The design and implementation of a purely digital stereo-photogrammetric system on the IBM 3090 multi-user mainframe computer

This thesis is concerned with an investigation into the possibilities of implementing various aspects of a purely digital stereo-photogrammetric (DSP) system on the IBM 3090 150E mainframe multi-user computer. The main aspects discussed within the context of this thesis are:-i) Mathematical modelling of the process of formation of digital images in the space and frequency domains.ii) Experiments on improving the pictorial quality of digital aerial photos using Inverse and Wiener filters.iii) Devising and implementing an approach for the automatic sub-pixel measurement of cross-type fiducial marks for the inner orientation, using the Gradient operator and image modelling least squares (IML) approach.iv) Devising and implementing a method for the digital rectification of overlapping aerial photos and the formation of the stereo-model.v) Design and implementation of a digital stereo-photogrammetric system (DSP) and the generation of a DTM using visual measurement.vi) Investigating the feasibility of stereo-viewing of binary images and the possibility of performing measurements on such images.vii) Implementing a method for the automatic generation of a DTM using a one-dimensional image correlation along epipolar lines and experimentally optimizing the size of the correlation window.viii) Assessment of the accuracy of the DTM data generated both by the DSP and the automatic correlation method.ix) Vectorization of the rectification and correlation programs to achieve higher speed-up factors in the computational process

Geometric Accuracy Testing, Evaluation and Applicability of Space Imagery to the Small Scale Topographic Mapping of the Sudan

The geometric accuracy, interpretabilty and the applicability of using space imagery for the production of small-scale topographic maps of the Sudan have been assessed. Two test areas have been selected. The first test area was selected in the central Sudan including the area between the Blue Nile and the White Nile and extending to Atbara in the Nile Province. The second test area was selected in the Red Sea Hills area which has modern 1:100,000 scale topographic map coverage and has been covered by six types of images, Landsat MSS TM and RBV; MOMS; Metric Camera (MC); and Large format Camera (LFC). Geometric accuracy testing has been carried out using a test field of well-defined control points whose terrain coordinates have been obtained from the existing maps. The same points were measured on each of the images in a Zeiss Jena Stereocomparator (Stecometer C II) and transformed into the terrain coordinate system using polynomial transformations in the case of the scanner and RBV images; and space resection/intersection, relative/absolute orientation and bundle adjustment in the case of the MC and LFC photographs. The two sets of coordinates were then compared. The planimetric accuracies (root mean square errors) obtained for the scanner and RBV images were: Landsat MSS +/-80 m; TM +/-45 m; REV +/-40 m; and MOMS +/-28 m. The accuracies of the 3-dimensional coordinates obtained from the photographs were: MC:-X=+/-16 m, Y=+/-16 m, Z=+/-30 m; and LFC:- X=+/-14 m, Y=+/-14 m, and Z=+/-20 m. The planimetric accuracy figures are compatible with the specifications for topographic maps at scales of 1:250,000 in the case of MSS; 1:125,000 scale in the case of TM and RBV; and 1:100,000 scale in the case of MOMS. The planimetric accuracies (vector =+/-20 m) achieved with the two space cameras are compatible with topographic mapping at 1:60,000 to 1:70,000 scale. However, the spot height accuracies of +/-20 to +/-30 m - equivalent to a contour interval of 50 to 60 m - fall short of the required heighting accuracies for 1:60,000 to 1:100,000 scale mapping. The interpretation tests carried out on the MSS, TM, and RBV images showed that, while the main terrain features (hills, ridges, wadis, etc.) can be mapped reasonably well, there was an almost complete failure to pick up the cultural features - towns, villages, roads, railways, etc. - present in the test areas. The high resolution MOMS images and the space photographs were much more satisfactory in this respect though still the cultural features are difficult to pick up due to the buildings and roads being built out of local material and exhibiting little contrast on the images

Cartographic design aspects of medium - and - small - scale image maps : with specific reference to Libya

Abstract: p.iii

Remote Sensing for Urban Sprawl Detection on Istanbul : Quantification and Detection of Key-Actions with Integrated GIS

Die vorliegende Arbeit basiert auf dem Projekt MOLAND für Istanbul, welches in den Jahren 2001 und 2002 für den Joint Research Centre der Europäischen Kommission in Ispra/Italien durchgeführt wurde. Zunächst wird in einem Hintergrund-Kapitel eine Einführung zum Projekt MOLAND (Monitoring Land-Use Dynamics) und seinen Zielen selbst gegeben, danach werden die weiteren Ziele der vorliegenden Arbeit definiert. Um die rasch wachsende Metropole Istanbul im Kontext zu begreifen, werden die wichtigsten geographischen und sozioökonomische Gegebenheiten zunächst für die Türkei dann auch speziell für die Marmara- Region und Istanbul skizziert. Neben der naturräumlichen Ausstattung werden auch Aspekte wie Migration, Wirtschaft, Industrialisierung, Tourismus und anderes angesprochen um Istanbul mit seinem Hinterland in Wechselwirkung zu verstehen. Ein kurzer geschichtlicher Abriss und eine Aufstellung der aktuellen Probleme schließt dieses Kapitel ab. Ein methodisches Kapitel ist der eigentlichen Analyse vorangestellt. Hier wird zunächst auf die Problematik der Landnutzungserfassung eingegangen, da jede Form einer solchen Klassifizierung ein Einpressen individueller Strukturen in ein festes Schema darstellt. Dies ist aber hinsichtlich von Vergleichen eine Notwendigkeit. Es werden dahingehend auch die CORINE und MOLAND Legenden mit Beispielen erläutert und die in dieser Studie genutzten häufigen Klassen dargestellt. Danach wird auf die Nutzungsmöglichkeiten von Geographischen Informationssystemen eingegangen, welche für solche räumlichen Analysen von großer Bedeutung sind. Datenmodelle, Formate und die Kombination unterschiedlichster Quellen in einem „Daten-Warenhaus“ werden vorgestellt. Schließlich wird auf die Datenbeschaffung und die genutzten Quellen eingegangen. Basierend auf deren Verfügbarkeit ergaben sich schließlich so die untersuchten Jahre 1945, 1968, 1988 und 2000. Neben topographischen Karten, die als Georeferenz dienten, wurden für die 1940er Jahre und 1968 Luftbilder beschafft, für 1987/88 KFA und KVR Satellitenphotos gekauft und für das Referenzjahr 2000 IKONOS und IRS Satellitenszenen vom JRC zur Verfügung gestellt. Auf weiterführende Daten und deren Nutzungsmöglichkeiten, z.B. Geologie, Geländemodelle, Thematische Karten, Statistiken usw. wird ebenfalls eingegangen. Detailliert werden die methodischen Schritte der Satellitenbild-Georeferenzierung, der photogrammetrischen Auswertung und Orthorektifizierung der Luftbilder und auch die weiteren vorbereitenden Arbeitsschritte vorgestellt. Die Methodik zur eigentliche Auswertung bzw. Interpretation der Daten erfolgt ebenfalls in diesem Kapitel, da Vektorisierung und Zuweisung der Nutzung in einem Prozess erfolgten. Neben Versuchen der automatischen Klassifizierung mittels Clusteranalyse wird auch diese manuelle Methode kritisch hinterfragt und Probleme aber auch häufig genutzte Klassen vorgestellt. Ein weiterer wichtiger methodischer Schritt ist die Rückdatierung (down-dating) der Referenz-Daten zur Erzeugung der historischen Landnutzungsdaten. Kurz wird auch auf die gemischte Datenverarbeitung eingegangen, welche in der späteren Analyse eine Rolle spielt. Da bei der manuellen Bearbeitung der Daten auch Dritte im Rahmen des Projektes beteiligt waren, wird auf eine Definition der notwendigen Arbeitsschritte besonderer Wert gelegt. Im drittel Kapitel wird zunächst das genaue Untersuchungsgebiet definiert und eine Betrachtung der geometrischen und thematischen Genauigkeit durchgeführt. Dann werden für alle Jahre die extrahierten Landnutzungsklassen in ihrer Lage, Größe und Nutzung präsentiert und auch das ebenfalls erfasste Verkehrsnetz betrachtet. Dies erfolgt sowohl in Form von Karten als auch kumulativer Statistiken für die gewählten Untersuchungsjahre. Im vierten Kapitel werden dann die Daten zunächst im Überblick analysiert und Entwicklungen anhand von Flächenzuwächsen oder Verlusten bilanziert. Anhand von Beispielen mit Luft- und Satellitenbildern und der entsprechenden Auswertungen wird der Landschaftswandel vom ländlichen Raum zur Grosstadt verdeutlicht. Bereits hier wird der enorme Zuwachs städtischer Strukturen vorwiegend zu Lasten der Landwirtschaftsflächen deutlich. Auch die Küstenlinie und Lagunen werden überplant und besondere infrastrukturelle Einrichtungen wie der Flughafen tragen zur Urbanisierung bei. 11 Räumliche Statistiken und kombinierte Analysen vertiefen in Kapitel 5 die vorangegangenen Feststellungen indem direkt die umgewidmeten Flächen extrahiert werden und auch Strukturänderungen innerhalb von Gruppen, z.B. der Wohngebiete festgestellt werden. Detaillierter werden nun einzelne Klassen analysiert und so z.B. der Trend zu dichterer Wohnbebauung herausgestellt. In Verbindung mit demographischen Daten werden unter Zuhilfenahme von Modellansätzen Analysen der Wohndichte durchgeführt, die den Trend zu „weniger Personen auf gleicher Wohnfläche“ herausstellen. Ein Vergleich der Entwicklung der Asiatischen und der Europäischen Seite Istanbuls stellt die Schlüsselfunktion der Bosporusbrücken heraus. Diese infrastrukturelle Maßnahme initiierte ein urbanes Wachstum enormer Dimension auf der Asiatischen Seite Istanbuls, vor allem bei der Wohnbebauung. Ferner werden in diesem Kapitel auch Entwicklungstrends sowohl statistisch als auch kartographisch dargestellt und Achsen der möglichen künftigen Ausdehnung Istanbuls aufgezeigt. In Kapitel 6 wird Istanbul zunächst mit den weltgrößten Agglomerationen verglichen und die Entwicklung von 1950 bis in die nahe Zukunft (2015) prognostiziert. Mit einer heute moderaten jährlichen Wachstumsrate von 2% steht Istanbul deutlich hinter anderen Agglomerationen in Südamerika, Indien und China zurück, jedoch auch noch deutlich über den niedrigen oder sogar negativen Raten westeuropäischer Großstädte. In einem zweiten Schritt wird Istanbul auch mit den bereits untersuchten 24 MOLAND-Städten verglichen und deren zeit-räumliche Entwicklung gegenübergestellt. Dabei ist nicht in allen Aspekten die Entwicklung Istanbuls als dramatisch anzusehen wenngleich der Verstädterungsprozess den der anderen Agglomerationen weit übertrifft. Istanbul wird schließlich auch mit benachbarten Metropolen und anderen türkischen Städten in Vergleich gesetzt. Dabei wird die Ähnlichkeit der westmediterranen, nicht europäischen Ballungszentren festgestellt. Bezogen auf die Türkei ist Istanbul nicht mehr die wachstumsstärkste Stadt. Andere Städte profitieren weiter von der Industrialisierung, dem Tourismus und der Migration aus dem Hinterland, besonders Ost- und Nordanatolien, welche nach wie vor anhält. Neben einer zusammenfassenden Interpretation wird auf Nutzungsmöglichkeiten der Daten eingegangen. Vor allem auf wissenschaftlicher Seite bestehen mögliche Kooperationen auch mit Interesse weiterführender finanziell unterstützter Projekte. Endnutzer, z.B. kommunale Organisationen. Ämter, Behörden sowie Dienstleistungsbetriebe wie die Wasserversorgung sind grundsätzlich an den Daten interessiert, an eine Datenintegration und Entwicklung von Strategien hierfür müsste aber noch gearbeitet werden. Als Beispiel für Nutzung im Krisenmanagement wird basierend auf den gewonnenen Daten eine Tsunami- Gefährdungskarte entwickelt, welche Geländemodell und aktuelle Küstenlinie nutzt um planungsrelevante Hinweise zu geben. Abschließend werden die methodischen Schritte kritisch hinsichtlich Kosten-Nutzen- Zeitaufwand diskutiert und offene Probleme angesprochen. Möglichkeiten aber auch Limits zur weiteren Nutzung der Daten werden offen diskutiert und auch zu gering berücksichtigte Methoden, welche es in Zukunft stärker zu integrieren gilt, erwähnt

The Effect Of Scanning Resolution In Digital Photogrammetric Work

Photogrammetry is one branch in surveying that has largely been affected by the development in computer technology in data acquisition, image development and processing, adjustment and further in mapping of data. Digital photogrammetric workstation is one of the yields of these developments in photogrammetry, which is gradually replacing analogue and analytical plotters. Pixel resolution is one of the main factors that affect the final results in digital photogrammetry in general and in digital photogrammetric work station in particular. In this research work, various subjects relevant to the process of digital mapping using digital photogrammetric work station were discussed. Theses subjects include: • Digital camera: The present alternative of the conventional camera and by which direct digital photogrammetric data can be acquired. • Scanners: Special precise photogrammetric scanners are used to transform hard copy images into a digital form. • Digital image processing: Image reduction and enlargement, image enhancement, edge sharpening, and so on, are now at the dispose of user’s fingertips using special softwares, rather than spending a long time in traditional manual manipulation. Two experiments were carried out in this research work, one in a mountainous area, and the other in a flat one. In the first test an aerial wide-angle hard copy stereopair at scale 1:40,000 of mountainous terrain in Switzerland was transformed to a soft copy using a different scanning resolutions by a special photogrammetric scanner. A digital photogrammetric workstation was used to measure a number of control points of known ground coordinates. The root mean square error of the measured ground coordinates of these points and their actual coordinates were computed for each scanning resolution. ERDAS software package was used to digitally rectify the scanned images using the same pixel resolution used above. The coordinates of points were measured and the root mean square errors were computed again. The result of digital rectification is required to be supported by another test in a flat terrain. In this test an aerial wide-angle hard copy stereopair at 1:20,000 scale of a flat terrain, in the center of Khartoum, was transformed to a soft copy and rectified. The results of these investigations proved that the accuracy of the measurements in digital photogrammetry is nonlinearly proportional to the scanning pixel resolution in both horizontal and vertical measurements. Mathematical models were developed to estimate the accuracy against scanning resolution and suitable plotting scales in both horizontal and vertical mapping. Production of maps using digital image rectification using software packages such as ERDAS is suitable only in a flat terrain. On the other hand, a digital photogrammetric workstation is a productive way for mapping in both flat and mountainous terrain

Spatio-temporal analysis of coastal sediment erosion in Cape Town through remote sensing and geoinformation science

Coastal erosion can be described as the landward or seaward propagation of coastlines. Coastal processes occur over various space and time scales, limiting in-situ approaches of monitoring change. As such it is imperative to take advantage of multisensory, multi-scale and multi-temporal modern spatial technologies for multi-dimensional coastline change monitoring. The research presented here intends to showcase the synergy amongst remote sensing techniques by showcasing the use of coastal indicators towards shoreline assessment over the Kommetjie and Milnerton areas along the Cape Town coastline. There has been little progress in coastal studies in the Western Cape that encompass the diverse and dynamic aspects of coastal environments and in particular, sediment movement. Cape Town, in particular; is socioeconomically diverse and spatially segregated, with heavy dependence on its 240km of coastline. It faces sea level rise intensified by real-estate development close to the high-water mark and on reclaimed land. Spectral indices and classification techniques are explored to accommodate the complex bio-optical properties of coastal zones. This allows for the segmentation of land and ocean components to extract shorelines from multispectral Landsat imagery for a long term (1991-2021) shoreline assessment. The DSAS tool used these extracted shorelines to quantify shoreline change and was able to determine an overall averaged erosional rate of 2.56m/yr. for Kommetjie and 2.35m/yr. for Milnerton. Beach elevation modelling was also included to evaluate short term (2016-2021) sediment volumetric changes by applying Differential Interferometry to Sentinel-1 SLC data and the Waterline method through a combination of Sentinel -1 GRD and tide gauge data. The accuracy, validation and correction of these elevation models was conducted at the pixel level by comparison to an in-field RTK GPS survey used to capture the current state of the beaches. The results depict a sediment deficit in Kommetjie whilst accretion is prevalent along the Milnerton coastline. Shoreline propagation and coastal erosion quantification leads to a better understanding of geomorphology, hydrodynamic and land use influences on coastlines. This further informs climate adaptation strategies, urban planning and can support further development of interactive coastal information systems

Earth resources: A continuing bibliography with indexes

This bibliography lists 579 reports, articles, and other documents introduced into the NASA scientific and technical information system. Emphasis is placed on the use of remote sensing and geophysical instrumentation in spacecraft and aircraft to survey and inventory natural resources and urban areas. Subject matter is grouped according to agriculture and forestry, environmental changes and cultural resources, geodesy and cartography, geology and mineral resources, hydrology and water management, data processing and distribution systems, instrumentation and sensors, and economical analysis

The acquisition of spatial data from archival photographs and their application to geomorphology

This thesis discusses the development and application of an analytical photogrammetric technique which enables accurate spatial data, of known quality, to be derived from archival photographs. Such a facility represents an important advancement, particularly for geomorphologists, because the effects of geomorphological process can be assessed quantitatively and directly by comparing spatial data derived from photographs at different epochs. Sources of archival photographs of England are identified and the type, quantity, range and age of each major collection is discussed. Existing methods of deriving spatial data from photographs are reviewed and illustrated by previous research, with particular emphasis upon the limitations associated with each method. The technique that was developed is based upon a self calibrating bundle adjustment and both the functional and stochastic models suitable for successful restitution of archival photographs were established. Five computer programs were developed and the algorithms associated with each are given. These programs are run sequentially and assist in rapid restitution of archival photography and to derive measures of data quality. The technique is applied successfully to a forty year old sequence of archival photographs, obtained from a variety of sources, of the Black Ven landslide, Dorset, England. Spatial data was derived from five photographic epochs, at approximately 10 year intervals, using an analytical plotter. A secondary aim of the research was to extend existing techniques and devise new methods of processing these spatial data, for geomorphological purposes. Several techniques were found to be especially valuable including: the production of morpho-genetic maps; DTI's of difference; evolutionary models; animated sequences and distributions of slope angle. The latter has shown that the evolutionary model of 'dynamic equilibrium is valid for the Black Ven landslides. All aspects of data quality are examined, particularly the functional model used in the self-calibrating bundle adjustment. This least squares estimating procedure is found to be perfectly adequate for the successful restitution of archival photographs