„Magyarország légifényképezése 2000”
Winkler Péter, a FÖMI tudományos főigazgató-helyettese
A Magyar Köztársaság modernizációs programja a 2159/1996. (VI.28.) számú kormányhatározatban önálló feladatként tartalmazza Magyarország légifelmérését. A szakmai irányítási, technológiai és gazdasági szempontból rendkívül összetett feladat előkészítése az akkori Országos Műszaki Fejlesztési Bizottság támogatásával és koordinációjával kezdődött meg. Ennek keretében – a Magyar Állami Földtani Intézet (MÁFI) kezdeményezésére – döntés-előkészítő tanulmány (1) jelent meg. A tanulmány kidolgozásában részt vállaltak a MÁFI, a Magyar Geológiai Szolgálat, az Eötvös Lóránt Geofizikai Intézet, a Magyar Honvédség Térképészeti Hivatala, valamint a Földmérési és Távérzékelési Intézet munkatársai. Az 1200 példányban megjelent tanulmány – melyet külső szakértők és lektorok véleményeztek – nagy érdeklődésre tartott számot a különböző légifelmérési programok iránt érdeklődők körében. A tanulmányt készítő szakemberek a megjelenést követően számos vitafórumon ismertették annak tartalmát, a különböző célú légifelmérések várható hasznosítási lehetőségeit, költség kihatásait és megtérülésük várható idejét.
A vita eredményeként körvonalazódott az az elvégzendő feladat, mely tekintettel van országunk gazdasági lehetőségeire, figyelembe veszi a várható felhasználói igényeket, s reálisan szabja meg az elvégzendő légifelmérés célkitűzéseit, a gazdasági befektetés és megtérülés szempontjainak figyelembevételével.
Ennek alapján a „Magyarország légifelmérése” c. tanulmányban megfogalmazódott három célkitűzés:
feladatai egyértelműen lehatárolódtak, és tudományos, gazdasági, célszerűségi, megvalósíthatósági, valamint hasznosítási elemzések alapján az alábbi javaslatok születtek.
A. Külön kell választani a térképészeti és általános távérzékelési célú mérőkamerás légifényképezést a légigeológiai felmérési program végrehajtásától.
Ez annál is inkább indokolt, mivel a két feladat különböző repülési magasságot, különböző felvételezési eszközöket és különböző feldolgozási módszereket igényel. Ez természetesen nem zárja ki a felvételezések során nyert adatok kölcsönös felhasználását, bár itt elsődlegesen a mérőkamerás felvételek geológiai célú hasznosítása jöhet szóba. Lényegében a mérőkamerás felvételek digitális fotogrammetriai feldolgozásával, a meglévő térképi alapok felhasználásával egy naprakész adatbázis hozható létre, amely – a térképészeti célú további felhasználás mellett – az ország geometriai rendjét biztosító térinfomatikai alapot szolgáltathat bármely, tetszőleges térinformatikai rendszer létrehozásához. Ez az egységes térinformatikai alap lehetőséget teremt a különböző helyeken, különböző céllal felépített térinformatikai rendszerek egymás közötti átjárhatóságára, összekapcsolására. Ennek jelentőségét, az így megnyíló alkalmazási lehetőségek különböző szintű (országos, regionális, lokális – majd az EU-hoz való csatlakozás során – kontinentális) és különböző szakágazati (környezetvédelem, mezőgazdaság, vízgazdálkodás, polgári védelem, területfejlesztés stb.) nemzetgazdasági hasznosítását könnyű átlátni.
Ezen koncepció megvalósításának érdekében elkészült az ország mérőkamerás légifelvételezésének és a felvételek feldolgozásának műszaki és gazdasági terve (2), valamint a légigeológiai felmérés műszaki és gazdasági terve (3). Ezen tervezetek ismertetésére, szakágazati megvitatására, a légifelmérések során keletkező adatbázisok lehetséges felhasználási területeinek bemutatására különböző központi szakágazati intézményeknél, szakmai társadalmi egyesületi fórumokon került sor.
Bár a mérőkamerás és a légigeológiai felmérések bemutatása együttesen történt, a szakmai viták megerősítették, hogy a két feladatot egymástól függetlenül kell végrehajtani. Ennek megfelelően a pénzügyi, szakmai feltételek megteremtését is külön kell végezni. A feladatok jellegéből, a számba vehető felhasználók szakterületi megosztásából adódóan a két légifelmérési program feltételeinek megteremtése párhuzamosan történhet. A párhuzamosság mellett prioritást ad a mérőkamerás felvételezésnek a légifelvételek feldolgozása területén kialakult több évtizedes tapasztalat, a szélesebb körű felhasználói igény, az egyszerűbb és többcélú felhasználási lehetőség, a szélesebb körű szakmai feldolgozói bázis s nem utolsó sorban a kedvezőbb költségráfordítás.
B. Szakmai irodalomból, nemzetközi publikációkból kedvező kép alakult ki a digitális hiperspektrális légifelvételezés során nyerhető hatalmas adatbázis sokoldalú felhasználási lehetőségeiről.
Alapos elemzések alapján megállapítható, hogy az igen keskeny sávú (néhány nanométer sávszélesség), 200-400 felvételi csatornát tartalmazó felvételezési technikai eszköz adatainak feldolgozása jelenleg még világszinten is csak kutatási fázisban tart. Ezért hazai szinten országos méretű felvételezési program megvalósítása ma még nem célszerű. Annak érdekében, hogy ne csak irodalmi szinten ismerjük ezt a korszerű felvételezési technikát, javaslat született arra, hogy Magyarország jól lehatárolt területein, jól megfogalmazott célkitűzéssel (pl. környezetvédelem, növényvédelem, légszennyezések hatása stb.) kisebb, de jól ismert teszt területekre kísérleti célú légifelvételezést, adatfeldolgozást és adatelemzést végezzünk el. Ehhez különböző szakmai területek szakembereinek összehangolt tevékenységére van szükség.
A fentiekben vázolt kezdeményezések egyértelműen igazolták, hogy hazánkban jelenleg az országos méretű mérőkamerás légifényképezési program megvalósítása felé nyilvánul meg a legnagyobb érdeklődés, s ehhez van meg leginkább a feldolgozói háttér, ugyanakkor egyre sürgetőbb az igény a felhasználók részéről. Az így szerzett tapasztalatok jelentős mértékben hozzájárultak ahhoz, hogy a Földművelésügyi és Vidékfejlesztési Minisztérium „ANP VIII. EU harmonizációs program”-jába (4) az FVM Földügyi és Térképészeti Főosztály támogatásával felvegyük és az EU harmonizációs program célelőirányzatának keretéből finanszírozzuk a „Magyarország légifényképezése 2000” program megvalósítását.
A program megvalósítása azonban nem volt egyszerű feladat. Szakmánk történetében eddig ilyen volumenű, ilyen kiterjedésű, a lehető legrövidebb végrehajtási időre korlátozott légifényképezés tervezésére és megvalósítására még nem került sor, azaz nem rendelkeztünk megfelelő tapasztalatokkal. (A nyolcvanas években az akkori MNTI /Magyar Néphadsereg Térképészeti Intézete/ hajtott végre kisméretarányú légifényképezési programot, az ország teljes lefedését 4-5 éves ciklusokban végezve. A FÖMI részéről is voltak hasonló jellegű kezdeményezések egységes méretarányú, országos kiterjedésű légifényképezésre – legutoljára 1991-ben, a nagymértékű földprivatizációs változások földmérési, földkiosztási feladatainak megsegítésére – azonban pénzügyi források hiánya miatt a terv csak elképzelés maradt. (Bár sok vitás kérdést lehetett volna tisztázni megfelelő minőségű, aktuális légifelvételek segítségével…). Ennek megfelelően a légifényképezés műszaki paramétereinek meghatározásánál, a légifényképező repülés műszaki és gazdasági feltételeinek tervezésénél részben a sok éves, ezen a területen szerzett kutatási és gyakorlati tapasztalatokra (5,6,7,8), részben a nemzetközi eredmények ismeretére (pl. 9), részben a nemzetközi konferenciákon, kiállításokon szerzett ismeretekre és nem utolsó sorban az előkészítés fázisában lefolytatott szakmai vitákra támaszkodhattunk.
A légifényképezés méretarányának és a légifényképezés műszaki paramétereinek megválasztása
Az ország teljes területét lefedő, digitális ortofotó előállítására is alkalmas mérőkamerás légifelvételezés műszaki paramétereinek meghatározására, az optimális felvételezési anyagok kiválasztására előzetes légifényképezési tervet készítettünk (2). Törekedtünk arra, hogy gazdaságos, költségkímélő, ugyanakkor hatékony, sokcélú felvételezési megoldást javasoljunk.
1. A légifelvételezési méretarány megválasztása.
A légifelvétel méretarányától függő tényezők.
1.1. A terepi geometriai felbontás értéke, (az a legkisebb objektum méret, ami a légifelvételen még jól elkülöníthető), azaz a felvételekből kinyerhető információ tartalom. Ez az érték a jelenleg alkalmazott légifilmek és kamerák optikai felbontásának együttes felbontását tekintve kb. 80 -100 vonalpár/mm, azaz 12.5 µ – 10 µ a képsíkjában. Ennek az értéknek és a méretarányszámnak a szorzata adja meg a terepi felbontás mértékét.
1.2. A felvételekből elérhető pontosság terepre vetített értéke. A fotogrammetriában általános gyakorlatként elfogadott szabály, hogy – a fotogrammetriai feldolgozási eljárások függvényében – jól azonosítható pontok esetén a meghatározás pontossága a kép síkjában:
Ezen számérték és a méretarányszám szorzata adja meg a terepen elérhető meghatározási pontosságot.
1.3. A légifelvételezés méretaránya az alkalmazott kamerák fókusztávolságának függvényében meghatározza a légifelvételezés magasságát. A légifényképezés magasságát behatárolja a rendelkezésre álló repülőgép teljesítőképessége egyik oldalról, másik oldalról a fényképezés magassága meghatározza az „átfényképezendő” légréteg vastagságát, ami jelentős mértékben befolyásolja a képek minőségét. Pl. 6 km magasságból légifényképezés csak min. 50 km vízszintes látástávolság mellett ajánlott, ugyanez az érték 3 km magasságból 15-20 km. Könnyen belátható, hogy ebből a szempontból a légifényképezésre alkalmas napok száma lényegesen több alacsonyabb magasságból, mint nagy magasságból. Ez a körülmény egy egész országot lefedő légifényképezési program végrehajtásánál egyáltalán nem elhanyagolható.
1.4. Fotónagyítások készítésénél az általánosan elfogadott gyakorlat, hogy 5-6-szoros nagyítás-mértékig a képek megőrzik információ tartalmukat, „nem esnek szét”, így a felvételezési méretarány meghatározza azt a nagyítás mértéket, amely megszabja a többcélú hasznosítás, szolgáltatás területeit.
1.5. Végül, de egyáltalán nem utolsó szempont: a légifelvételezés méretaránya egy adott terület légifényképezésénél meghatározza a fényképezendő sorok számát, az össz- légifényképezési sorhosszúságot, azaz a légifényképező repülések időigényét. Ugyancsak a légifényképezés méretaránya határozza meg az elkészítendő felvételek darab számát (ez az érték a méretarány növekedésével négyzetes arányban nő!). A felvételek darab száma pedig meghatározza a felhasználandó film, képanyag mennyiségét, az elvégzendő fotogrammetriai feldolgozás munkavolumenét, azaz végső soron döntő módon befolyásolja a teljes munkafeladat költség igényét.
A fenti szempontok figyelembevételével, a gazdaságos, többcélúan felhasználható légifényképek méretarányának megválasztásához egy összehasonlító, elemző táblázatot (a táblázatot hely hiányában nem közöljük) készítettünk. A táblázatban Magyarországot egy képzeletbeli téglalapba helyezve végeztük el a számításokat. Az így kapott adatok megfelelő támpontot adtak az országos méretű légifényképezési program előzetes tervezéséhez, döntés előkészítéséhez.
Az elemző táblázat valamennyi repülési magassághoz (légifényképezési méretarányhoz) tartozó egységes adatai: f = 152 mm; hosszirányú átfedés: p = 60%; keresztirányú átfedés:
q = 25%.
A feladat végrehajtásához feltételeztük képvándorlás kompenzáló kamera, GPS navigációs rendszer, valamint legalább 300 km/ó repülési sebességre képes repülőgép alkalmazását.
A légifényképezési napok számításánál – sokévi átlag alapján az adott feladat végrehajtásához szükséges meteorológiai feltételek (legalább 20 km vízszintes látás, köd- és páramentesség, felhő- és felhőárnyék mentesség stb.) várható teljesülésére figyelemmel – 4 ó/”légifényképezési nap” termelő időt vettünk figyelembe. Az elemzés pontosabbá tételéhez a táblázatot elkészítettük mind Kelet-Nyugat irányú, mind É-D irányú repülési sorok alkalmazásához, 1:10 000– 1: 60 000 méretarányú repülésekhez.
Következtetések:
a) Kelet-nyugat irányú repülések végrehajtása célszerű, mivel a fordulásokhoz szükséges idő ebben az esetben kevesebb, azaz ez a gazdaságos.
b) f = 152 mm fókusztávolságú kamerával legfeljebb 1:40 000 méretarányú légifelvételezés hajtható végre, tekintettel arra, hogy nem áll rendelkezésre 6000 m relatív repülési magasságot meghaladó repülőgép.
c) Felvételi darabszámot, többcélú felhasználást, elérhető pontosságot figyelembe véve vagy az 1:25 000 vagy az 1:30 000 méretarányú légifényképezés végrehajtása javasolt.
Az 1:30 000 méretarány mellett szól, hogy mintegy 50%-kal kevesebb kép feldolgozásával majdnem azonos felhasználási célokat érhetünk el.
Ennek igazolására közöljük a fenti összehasonlító táblázatot, melynek adatait az előzetes döntés-előkészítő tervezések során nyertük.
2. Légifilm kiválasztása:
Mérőkamerás légifényképezésnél lényegében három filmtípus közül választhatunk.
a) Fekete-fehér (ff) légifilmek. A ff légifilmek geometriai felbontása valamivel jobb, mint a színes filmeké, s áruk valamivel kedvezőbb. Ugyanakkor a ff filmek információ tartalma kevesebb, mint a színes filmek információ tartalma, s az utóbbi idők meglepő tapasztalata szerint a további fekete-fehér fotográfiai feldolgozás drágább, mint a színes fotóanyagoké.
b) Infraszínes légifilmek. Az infraszínes légifilmek szakavatott légifénykép interpretátorok számára igen sok hasznos információt tartalmaznak, ha a felvételek megfelelő vegetációs periódusban készültek, ugyanakkor a légifénykép olvasásban járatlanok számára a hamis színek félrevezetők, nehezen értelmezhetők. Geometriai felbontásuk elmarad a ff és normál színes filmekétől.
c) Normál színes légifilmek. Geometriai felbontásuk, az alkalmazásukkal elérhető geometriai pontosság megközelíti a ff filmekét. Áruk valamivel magasabb, mint a ff filmeké, a további fotográfiai feldolgozás (pl. nagyítás) azonban olcsóbb. Információ tartalmuk lényegesen nagyobb, mint a hagyományos ff képeké, az átlag ember számára is jól értelmezhető. Ezek alapján a normál színes felvételeket ajánljuk, figyelemmel a digitális feldolgozás sajátosságaira is (szkennelés) az eddigi hazai gyakorlattól eltérően nem színes negatív, hanem színes diapozitív változatban.
3. Javasolt méretarány és feldolgozás, alkalmazási területek
Fentiek összegzéseként az 1:30 000 méretarányú légifényképezést javasoltuk.
Indokaink:
a) Ez a méretarány a leggazdaságosabb az 1:10 000 méretarányú digitális ortofotó előállításához, mely a Magyar Topográfiai Program alapméretaránya is.
b) Ezzel az ortofotó méretaránnyal megteremthetjük az ország geometriai rendjének biztosításához szükséges digitális adatbázist, a különböző térinformatikai rendszerek összekapcsolásának alapját.
c) A felvételekből előállítható 1:5000 méretarányú nagyítás igen jól használható városi, beépített területek vizsgálatára.
d) Az 1:30 000 méretarányú felvételekből elérhető 25 cm – 100 cm pontosság számtalan igény kielégítésére alkalmas.
e) A felvétel sorozat alkalmas a geológiai légifelvételezés adatainak geometriai alapjaként történő alkalmazáshoz, amennyiben elkészül a geológiai légifelmérés.
f) További alkalmazási területek.
A technika jelentős mértékű fejlődése, azaz a képvándorlás kompenzáló kamerák üzembeállítása lehetővé tette a gyorsjáratú repülőgépek alkalmazását; a GPS technika navigálásra és pontmeghatározásra történő alkalmazása megnövelte a légifényképezési feladatok végrehajtásának biztonságát, a terv és tényadatok jó korrelálását stb. Ezek a tények egyik oldalról segítséget jelentettek annak eldöntésében, hogy az előzetes tervezés alapján meghatározott feladat végrehajtható, másik oldalról fokozott gondosságot követeltek meg az országos program tervezésénél, az új lehetőségek figyelembevételénél.
Az FVM ANP VIII. EU harmonizációs program (4,16) jóváhagyása után – mely biztosította a költség fedezetet az országos légifényképezési program végrehajtására – közbeszerzési eljárást hirdettünk meg. Az ajánlati felhívásra három cég jelentkezett. A jelentkező cégek a FÖMI-nél átvehették a Műszaki dokumentációt (14), mely részletesen tartalmazta a közbeszerzési eljárás gazdasági, jogi és egyéb feltételein túlmenően azokat a szigorú előírásokat, melyek a légifényképezés végrehajtására vonatkoztak. (Hazánkban a légifényképezés végrehajtására mind a mai napig az L1. Légifényképezési szabályzat – MÉM, 1977. – van érvényben, mely megjelenésének évében korszerű, előremutató, de az akkori állapotokhoz törvényszerűen igazodó szabályzat. Ezért a feladat tervezésénél értelemszerűen csak igen szűk mértékben támaszkodhattunk erre a szabályzatra, bár több vonatkozásban lényeges segítséget jelentett a légifényképezés műszaki paramétereinek, adminisztratív előkészítésének és egyéb feladatainak tervezésénél, végrehajtásánál.)
A légifényképezésre vonatkozó Műszaki dokumentáció részletesen tartalmazta a feladat megfogalmazását, a légifényképezés célját, a légifényképezési terv műszaki paramétereit. Tartalmazta továbbá a terv készítésének előírásait és jóváhagyását, a légifényképező kamerával, a légifilmekkel szemben támasztott követelményeket, a végrehajtáshoz szükséges légifényképezési engedélyek beszerzését, a légifényképezés végrehajtásának meteorológiai feltételeit, a navigációs paramétereket (sorok közötti átfedés 20%!), a légifényképezés közben rögzítendő adatokat, DGPS vetítési középpont meghatározás pontosságát, a fotográfiai feldolgozás minőségi követelményeit, a minőségi ellenőrzés kritériumait, a légifilmek szkennelésének előírásait. Pontos meghatározásra kerültek a leadandó munkarészekkel, a teljesítési határidővel és a felvételek tulajdonjogával kapcsolatos feltételek is.
A közbeszerzési eljárásban (ld. Közbeszerzési értesítő {1999. XI.3.; 2000. II.9.; 2000. IX.20.}) a nyertes cég az EUROSENSE Kft. volt, mely magas színvonalon, az előírások szigorú betartásával, összesen 77 ó 31 p légifényképezési idő alatt (mely tartalmazza az ismétlésekre fordított légifényképezési időt is) hajtotta végre ezt, a szakmánk történetében eddig egyedülálló feladatot.
A „Magyarország légifényképezése 2000” program keretében (összesen 6632 db felvételi álláspontra az előírt ismétlésekkel együtt) elkészült, s a FÖMI archívumában – a vonatkozó rendelkezések, előírások betartása mellett – hozzáférhető anyagok a következők:
Az adatok kezelhetősége, könnyű elérése érdekében az EUROSENSE Kft.-vel egy META adatbázist hoztunk létre, melynek egy része a FÖMI (www.fomi.hu) honlapján is hozzáférhető.
Ez a hatalmas adatmennyiség új feladat elé is állította Intézetünket (hatékony és korszerű adatszolgáltatás megszervezése, a felvételek digitális és analóg archiválása). Remélhetőleg teljesülhet az eredeti célkitűzés – országos méretű, egységes, digitális ortofotótérképek előállítása – is, mely a millennium évében rögzíti hazánk teljes területének állapotát a jelen és az utókor számára.
Légifelvétel |
Felvételek száma |
Légifényképezési idő |
Légifelvételek terepi felbontása |
1:10 000 |
58 812 |
192 |
8–12 |
1:20 000 |
14 732 |
96 |
20–25 |
1:25 000 |
9 338 |
77 |
25–32 |
Irodalom
1. „Magyarország légi felmérése” (OMFB, tanulmány, Budapest, 1998. február. Témavezető: Bognár Vilmos)
2. Winkler Péter: Az ország mérőkamerás légifelvételezésének és a felvételek feldolgozásának műszaki és gazdasági terve (OMFB tanulmány háttér anyag, 1999)
3. Verő László: A légigeológiai felmérés műszaki és gazdasági terve (OMFB tanulmány háttér anyag, 1999)
4. Dr. Remetey-F. Gábor: Szakterületi felkészülés az EU csatlakozásra – a 2000. évi ANP intézményfejlesztési programok (Geodézia és Kartográfia, 2000. április)
5. Légifényképek minőségének javítása (FÖMI kutatási beszámolók 1971, 1973, 1975. Témavezető: Winkler Péter)
6. A távérzékelési analóg eljárások fejlesztése (FÖMI kutatási beszámolók 1987, 1988, 1989. Témavezető: Winkler Péter)
7. WILD RC-20 kamera kézikönyve (1989, FÖMI könyvtár)
8. FÖMI Távérzékelési Központ kiadványai (FÖMI könyvtár):
A távérzékelés mezőgazdasági alkalmazása (tankönyv, MÉM Mérnök- és vezetőképző kiadványa, Budapest. 1987. )
Távérzékelési módszertani útmutató a meliorációs tanulmánytervek készítéséhez (1987).
Talajtani légifénykép-interpretáció (1988).
Mezőgazdasági légifénykép-interpretáció a főbb termesztett növények termésbiztonságának növeléséhez (1989).
A távérzékelési módszerek alkalmazása a meliorációs kiviteli tervezésben (1990).
9. Pinto L. et al: Aerial photographic coverage of Ireland with GPS in 12 days (ISPRS archive, Vienna, 1996)
10. Csornai G.: Remote Sensing and GIS based Operational Crop Monitoring and Yield Forecast in Hungary (XIXth Congress of ISPRS Amsterdam July 16-23)
11. Borza T.: Az országos GPS hálózat geodéziai jelentősége. (Geomatikai közlemények, MTA GGKI, Sopron, 1999)
12. Leo Olivier: Comments on the orthophoto project in Hungary (1999. szeptember, FÖMI irattár)
13. Integrated System Draft specifications: Aerial photography acquisition and orthorectification for the creation of a Parcel Identification System (EU JRC műszaki dokumentáció közbeszerzési eljáráshoz, 1999)
14. Műszaki dokumentáció „mérőkamerás légifényképezés tervezése, engedélyeztetése, végrehajtása Magyarország teljes területére” tárgyú közbeszerzési eljáráshoz (FÖMI könyvtár, 1999. Témafelelős: Winkler Péter).
15. Csornai G.: Operational applications of remote sensing and cadastre in crop monitoring, subsidy control and in other programes in Hungary (EU Cadastral workshop, Budapest, 2001. április 7-8)
16. Apagyi Géza: Európai integráció és a földügyi igazgatás (Geodézia és Kartográfia, 2001. június)
Aerial photography of Hungary 2000
P.
Winkler
Summary
Within the frame of the European Harmonization Programme of the Ministry of Agriculture and Regional Development in the year 2000 – for the first time of its history – aerial photography was completed for the whole territory of Hungary during a short period of time at scale of 1:30000. As a result of this project more than 7000 pieces of color diapozitve aerial photos were taken, all of them were scanned and archived. This enormous amount of data will serve as a „back-bone” of the nationwide digital ortophoto programme at scale of 1:10 000. The preparation of the project, the technical specification of the „wall to wall aerialphotography” are described.