Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние методов фотограмметрической обработки снимков 11
1.1 Технологии создания карт, основанные на аналоговых и аналитических методах фотограмметрии 11
1.2 Цифровые фотограмметрические технологии создания цифровых карт и ортофотопланов 17
1.3 Космические снимки высокого и среднего разрешения 27
1.4 ГИС и мониторинг поверхности по материалам аэрокосмических съемок 33
2 Исследование влияния ошибок снимков на точность получения результата на различных этапах фотограмметрической обработки 39
2.1 Измерение координат точек по цифровым снимкам 39
2.2 Анализ ошибок цифровых снимков 44
2.3 Структурная модель изменения точности в процессе фотограмметрической обработки измерений 51
3 Разработка технологии создания цифровых карт по аэрокосмическим снимкам на основе метода свободно ориентированных моделей 64
3.1 Сущность метода свободно ориентированных моделей 64
3.2 Технология создания карт различного масштаба по снимкам одного масштаба на основе метода свободно ориентированных моделей 73
3.3 Мониторинг поверхности и карты переменного масштаба 75
3.4 Фотограмметрическая обработка космических снимков среднего и высокого разрешения с использованием свободно ориентированных моделей, построенных по аэрофотоснимкам 79
4 Экспериментальные работы по исследованию предложенных технологий 89
4.1 Анализ объектного состава крупномасштабных карт 89
4.2 Исследования точности метода свободно ориентированных моделей, построенных по аэрофотоснимкам 102
4.3 Исследования точности визирования на точки цифровых снимков 107
4.4 Проверка работоспособности методики привязки космических снимков по аэрофотоснимкам на основе метода свободно ориентированных моделей 1 Ю
Заключение 115
Список используемых источников 117
Приложения 130
- Цифровые фотограмметрические технологии создания цифровых карт и ортофотопланов
- Анализ ошибок цифровых снимков
- Технология создания карт различного масштаба по снимкам одного масштаба на основе метода свободно ориентированных моделей
- Исследования точности метода свободно ориентированных моделей, построенных по аэрофотоснимкам
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие цифровых методов фотограмметрической обработки снимков обеспечивает создание принципиально новых эффективных технологий, позволяющих получать как стандартные виды продукции -цифровые карты, планы различного назначения, ЦМР, цифровые фотопланы и ортофотопланы и т.п., так и принципиально новые виды продукции, например, ЗЭ-реалистичные модели, информацию для оперативного и планового мониторинга и т.д.
Появление цифровой фотограмметрии связывают с 1988 годом, когда Helava представил первый цифровой стереопл оттер. Однако, разработка цифровых методов началась гораздо раньше - в 80-х годах XX века.
Цифровая фотограмметрия основана на объединении двух научных направлений — аналитической фотограмметрии и методов цифровой обработки изображений. Достаточно долгое время эти направления развивались независимо и решали различные задачи. Развитие вычислительной техники позволило объединить эти методы обработки снимков, и в результате появилось новое, быстро развивающееся направление - цифровая фотограмметрия [1, 2, 3, 4, 5 и др.].
Разработка методов аналитической фотограмметрии началась в середине 50-х годов XX века с появлением электронных вычислительных машин, хотя теоретические основы аналитической фотограмметрии были разработаны профессором Урмаевым Н.А. еще в 40-х годах [6].
Основной вклад в развитие аналитической фотограмметрии внесли советские ученые: Лобанов Н.А., Антипов И.Т., Журкин И.Г., Добрынин Н.Ф., Погорелов В.В., Трунин А.П., Тюфлин Ю.С. и другие, а также зарубежные ученые:Вго\уп D.S., Hallert В., Schmid Н., Ackerman F., Schut G.H. Значительный вклад в развитие цифровой обработки изображений, ориентированной на решение фотограмметрических задач, внесли российские ученые: Журкин И.Г., Гук А.П., Чибуничев А.Г., Пяткин В.П., Книжников Ю.Ф., Нехин С.С., Зотов Г.А. и другие, а также зарубежные ученые: Helava, Hobronght C.L., Konecny G.
В настоящее время в методах цифровой фотограмметрии реализованы основные идеи и технологии аналитической фотограмметрии. Главное направление дальнейшего развития - автоматизация фотограмметрических измерений и разработка новых технологий.
"Абсолютная" гибкость цифровых методов обработки открывает неограниченные возможности в создании новых методик и технологий, рассчитанных на решение конкретных задач и получение новых видов продукции. При этом "специализированные" методы позволяют решить конкретную задачу с меньшими затратами, получить результат быстрее и с более высокой точностью, чем при использовании стандартных технологий.
В настоящей работе рассмотрены различные варианты выполнения фотограмметрической обработки снимков, основанные на методе свободно ориентированных моделей, что позволяет существенно изменить технологию и получать новые виды фотограмметрической продукции. Работы в этом направлении были начаты в 2000 году и, несмотря на то что одновременно метод разрабатывался и другими авторами (Чибуничев А.Г., Ли Чжун Хва, Козориз М. Д. и др.), в данной работе методика обработки существенно отличается от предложенной другими авторами, о чем подробнее будет сказано далее.
Расширение сферы использования методов фотограмметрии, повышение экономической эффективности выполнения работ, сокращение производственого цикла, создание новых видов продукции являются первостепенными задачами развития отрасли.
Цель и задачи исследования. Цель диссертации состоит в разработке технологий создания карт фотограмметрическим методом, сокращающих цикл выполнения работ и обеспечивающих создание новых видов фотограмметрической продукции, более полно удовлетворяющей интересам заказчика.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
выполнить анализ современных технологий создания карт и выявить "узкие" места технологии, изменив которые можно повысить эффективность технологии;
определить новые требования, предъявляемые заказчиками к картам и пространственной информации в связи с появлением ГИС и развитием новых информационных технологий;
исследовать метрические свойства цифрового изображения и разработать структурную модель влияния ошибок на точность фотограмметрических построений;
разработать технологию создания карт различного масштаба по снимкам одного залета и технологию создания карт с переменной точностью;
разработать методику привязки космических снимков высокого и среднего разрешения для оперативного обновления информации в ГИС.
Объект и предмет исследования. Объект исследования — методы цифровой фотограмметрической обработки аэрокосмических снимков. Предмет исследования - технология создания цифровых карт по аэрокосмическим снимкам.
Теоретическая и методологическая база исследования. В работе использованы методы цифровой обработки изображений, аналитической и цифровой фотограмметрии. Уравнивание выполнялось по методу наименьших квадратов; оценка измерительных свойств системы осуществлена с использованием частотного подхода анализа изображений, а оценка точности измерений выполнялась в соответствии с положениями теории вероятности.
Информационная база исследования. Исходным материалом для разработки технологии являются космические снимки высокого и среднего разрешения, цифровые аэрофотоснимки и цифровые карты, опорные геодезические данные. Также базой для выполнения работ являются выполненные ранее исследования в области аналитической и цифровой фотограмметрии.
Научная новизна. Научная новизна диссертации заключается в том, что обоснованы основные понятия метрической точности цифровых снимков и предложены технологии создания цифровых карт, позволяющие полностью реализовать метрические возможности цифровых снимков, создавать карты различных масштабов по снимкам единого залета и получать, кроме стандартных, новый вид продукции (карты переменного масштаба), оперативно обновлять информацию в ГИС по космическим снимкам высокого и среднего разрешения.
На защиту выносятся:
структурная модель влияния ошибок на точность получения результатов на каждом этапе фотограмметрической обработки измерений;
технология создания цифровых карт разных масштабов по снимкам одного залета на основе метода свободно ориентированных моделей и технология создания разномасштабных карт;
-методика привязки космических снимков высокого и среднего
разрешения по аэрофотоснимкам на основе метода свободно
ориентированных моделей.
Теоретическая значимость. Выполненные в диссертационной работе теоретические исследования позволили обосновать необходимость хранения фотограмметрических данных, полученных на определенных этапах обработки, что дает возможность регулировать точность результатов фотограмметрической обработки. Доказана эффективность применения метода свободно ориентированных моделей при решении определенного круга фотограмметрических задач.
Практическая значимость. Практическая ценность работы заключается в том, что предложенные методика и технологии доведены до практического использования и применяются при создании карт нефтегазовых месторождений. Разработанные технологии показали более высокую эффективность, чем стандартные, при создания карт разных масштабов.
Основные результаты исследования:
разработана структурная модель изменения точности на каждом этапе фотограмметрической обработки снимков;
разработана технология создания карт различных масштабов по снимкам единого залета и технология создания карт переменного масштаба;
предложена методика привязки космических снимков высокого и среднего разрешения для оперативного обновления информации в ГИС.
Степень разработанности проблемы. Предложенный автором метод свободно ориентированных моделей доведен до практической реализации. Технология, основанная на этом методе, используется при выполнении производственных работ. Теоретические выводы, полученные в результате исследования изменения точности фотограмметрических данных, позволяют по-новому организовать хранение данных в ГИС.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение: на научно-технической конференции, посвященной 60-летию кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, СГГА, 9-11 декабря 2003 г.; на региональной научно-практической конференции с международным участием, посвященной 85-летию Роскартографии и 30-летию кафедры инженерной геодезии и картографии ИрГТУ, 12-13 марта 2004г., г. Иркутск; на LIV научно-технической конференции, посвященной 225-летию геодезического образования в России, 19-23 апреля 2004г., г. Новосибирск; на научно-практической конференции "Дальнейшее совершенствование природной, техногенной и пожарной безопасности населения и территорий — устойчивое развитие Сибирского региона", г. Новосибирск, 15 сентября 2004 г.; на научно-технической конференции "Геоинформационные технологии для решения задач управления рисками и кризисными ситуациями", г. Екатеринбург, Уралгеоинформ, 29-30 июня 2004 г.; на международной научно-технической конференции, посвященной 225-летию МИИГАиКа, Москва, 2004 г.; на
международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2005», 25-29 апреля 2005 г., г. Новосибирск.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка использованных источников, содержащего 132 наименования, приложений 5. Общий объем составляет 171 страницу печатного текста, 17 рисунков, 7 таблиц.
Основные положения диссертации опубликованы в семи научно-технических работах.
Евстратова, Л.Г. Технология создания цифровых карт по материалам аэрофотосъёмки [Текст] / Л.Г. Евстратова // Материалы научно-тех. конф., посвященной 60-летию кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования 9-11 декабря 2003 г. - Новосибирск: СГГА, 2003. - С.40-41.
Евстратова, Л.Г. Исследование объектного состава цифровых карт крупных масштабов [Текст] / Л.Г. Евстратова // Материалы региональной научно-тех. конф. с международным участием, посвященной 85-летию Роскартографии и 30-летию кафедры инженерной геодезии и картографии ИрГТУ. - Иркутск: ИрГТУ, 2004. -С. 83-85.
Евстратова, Л.Г. Разработка технологии создания цифровых карт различных масштабов по свободно ориентированной маршрутной сети [Текст] / Л.Г. Евстратова // Геодезия и картография. - 2004. - № 9. — С. 42-44.
Евстратова, Л.Г. Технология наполнения базы данных ГИС для решения оперативных задач по аэрофотоснимкам единого залета [Текст] / Л.Г. Евстратова // Материалы научно-прак. конф. «Дальнейшее совершенствование природной, техногенной и пожарной безопасности населения и территорий — устойчивое развитие Сибирского региона». - Новосибирск, 2004. - С. 119.
Евстратова, Л.Г. Создание банка свободно ориентированных геоданных, полученных по аэрокосмическим снимкам [Текст] / А.П. Гук, Л.Г. Евстратова // Тезисы докладов научно-техн. конф. «Геоинформационные технологии для решения задач управления рисками и кризисными ситуациями», Екатеринбург: Уралгеоинформ, 29-30 июня 2004. - С. 54-55.
Евстратова, Л.Г. Исследование технологии построения цифровой фотограмметрической модели с переменной точностью [Текст] / Л.Г. Евстратова // Материалы LIII международной научно-техн. конф. часть II, посвященной 70-летию СГГА - Новосибирск: СГГА, март 2003. - С.65.
Евстратова, Л.Г. Технология обработки космических снимков с использованием свободно ориентированной пространственной модели, построенной по аэрофотоснимкам [Текст] У Л.Г. Евстратова // Материалы международного научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2005», Т. 5. Мониторинг окружающей среды, геоэкология, дистанционные методы зондирования земли. -Новосибирск: СГГА, 25-29 апреля 2005. -С. 59-61.
Цифровые фотограмметрические технологии создания цифровых карт и ортофотопланов
В 1988 году фотограмметристом Helava был создан первый цифровой стереоплоттер. С этого времени цифровая фотограмметрия стала очень быстро развиваться, а в 1993 году уже появились производственные варианты стереоплоттеров. Однако первые фотограмметрические комплексы имели слишком высокую стоимость, чтобы получить широкое применение на производстве. В 1995 — 1996 годах были созданы цифровые стереоплоттеры, основанные на использовании сравнительно недорогих персональных компьютеров (PC), и с этого времени цифровая фотограмметрия постепенно стала вытеснять все другие методы фотограмметрической обработки снимков [24].
Особенно быстро цифровые стереоплоттеры на PC компьютерах стали внедряться в России. Это объясняется тем, что к концу 90-х годов в России производственный парк фотограмметрических приборов безнадежно устарел и состоял из механических УП - СПР или СЦ. Причем, только часть этих приборов была оснащена датчиками (ДЛП), позволяющими использовать эти приборы для создания цифровых карт. Отечественные аналитические универсальные приборы были уже разработаны, однако их массовое производство так и не было налажено. Аэрогеодезическое производство имело в лучшем случае 1-2 аналитических прибора на крупных АГП. Таким образом, российское аэрогеодезическое производство практически миновало этап применения аналитических УП и сразу же (после определенного перерыва) перешло к использованию цифровых фотограмметрических станций.
В развитых зарубежных странах дело обстояло иначе, так как большинство организаций, занимавшихся производством аэрогеодезической продукции, имели высокоточные высококачественные дорогостоящие аналитические УП, которые целесообразно использовать по крайней мере еще 10 - 15 лет. Тем не менее, цифровые стереоплоттеры очень широко используются за рубежом и также "вытесняют" другие фотограмметрические приборы для создания карт. Это объясняется основным преимуществом цифровых стереоплоттеров - высокой степенью автоматизации большинства процессов фотограмметрической обработки снимков, гибкостью цифровых методов обработки и возможностью получения принципиально новых видов продукции.
В настоящее время существует более двух десятков фирм, выпускающих цифровые стереоплоттеры. В таблице 1 приведены основные характеристики цифровых стереоплоттеров, выпускаемых ведущими фотограмметрическими фирмами. В приложении А приведены детальные характеристики этих приборов.
В России также разработан ряд цифровых стереоплоттеров. Так, в СГГА в 1995 году на кафедре фотограмметрии и дистанционного зондирования был разработан цифровой стереоплоттер SDS, основанный на только появившейся в то время операционной системе Windows 95, который успешно был продемонстрирован на XIX международном фотограмметрическом конгрессе в Вене [25, 26]. Также в России широко используются такие цифровые фотограмметрические системы, как ЦФС (ЦНИИГАиК), Талка, Фотомод. Практически в России фотограмметрическое производство работает на отечественных цифровых стереоплоттерах. В таблице 2 и приложении А приведены основные характеристики отечественных цифровых стереоплоттеров.
К основным качественным характеристикам цифровых стереоплоттеров можно отнести следующие: - стоимость - производительность; - функциональные возможности программного обеспечения; - качество стереоэффекта и соответственно степень отрицательного влияния на оператора; - степень автоматизации основных процессов; - удобство работы пользователя; - система контроля за качеством обработки снимков на каждом из процессов обработки. Для практической работы цифровые рабочие станции выбираются на основе этих характеристик. Анализ таблиц показывает, что уже сейчас современные цифровые фотограмметрические станции обладают широкими функциональными возможностями и соответственно позволяют существенно улучшить технологии обработки снимков. Технология создания цифровых карт на цифровых стереоплоттерах отличается от традиционной фотограмметрической обработки фактически только одним этапом. Это — преобразование исходного аналогового изображения в цифровую форму, то есть сканирование снимков. На рисунке 1 показана технологическая схема создания цифровых карт на цифровых стереоплоттерах. Следует заметить, что наиболее существенно от традиционных отличается технология трансформирования и ортотрансформирования снимков. Действительно, если в традиционной технологии используются фототрансформаторы и ортофототрансформаторы, то для цифрового трансформирования требуется лишь компьютер. Время, вопрос создания твердой копии результатов трансформирования отходит на второй план (возможно, что твердая копия вообще не нужна заказчику).
Анализ ошибок цифровых снимков
Цель настоящего раздела состоит в том, чтобы показать, как влияют ошибки на метрическую точность цифрового изображения и точность измерений по цифровым снимкам, как они учитываются и как будут влиять на точность фотограмметрической обработки снимков на каждом из этапов. Ошибки цифрового снимка — это ошибки исходного снимка, ошибки, возникающие в процессе получения цифрового изображения (сканирования исходных снимков) и ошибки измерения координат точек цифровых снимков. Ошибки аэрофотоснимков детально изучены. Исследованию ошибок снимков посвящено большое количество работ [50 - 52]. Цифровые снимки по сравнению с аэрофотоснимками дополнительно содержат лишь ошибки сканирования. Однако следует учитывать, что точность визирования на точки цифровых снимков будет отличаться от точности визирования на точки фотографического снимка. Характеризуем кратко каждый вид ошибок. В первую очередь следует отметить, что все ошибки делятся на систематические и случайные [50]. Систематические ошибки могут быть полностью исключены или в крайнем случае уменьшены при калибровке снимков и последующей фотограмметрической обработке. Влияние случайных ошибок может быть уменьшено за счет уравнивания измерений. Обычно уравнивание выполняется на основе способа наименьших квадратов под условием [53, 54]: где и- невязки в уравнениях; р- вес соответствующих измерений; N - количество измерений. Перейдем к рассмотрению основных систематических ошибок аэрофотоснимков. Дисторсия — искажения, вносимые объективом АФА за счет неравномерности увеличения по полю зрения объектива. Дисторсия бывает радиальная и тангенциальная: радиальная дисторсия действует вдоль радиуса вектора, соединяющего главную точку и точку на снимке, тангенциальная — перпендикулярна соответствующему радиусу вектору. Величина дисторсии увеличивается от центра к краям изображения. Радиальная дисторсия описывается выражением [15]: где г І — радиус-вектор, определяющий положение /-ОИ точки относительно главной точки снимка О; Ах І ,Ауі - ошибки точек, вызванные влиянием радиальной дисторсии; kj — коэффициенты. Тангенциальная дисторсия соответственно определяется выражением [15]: Систематическая дисторсия составляет: - для отечественных АФА — 8 - 10 мкм в центральной зоне снимка, 20 — 35 мкм на краях снимка; - для лучших зарубежных АФА в центральной зоне снимка 2 — 3 мкм, на краях снимка 8 - 10 мкм [15]. Систематическая часть дисторсии может быть исключена в процессе калибровок АФА или при фотограмметрической обработке по методу самокалибровки [9, 11]. Остаточная дисторсия будет не выше 2 - Змкм. Влияние дисторсии описывается в соответствии с соотношением (Brown) [55]: Смаз изображения в процессе съемки за счет движения носителя в процессе экспозиции фотоматериала является одним из наиболее существенных факторов, вносящим ошибки в аэрофотоснимки, особенно при крупномасштабной съемке. Однако с появлением систем компенсации сдвига изображения, которыми оснащены современные АФА, эти ошибки были сведены к минимуму и соизмеримы с ошибками оптического изображения, полученного объективом АФА. Деформация фотоматериала вносила существенные ошибки (до 40 — 50 мкм), пока не появились пленки на лавсановой основе (80-е года XX века), которые после фотохимический обработки практически не деформируются. Рефракция атмосферы. Ошибки, связанные с искривлением световых лучей за счет влияния атмосферы, весьма сложно исключить, так как они зависят не от АФА, а от состояния атмосферы и изменяются для каждой аэрофотосъемки и для каждого снимка. Вопрос влияния на аэрофотоснимки атмосферы тщательно изучался, создавались различные математические модели описания атмосферы и модели учета рефракции. Однако полностью учесть ошибки влияния атмосферы с помощью математических моделей, описывающих состояние атмосферы, нельзя [53]. Наилучший метод, позволяющий уменьшить ошибки за счет рефракции, - метод самокалибровки, то есть уравнивание сети фототриангуляции с дополнительными неизвестными [9]. При сканировании снимков возникают ошибки, являющиеся следствием ошибок сканера. К ошибкам сканера относятся [2]: - неперпендикулярность направляющих, по которым перемещаются каретки, несущие чувствительный элемент, воспринимающий изображение — матрицу или линейку ПЗС; - нестабильность размеров апертуры приемника — чувствительного элемента линейки или матрицы ПЗС; - невыравнивание фотоматериала в плоскость.
Технология создания карт различного масштаба по снимкам одного масштаба на основе метода свободно ориентированных моделей
В данном разделе рассмотрим технологию создания карт различного масштаба по снимкам одного залета и технологию создания разномасштабных карт.
Разномасштабной картой или картой переменного масштаба будем называть карту, имеющую различную точность и детальность в различных частях одного или нескольких местах карты.
Задача создания карт различных масштабов по снимкам единого залета встречается, когда последовательно создаются карты от мелкого масштаба к более крупному масштабу.
Эта задача возникает при последовательном картографировании объектов, когда сначала создаются обзорные карты, затем более детальные и точные. Это характерно для нефтегазовой промышленности, где требуется создание карт масштаба 1:10 000, 1:5 000, 1:2 000 и 1:500. Конечно, можно создавать карты, выполняя аэрофотосъемку соответствующего масштаба, обеспечивающую точность только заданного масштаба. Но эту аэрофотосъемку нельзя будет использовать для создания карт более крупного масштаба, хотя для данного масштаба она будет наиболее экономичной. С другой стороны, если в дальнейшем предстоит создавать карты более крупного масштаба, то лучше выполнить аэрофотосъемку в масштабе, обеспечивающем весь планируемый масштабный ряд. Так, съемка в масштабе 1:10 000 позволит обеспечить по точности карты вплоть до масштаба 1:1 000. Кроме того, применяя метод свободно ориентированных моделей, можно сократить объем камеральных работ, так как контуры и рельеф, которые были получены для карт более мелкого масштаба, можно использовать при создании карт более крупного масштаба. Технологическая схема создания карт различных масштабов по материалам аэрофотосъемки одного масштаба представлена на рисунке 8.
Картой переменного масштаба, или моделью местности переменного масштаба будем называть карту, имеющую различный масштаб, точность и детальность в различных участках местности или объекта.
Такие карты издавались картографическим производством. Так, в туристических проспектах и буклетах включались «врезки» в виде карт более крупных масштабов.
Особенность предлагаемой методики создания карт переменного масштаба заключается в технологии получения карт. Карты переменного масштаба создаются по снимкам одного масштаба. И, в зависимости от задач, точность и детальность создаваемой карты изменяется на отдельных участках. Создание цифровых карт переменного масштаба стало возможным и необходимым в связи с развитием методов цифровой фотограмметрической обработки снимков, а также ГИС систем.
Возможны по крайне мере две ситуации, в которых целесообразно создавать модели или карты переменного масштаба [73, 75].
Первый случай - требуется создать детальную карту в крупном масштабе лишь на отдельные объекты, а об остальной территории достаточно иметь лишь общее представление, то есть требуются карты более мелкого масштаба. Например, при создании карт кадастра нефтеразработок нужно создавать карты нескольких уровней: детального (1:500) на кусты скважин; средней детальности на коридоры нефтепроводов (масштаб 1:1 000 - 1:5 000) и, наконец, обзорной карты на всю территорию нефтеразработок (масштаба 1:10 000).
Второй случай - при организации мониторинга различного вида (постоянный, оперативный) и различного назначения (региональный, локальный, объектный) также требуется создавать модели и карты переменной точности.
Пусть выполняется постоянный мониторинг за состоянием некоторой территории или объекта. Для осуществления мониторинга производятся периодические съемки объекта и составляются карты с заданной точностью и детальностью или формируются соответствующие модели объектов или территорий. Технологию создания карт и моделей переменного масштаба целесообразно применять:- когда отдельные детали или участки объекта должны быть исследованы более детально;- при чрезвычайных ситуациях, если требуется более пристальное внимание именно к отдельному участку объекта и соответственно необходимо создать более детальную и точную модель этого участка.
При создании карт переменной точности целесообразно использовать метод свободно ориентированных моделей. Сначала на весь объект создается картографическая основа наиболее мелкого масштаба в свободной системе координат. Затем последовательно выполняются рисовка контуров и рельефа на те участки объекта, которые требуется отобразить более детально и в более крупном масштабе. Внешнее ориентирование полученных данных, то есть перевычисление в геодезическую систему координат, осуществляется по опорным точкам, точность, количество и расположение которых выбирается в соответствии с заданной точностью отображения каждого участка. На рисунке 9 показана схема расположения опорных точек для создания карт переменной точности.
Заметим, что собранные контуры, имеющие, например, точность уровня I, могут быть легко переведены на любой другой уровень точности путем выбора соответствующих опорных точек и выполнения геодезического ориентирования данных, собранных в свободной системе координат.Технологическая схема создания разномасштабных карт приведена на рисунке 10.
Некоторые сложности создания карт переменного масштаба возникают при редактировании; это проявляется, когда требуется соединить линии и контуры, по-разному отображающиеся на картах различных масштабов. При использовании космических снимков возникают задачи привязки и трансформирования космических снимков в заданную проекцию.
Привязка космических снимков традиционно осуществляется по картам более крупного, чем космические снимки, масштаба.
Для привязки космических снимков по карте выполняют идентификацию точек карты и космических снимков.Связь между координатами точек на космическом снимке (хю ук) и геодезическими координатами точек (Xr,Yr) обычно устанавливают с помощью полиномов вида:
Исследования точности метода свободно ориентированных моделей, построенных по аэрофотоснимкам
Цель исследований заключалась в оценке работоспособности метода свободно ориентированных моделей. Несмотря на очевидность выполняемых преобразований координат (из фотограмметрической системы координат в геодезическую) необходимо оценить, как поведут себя контуры и линии при таких преобразованиях, особенно для случая ориентирования данных, полученных по маршруту снимков. Известно, что при построении маршрута накапливаются систематические ошибки, что приводит к нелинейному искажению маршрутной модели.
Поэтому вопрос преобразования контурных данных, собранных по свободно ориентированной маршрутной сети, в геодезическую систему координат с исключением систематических ошибок, не является тривиальным. Необходимо оценить геометрические искажения, изменения формы линии и контуров, оценить возможность появления разрывов, нарушения примыканий и т.д.
Для оценки всех вышеуказанных факторов были выполнены экспериментальные работы.Цифровая карта на выбранный участок создавалась по двум технологиям: стандартной и технологии, основанной на методе свободно ориентированных моделей.
Для реализации технологии, основанной на методе свободно ориентированных моделей, была разработана программа Bindlmage, позволяющая выполнить внешнее ориентирование модели, исключение деформации и пересчет координат всех точек, точек контуров и линий из свободной системы координат в геодезическую.
Экспериментальные работы были выполнены по маршруту аэрофотоснимков масштаба 1:10 000. Была построена свободная сеть фототриангуляции состоящая из 17 стереопар, количество опорных точек 16.
Фотограмметрическая обработка снимков осуществлялась по двум технологиям: стандартной технологии и технологии, основанной на методе свободно ориентированных моделей. В предлагаемой технологии контуры и отдельные точки были измерены в свободной фотофамметрической системе координат.
Построение моделей, рисовка контуров и измерение координат точек модели выполнялись на цифровом стереоплоттере SDS. Для «внешнего ориентирования» сети в методе свободно ориентированных моделей использовались пространственные координаты точек в свободной фотофамметрической системе координат.
Затем координаты точек, контуров, линий и отдельных объектов были перевычислены в геодезическую систему координат с использованием профаммного модуля Bindlmage.Для исключения деформации использовались полиномы второй степени вида:
Цель экспериментальных работ состояла в исследовании возможности достоверной передачи графической информации при нелинейных преобразованиях и оценки точности метода. В соответствии с этим на выбранный объект не составлялась полная карта, а были выбраны протяженные контура и линии, которые пересекали несколько снимков маршрута. Кроме того на каждой из стереопар №1, №5, №17 было выбрано около 50-ти контурных точек, координаты которых были определены по Iой и IIой технологии.
Визуальный контроль контуров, полученных по предлагаемой технологии, показал отсутствие разрывов и существенных остаточных искажений.Средние квадратические ошибки, вычисленные по расхождениям координат точек, полученных по исследуемым технологиям, составляют: тх =0,25 м, ту =0,32 м, т% =0,22 м.
Это подтверждает работоспособность метода свободно ориентированных моделей.Расхождения координат точек, полученных по двум технологиям для стереопар №1, №5, №17, приведены в приложении Б.
Также была выполнена визуальная оценка контуров, полученных в результате использования технологии, основанной на использовании метода свободно ориентированной модели.
Для этого контурная часть карты выводилась на экран дисплея с увеличением 15х и визуально проверялись контуры с целью выявления разрывов, правильности замыканий и примыканий. Визуальный анализ показал, что контуры, полученные предлагаемым методом, ведут себя аналогично контурам, полученным по стандартной технологии.
Предложенная технология была использована для создания карт масштабов 1:10 000, 1:2000 и 1:1000 по аэрофотоснимкам масштаба 1:10 000. Объект съемки - нефтегазодобывающий комплекс. Съемка выполнялась для топографо-геодезического обеспечения мест нефтеразработок, требующего создания карты различной точности и детальности.
