تحقیق مقاله فتوگرامتری

فتوگرامتری فرآیند اندازه گیری مختصات هندسی اجسام از روی عکسهای هوایی است. به‌عبارت دقیق تر فتوگرامتری عبارتست از هنر، دانش و فن‌ تهیه اطلاعات درست عوارض از طریق اندازه گیری، ثبت و تفسیر بر روی عکس و یا سایر مدارکی که در بر دارنده اثری از انرژی الکترومغناطیس بازتابیده شده باشد.

عکس مهم‌ترین منبع اطلاعاتی در این علم می باشد و اصول کار در فتوگرامتری بر روی عکسهای هوایی است.

عموماً فتوگرامتری را به دو شاخه فتوگرامتری متریک و فتوگرامتری تفسیری تقسیم بندی می کنند.

در فتوگرامتری متریکی، اندازه گیریهای کمی مطرح است، یعنی با استفاده از اندازه گیریهای دقیق نقاط از طریق عکس می توان فواصل حجم، ارتفاع و شکل زمین را تعیین کرد، که معمولترین کاربردهای این شاخه از فتوگرامتری تهیه نقشه های مسطحاتی و توپوگرافی از روی عکسهاست. اما فتوگرامتری تفسیری خود به دو شاخه تفسیر عکس و سنجش‌از‌‌دور تقسیم می‌شود.

در قسمت تفسیر عکس بیشتر مطالعات کیفی بر روی عکس انجام می گیرد، به‌عنوان مثال وضعیت پوشش گیاهی یک منطقه و یا میزان جمعیت یک شهر را از طریق عکس مورد مطالعه و تحقیق قرار می دهند.

عکسهای هوایی امروزه حداقل در دو رشته بزرگ علمی یعنی فتوگرامتری به معنی کلی تهیه نقشه از عکسهای هوایی و دیگری تفسیر به معنی شناسایی و تشخیص عوارض و اشیاء از روی تصویر به کار می روند و دارای شروع و تاریخ هم‌زمانی می باشند که بتدریج و با پیشرفتهای تکنولوژی، این دو رشته توسعه یافته و در نتیجه، استفاده و ابزار برای دو گروه کم کم از هم فاصله گرفته و در هر یک، تخصص های جداگانه ای به وجود آمده و بتدریج نیز اضافه خواهد شد.

عکسبرداری هوایی برای هر دو مصارف فوق دارای قدمت چندان زیادی نیست، بلکه تاریخ آن کم و بیش مقارن با پیدایش هنر و علم عکاسی و همچنین، صنعت هوانوردی است. اولین گزارش کتبی اختراع عکسبرداری به علوم آکادمی علوم و هنرهای فرانسه به سال ۱۸۳۹ باز می گردد. این عکسبرداری توسط دو فرانسوی به نامهای داگر و نیپس انجام گرفت. اولین گزارش قطعی پرواز هواپیما نیز مربوط به ۱۷ دسامبر ۱۹۰۳ به‌وسیله برادران آمریکایی رایت می باشد، بنابراین باید توجه نمود که تاریخ عکسبرداری هوایی به زمان بینابین دو تاریخ فوق برمی گردد. اولین عکسبرداری هوایی از اروپا (فرانسه) به وسیله G.S.Tournachon که بعداً Nadar نامیده شد، در ۱۸۵۸ در پاریس انجام گردید و مقارن با او، یعنی مجدداً در همان سال شخص دیگری به نام Laussedat با دوربین عکاسی و فیلمهای شیشه ای که با خود در بالن داشت، از دهکده ای نزدیک عکسبرداری نمود. او توانست از عکسها نقشه توپوگرافیک تهیه نماید و دومی موفق به تجزیه و تحلیل ریاضی برای برگردان تصویر پرسپکتیو به تصویر ارتوفتو شد. در آمریکا، اولین عکس هوایی که با بالن گرفته شد، به تاریخ ۱۳ اکتبر ۱۸۶۰ ثبت گردید. این عکس از ارتفاع ۱۲۰۰ پایی (۳۶۵ متری) از بندر بوستون گرفته شده و در اتحاد جماهیر شوروی سابق، تاریخ اولین عکسبرداری هوایی به سال ۱۸۸۶ بر می گردد.

اولین فیلم برداری هوایی به‌وسیله ویلبر رایت در ۱۹۰۹ با هواپیما از چنتوچیلی ایتالیا انجام شد. ولی استفاده عظیم از عکسهای هوایی، در ارتش و از جنگ جهانی اول بود، در حالی که برای مصارف غیر نظامی، از جنگ جهانی دوم به طور وسیع آغاز گردید. با پیشرفت در صنایع شیمیایی و تهیه فیلم بهتر و همچنین تکنولوژی هوایی، در مجموع، این شاخه از علوم توسعه پیدا نمود. دوربینهای عکسبرداری هوایی با پیشرفتهای شگرف در صنعت و هنر ساختمان عدسیها به حد بسیار مرغوب رسید. ساختمان انواع فیلمهای سفید و سیاه بصورت پانکروماتیک و مادون قرمز توسعه یافت و فیلم رنگی نیز از ۱۹۳۵ بصورت کداکرم عرضه گردید. فیلمهای رنگی کاذب نیز کاربردی عظیم در تفسیر پیدا نمود.

تاریخچه مختصر فتوگرامتری

   پایه گذار علم فتوگرامتری یک سرگرد فرانسوی به نام لوسدا (A. Laussedat)، بود. او در سال 1859 برای کمیسیون آکادمی علوم پاریس نشان داد که انسان چطور 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 و همچنین 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 استریوفتوگرامتری را ارائه کرد، راه را برای مخترع با ذوقی به نام اورلز (Orels) در سال 1909 که دستگاه استریواتوگراف را اختراع کرد، هموار ساخت.

- فتوگرامتری طی سالهای 1480 تا 1980

1480     بررسی های اولیه اصول پرسپکتیو توسط لئوناردو داوینچی

1837      ابداع روش Daguerrotypie توسط Daguerre and Niepce

1851      ابداع اولین روش های فتوگرامتری توسط Aime Laussedat که اولین فتوتئودولیت ( 1867 ) را اختراع نمود و می توان وی را پدر فتوگرامتری نامید. وی تلاش های برای تهیه عکس هوایی توسط بالن و کایت نیز داشته است.

1858      تاسیس اولین انیسیتو فتوگرامتری توسط یک معمار آلمانی به نام Meydenbauer.

1885      اولین ثبت آثار باستانی به روش فتوگرامتری ( جالب است که این بنا ، تخت جمشید خودمان است )

1889      انتشار اولین کتاب جامعه فتوگرامتری به زبان آلمانی

1896      اختراع اولین دستگاه تبدیل تصاویر به نقشه (stereoscopical  )  توسط Eduard Gaston  و  Daniel Deville

1901      اختراع اولین Stereokomparator توسط Pulfrich

1903      اختراع Perspektograph توسط Theodor Scheimpflug

1910      تاسیس ISP   (International Society for Photogrammetry)  که حالا تحت عنوان ISPRS شناخته می شود

1911      اختراع اولین دستگاه ترمیم تصاویر توسط Th. Scheimpflug. وی اولین کسی بود که اصول فتوگرامتری را بر تصاویر هوایی اعمال کرد.

1913      اولین کنفرانس فتوگرامتری در وین که توسط ISP تشکیل شد.

1957      اختراع استروپلاتر توسط Helava

1964      استفاده از دوربین های استرومتریک در تهیه نقشه های معماری توسط Carl Zeiss, Oberkochen and Hans Foramitti

1968      اولین کنفرانس بین المللی در مورد فتوگرامتری کاربرد در باستانشناسی در پاریس

1970      تاسیس CIPA  (Comité International de la Photogrammétrie Architecturale)

دهه 1970 توسعه سریع دانش فتوگرامتری در زمینه های مختلف

دهه 1980 شروع عصر فتوگرامتری تحلیلی وسپس فتوگرامتری رقومی

فتوگرامتری چیست؟

فتوگرامتری به معنای عملیات اندازه گیری روی عکس می‌باشد که شامل عکسبرداری از اشیا، اندازه گیری تصاویر اشیا روی عکس ظاهر شده و تبدیل این اندازه‌ها به شکلی قابل استفاده(مثلا نقشه‌های توپوگرافی) می‌شود. امروزه فتوگرامتری به دو شکل استفاده می‌شود .

(1 شکل کلاسیک آن عبارت است از اندازه گیری‌های کمی روی عکس که 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 شکل استفاده از فتوگرامتری، تفسیر عکس است که در آن عکس‌ها به صورت کیفی بررسی و از آن‌ها به عنوان مثال در زمین‌شناسی، خاک‌شناسی، تخمین سطح زیر کشت در کشاورزی، تشخیص آلودگی آب و بسیاری موارد دیگر استفاده می‌شود. در عملیات فتوگرامتری و تفسیر عکس‌های هوایی، عکس مناسب چه از نظر مقیاس و چه از نظر سایر مشخصات اهمیت ویژه‌ای دارد. در واقع عکس‌های هوایی اساس کلیه عملیات اجرایی است و به همین دلیل برای انجام عکسبرداری هوایی، مطالعه کامل برای تعیین مشخصات عکس، از هر نظر لازم است. بعلاوه چون بیشتر اوقات علاوه بر تهیه نقشه‌های توپوگرافی، از عکس‌ها به منظورهای مطالعاتی نیز استفاده می شود، در تعیین مشخصات عکسبرداری هوایی علاوه بر ملاحظات فنی نقشه برداری، ضوابط مربوط به تفسیر عکس‌های هوایی نیز مدنظر قرار می گیرد.

این عوامل عبارتند از :

الف) محدوده یا مسیر عکس برداری

ب(مقیاس عکس یا نقشه مورد تقاضا

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

د) نوع فیلم

ر) تاریخ، فصل و یا ساعت عکسبرداری

درحال حاضر سازمان نقشه برداری کشور با در اختیار داشتن یک فروند هواپیمای جت فالکن(Falcon) و چهار فروند هواپیمای دورنیر(Dornier)، توانایی تهیه عکس‌های هوایی را در هر نقطه از کشور دارد. این هواپیماها با برد پروازی 5/6 ساعت و ارتفاع پرواز بین 500 الی 42000 پا، عکسبرداری از هر نقطه و با هر مقیاس لازم را ممکن می‌سازند.

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

فرآیندهای فتوگرامتری :

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

(1ثبت 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.

(1تصاویر 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.

(2دیگر 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 کار 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 با عکس 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. دقت‌های کنترل زمینی باید عموما خیلی بیشتر از دقت مورد نیاز در نقشه 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.