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 Sie zum Generieren der folgenden Ortho-Mapping-Produkte verwenden:

• 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-Datei 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 das Ortho-Mapping 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 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, enthält der Bereich Inhalt eine Vielzahl von Layern für den Workspace: 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:

Die Luftbild-Triangulation in einem Ortho-Mapping-Projekt in ArcGIS Pro unterliegt den folgenden Größenbeschränkungen:

• 100 Gigapixel (GP) für Drohnen- und digitale Einzelbilddaten
• 1.000 GP für gescannte Luftbilddaten
• Keine Größenbeschränkung für Satellitenbilddaten

Die Projektgröße in Gigapixel kann durch Multiplizieren der Anzahl der Bilder mit der Bildgröße in Megapixel und anschließendes Teilen des Produkts durch 1000 berechnet werden.

Wenn also ein Luftbild 10.000 x 12.000 Pixel groß ist, hat das Bild 120 Megapixel.

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

Diese Grenzen stellen die erwartete Größe der Blöcke dar, die verarbeitet werden können. Größere Blöcke können in der aktuellen Version von ArcGIS Pro funktionieren, werden aber möglicherweise in zukünftigen Versionen weiter eingeschränkt. Wenn das Ortho-Mapping als Teil von ArcGIS Image Server auf geeigneter Hardware ausgeführt wird, gelten diese Beschränkungen nicht.

• 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: Berechnet die Bild-zu-Karte-Projektionstransformation, 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 Prozent in einem Streifen der Bilddaten und 30 Prozent 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 sind in den Gruppen Ausgleichen und Optimieren auf der Registerkarte Ortho-Mapping verfügbar. 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 der Blockausgleichung können Sie die Genauigkeit bewerten, indem Sie sich die GCP-Residuen (Restfehler) in der Tabelle GCP-Manager anschauen. Die Informationen zu den GCP-Residuen werden in den Feldern dX, dY und dZ aufgelistet und stellen die Abweichungen der gemessenen Positionen von ihren tatsächlichen Bodenkoordinaten in X-, Y- und Z-Richtung dar. Indem Sie auf den Feldtitel klicken, können Sie die Residuen in aufsteigender oder absteigender Reihenfolge sortieren Residuumswerte, die höher als erwartet sind, weisen auf einen Fehler in der vermessenen Bodenkoordinate, in der aufgezeichneten Koordinate oder in der gemessenen Bildposition hin. Empfohlen wird, dass die gemessenen Positionen der GCPs mit hohen Residuen überprüft, erneut gemessen und angepasst werden, um die entsprechenden Änderungen einzuarbeiten. Wenn keine Verbesserung des Fehlers festgestellt wird, dann können Sie den Punktstatus ändern, indem Sie mit der rechten Maustaste auf die GCP-Beschriftung klicken und Prüfpunkt auswählen.

Ähnlich wie GCPs sind Prüfpunkte Punkte mit bekannten Bodenkoordinaten. Sie messen Features, die in mehreren überlappenden Bildern sichtbar sind. Sie werden nicht dazu verwendet, den Blockausgleichungsprozess 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 RMS-Fehler (RMSE) berechnet. Nach dem Ändern des Punktstatus muss die Ausgleichung erneut ausgeführt werden, um die Änderung im Ausgleichungsprozess einzuarbeiten. Um die Genauigkeit der Ausgleichung weiter zu verbessern, können Sie GCPs hinzufügen oder entfernen oder die Ausgleichsoptionen ändern. Sobald die Anpassungsergebnisse die Anforderungen an die Projektgenauigkeit erfüllen, können abgeleitete Produkte generiert werden.

Die Gesamtgenauigkeit des ausgeglichenen Blocks wird in der Tabelle GCP-Manager angegeben. Zusätzlich werden Genauigkeitsstatistiken im Ausgleichsbericht angegeben.

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, ein Orthomosaik oder benutzerdefinierte Produkte 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 Nadir-Perspektive aufweisen, sodass für Gebäude oder Features keine perspektivische Verzerrung vorliegt und eine 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.