Ortho-Mapping in ArcGIS Pro

Mit der Advanced-Lizenz verfügbar.

ArcGIS Pro ermöglicht es Ihnen, Bilddaten von Drohnen, Satelliten, Digitalfotos und gescannte Luftaufnahmen photogrammetrisch zu korrigieren, um geometrische Verzerrungen durch Sensor-, Plattform- und Terrainversätze zu beheben und eine Kantenanpassung und einen Farbabgleich der resultierenden Orthofotografie durchzuführen. Diese Bilder können zum Generieren der folgenden Ortho-Mapping-Produkte herangezogen werden:

• Orthorektifizierte Bild-Datasets
• Orthomosaike, die in Dateiformaten wie TIFF oder CRF gespeichert sind
• Digitale Terrain-Modelle (DTM) und digitale Oberflächenmodelle (DSM), die als TIFF oder CRF gespeichert sind

Das orthorektifizierte Mosaik-Dataset kann in Form eines dynamischen Image-Service oder eines gecachten Image-Service freigegeben werden oder zur Erzeugung der folgenden zusätzlichen orthorektifizierten Produkte verwendet werden:

• Bildkacheln unter Verwendung des Werkzeugs Raster teilen
• Ortho-Bildszenen unter Verwendung des Werkzeugs Mosaik-Dataset-Elemente exportieren

Lizenz:

Für die Ortho-Mapping-Funktion ist die ArcGIS Pro Advanced-Lizenz erforderlich.

Erste Schritte mit Ortho-Mapping in ArcGIS Pro

Ortho-Mapping mit ArcGIS Pro bedingt drei Hauptschritte:

1. Erstellen eines Ortho-Mapping-Workspace
2. Durchführen der Blockausgleichung zum Korrigieren der geometrischen Verzerrungen in den Bildern
3. Erstellen von Ortho-Mapping-Produkten

Erstellen eines Ortho-Mapping-Workspace

Erstellen Sie zunächst ein neues Projekt. Erstellen Sie dann einen Ortho-Mapping-Workspace. Dies ist ein Teilprojekt im ArcGIS Pro-Projekt. Der Ortho Mapping-Workspace verwaltet alle Ortho Mapping-Ressourcen und öffnet eine Kartenansicht mit der Registerkarte Ortho Mapping und einer Ortho Mapping-Ansicht im Bereich Inhalt für den Ortho Mapping-Workflow. Auf der Registerkarte Ortho-Mapping werden Werkzeuge und Assistenten für den Bündelblockausgleich und die Erstellung von Ortho-Mapping-Produkten zur Verfügung gestellt. Die Ortho-Mapping-Ansicht im Bereich Inhalt verwaltet und visualisiert die Layer der zugehörigen Daten im Ortho-Mapping-Workspace.

Der Ortho-Mapping-Workspace und die darin gespeicherten Daten sind von Ihren Quelldaten abhängig. Sie können einen Ortho-Mapping-Workspace für gescannte Luftaufnahmen, digitale Luftaufnahmen, Satelliten- oder Drohnenbilder erstellen. Sie können im Ortho-Mapping-Assistenten einen Ordner mit Bildern zur Verfügung stellen oder ein vorhandenes Mosaik-Dataset verwenden.

Beim Erstellen Ihres Ortho-Mapping-Workspace wird die Kategorie Ortho-Mapping im Bereich Katalog erstellt. Erweitern Sie diese Kategorie, um den von Ihnen erstellten Ortho-Mapping-Workspace mit einem Ordner Imagery, der Ihre Quellbilder enthält, und einem Ordner Produkte, der Ihre Ortho-Mapping-Produkte enthält, zu sehen.

Wenn der Workspace erstellt wird, werden Sie feststellen, dass der Bereich Inhalt eine Vielzahl von Layern für den Workspace enthält: Passpunkte, Lösungspunkte und Datenprodukte. Diese Layer sind leer, bis sie durch Ausführen der entsprechenden Schritte im Ortho-Mapping-Workflow gefüllt werden. So wird beispielsweise der Layer Passpunkte nach der Blockausgleichung und der Layer Datenpunkte nach Ausführung der Schritte zum Erzeugen eines Ortho-Mapping-Produkts gefüllt.

Durchführen der Blockausgleichung

Nach dem Erstellen des Ortho-Mapping-Workspace müssen Sie eine Blockausgleichung mit den Werkzeugen in den Gruppen Ausgleichen und Optimieren durchführen. Eine Blockausgleichung ist eine photogrammetrische Technik, bei der eine Ausgleichung oder Transformation für einen Bereich (einen Block) berechnet wird, und zwar basierend auf der photogrammetrischen Beziehung zwischen überlappenden Bildern, Bodenpasspunkten (GCPs), einem Kameramodell und Höhendaten.

Hinweis:

Für die Triangulation von Luftbilddaten in einem Ortho-Mapping-Projekt in ArcGIS Pro gelten folgende Grenzen:

• 100 Gigapixel (GP) für Drohnen- und digitale Bilder
• 1000 GP für gescannte Luftbilddaten
• Der Größe von Satellitenbildern sind keine Grenzen gesetzt.

Die Projektgröße in Gigapixeln kann berechnet werden, indem Sie die Anzahl der Bilder mit der Bildgröße in Megapixel multiplizieren und durch 1.000 teilen.

Beispiel: Wenn eine Luftaufnahme 10.000 x 12.000 Pixel groß ist, hat das Bild eine Größe von 120 Megapixeln.

Ein Projekt mit 400 Bildern mit jeweils 120 Megapixel entspricht (400 x 120)/1.000 = 48 Gigapixeln.

Diese Grenzwerte stellen die erwartete Grenze für die Größe der Blöcke dar, die effektiv verarbeitet werden können. Größere Blöcke können in der aktuellen Version von ArcGIS Pro funktionieren, werden aber möglicherweise in zukünftigen Versionen weiter eingeschränkt. Die Beschränkungen gelten nicht, wenn Ortho-Mapping als Teil von ArcGIS Image Server auf entsprechender Hardware läuft.

• Verknüpfungspunkte: Minimieren Sie die fehlerhafte Ausrichtung zwischen Bildern, indem Sie überlappende Bilder basierend auf lagegleichen Bild-Features miteinander verknüpfen. Diese Features oder Verknüpfungspunkte werden mithilfe von automatischen Bildabgleichsverfahren abgeleitet.
• GCPs: Georeferenzierung der Bilder zum Boden unter Verwendung von Bodenreferenzdaten. GCPs werden oft mit Bodenvermessungstechniken erhoben, und diese Messpunkte müssen in den Quellbilddaten sichtbar sein. Alternativ können sekundäre GCPs aus einer bestehenden Orthofotografie-Grundkarte abgeleitet werden.
• Triangulation: Wird verwendet, um die Bild-zu-Karte-Projektionstransformation zu berechnen, und zwar durch Minimieren und Verteilen der Fehler zwischen Passpunkten und Bildern.

Die Blockausgleichung ist ein wichtiger Schritt im Orthorektifizierungsprozess, und die Qualität der Ortho-Mapping-Produkte hängt von der Genauigkeit der bei der Ausgleichung verwendeten Verknüpfungs- und Bodenpasspunkte (GCPs) ab. Überlappende Bilddaten sind erforderlich. Dabei werden die besten Ergebnisse mit einer Überlappung von 60 % innerhalb eines Streifens der Bilddaten und 30 % zwischen Streifen von Bilddaten erreicht. Wenn im Projektgebiet Höhenänderungen oder unebenes Terrain vorkommen, ist ein hochgradig genaues digitales Höhenmodell (DEM) mit einem Punktabstand, der die Erhebungen im Terrain gut abbilden kann, für gute Ergebnisse erforderlich.

Die Werkzeuge für die Blockausgleichung befinden sich in den Gruppen Ausgleichen und Optimieren auf der Registerkarte Ortho-Mapping. Sie können die Ausgleichsoptionen ändern, das Werkzeug Anpassen ausführen, GCPs hinzufügen oder Verknüpfungspunkte bearbeiten. Um GCPs zu importieren, zu ändern oder zu löschen, verwenden Sie die Werkzeuge unter GCPs verwalten. Verwenden Sie zum Bearbeiten oder Hinzufügen von Verknüpfungspunkten die Werkzeuge Verknüpfungspunkte verwalten.

Hinweis:

Die Passpunkte, Lösungspunkte, Blockausgleichungsergebnisse und andere relevante Daten werden im Workspace des Projekts gespeichert. Auf diese Informationen greifen die entsprechenden Werkzeuge zu, während Sie den Workflow zur Erzeugung von Ortho-Mapping-Produkten ausführen. So wird beispielsweise die jedem Bild zugeordnete Ausgleichungstransformation für die Erzeugung der Orthomosaik-Ausgabe verwendet.

Weitere Informationen zu den Werkzeugen für die Blockausgleichung finden Sie unter Blockausgleichung.

Bewerten der Genauigkeit

Nach Durchführung einer Blockausgleichung können Sie mit dem Werkzeug Ausgleichsbericht einen zusammenfassenden Bericht erstellen. Der Bericht enthält Informationen über die in der Ausgleichung verwendeten Lösungspunkte sowie Kamerainformationen, GPS-Abweichungen und den Grad der Bildüberlappung. Wenn Sie im Ortho-Mapping-Prozess Kontrollpunkte verwendet haben, liefert der Bericht den RMS-Fehler (RMSE, Root Mean Square Error) für Kontrollpunkte, der das beste Maß für die absolute Genauigkeit bereitstellt Ähnlich wie GCPs sind Prüfpunkte Punkte mit bekannten Bodenkoordinaten. Sie erfassen Features, die in mehreren überlappenden Bildern sichtbar sind. Sie werden jedoch nicht als Eingaben verwendet, um den Ausgleichungsprozess zu steuern, sondern um die Genauigkeit der Ergebnisse der Blockausgleichung zu messen. Für jeden Prüfpunkt wird anhand der Entfernung zwischen seiner bekannten Bodenposition und der Position des entsprechenden Pixels nach dem Ausgleichungsprozess der RMSE berechnet.

Sie können GCPs im Bereich GCP-Manager in Prüfpunkte ändern, dann eine Blockausgleichung durchführen und den Ausgleichsbericht aufrufen. Um Ihre Ergebnisse zu optimieren, können Sie GCPs hinzufügen oder entfernen, verschiedene GCPs in Prüfpunkte ändern oder die Ausgleichsoptionen ändern.

Erstellen von Ortho-Mapping-Produkten

Nachdem Sie Ihre Bilddaten ausgeglichen haben, können Sie mit den Werkzeugen der Gruppe Produkt Ortho-Mapping-Produkte generieren. Sie können ein DEM-, Orthomosaik- oder benutzerdefiniertes Produkt erstellen. Mit jedem Werkzeug wird ein Assistent gestartet, der Sie durch das Erstellen bestimmter Ortho-Mapping-Produkte führt.

Unter Erstellen eines Ortho-Mapping-Workspace finden Sie weitere Informationen.

Erstellen eines digitalen Höhenmodells

DEM-Produkte können basierend auf Stereoabdeckung generiert werden. Mit dem Assistenten DEMs können Sie ein DTM- oder DSM-Dataset erstellen:

• DTM: digitales Modell der Höhe der Erdoberfläche, ohne die Höhe von Objekten auf der Erdoberfläche. Dies wird auch als Höhenmodell der nackten Erdoberfläche bezeichnet. Mit dem DTM-Dataset der unbedeckten Erdoberfläche lassen sich Orthofotos und Orthomosaike erstellen.
• DSM: digitales Modell der Höhe der Erdoberfläche, einschließlich der Höhe von Objekten auf der Erdoberfläche, wie Bäume oder Gebäude. Es sollte nur dann für die Bild-Orthorektifizierung verwendet werden, wenn die Quellbilddaten die Fußpunkt-Perspektive aufweisen, sodass Gebäude oder Features nicht "herausragen" und keine echte Orthofotografie erzeugt werden kann.

Der Assistent DEMs leitet Sie durch den DEM-Generierungsprozess, bei dem Sie die verschiedenen DEM-Parameter, wie Typ, Höhe, Punktabstand, Pixelgröße, Filtergröße zur Beseitigung von Features über der Erdoberfläche und andere Spezifikationen festlegen. Die DEM-Produkte werden im Bereich Katalog unter der Kategorie Ortho-Mapping im Ordner DEMs gespeichert.

Hinweis:

Bei einem dicht bewaldeten Gebiet mit undurchdringlicher Vegetationsbedeckung kann keine DTM-Bodenoberfläche abgeleitet werden, da der Boden nicht sichtbar ist. Das am besten geeignete Höhenoberflächenprodukt für eine dichte Waldbedeckung ist ein DSM, das eine Oberfläche erstellt, die die Spitze der Baumkronen darstellt.

Erstellung von Orthomosaiken

Verwenden Sie ein vorhandenes DEM oder ein mit dem Assistenten DEMs erzeugtes DTM, um ein photogrammetrisch korrigiertes Orthomosaik zu erstellen. Der Assistent Orthomosaik leitet Sie durch den Workflow und ermöglicht es Ihnen, Optionen für Seamlines, Splitterentfernung und Farbausgleich für das Orthomosaik festzulegen. Das generierte Orthofotografie- oder Orthomosaik-Dataset wird im Bereich Katalog unter der Kategorie Ortho-Mapping im Ordner Orthos gespeichert.

Erstellung von benutzerdefinierten Ortho-Mapping-Produkten

Der Assistent Benutzerdefiniert führt Sie durch den Workflow, um alle Ortho-Mapping-Produkte zu erstellen. Sie können nur ein oder alle Produkte mit dem Assistenten Benutzerdefiniert erstellen. Alle verfügbaren Produkte beinhalten DTM, DSM und ein photogrammetrisch korrigiertes Bild oder Orthomosaik. Sie können die Parametereinstellungen für jeden Produkttyp anpassen. Die generierten DEM-Produkte und Orthomosaike werden im Bereich Katalog unter der Kategorie Ortho-Mapping im entsprechenden Ordner gespeichert.