Photogrammetrie

Um Luftbilder zu erhalten, die dann photogrammetrisch ausgewertet werden sollen, muss man eine Bildflugplanung machen. Von der Art der gewünschten Ergebnisse (Punkte, Linien, Flächen, Orthofoto) hängt auch diese Planung ab.

Zunächst einmal stellt sich dabei die Frage, ob Einbild, Stereobild oder Mehrbild benötigt wird. Soll ein Orthofoto erstellt werden und das Gelände hat starkes Relief, muss auch noch ein Geländemodell herangezogen (und evt. erstellt) werden.

Eine grundsätzliche Entscheidung ist ob die Aufnahme als Luftbild oder von einem Satellit gemacht werden soll. Das hängt vor allem vom Maßstab ab. Mit steigendem Maßstab sinkt auch der Informationsgehalt pro abgebildeter Fläche. Eine Formel von Otto von Gruber drückt da so aus: mb = k1 *mk ^ k2. Dabei sind k1 und k2 Konstanten die z.B. davon abhängen ob Einzelbild oder Stereoauswertung gemacht werden sollen.

Das übliche Normalobjektiv bei einer Reihenmesskammer hat eine Brennweite von 300 mm, meist wird eher eine Teleobjektiv verwendet, da die projektive Verzerrung bei einem Weitwinkel viel stärker ist. Dafür ist aber der abgebildete Bereich kleiner. Am geringsten fällt die Verzerrung bei einem Satellitenbild aus, dafür sind hier aber meist extreme Neigungswinkel zu akzeptieren.

Auch die Frage des Films richtet sich nach dem Einsatzzweck: Panchromatisch, Infrarot, Farbfilm oder CIR (Coloured Infra Red)? Für kurzwelliges (blau, UV) Licht sind alle Filme empfindlich, hier müssen evt. Filter (wie bei gelben Sonnenbrillen) verwendet werden.

Dann ist auch auszuwählen welche Zusatzinstrumente für den Bildflug erforderlich sind um die Aufnahme zu steuern: Ein Überdeckungsregler oder GPS, oder doch ein Navigationsteleskop um in Sichtnavigation die Zielpunkte anzupeilen? Da die Kameras eine Bildfolgezeit von 1,5 bis 2 sek mindestens haben darf nicht zu schnell geflogen werden (ca. 200 km/h). Bei starkem Relief ist auch höhenbegleitend zu fliegen, das muss von Pilot und Operator beherrscht werden.

Zur Bestimmung der äußeren Orientierung ein Horizontalkammer mit Panorama-Aufname vorn/seitlich kann in bestimmten Gelände erforderlich sein. Barometrische Höhenmessung mit dem Statoskop zur relativen Höhenmessung. Ein Kreiselachsenkompass zur Messung des Kappa oder doch gleich eine Doppler-Radar-Anlage? Und müssen für die Aufnahmetechnik ein INS mit Trägheitssensoren installiert sein?

Bei der eigentlichen Planung ist besonders auf den gefährlichen Zylinder zu achten. Mehrere Messpunkte dürfen für stereomtrische Auswertungen nicht auf einem Zylinder mit der Aufnahmeposition liegen. Moderne Lösungen können das planen genau wie die automatische Auslösung und die Speicherung der Koordinaten der Projektionszentren.

Die Befliegungszeit muss passend gewählt werden: Ideal ist wolkenfreier Himmel oder ein Bildflug unter Wolken, am besten mit einer dünnen hoch liegenden Wolkenschicht. Auch der Sonnenstand muss beachtet werden, ab 30° Sonnenwinkel kanns losgehen.

Werden Trassen beflogen, müssen diese Trassen zu Geraden zusammengesetzt werden. Flächen werden üblicherweise in Ost-West-Streifen abgeflogen. Die Stereomodellfläche ergibt sich aus dem Stereobereich zweier Bilder. Mit der Stereoneufläche kann die Anzahl der Bilder überprüft werden.

Bei der Bündelblockausgleichung wird in der Photogrammetrie ein Bündel von Lichtstrahlen homologer Punkte in einer beliebige Anzahl von zusammenhängenden Aufnahmen, die zusammen einen Block bilden ausgeglichen.

Die Ausgleichung hat dabei das Ziel durch eine Überbestimmung Ungenauigkeiten auszugleichen. Dabei werden verbleibende Fehler als Restklaffungen auf alle Beobachtungen verteilt und es kann sich sowohl um Luftbildphotogrammetrie (zusammenhängendes Gebiet der Erdoberfläche) oder um Nahbereichsphotogrammetrie (z.B. Vermessung von Objekten in der Industrie) handeln.

Dazu werden Verknüpfungspunkte gesucht, die in mehreren Bildern erkennbar sind. So lassen sich auch Strecken ohne Passpunkte (nur deren Koordinaten sind bekannt!) überbrücken. Der Strahlengang wird dann mathematisch in einem Gleichungssystem modelliert.

So können die Unbekannten nicht nur berechnet sondern wegen der Überbestimmung sogar ausgeglichen werden. Grobe Fehler in den Messungen (z.B. falsche Fensterecke an einer Häuserfront ausgewählt) fallen dabei auch auf und sind sofort zu überprüfen.

Programme zur Bündelblockausgleichung erlauben die Verknüpfungspunkte komfortabel auszuwählen und berücksichtigen auch alle bekannten Parameter zur inneren Orientierung verschiedener Kameramodelle oder bekannte Senkrechte an Gebäuden. Als Ergebnis werden alle noch unbekannten Orientierungselemente sowohl der äußeren als auch der inneren Orientierung für alle Aufnahmen des Blocks geliefert.

Außerdem werden alle bisher unbekannten Objektkoordinaten der Verknüpfungspunkte berechnet. Dabei ist das Ergebnis der Ausgleichung natürlich um so besser, je mehr Punkte in möglichst vielen unterschiedlichen Aufnahmen in die Berechnung eingehen.

Danach lassen sich beliebige Messpunkte auswählen, die in mindestens drei Bildern erkennbar sind. Mit den durch die Ausgleichung bestimmten Parametern können dann die Koordinaten der Objektpunkte im übergeordneten Koordinatensystem berechenet und an ein Programm wie AutoCAD übergeben werden.