دانلود کتاب فارسی فتوگرامتری مقدماتی

دانلود کتاب فارسی فتوگرامتری مقدماتی

فتوگرامتری چیست؟

  فتوگرامتری به معنای عملیات اندازه گیری روی عكس می‌باشد كه شامل عكسبرداری از اشیا، اندازه گیری تصاویر اشیا روی عكس ظاهر شده و تبدیل این اندازه‌ها به شكلی قابل استفاده(مثلا نقشه‌های توپوگرافی) می‌شود.

 * تاريخچه فتوگرامتري :

 پایه گذار علم فتوگرامتری یک سرگرد فرانسوی به نام لوسدا(A. Laussedat) بوده است. او در سال 1859 به کمیسیون آکادمی علوم پاریس نشان داد که انسان چگونه می‌تواند با استفاده از زوج عکس، مختصات نقاط را محاسبه کند. در همین زمان در آلمان شخصی به نام مایدن باور(A. Meydenbaver) اولین آزمایش موفق خود را تحت عنوان فتوگرامتری ساختمان پشت سر گذاشت. این علم در اتریش از تاریخ 1887 تاکنون مورد استفاده قرار گرفته است. دو مهندس اتریشی به نام‌های هافرل(Hefferl) و ماورر(Maurer) اولین طرح دستگاه فتوگرامتری را جهت استفاده در راه‌سازی و آبرسانی به انجام رساندند. بعد از اینکه در سال 1901 پالفریش (Pulfrich ) مقدمات علم ستریوفتوگرامتری را ارائه کرد، راه را برای مخترع با ذوقی به نام اورلز (Orels) که دستگاه استریواتوگراف را در سال 1909 اختراع کرد، هموار ساخت .

درحال حاضر سازمان نقشه برداری كشور با در اختیار داشتن یك فروند هواپیمای جت فالكن(Falcon) و چهار فروند هواپیمای دورنیر(Dornier)، توانایی تهیه عكس‌های هوایی را در هر نقطه از كشور دارد. این هواپیماها با برد پروازی 5/6 ساعت و ارتفاع پرواز بین 500 الی 42000 پا، عكسبرداری از هر نقطه و با هر مقیاس لازم را ممكن می‌سازند.

سازمان نقشه برداری كشور علاوه بر تهیه عكس‌های پوششی(در مقیاس 1:40000) برای تولید نقشه‌های بنیادی كشور و عكس‌های مطالعاتی و اجرای بسیاری از پروژه های بزرگ عمرانی بطور قائم در مقیاس‌های متفاوت، تهیه عكس‌های مایل رنگی و سیاه و سفید از مكان‌های مقدس و مذهبی، بناهای تاریخی، پروژه های عمرانی، كارخانجات صنعتی و مراكز اقتصادی و بازرگانی در مقیاس‌های بزرگ توانایی لازم را دارد.

  * امروزه فتوگرامتری به دو شكل استفاده می‌شود .

 1 )  شكل كلاسیك آن عبارت است از اندازه گیری‌های كمی روی عكس كه حاصل آن تعیین موقعیت مسطحاتی و ارتفاعی نقاط ، مساحات و احجام بوده و در نتیجه آن ، نقشه‌های مسطحاتی و توپوگرافی به دست می‌آید.

2) دومین شكل استفاده از فتوگرامتری، تفسیر عكس است كه در آن عكس‌ها به صورت كیفی بررسی و از آن‌ها به عنوان مثال در زمین‌شناسی، خاك‌شناسی، تخمین سطح زیر كشت در كشاورزی، تشخیص آلودگی آب و بسیاری موارد دیگر استفاده می‌شود. در عملیات فتوگرامتری و تفسیر عكس‌های هوایی، عكس مناسب چه از نظر مقیاس و چه از نظر سایر مشخصات اهمیت ویژه‌ای دارد. در واقع عكس‌های هوایی اساس كلیه عملیات اجرایی است و به همین دلیل برای انجام عكسبرداری هوایی، مطالعه كامل برای تعیین مشخصــات عكس، از هر نظر لــازم است. بعلاوه چون بیشتر اوقــات علــاوه بر تهیه نقشه‌های توپوگرافی ، از عکس‌ها به منظورهای مطالعاتی نیز استفاده می شود، در تعیین مشخصات عكسبرداری هوایی علاوه بر ملاحظات فنی نقشه برداری، ضوابط مربوط به تفسیر عكس‌های هوایی نیز مدنظر قرار می گیرد.

  این عوامل عبارتند از :

  الف )  محدوده یا مسیر عكسبرداری

ب)  مقیاس عكس یا نقشه مورد تقاضا

ج ) مقدار پوشش طولی و عرضی هنگام تنظیم زاویه عدسی دوربین

 د ) نوع فیلم

ر ) تاریخ، فصل و یا ساعت عكسبرداری

* فرآیندهای فتوگرامتری :

 نقشه برداری فتوگرامتری بواسطه 4 فرآیند کلی انجام میشود. این 4 فرآیند شامل :

1) ثبت تصویر

2 ) ثبت اطلاعات ایستگاه های زمینی

3 ) تطبیق دقیق تصویر با زمین

4) مجموعه عوارض حاصل از مراحل فوق

عموما هر پروژه فتوگرامتری یک کار واحد است. هر پروژه بوسیله مجموعه‌ای از داده‌های مکانی توصیف می‌شود که این داده‌ها مربوط به بخش واحدی از زمین، با نیازمندی‌های مجموعه عوارض ویژه می‌باشند. نیازمندی‌های مجموعه تصاویر شامل انواع دقت‌ها و عوارض می‌باشد. هر قسمت از فرایندهای فوق شامل تعدادی زیر مرحله پردازشی است که بر اساس نیازمندی‌های مجموعه عوارض برای هر پروژه مخصوص میباشد

 * ثبت تصاویر:

 تصاویری که برای نقشه‌برداری فتوگرامتری استفاده می‌شود می‌تواند به دو سطح کلی تقسیم شود .

1) تصاویر مربوط به موقعیت افقی و عمودی عوارض و جزئیات اشکال که با استفاده از عکس‌های هوایی نزدیک به عمود با رنگ طبیعی یا تک رنگ(سیاه و سفید) یا از تصاویر رقومی ماهواره‌ای بدست می آیند.

2) دیگر انواع تصاویر از قبیل عکس‌های هوایی مادون قرمز، تصویر اسکنر حرارتی، تصاویر ریز موج‌ها، تصاویر ماهواره‌ای چند طیفی و فراطیفی عموما برای تعیین داده‌های عوارض تکی به غیر از موقعیت و جزئیات تصویر استفاده می‌شوند. این نوع از تصاویر می‌تواند وارد یک سیستم اطلاعات جغرافیایی شده و با دیگر اطلاعات زمین مرجع به كار رود .

* عکس‌های هوایی عمودی:

عکسبرداری هوایی نزدیک به عمود که برای نقشه برداری پلانیمتری و توپوگرافی استفاده میشود، عموما بصورت جفت عکس‌های برجسته نمایی(Stereo pair) جمع آوری میشود. هر عکسی با عکس بعدی که در همان مسیر پرواز برداشت میشود، همپوشانی دارد. برداشتن عکس‌ها بصورتی است که هر عکس با عکس جلویی خود 60 درصد و باعکس پایینی خود 30 درصد همپوشانی داشته و این پارامتر کمک می‌کند که بتوان عکس‌ها را بصورت برجسته مشاهده کرد.

 عموما عوارض پلانیمتری(ساختمان‌ها، جاده‌ها و …) و توپوگرافی(نقاط جرمی، خطوط شکسته و کانتورها) از عکسبرداری هوایی نزدیک به عمود با رنگ طبیعی یا سیاه و سفید جمع آوری می‌شوند. نقشه‌برداری پلانیمتری و توپوگرافی عموما دسته داده‌های نقشه‌ای پایه، برای یک سیستم GIS یا دسته داده‌های مهندسی می‌باشد، زیرا درستی محاسبات و استعلامات بر اساس درستی و کامل بودن این داده‌های پایه می‌باشد.

 * تصویر طبقه بندی عوارض( Feature Classification Imagery )  :

 تصویر طبقه بندی عوارض شامل عکسبرداری هوایی مادون قرمز، تصاویر ماهواره ای(چند طیفی و فرا طیفی) و اسکنرهای رقومی(حرارتی، ریزموج‌ها و …) می‌باشد. این نوع تصاویر میتواند با دیگر تصاویر پایه یا مبنا تصحیح شده و در تحلیل‌های GIS مورد استفاده قرار گیرد. استفاده اولیه از تصاویر مادون قرمز در تحلیل سلامتی گیاهان و تعیین استتار بوده است. این تصاویر میتوانند رنگی و یا سیاه و سفید بوده و نمی توانند تغییرات حرارتی را مشخص کنند. تصاویر مادون قرمز سیاه و سفید در مقایسه با مادون قرمز رنگی دارای تصاویری با توان تفکیک درشت هستند، بنابراین بطور مستمر مورد استفاده قرار نمی گیرند.

 * کنترل زمینی :

کنترل زمینی در فتوگرامتری جهت تصحیح تصاویر با زمین ضروری بنظر می‌رسد. دقت‌هـای کنترل زمینی باید عمومــا خیلی بیشتر از دقت مورد نیــاز در نقشـــه برداری فتوگرامتری باشد. کنترل زمینی باید بر اساس روش اصلاح تصاویر که برای پروژه مورد استفاده قرار می‌گیرد، برنامه‌ریزی شود. یک تیم ماهر مشتمل بر فتوگرامترها با ابزارهای نقشه برداری و مهندسین مساح باید بر این برنامه نظارت داشته باشند. کنترل زمینی باید در اطراف منطقه مورد نقشه برداری باشد. نقاط کنترلی نیز در بخشهایی از عوارض زمینی موجود که در عکس‌ها دیده خواهد شد، مستقر می شوند و بقیه نقاط هم بر اساس نیاز در مجاورت عوارض زمینی موجود قرار می‌گیرند. پیشرفت‌های امروز در زمینه فن آوری GPS هوابرد باعث شده که جمع آوری موقعیت‌های افقی و عمودی مرکز هر عکس که در حین عملیات عکسبرداری برداشت شده، میسر شود. تعداد ایستگاه های زمینی بر اساس روش‌های اصلاح تصاویر تعیین می‌شوند. در پروژه‌های مناطق بسیار کوچک از روش‌های قراردادی برای اصلاحات استفاده می‌شود. این روش نیاز به حداقل 3 نقطه کنترلی افقی و 4 نقطه کنترلی عمودی در هر جفت عکس برجسته نما(Stereo pair) دارد. مثلث‌بندی هوایی یک روش پردازش ریاضی است.

 * تطبیق تصویر با زمین:

فرآیند تطبیق عکس هوایی با زمین برای دقت نقشه نهایی حیاتی است. امروزه بیشتر پروژه ها با استفاده از روش مثلث‌بندی هوایی تطبیق داده می‌شوند. این روش به نقاط کنترل زمینی کمتری نسبت به روش‌های تطبیق قراردادی نیاز دارد. در روش مثلث بندی از نرم افزارهای کامپیوتری برای کنترل کیفیت نقاط انتخاب شده در تمام طول پروژه استفاده می‌شود. این روش نیازمند آن است که تصاویر گرفته شده ابتدا بلوک بندی شوند، بنابراین برای اجرای پروژه در مناطق بزرگ، می تواند مورد بررسی قرار گیرد. سرعت و کیفیت کنترلی بالای این روش باعث شده که برای پروژه های مناطق کوچک هم مورد استفاده قرار گیرد.

 * جمع آوری عوارض:

عوارض در نقشه برداری فتوگرامتری عموما شامل 4 دسته می‌باشند:

 1) عوارض توپوگرافیکی

این عوارض شامل دو دسته اند:

الف) نقاط جرمی Mass point: که شامل موقعیت افقی و عمودی نقاط ویژه روی زمین است.

ب) خطوط شکسته Breaklines: خطوطی هستند که بیانگر تغییر شدید در ارتفاع هستند مثل عوارض آبراهه‌ای و یا لبه جاده‌ها.

دو عارضه فوق در چندین نوع مدل ارتفاعی مورد استفاده قرار می‌گیرند و بصورت مدل عوارض زمین رقومی(Digital Terrain Model) یا (DTM) برای ساختن مدل ارتفاعی رقومی که تنها به نقاط جرمی برای ساختن آن نیاز است به كار می‌روند. مدل TIN بصورت یک مدل سطحی ایجاد می‌شود و توسط کامپیوتر مورد پردازش قرار گرفته و خطوط کانتور را ایجاد می‌کند. همچنین از این مدل برای طراحی و ایجاد داده‌های مقاطع عرضی در منطقه مورد مطالعه‌(مثل مسیر رودخانه ها برای تحلیل‌های هیدولیکی) استفاده می‌شود

2)  عوارض پلانیمتری

عوارض پلانیمتری ساختمان‌ها، جاده ها، راه آهن و … را شامل می‌شود. این عوارض معمولا بصورت چندضلعی‌هایی مبتی بر پیرامون عوارض، جمع آوری می‌شوند. این عوارض باید در عکسبرداری هوایی دیده شوند. عوارض زیرزمینی بطور فتوگرامتریکی جمع آوری نمی‌شوند. میزان جزئیات پلــانیمتری عموما توسط مقیاس عکسبرداری جمع آوری میشود، مثلا نقشه برداری با مقیاس 1:600 عموما مسیر پیاده روها، تیرهای چراغ برق، پرچینها، جاده ها، جدول‌ها، مسیرهای فاضلاب، آبگیرها و شکل ساختارهای مجزا را در اختیار قرار می‌دهد. ولی در نقشه‌ای با مقیاس 1:16800 موارد ذکر شده فوق دیده نخواهند شد و ساختمان‌ها با سمبول‌های خاص نشان داده می‌شوند. هر چه مقیاس نقشه‌برداری فتوگرامتری بزرگ‌تر باشد به عکس‌های هوایی بیشتری با مقیاس بزرگتر نیاز است. زیرا جزئیات بیشتری از عوارض پلانیمتری که قابل دید و چاپ هستند باید جمع آوری شود

3)  ارتوفتوگرافی

جمع آوری عوارض پلانیمتری زمان‌بر و پرهزینه است. ارتو فتوگرافی یک بستر اقتصادی را برای بیشتر پروژه ها فراهم می‌کند. ارتوفتوگرافی فرآیندی است که توسط آن انحراف‌های حاصل در سیستم دوربین و انحراف‌های حاصل از تغییرات ارتفاع را در عکس‌های هوایی اولیه از بین می‌رود. مقیاس عکس‌های هوایی باید با مقیاس افقی ارتوفتو نهایی و دقت و قدرت تفکیک پیکسل زمینی نهایی متناسب باشد. بنابراین اسکن عکس‌های هوایی باید با قدرت تفکیک بسیار بالا انجام شود. مدل ارتفاعی رقومی بدست آمده از عکس‌های هوایی نیز باید اسکن شود. این مدل برای ایجاد خطوط کانتور یا مدل‌سازی سطح زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد. نرم‌افزارهای کامپیوتری، DEM و تصاویر اسکن شده را ادغام نموده و فایل‌هایی با تصاویر ارتوفتو را ایجاد می‌کنند. این فایل‌های تصویری دوباره مورد بازبینی قرار گرفته و تصحیحات مربوط به ناهنجاریهای رادیومتریک روی آن‌ها انجام می‌شود. از دیگر تصحیحات انجام شده، می‌توان به تصحیح مربوط به تغییرات ارتفاع پل‌ها و روگذرها با زمین اشاره کرد. تغییرات ارتفاعی مربوط به ساختمان‌های بلند معمولا انجام نمی‌شود مگر اینکه بطور ویژه در پروژه مطرح شده باشد

 4) کاربری زمین

این نوع عوارض می‌توانند با دقت از روی جفت تصاویر برجسته نما(Stereo pair) جمع آوری شوند

 * عکسبرداری هوایی

 عکسبرداری هوایی دارای دو کاربرد است:

 کارتوگراف‌ها :

نقشه کش‌ها:

 اندازه گیری‌های جزئیات را برای تهیه نقشه روی عکس هوایی انجام میدهند. مفسرین عکس‌های هوایی از آنها برای تعیین شرایط محیطی و کاربری زمین استفاده میکنند. اگر چه هم نقشه و هم عکس‌های هوایی دیدی مثل چشم پرنده، از زمین را نمایش میدهند ولی با این وجود عکس‌های هوایی نقشه نیستند. نقشه‌ها نمایش افقی سطح زمین بوده و از نظر جهات و هندسه(حداقل در محدوده‌هایی که یک جسم سه بعدی بصورت دوبعدی دیده می‌شود) دقیق می‌باشند. به عبارت دیگر عکس‌های هوایی نشانگر میزان بالایی از انحراف شعاعی می‌باشند. این انحراف، انحراف توپوگرافی بوده و تا زمانی که تصحیحات انجام نگیرد، اندازه‌گیری با عکس‌ها دقیق نخواهد بود. با این وجود عکس‌ها ابزاری قوی برای مطالعه پیرامون زمین هستند. چون بیشتر سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی می‌توانند این انحراف شعاعی را تصحیح کنند، عکس‌های هوایی عالیترین منبع اطلاعاتی برای بیشتر پروژه‌ها می‌باشند، خصوصا آنهایی که به داده‌های مکانی از یک منطقه در فواصل متناوب، در یک دوره طولانی نیاز دارند. همچنین کاربردهای خاص آنها شامل بررسی‌های کاربری زمین و تحلیل‌های بومی است.

 * تهیه نقشه از یک عکس هوایی:

 عناصر اصلی در تفسیر عکس‌های هوایی:

 مفسران تازه کار اغلب در مواجه با اولین عکس هوایی با اشکال مواجه می‌شوند. بطور كلی عکس‌های هوایی دارای سه تفاوت عمده با دیگر عکس‌ها می‌باشند:

 1 ) عکس‌ها از یک موقعیت هوایی (و ناآشنا) به تصویر کشیده شده‌اند.

2 ) بیشتر مواقع، طول موج‌های مادون قرمز ثبت می‌شوند.

3 ) عکس‌ها با مقیاسی گرفته می‌شوند که برای بیشتر مردم غیر عادی است.

 عناصر پایه‌ای که به تشخیص اشیاء روی عکس‌های هوایی می‌توانند کمک نمایند، عبارتند از :

 1) تن(Tone)  :

تن عکس که ظاهر یا رنگ نیز نامیده می‌شود، اشاره به درخشندگی نسبی یا رنگ عناصر روی عکس دارد. شاید این مهمترین قسمت تفسیر عناصر موجود روی یک عکس باشد زیرا بدون تفاوت در تن ها هیچ عنصری قابل تشخیص نیست.

2) اندازهSize)) : اندازه اشیاء باید در مقیاس عکس در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، مقیاس به ما کمک می کند تا یک تالاب ذخیره آب با یک دریاچه روی عکس متمایز شود.

3) شکلShape)) :  اشاره به نمای ظاهری و عمومی اشیاء دارد. اشکال با شکل هندسی منظم معمولا نشــانگر حضور و استفــاده انسان می‌باشند. بعضی از اشیــاء تقریبا فقط براساس شکل آنها قابل شناسایی هستند. مثل ساختمان پنتاگون، میدا‌ن‌های فوتبال.

 4 ) بافت(Texture)  :

درک همواری یا ناهمواری سیمای تصاویر بعلت فراوانی تغییر در تن عکس‌ها است که بوسیله یکسری اشکال ریز که قابل تفکیک نیستند، ایجاد می‌شوند. علف‌ها، سیمان‌ها و آب معمولا بصورت هموار، در حالی که پوشش جنگلی بصورت ناهموار ظاهر می‌شوند. الگو(Pattern) : الگو یا آرایش مکانی بوسیله اشیاء در عکس‌ها قابل تشخیص هستند. مثلا: الگوی تصادفی که توسط قرار گرفتن نامنظم درختان در یک ناحیه بوجود آمده یا باغی که در آن درختان در فواصل منظم در ردیف‌های مختلف قرار گرفته‌اند

 5 ) سایه(Shadow)  :

سایه‌ها در زمینه تعیین ارتفاع اشیاء در عکس‌های هوایی به مفسران کمک می کنند، هر‌ چند که اشیاء تیره در تصاویر فریب‌دهنده هستند. جایگاه(Site) : اشاره به موقعیت توپوگرافی و جغرافیایی دارد. این خصوصیت در عکس‌ها اهمیت ویژه‌ای در تشخیص انواع پوشش گیاهی و ریخت زمین دارد. به عنوان مثال، فرورفتگی‌های بزرگ دایره‌ای در زمین به آسانی بصورت یک گودال مثلا در مرکز فلوریدا، جاییکه سنگ بستر آن ماسه سنگی است در نظر گرفته می‌شود. هرچند در جاهاییکه پوشش زمین گرانیتی است تشخیص مشکل می‌شود.

 6) تجمع (Association)

بعضی از اشیاء در اجتماع با دیگر اشیاء یافت می‌شوند. زمینه یک شیء بیانگر آن است که آن شیء چیست. مثلا معمولا تاسیسات انرژی هسته‌ای در کنار یا در میان محوطه‌های مسکونی قرار ندارد

* مزایای عکس‌های هوایی در مشاهدات زمینی:

 عکسهای هوایی نکات اصلاح شده بهتری را پیشنهاد می کند. عکسهای هوایی دارای توانایی توقف فعالیت‌ها می‌باشند (در بررسی پروژه‌های بزرگ اعم از اکتشافی، ساختمانی  ) آنها یک سند پایدار را ثبت میکنند(عکس به عنوان سندی است وضعیت محل عکسبرداری را در زمان عکسبرداری نشان میدهد)  آنها دارای حساسیت طیفی وسیعتری نسبت به چشم انسان هستند. آنها دارای قدرت تفکیک مکانی و صحت هندسی بهتری نسبت به روش‌های سنجش زمینی هستند

  انواع عکس‌های هوایی:

1) سیاه و سفید

 2)رنگی

 3) مادون قرمز رنگی

 در سال 1903 یا 1904 اولین فیلم مادون قرمز سیاه و سفید و قابل اطمینان در آلمان ساخته شد. این فیلم معمولی حساس به طول موج‌هایی از انرژی بود که کمی بلندتر از طول موج نور قرمز و فقط ماورای محدوده رنگی چشم انسان بودند. در دهه 1930، فیلم‌های مادون قرمز سیاه و سفید برای مطالعات ریخت زمین بکار گرفته شد و از سال 1930 تا 1932 انجمن ملی جغرافیا، مسئول دریافت عکس‌های برداشت شده توسط بالونهای هوایی شده است. در سراسر دهه 1930 و 1940، ارتش در زمینه توسعه فیلم‌های مادون قرمز رنگی بسختی کار کرد و اشتیاق به استفاده از آنها برای مقاصد تجسسی بیشتر شد. در اوایل دهه 1940 ارتش موفق شد فیلم‌هایی را تهیه کند که قابلیت تشخیص ابزارهای استتار شده با پوشش گیاهی اطراف خود را داشتند. فیلم‌های مادون قرمز رنگی اغلب فیلم‌های False-color نامیده می‌شوند. اشیایی که معمولا قرمز هستند

 به رنگ سبز، اشیاء سبز (بجز برای پوشش گیاهی) به رنگ آبی و اشیاء مادون قرمز که بطور طبیعی به هیچ وجه قابل رویت نیستند به رنگ قرمز بنظر می‌آیند. استفاده اولیه عکس‌های مادون قرمز رنگی در مطالعه پوشش گیاهی بوده است. به این دلیل که پوشش گیاهی سالم سبز رنگ، بازتاب دهنده‌ای بسیار قوی برای تابش مادون قرمز بوده و در عکس‌های مادون قرمز رنگی، بصورت قرمز روشن دیده می‌شود.

دانلود کتاب فوتوگرامتری مقدماتی به  زبان فارسی