Analisi statistica di dati variabili nello spazio e nel tempo rilevati fotogrammetricamente

The objective of this research was to use statistical techniques of data processing for the creation of digital surface models starting from photogrammetric images. We choose a two-step procedure which permits the definition the absolute orientation, separately from the relative orientation one. An easy solution for three image orientation is proposed. Firstly, each model coming from two images of the triplet is analyzed and a relative orientation between them computed. Usually the solution for this task can be obtained after a linearization of a non-linear functional model, in which the preliminary values of the unknown parameters are strictly required. In this new solution, we use an exhaustive research of preliminary values for relative orientation. This non conventional approach gives good results for the orientation of two images, taking into account also a priori information among four basic solutions. The automatic procedure of orientation implies to skip the manual assessment by using three images, which allows he solving for the ambiguous solutions in an automatic way. Once each model has been elatively registered, the absolute orientation is computed by using a linear parameterization of this problem. The orientation procedure above described has some relevant advantages for environmental and monitoring applications, and makes it a powerful tool in addition to traditional methodologies. This method runs automatically without requiring the interactive control of the user, who has only to set up some initial parameters and it doesn’t need any preliminary values of the unknown parameters. These features allow that this method could be easily used also by users not skilled in photogrammetry. Among many different applications, an interesting project for the survey of a hydraulic 3D model of a stream confluence in the mountain area (DIIAR at the TU of Milan-Italy) has been performed. Our purpose was to perform a static and a dynamic survey, for the realization of temporal digital surface models. The static survey has been carried out by traditional close range photogrammetry, while the dynamic survey of the water flooding surface has been carried out by using three digital video-cameras, synchronized and with a triangular configuration, focusing on the confluence area. We performed the survey in different conditions of flows and improve the contrast on the water surface by using sawdust and pieces of paper. Sensor orientation has been performed by using the generalized procedure proposed along the thesis. Then, it has been the physical plotting of DSM for every sequence, and the spatio-temporal interpretation of the water surface dynamics. From a computing point of view, we propose a description of the photogrammetric data based on the XML format for geographic data (Geographic Markup Language). The aim is to optimize the archiving and management of geo-data. Starting from the creation of a conceptual model, by using the UML/INTERLIS Editor, was created a GML Schema for the whole model. So, it was possible to describe the whole photogrammetric process from image acquisition to the representation and mosaicking of the geo-data. Then a XML/GML file has been developed from the Schema with a common XML editor. XML permits the creation of an interoperable mean for geo-data coming from photogrammetric survey. Thanks to the metadata it becomes easy to get information about the data and use them without a further contact with the data producers. As a conclusion, an original software product which allows to model terrains starting from three-image photogrammetry has been developed and tested.  

L’obiettivo di questa ricerca è quello di usare tecniche statistiche di processamento dei dati per la creazione di superfici digitali del terreno partendo da immagini fotogrammetriche, trasformazione di dati dallo spazio immagine allo spazio oggetto. In questo lavoro si è scelta la procedura in due passi che permette la risoluzione dell’orientamento assoluto separatamente da quella dell’orientamento relativo. E’ stata proposta una soluzione attraverso l’orientamento di tre immagini sincrone. Prima viene analizzato ciascun modello proveniente da una coppia della tripletta di immagini, e si effettua l’orientamento relativo dello stesso. Normalmente l’orientamento relativo si ottiene solo dopo una linearizzazione del modello funzionale non lineare adottato, dove sono necessari valori approssimati delle incognite per la sua risoluzione. In questo lavoro si è adottato un nuovo approccio, che utilizza una ricerca esaustiva dei valori approssimati delle incognite (dei parametri) nella fase di orientamento relativo. Questo approccio non convenzionale dà dei buoni risultati per l’orientamento relativo. E’ possibile automatizzare la procedura di orientamento, evitando così l’intervento umano per la scelta della soluzione cercata, attraverso l’uso di tre immagini. Una volta effettuato l’orientamento relativo, è possibile calcolare l’orientamento assoluto, usando una parametrizzazione lineare del problema. La procedura appena descritta possiede notevoli vantaggi per applicazioni di sicurezza e monitoraggio ambientale, diventando uno strumento potente da affiancare alle metodologie classiche. È un metodo automatico applicabile senza l’intervento iterativo dell’utilizzatore. Si inizializza il processo senza ricorrere a priori ai valori approssimati delle incognite. Si è scelto di eseguire il rilievo fotogrammetrico di un modello idraulico 3D (zona di confluenza di due torrenti) ricostruito in scala presso la sezione di Idraulica del DIIAR del Politecnico di Milano. È stato eseguito un rilievo statico, attraverso classiche procedure fotogrammetriche terrestri, uno dinamico per la creazione di modelli digitali temporali della superficie dell’acqua. Per rilevare l’acqua in movimento, con diverse condizioni di portata, è stato utilizzato un sistema formato da tre webcams sincronizzate e disposte con configurazione triangolare. Per migliorare il contrasto della superficie dell’acqua si è usata segatura e pezzetti di carta. L’orientamento dei sensori è stato eseguito con la procedura innovativa descritta sopra. In seguito sono state plottate le singole scene in modelli digitali della superficie dell’acqua, per poi darne una interpretazione dinamica nel tempo. La descrizione dei dati fotogrammetrici è stata eseguita attraversoil formato XML per i dati geografici (Geographic Markup Language), con l’obiettivo di ottimizzare l’archiviazione e la manipolazione dei dati geografici. Con la creazione di un modello concettuale dei dati fotogrammetrici, utilizzando l’Editor di UML, è stato creato lo Schema GML del modello, che descrive l’intero processo fotogrammetrico, poi con un editor di XML si è sviluppato un file XML/GML relativo allo Schema GML. XML permette la creazione di un mezzo interoperabile per i dati geografici provenienti da un rilievo fotogrammetrico. Conoscendo i relativi metadati diventa semplice ottenere informazioni sui dati ed usarli senza avere contatto con il produttore di dati. Per concludere, in questo è stato sviluppato un software originale che permette di modellizzare i terreni partendo da un rilievo fotogrammetrico a tre immagini, nonché archiviare e scambiare i dati relativi a rilievo stesso.