca ulaganja kod ortofotoprodukcije, svakako opcija kojoj treba teziti.

4.2.2 Merenje i formiranje DMT-a

Ova faza ortofotoprodukcije predstavlja ujedno i najzahtevniju fazu rada kada je u pitanju angazovanje ljudskih resursa. Ona je posebno otezana u gradskim sredinama, za koje se moze i ocekivati najvece interesovanje za ortofotoom kod nas. U tim podrucjima i najsavrseniji softver za automatsko merenje DMT-a primenom digitalne korelacije slike ne daje zadovoljavajuce rezultate, pa je potrebno uloziti veliku kolicinu manuelnog rada da bi se ti rezultati poboljsali. Merenje i formiranje DMT-a je osetljivo pitanje i sa aspekta izbora odgovarajuce tacnosti DMT-a, tj. kolicine merenja koja ce obezbediti zahtevanu tacnost digitalne ortorektifikacije tj. digitalnog ortofotoa. Dobra stvar je sto nakon zavrsene ortofotoprodukcije, ovako formirani DMT predstavlja kompletan proizvod koji se i nezavisno od digitalnog ortofotoa moze plasirati do zainteresovanih korisnika, a moze se koristiti i u kombinaciji sa ortofotoom. Na taj nacin, on nije samo medjurezultat vec i nusprodukt ortofotoprodukcije. Pored toga, ovaj DMT moze da posluzi i kao dobra osnova za naredne projekte izrade ortofotoa za isto poducje, cime se znatno snizavaju troskovi i rokovi realizacije tih projekata.

4.2.3 Ortorektifikacija

Ovo je faza koja se u potpunosti prepusta softveru za digitalnu ortorektifikaciju i tu je ucesce coveka relativno ograniceno i svodi se na pripremu ulaznih podataka za obradu. Ako je u prethodnim fazama ortofotoprodukcije, sem aerotriangulacije bloka, i mogla da se zaobidje nabavka i primena odgovarajuceg softvera, ovde je to svakako neminovnost. Same procedure i matematicki aparat za ortorektifikaciju nije preterano komplikovan, pa ovde vise do izrazaja dolaze performanse racunara.

4.2.4 Balansiranje i mozaikovanje snimaka

Balansiranje i mozaikovanje snimaka je posebno osetljiva faza. Naime, iako u ovoj fazi ne moze bitno da se pokvari ili popravi kvalitet ortofotoa u pogledu njegove geometrijske tacnosti, sve greske koje se ovde naprave ostaju jasno vidljive u konacnom proizvodu i bitno uticu na njegov konacni izgled. Balansiranjem se ujednacavaju tonovi susednih ortofoto snimaka da bi se na kraju, pri mozaikovanju dobio konacni ortofoto ujednacenih tonova i bez uocljivih kontrasta na prelazima sa jednog na drugi snimak. Kroz postupak mozaikovanja biraju se najpogodniji delovi sa ortofoto snimaka za formiranje mozaika, vodeci racuna, bas kao i kod analognog postupka izrade ortofotoa, da se granice ovih delova izaberu tako da spojevi na mozaiku ne budu uocljivi. I za balansiranje i za mozaikovanje je vrlo vazna uloga softvera i hardvera. Uz kvalitetne softverske procedure i hardver visokih performansi ova faza se moze znatno uprostiti i skratiti. U slucaju da softver ne poseduje ovakve kvalitete, i u ovoj fazi se moze ocekivati znatna kolicina manuelnog rada.

4.2.5 Kartografska obrada

Kartografska obrada je faza koja se neretko moze i izostaviti, posebno u slucajevima gde ce se digitalni ortofoto koristiti kao pozadina za prikaz nekog vektorskog sadrzaja, ili informacija iz drugih baza podataka. Medjutim, kada se zahteva izrada analognih produkata, ova faza je neophodna da bi oplemenila sadrzaj ortofoto plana odgovarajucim kartografskim sadrzajem, kao i opstim podacima koji se smestaju u vanokvirni prostor. Nivo kartografske obrade predstavlja stvar dogovora, ali takodje on moze biti razlicit za razlicite kategorije korisnika koji ortofoto primenjuju u svojim specificnim oblastima.

5. Ekonomski aspekti izrade digitalnog ortofotoa

Razumljivo je da potencijalne korisnike i narucioce digitalnog ortofotoa posebno interesuje odgovor na pitanje koliko kosta ovakav jedan produkt. Svakako da ova cena zavisi od situacije na trzistu i ona se formira posebno za svaki konkretni projekat respektujuci sve njegove osobenosti, ali se ipak mogu dati neke smernice na osnovu kojih se moze steci neka priblizna procena:

• cena po hektaru za crno-beli digitalni ortofoto se krece od 1-2 DEM/ha za razmeru ortofotoplana 1:10000, 2-4 DEM/ha za razmeru 1:5000, pa sve do 30-35 DEM/ha za razmeru 1:1000;
• gore navedene cene vaze za povrsine vece od 20.000 ha za razmeru 1:10000, 10.000 ha za razmeru 1:5000 i 1500 ha za razmeru 1:1000;
• za izradu kolor ortofotoa cene se uvecavaju za oko 15-25% u zavisnosti od razmere snimanja;
• projekat ponovljene izrade ortofotoa za neko podrucje je jeftiniji za oko 20-30% od prvobitnog.

Ako se ove cene grubo uporede sa cenama koje se kod nas standardno primenjuju kod izrade konvencionalnih geodetskih podloga odgovarajuce razmere moze se zakljuciti da se one medjusobno razlikuju za red velicine. Recimo, za projekat izrade digitalnog ortofotoa podrucja GUP-a grada Beograda, cena po jednom listu razmere 1:5000 je iznosila oko 1550 DEM, dok bi izrada ODK iste razmere iznosila oko 15500 DEM. Slican je odnos i kada je u pitanju vreme potrebno za realizaciju ovih poslova. Za projekat ortofotoa Beograda taj odnos je 3 meseca za ortofoto prema 36 meseci za ODK.

Nastavak