Condiciones Técnicas

Geodesia. Cartografía. Informática. Condiciones Técnicas. Coordenadas. Puntos de apoyo. Ortorectificación

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  • Idioma: castellano
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Práctica 3. Desarrollar un pliego de Condiciones Técnicas.

Caso a desarrollar:

La Junta de Extremadura quiere realizar las Ortoimágenes de satélite digital a color de sus dos provincias.

Las precisiones mínimas son para planimetría igual a 2 metros y para z igual a 5m.

Marco de trabajo: 180Km x 231Km; 1 imagen = 280 km2

Imágenes Quickbird:

Resolución Espacial: Píxel PAN: 0, 61 m; Píxel color: 2,44 m

Dicho documento debe tener como mínimo los siguientes apartados desarrollados:

  • Escala de las Ortoimágenes, Escala de las fotografías, Altura de vuelos y focales de cámara.

  • Planificación del vuelo (41602 Km2)

  • Requisitos de digitalización de las imágenes.

  • Correcciones geométricas y radiométricas.

  • Especificaciones para el proceso de generación de las ortoimágenes en cada una de las fases.

  • Número de puntos de Apoyo, número de puntos de control.

  • Especificaciones en la edición de los productos.

  • Documentación Final asociada al proyecto.

  • Proponer un método de control de calidad realizado al producto final.

Esquema de Realización del Proyecto Extremadura

  • Planificación del vuelo, Red de puntos de apoyo

  • Adquisición de las coordenadas XYZ

  • Toma de las imágenes.

  • Corrección radiométrica

  • Control de calidad de los P. de Apoyo y las imágenes digitales.

  • Orientación del Bloque mediante ajuste simultaneo.

  • Obtención de las expresiones que relacionan el sistema de coordenadas imagen, mediante el proceso de orientación (interna, y externa).

  • Ajuste del bloque mediante mmcc. Utilizando constreñimientos con peso.

  • Creación del MDE

  • Captura automática del MDE mediante procedimientos de matching.

  • Edición del MDE utilizando la superposición de modelos estereoscópicos.

  • Almacenamiento del MDE.

  • Ortorectificación

  • Rectificación diferencial utilizando el MDE generado

  • Mosaico de ortoimágenes

  • Superposición de elementos vectoriales.

  • Edición y producción de cartografía final del ortofotograma.

  • Planificación del vuelo, Red de puntos de apoyo

    a) Adquisición de puntos: Técnica GPS.

    b) Toma de las imágenes.

    QuickBird es un satélite de alta resolución. Fue lanzado por la compañía norteamericana Digital Globe. El satélite opera desde una órbita heliosincrónica a unos 450 km de altitud proporcionando dos tipos de productos: imágenes estándar e imágenes básicas.

    Para cubrir la zona del supuesto necesitamos 148 imágenes. La ventaja de usar imágenes de satélite: nos ahorramos dinero ya que no hay que realizar la digitalización. Así mismo con estas imágenes nos necesitamos que haya recubrimiento ya que son estereoscópicas.

    c) Corrección radiométrica.

    Son todos aquellos procesos cuyo objetivo sea liberar a la imagen original de los efectos atmosféricos y/o del sensor, es decir intentan acercar los niveles digitales de la imagen original a los valores que hubiera tenido en condición de recepción ideales y con ausencia de efecto atmosférico.

    Podemos aplicar una serie de métodos para eliminar o mitigar estos problemas. Uno de ellos es el Histogram Minimum Method. Este método se limita a sustraer en cada banda el valor mínimo observado, ya que se supone que en una escena siempre hay algunos píxeles en sombra total, que en ausencia de atmósfera no recibirán ni reflejarían ninguna energía de procedencia solar.

  • Control de calidad de los P. de Apoyo y las imágenes digitales.

  • Antes de seguir exponiendo con este supuesto debemos fijarnos si con este tipo de imágenes es viable el proyecto. Para ello debemos tener en cuenta que una imagen de satélite debe ser georeferenciada es decir relacionar las coordenadas imagen con las coordenadas terreno, para ello necesitamos una serie de puntos de apoyo, que debemos obtener con GPS. Si tenemos en cuenta que con una imagen aster se necesitan como mínimo 10 puntos para realizar la georeferenciación óptimamente y extrapolamos esto para QuickBird obtenemos 1480 puntos para cubrir toda la zona.

    Con Aster con unos lados de 60 km x 60 km el número de imágenes sería igual a 11. Si tenemos en cuenta que necesitamos 10 puntos de apoyo para cada una obtenemos en este caso 110 puntos. Con lo que este tipo de imágenes tendría esta ventaja frente a la utilización de imágenes QuickBird. Además este tipo de imágenes son procesables por Envi 3.6 que ya tenemos en la Junta…El precio de cada imagen es de 55 euros con lo que nos gastaríamos un total de 605 euros para tener toda la zona del supuesto. Lo malo es que al no ser un sistema de alta resolución como QuickBird quizá nuestro proyecto con Aster no sirviese para ciertas aplicaciones.

    Para verificar la calidad tomaremos una serie de puntos de control, que no se utilizaran en el ajuste.

    Los puntos de apoyo deberán llevar una documentación asociada:

    • Identificación del punto (única para todo el proyecto)

    • Coordenadas XYZ

    • Origen del punto, método.

    • Calidad planimétrica prevista (o comprobada) del punto en metros (RMSEx, RMSEy)

    • Calidad vertical prevista (o comprobada) del punto, en metros (RMSEz)

    • Otras observaciones.

    Para mejorar la calidad de la imagen se emplearan distintos filtros.

    2. Orientación del Bloque mediante ajuste simultaneo:

  • Obtención de las expresiones que relacionan el sistema de coordenadas imagen, mediante el proceso de orientación (interna, y externa).

  • El proceso se realizará mediante una estación fotogramétrica digital. Con esto se pretende realizar la corrección geométrica. Las imágenes captadas por los sensores remotos son proyecciones de una superficie esférica e irregular (superficie de la Tierra) sobre un plano. Por esto para poder superponer imágenes o para poder referenciar las coordenadas imagen con las coordenadas de referencia es necesario un proceso de corrección geométrica.

    La corrección geométrica puede ser relativa o absoluta. Es relativa cuando se referencia con respecto a otra imagen. Absoluta cuando se referencia a un sistema cartográfico. Lo ideal sería referenciar una imagen de manera absoluta y después con esa imagen referenciada ir georeferenciado las demás.

    Tomaremos el sistema de mínimos cuadrados para realizar el ajuste:

    • Deberemos encontrar los puntos de apoyo designados en la otra fase del proyecto en las dos imágenes.

    • Una vez que hemos completado la entrada de puntos podemos decirle al sistema que nos realice el ajuste, antes habremos dado las opciones para que realice la ubicación de puntos de paso en las dos imágenes que deberemos comprobar para eliminar inconsistencias como sombras, copas de árboles…etc.

    • Después aplicamos el ajuste con mínimos cuadrados a partir de las coordenadas XY de los pares de puntos homólogos seleccionados. El error cuadrático medio nos proporcionara una estimación del nivel de ajuste o calidad.

    • Aplicar a la imagen a transformar la función polinómica calculada, para obtener la transformación geométrica o transformación de coordenadas exacta.

    • El error al acabar el proceso de la O. Interna y de la O. Externa debe estar por debajo del píxel.

    • Para comprobar la calidad del ajuste podemos utilizar los puntos de control tomados con GPS, calcular el error medio cuadrático y ver si esta dentro de las precisiones requeridas para nuestro proyecto tanto en planimetría como altimetría.

    Deberemos exigir por tanto los resultados de la Orientación Interna, Orientación Externa, y de la Triangulación. Junto con el error cometido en cada punto y de todo el proceso.

    3.Creación del MDE:

    Creamos el MDE, para verificar la calidad del mismo podemos seguir las propuestas del profesor Ackerman , como regla general dice que en terreno llano el ECM debe estar en torno 1/20 del espaciado de muestreo del modelo y en terreno abrupto en torno a 1/10. En nuestro caso el intervalo de muestreo es de 45 metros, es decir cada tres píxeles que es lo que se aconseja en la bibliografía consultada.

    Con las premisas del párrafo de arriba nuestro error en terreno llano seria 2,25 m y en terreno abrupto el limite estaría en 4,5 m. Este sistema tiene la desventaja de que no ofrece ningún parámetro que nos indique cuando un terreno es abrupto o llano, pudiendo en algunos caso llevar consigo cierta subjetividad del operador de turno, aunque supongo que existirán tablas.

    También propone utilizar tres niveles de precisión en función de la escala cartográfica que asocia las precisiones con los intervalos de curva de nivel. Este parámetro puede sernos más útil.

    Debemos comprobar la precisión del modelo con los puntos de comprobación verticales suministrados por el GPS. Después calculamos el EMC con los residuos y vemos si está dentro de las precisiones requeridas por el sistema. Las conclusiones sobre cada estudio deben entregarse en un informe que debe ser entregado.

    4. Ortorectificación

    Una vez realizado el MDE el siguiente paso es realizar la ortorectificación, si hemos realizado correctamente los pasos anteriores, en esta última etapa no tendremos ningún problema. En general las problemáticas en este punto se suelen relacionar con discontinuidades en el MDE o un mal ajuste de las orientaciones de la imagen. Una vez realizada la orto podemos comprobar su calidad con los puntos de control que hemos seleccionado y medido anteriormente, podemos establecer unos umbrales en función del EMC hallado con los residuos entre los valores observados en la orto y los utilizados en los de control. Esto quedaría reflejado en un informe.

    También se deben realizar un análisis visual del producto sobre todo en zonas complicadas como los solapes, para ver si se han ajustado bien las distintas superficies. Después se puede iniciar el proceso de superponer elementos vectoriales, como curvas de nivel, carreteras...etc.

    Una vez realizada la orto podemos realizar toda una serie de operaciones sobre la imagen para mejorar su calidad visual, en vista a su salida en formato analógico podemos cambiar el contraste o el brillo, aplicar diferentes filtros, hacer correcciones radiométricas sobre el histograma...etc. De estas operaciones también será necesario entregar un informe.

    Método de Evaluación Externa

    Para hacer una evaluación correcta antes debemos saber cuantos puntos de control son necesarios para tener la certeza del error cometido. No existen muchas propuestas aquí recogemos la de Li: relaciona el número de puntos de control y la fiabilidad del error obtenido como resultado R(e), siendo e la medida del error en términos de desviación típica. Este método se aplica sobre MDE.

    Para una confianza del 95% nos sale que debemos tomar 201 puntos de control. Personalmente este método no me parece adecuado porque no relaciona los puntos de control con el terreno del proyecto, según esto para un proyecto de unos pocos fotogramas y unos de varios bloques, hay que tomar el mismo número de puntos de control, para obtener la misma confianza, es por eso que solo sirve para proyectos de fotogrametría digital que están referidos a ciertas escalas, siendo incompatible para otros casos.

    Frente a este método también se utilizan otros que se basan en la estadística uno que es el NMAS y otro que es EMAS. En ambos tipos de test el tamaño de la muestra es de 20 puntos que deben estar bien distribuidos por toda la imagen, de manera que la distancia entre ellos sea como mínimo igual a la diagonal de la imagen dividida entre diez.

    El test NMAS estima si el mapa analizado se encuentra dentro de ciertos límites de error preestablecidos tanto para la componente horizontal (XY) como para la vertical (Z). Los errores se obtienen en base a una comparación entre una muestra homogénea de puntos de la cartografía a analizar y otros perfectamente localizados sobre una fuente de mayor exactitud. (GPS).

    Procedimiento:

  • Seleccionar una muestra sobre el mapa de, al menos, 20 puntos.

  • Determinar coordenadas de los mismos puntos sobre una fuente de mayor exactitud.

  • Determinar si se ha alcanzado el estándar de exactitud horizontal predefinido. USGS el estándar indica que como máximo el 10% de los puntos de la muestra pueden tener un error horizontal mayor a 1/30 de pulgada en cartografía a escala mayor a 1/20000 o de 1/50 pulgadas en cartografía a escala menor de 1/20000. El error viene definido como la diferencia de posición de los puntos en una cantidad igual al error horizontal aceptable.

  • Determinar se ha alcanzado el estándar de exactitud vertical predefinido. En el caso del USGS, el estándar indica que como máximo el 10% de los puntos de la muestra pueden tener un error vertical mayor de la mitad del intervalo de las curvas de nivel. El error en la dimensión vertical puede corregirse modificando la posición de los puntos en un cantidad igual al error horizontal aceptable.

  • Otro test es el EMAS. Se caracteriza por obtener estadísticos para analizar si existen desplazamientos constantes (errores sistemáticos) y la variabilidad de la muestra (errores casuales). Se emplea de forma independiente las coordenadas XYZ. La muestra también es de 20 puntos perfectamente definidos. La posición de los puntos sobre el mapa objeto de estudio se compara con la fuente de mayor exactitud.