Содержание к диссертации
Введение
1. Основы кадастровых систем и технологии топографогеодезичеекого обеспечения кадастра. 6
1.1. Автоматизация земельного кадастра в различных странах 8
1.1.1. Автоматизация земельного кадастра в западных странах 8
1.1. 2. Автоматизация земельного кадастра в Ю. Корее 11
1.1.3. Автоматизация земелвного кадастра в России 14
1.2. Требования при создании кадастровой карты 21
1.3. Анализ технологий создания кадастровых планов . 26
1 4. Выводы но первой главе 31
2. Совершенствование технологий создания топографических карт по материалам аэрофотосъемки . 32
2.1.Разработка оптимальной технологии аэрофототопографической съемки 32
2.2. Экспериментальные исследования разработанной технологии съемки . 41
2.3. Выводы по второй главе 57
3. Исследование цифровых фотограмметрических систем для решения задач кадастра 58
3.1. Современные цифровые фотограмметрические системы. 58
3.2. Анализ современных фотограмметрических и полиграфических сканеров . 67
3.3. Калибровка полиграфических сканеров 73
3.4. Исследование геометрической точности полиграфических сканеров 76
3.5. Выводы по третьей главе 91
Заключение 92
Список литература 94
- Автоматизация земельного кадастра в западных странах
- Анализ технологий создания кадастровых планов
- Экспериментальные исследования разработанной технологии съемки
- Анализ современных фотограмметрических и полиграфических сканеров
Введение к работе
Как в частном, так и в общественном секторе, земельная информация является основой для принятия решений, связанных с инвеститптями, развитием и управлением. Разработка мероприятий по рациональному и эффективному использованию земельных ресурсов должна осуществляться с учетом тщательного изучения количественного и качественного состояния земель, их месторасположения, их экономической и социальной характеристики, а также правового положения каждого земельного участка. Для иоотлечеяюг рахщональяото использования и охраны земельных ресурсов создается государственный земельный кадастр, содержащий совокупность достоверных и необходимых сведении о хозяйственном, правовом и природном положении земель. Потребность в информации о земле как основе земельных реформ, планирование, развития и управления земельными ресурсами существует во всем мире. Некоторые страны, включая Россию и в Ю. Корею, находятся в процессе перехода к новым земельным отношениям, а некоторые в процессе построения нового автоматизированного земельного кадастра, Этот процесс связан со сбором полной и достоверной информации о состоянии земельных участков, недвижимости на них, об их владельцах и пользователях. Главным элементом в этой работе является создание земельного кадастра. Земельный кадастр неотрывно евязан с понятием улета, оценки состояния и использования природных ресурсов,. инженерной деятельности, экологии, и предполагает выделение однородных по своим условиям территориальных границ, их картографирование и описание с использованием количественных и качественных характеристик. Системе автоматизированного земельного кадастра должно быть наглядной, точной, экономичной в эксплуатации.
Обычно получение земельыо^кадастровых данных предусматривает применение геодезических методов и использование картографических материалов. Процесс проведения кадастровых работ является чрезвычайно дорогостоящим и трудоемким. Поэтому исследования направленные на разработку эффективных технологий создания кадастровых планов относится к наиболее шегуалъыым проблемам.
Целью настоящей работы является разработка рациональных и экономичных технологий выполнения работ' по топографо-геодсзическому обеспечению кадастра с учетом особенностей развития республики Южная Корея.
В первой главе проводится аналщ кадастровых систем в различных странах, требования и суп^ествуюнгие технологии ведения работ по топографогеодезическому обеспечению кадастра.
Вторая глава посвящена Разработке технологии аэрофототопографической съемки, позвоіщощєй оптимизировать организацию проведения полевых и камеральных работ по созданию кадастровых планов.
В третьей главе приводятся результаты исследований цифровых фотоірамметрических систем и, в частности, исследования возможностей применения недорогих полиграфических сканеров для решения за^ач кадастра.
Автоматизация земельного кадастра в западных странах
Кадастр, который в настоящее время ведется во всех странах мира, неотрывно связан с понятием учета, оценки состояния и использования природных ресурсов, инженерной деятельности, экологии, и предполагает выделение однородных по споим условиям территориальных гранил, их картографирование и описание с использованием количественных и качественных характеристик. В западной практике кадастр чаще всего связывают со следующими понятиями - недвижимость; общественная опись, содержащая данные по количеству, стоимости участков земли; общественная, методически организованная инвентаризация всего недвижимого имущества, основанная на определении границ и графическом представлении на карте, неразрывно связанная с архивом, содержащим данные по состоянию, правам и использованию собственности[40]. Как в частном, так и в общественном секторе, информация о земле является основой для принятия решений, связанных с инвестициями, развитием и управлением. Потребность в информации о земле как основе земельных реформ, планирования, развития и управления земельными ресурсами наблюдается во всем мире.
Тенденция автоматизации земельного кадастра. распространяется во всем мире, Например, в Германии в 1999 г, начали создавать ALK (Automated Real Estate Мэр) в масштабе 1: 1000, Сейчас в процессе разработки находится автоматизация топограф о-icapi 01 рафинеская информационная система - ATK.1S (Automative Topographic-Cartographic Information System), В Австралии работы над созданием автоматического земельного кадастра ведутся с 1987 г. [48] В России программа «Создание автоматизированной системы ведения государственною земельного кадастра» была принята 25 августа 1992 г. В Ю. Корее генеральный проект построения автоматизированной системы для государственного земельного кадастра был утвержден в 1995 г. В результате автоматизации земельного кадастра можно получить следующее: -эффективность пользования земельного кадастра; -гарантия качества -удобства хранения информации -благоприятности получения земельно-кадастровых информации -удобства совершенствования информации -объединения земельно-кадастровых информации и т. д. Именно но этим причинам различные стран, включая также Россию и Ю. Корею, начали работу над проектами но автоматизации земельного кадастра. При этом отмечается, что объективно некоторые положения российского земельного кадастра отличаются от кадастров западных стран. В первую очередь потому, что в России кадастр создавался на принципах соииалистичесїсих земельных отношений. Ситуация в Ю- Корее тоже отличается от западных стран, потому что в Ю. Корее кадастр должен быть создан практически -тижнггаыо ланпвл л г язд г,о п шыилм :кадаятловых jsspj; .их недостаточной точностью, и т.д. Эти обстоятельства требуют единого комплекса мер по разработке государетвенного земельного кадастра, С этой точки зрения, ситуация с земельным кадастром в Южной Корее похожа на российскую ситуацию. В каждой стране мира существуют свои особые проблемы в области земельных отношений к соответственно собственные требования для создания автоматизированного земельного кадастра, Одинаковых решений для всех практически не существует. Однако есть ряд проблем, общих для всех, и это позволяет искать наиболее оптимальные варианты для решения задач. Исходя из изложенного выше, в данной главе рассматриваются: - кадастровые системы и вопросы автоматизации земельного кадастра в различных странах с целью выбора адекватного варианта для условий Ю. Корее; - требования и технологии топограф о-геодезического обеспечения кадастра. В западноевропейских странах методы ведения земельного кадастра мало отличаются от кадастров, которые были разработаны в прошлом. Они представляют собой весьма сложное мероприятие, осуществляемое специальной земельно-кадастровой службой, Общими для всех кадастровых систем западноевропейских стран являются система регистрации, кадастровые обследования и картография, а также система оценки земель. Кадастровую систему определяют эти три составляющие. Кадастровая оценка земель в западноевропейских странах проводится преимущественно в целях налогообложения, ее результаты находят применение в решении земельно-правовых вопросов, а также рекомендаций для решения вопросов охраны или рационального использования земель. Сейчас Б зарубежных странах накоплен опыт создания автоматизированных информационных систем земельного кадастра. Эти системы регистрации недвижимой собственности на базе земельного кадастра разработаны и функционируют в зарубежных странах, например, Б Швеции, Германии, Канаде, Австрии, США и Др В этих автоматизированных информационных системах основной информационной базой является; картографический материал; текстовая информация в виде описательных реестров, числовые значения параметрических данных. Также в системе содержатся сведения для сбора и анализа статистических данных о продаже земельной собственности и жилищном строительстве, нормировании налогов на земельную собственность и формирования отчетов о новых земельных владениях и продажи земельной собственности.
Анализ технологий создания кадастровых планов
Наземный метод кадастровых работ можно отнести к фадиттяонньш способам. В Южной Кор е для наземных съемок используются теодолитная, тахеометрическая и Total Station методы съемок, [22] ,[49
В нынешнее время для решена кадастровых задач применяются электронные тахеометры. Они обеспечивают высокую глюизводительноеть труда и резко Повышают качество и достоверность конечных результатов работ. Это достигается тем, что конструктивные схемы электронны тахеометров, помимо технических устройств автоматизации собственно измерений, включают в себя средства обработки, хранения и представления результатов. Кроме того, программное обеспечение позволяет решать многие задачи непосредственно в пс левь1х условиях,
К преимуществам наземных методов съемки также можно отнести следующее: пункты съемок могут бьгть измерены во время разбивочных работ, капиталовложения на оборудование и другие необходимые материалы довольно низки сравнении с другими методами, преобразование полевых измерений длЯ получения плана является относительно простым.
Среди недостатков наземных методов можно выделить необходимость наличия густой опорной се1и, поскольку пункты должны находиться в пределах видиг 0СТИ; трудоемкость и продолжительность во времени, зависимое от погодных условий; необходимость значительного материального обеспечения.
Наземные измерения хорошо подходят при выполнении работ но регистрации земельных участков и восстановления утраченных границ. Кроме того, этот метод съемки подходит для работ на небольших участках, где применение фотограмметрии становится невыгодным. Метод съемки, основанный на применении спутниковых навигационных систем NAVSTAR и ГЛОНАСС в последнее время, получил широкое применение для кадастровых целей.[55] Спутниковые навигационные системы определения координат объектов пользуются методом пространственной линейной засечки. В качестве визирных устройств с пзвестными координатами используются навигационные спутники, а в качестве устройства для измерения координат - антенна с электронным вычислительным блоком, так называемый приемник - эта часть называется " User Segment". При этом расчитывается расстояние от объекта на поверхности Земного шара пли Б воздухе до видимых спутников.[1(1]
Точность методов СРНС (спутниковая радионавигационная система) зависит от расстояния между приемником и опорной станцией, от числа спутников на орбите, от расположения спутников, от типа и характеристик приемника и от окружающей местности, а также от времени наб;шдений. СРНС предлагает существенные возможности для сгущения опорных сетей, что представляется более экономичным и быстрым. СРНС работает практически в любых погодных условиях и не требует взаим ОБИ дим ости между точками стояния, что является необход имьгм для наземного съемочного оборудования. Использование СРНС является относительно дешевой технологией и ее использование не требует высококвалифицированных специалистов Б полевых условиях. Основной недостаток применения СРНС заключается в том, что в период их использования на небе должно быть по меньшей мере четыре спутника и наличие помех для эффективного использования СРНС, создаваемых, например, высотными зданиями и залесенностью территории. Как показали исследования, проведенные в ГО. Корее, в которых принимал участие автор, использование GPS для измерения координат опознаков с требуемой точностью (5мм в плане и 10 мм по высоте) показало его эффективность по сравнению с традиционными геодезическими методами. Одна команда GPS, состоящая из 2 человек смогла измерить 33 точки за один день, Время высокоточного определения координат одной точки в любом произвольном месте составляет 20 - 30 минут с помощью одно частотного приемника и 8 - 20 мин. - двухчастотным. Аэрофототопографический метод съемки, как известно является основным методам съемки при создании кадастровых планов и карт, г. к. он наиболее экономичен и эффективен при обеспечении заданной точности. Данный метод съемки позволяет получить в кратчайшие сроки (по сравнению с геодезическими методами) трехмерные цифровые модели местности, рельефа и ортофотокарты. Аэрофототопографический метод съемки состоит из нескольких этапов. Это аэрофотосъемка, планово-высотная привязка аэрофотоснимков, дешифрирование снимков, фототриангуляция, создание кадастровых планов на фотограмметрических системах. Более подробно технология кадастровой съемки аэрофототопографическим методом будет рассмотрена в следующей главе.
Экспериментальные исследования разработанной технологии съемки
Несмотря на несомненные достоинства згой технологии, она может быть использована только в том случае, когда выполнены полевые работы по планово- высотной подготовке аэрофотоснимков,
Внедрение в топографо-геодезилеское производство современных цифровые фотоірамметрических систем позволяет разработать технологи позволяющие выполнить значительный объем камеральных фотограмметрических работ до выполнения работ по планово-высотттой подготовке аэрофотоснимков.
В предлагаемой технологии аэрофототопографической съемки после проведения аэрофотосъемки производится сканирование исходных негативов аэрофотоснимков и ЕГО цифровым изображениям аэрофотоснимков строите А свободная сеть пространственной фототриангуляции на цифровых сієреофотограмметрических системах. Система координат свободной сети и ее масштаб могут быть заданы приближению координатами и высотами двух центров фотографирования аэрофотоснимков сети.
Контроль качества построения сети пространственной фототрнангулятщи можно проводить по величинам остаточных поперечных параллаксов точек, измеренные по стереопарам снимков и величинам расхождений координат и вьтоот точек расположенных в зонах тройного и перекрытия снимков в системе координат свободной модели,
Затем no стереопарам аэрофотоснимков на цифровой стереофотограмметрической системе создаются цифровые модели рельефа (ТДМР) и цифровые векторные модели контуров (ЦММ), Цифровые модели рельефа и контуров создаются Б виде отдельных объектов в пределах стереопар аэрофогоснимков, предусматривая возможность их объединения в один объект. Ос и бое внимание необходимо обратить на векторизацию контурной части создаваемой карты. При. векторизации объектов измерительную марку необходимо обязательно совмещать с поверхностью объекта.
Особенностью предлагаемой технологии является создание проекта планово-высотной подготовки аэрофотоснимков в процессе построения сети пространственной фототриангуляции. При измерениях снимков Б зонах, где необходимо расположить опознаки, выбираются четкие контуры опознающиеся на смежных перекрывающихся снимках и включаются в сеть фототриангуляции. Эти точки сети выбираются таким образом, чтобы была обеспечена возможность определения их геодезических координат при проведении планово-высотной подготовки аэрофотоснимков, Желательно в зонах расположения опознаков выбирать и включать в сеть не одну, а две или три точки, из которых во Бремя полевых работ исполнитель может выбрать в качестве опознака наиболее оптимально расположенную на местности точку.
На стерео фотограмметрической системе создаются и передаются исполнителям в поле фотоабрисы всех, точек сети, выбранных при построении сети фототриангуляции в качестве опорных. При этом каждой такой точке присваивается свой персональный номер.
В предложенной технологии, таким образом, вне зависимости от сроков выполнения полевых работ по планово-высотной подготовке и дешифрированию аэрофотоснимков выполняется основная часть камеральных работ по фотограмметрической обработке аэрофотоснимков.
Посяе выполнения полевых работ по план о во-высотной подготовке аэрофотоснимков и дешифрированию аэрофотоснимков, которое заключается в уточнении результатов камеральною дешифрирования выполненного при создании цифровых векторных моделей контуров в результате стерсофотограмметрической обработки стереопар аэрофотоснимков приступают к затслючителъньтм камеральным работам по созданию карт,
По координатам и высотам опознаков производят внешнее ориентирование и уравнивание построенной сети пространственной фототриангуляции и определение .элементов внешнего ориентирования каждой модели построенной из смежных снимков маршрутов в системе координат свободной сети пространственной фототриапгуляции.
Затем по значениям элементов внешнего ориентирования моделей производится перевычисление координат узлов цифровых моделей рельефа и цифровых векторных моделей контуров в систему координат объекта (государственную систему координат).
Созданные модели объединяются в общую модель рельефа и контуров. По общей цифровой модели рельефа создаются оригинал рельефа местности в виде горизонталей и пикетов, а в случае необходимости цифровые ортофотопланы.
Окончательное создание цифрового оригинала карты может производиться в результате стереофотограмметрической обработки стереопар аэрофотоснимков с использованием результатов полевого дешифрирования аэрофотоснимков или на основе цифрового ортофотоплана с использованием результатов создания ЦММ в системе координат модели сети и полевого дешифрирования аэрофотоснимков,
Применение предложенной технологии аэротопографической съемки позволяет обеспечить равномерную загрузку камеральных и полевых подразделений топографо-геодезических предприятий и opi аишзаидй и исключить их простои при выполнении работ по созданию топографических и кадастровых карт и, таким образом, сократить сроки и стоимость этих работ,
Анализ современных фотограмметрических и полиграфических сканеров
Например, цифровая система "Фотомод" состоит из модулей: [65], [88] -AT - предназначенного для построения сетей маршрутной и блочной фототретангуляции; -DTM - предназначенного для построения цифровых моделей рельефа, в юм числе, в виде горизонталей, и цифрового ортофотоірансформнр ования; -Vector - предназначенного для создания цифровой векторной модели контуров по цифровым ортоф ото снимкам; -StereoDraw - предназначенного для создания цифровой векторной дгодаш контуров по стереопарш снимков. В этой системе после выполнения построения сетей пространственной фототриангулялии с использованием модуля "AT", при выполнении процессов создания цифровых моделей рельефа и контуров в других модулях нет необходимости выполнения процессов внутреннего, взаимного и внешнего ориентирования снимков. Так как они выполняются автоматически по значениям параметров внутреннего ориентирования снимков и значениям элементов внешнего ориентирования снимков, определенным в результате построения сетей пространственной фототриангуляции.
Кроме перечисленных систем, в России используют также цифровые фотограмметрические системы: "Z-Space"5 разработанную в Государственном НИИ авиационных систем, "Апертура" и "Ортофото", разработанные в МИИГАиК, и "SDS"» разработанную в Сибирской государственный геодезической академии.[21]
Выше уже отмечалось, что западные технологии являются дорогостоящими. Российские ЦФС примерно на порядок дешевле, а функциональные возможное во многом не уступают западным ЦФС. Поэтому с моей точки зрения в Ю- Корее следует ориентироваться на применения Российских ЦФС и разработку своих отечественных ЦФС.
При разработке новых и совершенствовании существующих цифровых фотограмметрических систем следует обратить внимание, среди прочего, на разработку быстродействующих, точных и достаточно экономичных устройств ввода-вывода изображений. Эти устройства в конечном итоге определяют геометрические и изобразительные свойства цифровых изображений. Во-вторых, необходимы дополнительные научно-технические разработки, позволяющие ускорить вычислительную часть процесса трансформирования и улучшить качество трансформированного изображения.
В настоящее время стали доступны недорогие сканеры с разрешающей способностью, позволяющей использовать их в различных областях деятельности. Последние нескольких лет в качеств устройств ввода аэрофотоснимков часто применяются нефотограмметрические сканеры. Почто му в данной главе рассматриваются результаты исследований геометрической точности нефотограмметрических (бытовых) сканеров и возможность их применения для кадастровых целей.
В настоящее время существует достаточно много фотограмметрических сканеров. В таблицах 3.3 и ЗА приведены в качестве примера основные характеристики некоторых из них. Как показывают многочисленные исследования [11, 12, 62, 63s 69, 70 и дрг] и практический опыт применения, эти сканеры отвечают всем требованиям, сформулированным выше, и обладают высокой точностью и стабильностью всех характеристик во времени.
Однако они имеют один существенный недостаток - их высокая стоимость, что сдерживает их широкое внедрение на производстве. В Ю. Корее имеется ряд небольших организаций занимающихся вопросами цифровой фотограмметрической обработкой снимков, которые не могут позволить себе приобрести профессиональный фотограмметрический сканер. Поэтому в последнее время многие организации используют для этих целей бытовые сканеры, которые по некоторым параметрам приближаются к фотограмметрическим сканерам (например, геометрическое и фотометрическое разрешение) и являются доступными по цене. Однако, эти сканеры изначально не предназначены для метрических целей.. Поэтому каждый конкретный сканер должен быть исследован на предмет возможности его применения для этих целей, Рассмотрим основные параметры полиграфических сканеров и соответствие их для сканирования аэроснимков. В нынешнее время большинство бытовых сканеров имеет устройство для сканирования на просвет,
Зарубежные аэрофотоснимки имеют формат 23 х 23 см3 а российские - 18 х 1$ см. Специальные сканеры имеют размер ноля сканировании 25 х 25 см, на которых можно сканировать как зарубежные, так и российские аэроснимки. Бытовые сканеры шіаншетното типа обладают нолем сканирования размером А4 (210 мм х 297 мм) и A3 (297 мм х 420мм). Очевидно, что сканеры формата A3 имеют достаточное поле сканирования для обоих типов аэроснимков. Сканеры формата А4 имеют поле сканирования достаточное для сканирования аэроснимков только формата 18 х 18 см. Такой размер А4 позволяет отсканировать 70% аэрофотографии формата 23 х 23 см, В работе Аг Ворон [63] показано, что для стереоскопической обработки пары снимков с 60% перекрытием можно отсканировать только зону перекрытия. Однако, в этом случае уменынается надежность выполнения внутреннею ориентирования снимков. Поэтому для создания кадастровых карт с высокими требованиями по точности не рекомендуется использовать подобные сканеры. В 10 Корее, для кадастровых лелей сейчас рекомендуют размер аэрофотоснимка 18 х 18 см, поэтому сканер с форматом А4 вполне подходит.
Похожие диссертации на Исследование цифровых фотограмметрических систем и технологий для топографогеодезического обеспечения кадастра
