Содержание к диссертации
Введение
1. Современные средства, методы и технологии обновления топографических карт (обзор литературы) 9
1.1 Сущность обновления карт, современные материалы дистанционного зондирования и их геометрические преобразования 9
1.2. Получение метрической и семантической информации по данным дистанционного зондирования 19
1.3. Аппаратно - программное обеспечение, используемое при создании и обновлении карт 27
2. Концептуальная схема общей цифровой технологии обновления топографических карт по материалам космической съемки (схема и пояснительный текст) 31
3. Обработка растровых изображений при обновлении топографичес-ких карт 55
3.1 Исходные материалы, сканирование изображений и преобразование карт55
3.2 Трансформирование снимков 64
4. Дешифрирование космических снимков при обновлении топографических карт - традиционная и цифровая технологии 79
4.1. Особенности топографического дешифрирования в цифровых технологиях обновления (создания) карт 79
4.2. Камеральное дешифрирование при обновлении карт 83
4.3. Полевое дешифрирование, варианты сочетания полевого и камераль-ного дешифрирования, критерии выбора 97
5. Особенности и методика редакционных работ при обновлении топографических карт 106
5.1 Основные виды работ и редакционные документы на этапах подготовительных работ, камерального дешифрирования и исправления рельефа 106
5.2 Полевые редакционные работы и завершающее редактирование 119
6. Применение приемников спутникового позиционирования при создании и обновлении топографических карт 126
6.1 Назначение, виды приемников и режимы измерений 126
6.2 Рекомендации по применению режимов и методов GPS-измерений на различных этапах обновления карт 133
Заключение 144
- Получение метрической и семантической информации по данным дистанционного зондирования
- Камеральное дешифрирование при обновлении карт
- Полевые редакционные работы и завершающее редактирование
- Рекомендации по применению режимов и методов GPS-измерений на различных этапах обновления карт
Введение к работе
В 1988 г. завершено создание государственной топографической карты масштаба 1:25 000 на всю территорию бывшего СССР. 300 тыс. листов карты несут уникальную информацию, имеют большое социально-экономическое, научно-техническое и культурно-историческое значение. Кроме того, вся территория России обеспечена топографическими картами более мелких масштабов (1:50 000 - 1:1000 000). Создание и обновление топографических карт - обязательная предпосылка развития производительных сил страны, укрепление ее обороноспособности. Несмотря на обеспеченность всей страны картой 1:25 000 масштаба, сохраняют свое значение карта масштаба 1:100 000, особенно для подготовки новых изданий обзорно-топографических карт. Известно, что топографические карты всего масштабного ряда обеспечивают общегеографическое, тематическое и комплексное картографирование. Спрос на карты постоянно растет. Возникает необходимость в оперативной информации, обеспечивающей решение проблем управления территорией, проведения земельной реформы, проблем экологической безопасности и многих других. В тоже время начало съемок и составления карт положено очень давно. Поэтому актуальная и емкая проблема сегодняшнего дня - обновление созданного фонда топографических карт. Удовлетворение потребностей в современной топографической карте решается в условиях современной компьютеризации картографии созданием цифровых и электронных карт, федеральных и региональных банков картографических данных. Приобретает первостепенное значение проблема оперативного обновления топографических карт на базе современной техники и космических съемок.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является научный анализ, обобщение и совершенствование цифровой технологии и практических методов обновления топографических карт масштабов 1:25 000, 1:100 000, 1:200 000 по материалам космической съемки. Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач:
- изучить современные средства, методы и технологии обновления топографических карт с обзором литературы;
- разработать концепцию общей (целостной) цифровой технологии обновления топографических карт по космическим снимкам на основе обобщения современного опыта и научных достижений;
- выделить в общей технологической схеме основные этапы цикла обновления карт и разработать рекомендации по цифровой технологии и методам их выполнения, или по совершенствованию технологий (методов);
- исследовать значение редакционных работ в цифровых технологиях обновления карт и разработать методику их редактирования;
- рассмотреть возможности применения приемников спутникового позиционирования на разных этапах обновления карт.
Объект исследования - топографическая поверхность Земли и происходящие на ней процессы. Предмет исследования - методика и технология картографирования или актуализации имеющихся карт топографической поверхности.
Методы исследований, примененные в диссертационной работе, опираются на теоретические и методологические основы топографического картографирования, фотограмметрии, дистанционного зондирования, отраженные в трудах ученых и топографических картах, методы математической картографии, а также на достижения в области цифровых компьютерных технологий.
На защиту выносятся 1. Концептуальная схема общей цифровой технологии обновления топографических карт масштабов 1:25 000, 1:100 000, 1:200 000 по материалам космической съемки (с учетом научных достижений и реальных возможностей производства сегодняшнего дня). 2. Рекомендации по методике обработки растровых изображений при обновлении карт.
3. Разработки по цифровой технологии полевого и камерального дешифрирования космических снимков.
4. Методика редактирования цифровых топографических карт при их обновлении.
5. Рекомендации по применению и методике GPS-измерений при обновлении карт рассматриваемых масштабов.
Научная новизна. Предлагаемая диссертация является первой работой, обобщающей в целом технологию обновления топографических карт масштабов 1:25 000, 1:100 000, 1:200 000 по космическим снимкам с применением компьютерных технологий. К оригинальным результатам исследований, по мнению автора, можно отнести:
- обзор литературы и обобщение отечественного и зарубежного опыта компьютерных технологий обновления топографических карт по космическим снимкам;
- рекомендации по методике перевода информации в цифровой вид и использованию в качестве исходного материала вместо диапозитивов постоянного хранения тиражных оттисков обновляемых карт;
- опытно-производственные исследования по подготовке растровых изображений снимков к трансформированию и их преобразованию;
- предложения по использованию «идеальных стереопар» космических снимков (КФА-1000) для анализа изменений в рельефе и оптимизации процесса дешифрирования в целом;
- выявление (определение) особенностей и преимуществ цифровой технологии дешифрирования космических снимков;
- разработки по методике и вариантам сочетания полевого и камерального дешифрирования, критериям выбора оптимальных вариантов;
- методику редактирования цифровых топографических карт; - рекомендации по использованию GPS-приемников на разных этапах обновления карт. Руководство по подготовке планово-высотного обоснования аэрокосмических снимков с использованием двухчастотных фазовых приемников фирмы Ashtech марки Z-FX.
Практическая значимость. Рекомендации по технологии обновления топографических карт масштабов 1:25 000, 1:100 000, 1:200 000 в целом и по отдельным этапам используются в Государственном научно-исследовательском и производственном центре «Природа». Разработки по методике обработки растровых изображений, методам использования GPS-приемников на разных этапах обновления карт, включая «Руководство по подготовке планово-высотного обоснования аэрокосмических снимков с использованием двухчастотных фазовых приемников фирмы Ashtech марки Z-FX», подтверждены справками о внедрении в этой организации.
Все результаты исследований по теме диссертации внедрены в учебный процесс на кафедре Картографии МИИГАиК в курсах «Топографическое картографирование», «Редактирование топографических карт и атласов», что также подтверждено документально. Апробация работы. Диссертационные исследования доложены и обсуждены на научных семинарах и заседаниях кафедры Картографии, ежегодных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК (2002, 2003 гг.), на 1-ой Международной конференции «Земля из космоса - наиболее эффективные решения», организованной Инженерно-технологическим центром СканЭкс (Москва, ноябрь, 2003г.) Публикации. Содержание диссертации освещено в 3-х опубликованных статьях, одной депонированной работе, в обновленных изданных топографических картах 1:25 000 и 1:200 000 масштабов. Исследования диссертации отражены также в научно-технических отчетах кафедры картографии Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК), в «Руководстве по подготовке планово-высотного обоснования аэрокосмических снимков с использованием двухчастотных фазовых приемников фирмы Ashtech марки Z-FX» (препринт).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложения -«Руководства по подготовке планово-высотного обоснования аэрокосмических снимков с использованием двухчастотных фазовых приемников фирмы Ashtech марки Z-FX». Содержит 159 страниц машинописного текста, 10 таблиц, 11 рисунков. Список литературы включает 135 наименований. Автор считает своим долгом выразить искреннюю благодарность своему руководителю профессору Тамаре Васильевне Верещаке за постоянное внимание и помощь в работе. Автор также признателен главному инженеру Госцентра «Природа» Евгению Петровичу Чуприне, начальнику комплекса цифрового картографирования Наталье Ивановне Мазаевой, коллегам по работе, сотрудникам кафедры картографии МИИГАиК за поддержку обсуждение работы и ценные замечания, позволившие улучшить рукопись.
Получение метрической и семантической информации по данным дистанционного зондирования
Дешифрирование материалов дистанционного зондирования при обновлении карт в настоящее требует все больше человеческих ресурсов. В общем объеме работ при обновлении и создании карт этот процесс составляет более 60% [26,29]. Автоматизация этого процесса требует серьезных научных исследований в области создания интеллектуальных программ, способных распознавать образы. В распознавании изображений выделяют формальный и интерпретационный подходы, характерные соответственно для визуального и автоматического дешифрирования [47]. Процесс распознавания состоит из восприятия изображения, сравнения изображения с априорной информацией о классах, принятия решения о принадлежности изображения к определенному классу с учетом критериев распознавания. Априорные данные о классах получают путем обучения распознающей системы. При распознавании применяются различные модели. Статистическая (вероятностная) модель предполагает, что изображенный на снимке объект может принадлежать к любому из классов с определенной неизвестной заранее вероятностью, решение принимается как оптимальное в статистическом смысле. Достоинства модели - возможность прогнозировать погрешность распознавания, недостаток - медленное приближение к оптимальному решению.
Детерминированная модель - частный случай статистической; она дает определенный ответ для всех одинаковых входных комбинаций данных. Критерии принятия решения - различные пороги, выше или ниже которых не должна быть рассчитана близость реализаций и классов. Достоинство модели -сравнительно простые алгоритмы сопоставления, недостатки - модель не всегда обеспечивает распознавание изображений и не позволяет оценить качество выбранных решающих правил. Индетерминированная модель основана на большом количестве решающих правил. В ней используется аппарат «черного ящика», имеющего сложные связи между входным и выходным сигналом, на основе которых принимается решение. При дешифрировании используются прямые и косвенные демаскирующие признаки. Прямыми признаками являются форма, размеры, детали, структура, тон, цвет; косвенными - тени, местоположение, взаимосвязи. При дешифрировании снимков решаются задачи поиска и обнаружения объектов и их классификации. Эти задачи могут решаться отдельно или совместно. Поиск и обнаружение объектов выполняется, как правило, методом детерминированных структур (пространственная фильтрация), основанном на оптической корреляции, нейросетевой обработке, фрактальном анализе. Задача классификации решается такими методами, как спектральный анализ, кластерный анализ [5]. Существует несколько процедур классификации: без обучения (не контролируемая), с обучением (контролируемая), специальная. Большинство подобных методов реализуется с помощью кластерного анализа. При классификации растрового изображения используется простой подход, согласно которому пиксели изображения, имеющие сходные характеристики, объединяются в класс.
Классификация без обучения обычно используется, когда имеется информация о том, что исходные наборы данных принадлежат известным классам или подклассам. Эта классификация автоматически идентифицирует кластеры подобных данных. Процедура классификации выделяет из общего набора данных те объекты, которые принадлежат известным классам. При этом необходимо задавать некоторые параметры или признаки, которые служат основой для анализа. Для простой классификации определяют только входной и выходной набор данных; после этого классификация выполняется автоматически на основе заданных параметров классов. Следует отметить наличие двух видов классификации без обучения: параметрическая и не параметрическая. Первая наиболее широко применяется, и она требует знания пределов численных значений параметров исследуемых объектов и явлений. Непараметрическая - менее известна и меньше применяется, она основана на информации о мерах близости между исследуемыми объектами. Эта ветвь классификации более открыта для интеллектуализации классификационных процедур. Классификация с обучением используется, когда необходимо произвести не только выявление объектов, но и определить для них новые классы. Она начинается с определения областей обучения (обучающих выборок). Далее будут находиться области (объекты), содержащие пиксели с характеристиками эталонной области. При обработке растровых изображений также автоматически объединяются все пиксели в классы с подобными спектральными сигнатурами. Анализ данных определяет параметры этих данных и решается задача: должны ли быть добавлены новые классы? Результаты классификаций могут быть использованы последовательно. Например, можно выполнить классификацию без обучения, затем использовать ее результаты, как входные данные для классификации с обучением для уменьшения числа классов. Классификация с обучением эффективна, если известны классы, в которые входят исследуемые объекты. Классификация без обучения хороша для разделения классов между собой, даже если неизвестно, чем они представлены. К специальным видам классификации можно отнести одноклассовую классификацию. Эта классификация используется, когда необходимо выделить один класс объектов или ограниченное число классов. Используется при исследовании природных ресурсов и в военной разведке. Результаты классификации могут представлять собой слой с цветным или псевдо цветным изображением.
В исследованиях по автоматизации дешифрирования вводится несколько специальных понятий. Поле аналитических признаков (ПАП) - степень выраженности дешифровочного признака (на основе яркостей); это по сути поиск и обнаружение объектов. Поле объектно-интерпретационных признаков (ПОИП) - поле правил интерпретации изображения (классификация объектов). С учетом этих понятий автоматизированное дешифрирование включает этапы: построение ПАП, построение ПОИП, комплексная обработка ПОИП с привлечением дополнительной информации, выполнение начального варианта с интерактивным вмешательством, окончательный вариант дешифрирования. При построении ПАП и ПОИП данные дистанционного зондирования могут быть условно разделены на многомерные (многозональная, спектрозональная съемки) и одномерные (панхроматическая) [91].
Камеральное дешифрирование при обновлении карт
В предлагаемой технологии этап камерального дешифрирования следует перед полевым. Как уже говорилось, основная его цель - сократить до минимума объем полевых работ путем внесения изменений по материалам новой съемки и дополнительным источникам картографической информации, а также уточнить проект полевого обследования. Наше исследование основано на анализе современных технологий и инструментов для обновления карт. На данном этапе развития производства наблюдается переход от традиционных технологий создания (обновления) карт к цифровым. Основное различие двух технологий в техническом обеспечении процесса, а следовательно и в конечном продукте. В первом случае это тиражные оттиски (издательские оригиналы) обновляемые и обновленные, во втором соответственно цифровые карты. Картографическими фондами накоплен огромный запас карт в бумажном виде. При компьютерных технологиях возникает необходимость векторизации содержания бумажных карт и материалов космических съемок. Также, в отличие от традиционной технологии, визуальное компьютерное дешифрирование ведется одновременно с составлением карты. Данное положение вещей дает право выделить промежуточную между традиционными и цифровыми технологию. В приведенной таблице 3 проводится анализ и выдвигаются предложения по организации трех технологий дешифрирования. Первая - традиционная достаточно известна и не требует пояснений. Вторая - переходная от традиционных технологий к цифровым, в которой исходные материалы имеются только в традиционном виде, а готовая продукция получается в цифровом. Третья - цифровая, в которой обновляется собственно цифровая карта.
В качестве исходных съемочных материалов (космических снимков) для внесения изменений в переходной и цифровой технологии используются цифровые фотопланы, ортофотопланы, «идеальные» стереопары, которые были подготовлены на этапе обработки растровых изображений. При большом объеме цифровых данных, замедляющем работу на персональных компьютерах, рекомендуется изготавливать цифровые фотопланы с разрешением, достаточным для локализации объектов, а в качестве дополнительного материала для дешифрирования использовать увеличенные отпечатки на фотобумаге с максимально возможным разрешением. Переходная технология в данный момент является основной, ниже предлагается ее оптимальная реализация. Приборы и инструменты, используемые в технологии: Персональный компьютер с периферийным оборудованием. Сюда входит системный блок с конфигурацией не ниже: процессором Pentium Celeron 400МГц, объемом оперативной памяти 128 Мв, объемом жесткого диска 13Гв, объемом видео памяти 16 Мб, монитором 17". Компьютеры подразделения объединены в сеть и на 10 рабочих мест приходится один широкоформатный принтер и картографический сканер. Каждый компьютер должен быть обеспечен стерео очками, если предполагается работа с парами снимков. Важным прибором является фотограмметрический сканер для перевода снимков в цифрой вид с высокой точностью. На компьютерах должно быть установлено стандартное программное обеспечение, включающее операционную систему, текстовый и графический редактор, а также специализированный программный комплекс для создания (обновления) карт (в нашей технологии это программа «Нева»).
Для материалов, принадлежащих одному номенклатурному листу, выделяется собственное место на диске (папка). В программном продукте по номенклатуре листа создается файл будущей карты с рамками и сеткой координат. Ему присваивается классификатор соответствующего масштаба. В системе координат листа ориентируются растры карты и снимка. Растровые изображения карты и снимка, подготовленные на этапе обработки растровых изображений, требуют перевода в векторный вид. Также необходимо нанести дополнительную информацию: пункты ГГС, справочные сведения полученные по запросам редактора, информацию с дополнительных картографических материалов. Как правило, часть нагрузки обновляемой карты остается неизменной. Список неизменившихся и малоизменившихся объектов составляется на подготовительных этапах технологии. Обычно не изменяются или мало изменяются рельеф местности, дороги с твердым покрытием, названия объектов, социально - культурные объекты, линии электропередачи, трубопроводы, кладбища. Векторизация элементов карты не требует высокой квалификации исполнителей и для облегчения работы дешифровщика выполняется на подготовительном этапе в соответствии с указаниями редактора. При использовании космических снимков КФА-1000 изменения вносятся только в контурную нагрузку карты, рельеф переносится со старой карты. Таким образом, последовательность векторизации элементов карты обычно следующая: рельеф, дороги с покрытием, другие линейные элементы, названия. По координатам из формуляра карты наносятся пункты ГГС. Дополнительная информация с бумажных картографических материалов может наноситься двумя способами: по растровому изображению отсканированного оригинала, либо с помощью дигитайзера путем перекалывания элементов. Первый способ выбирают при большом количестве векторизуемых объектов, второй соответственно при малом. Объектами исследования во всех технологиях служат: изменившиеся и вновь появившиеся объекты, их характеристики; рельеф; географические названия, другие сведения. Изменившиеся и вновь появившиеся объекты наносятся частично по новому снимку, частично по результатам полевого обследования. Рельеф переносится со старой карты, выполняется его увязка с изменившейся гидрографией, контроль осуществляется в поле. Географические названия проверяются в отделе названий ЦНИИГАиК, собираются дополнительные названия при полевом обследовании.
Процесс обновления рельефа по космическим снимкам требует более полного пояснения. Пространственного разрешения космической съемки не всегда достаточно для обновления высотной основы. Для обновления контурной нагрузки разрешение зависит от масштаба карты и в первом приближении его можно принять равным графической точности карты - т.е. 0,1 мм в масштабе карты. При создании высотной основы необходимо учитывать, что ее точность регламентируется требованиям инструкций и, как правило, выше точности планового положения объектов в несколько раз. Разрешающая способность стереомодели снимков зависит от их разрешения на местности, базиса фотографирования. Приближено, она равна высоте фотографирования, деленной на базис и умноженной на разрешение снимка на местности. Длину базиса фотографирования можно принять за 40% снимка в масштабе фотографирования (при перекрытии 60 %). См. главу 3. При оценке степени старения изображения рельефа, по данным космическим снимкам можно определить лишь существенные изменения в формах рельефа, путем стереоскопических наблюдений, а также путем анализа освещенности местности визуально или автоматизированным путем. Основной рабочий процесс, выполняемый при дешифрировании -собственно дешифрирование и анализ изменений. Он складывается их нескольких этапов. Визуальное сличение обновляемой карты и снимка на экране компьютера общее и детальное. Последовательный просмотр всего обновляемого листа, при котором изменения ранжируются на три категории (А, Б, В). См. табл. 3 Вначале определяется приблизительный объем камеральных работ на листе путем обзорного сличения снимка с обновляемой картой. Листы ранжируются по количеству изменений. Наиболее сложные листы дешифрируются опытными операторами. Более легкие листы дешифрируют начинающие дешифровщики, в порядке обучения.
Полевые редакционные работы и завершающее редактирование
Совершенствование геодезической и фотограмметрической аппаратуры, методики измерений, технологии работ создали условия для переноса центра тяжести работ по обновлению топографических карт в камеральные условия. Тем более возросла значимость небольшого объема полевых работ, которые дополняют камеральные. Географически правильная интерпретация снимков невозможна без полевого обследования. Полевое дешифрирование позволяет отобразить изменения, произошедшие с момента выполнения дистанционной съемки, зафиксировать объекты неизобразившиеся на снимках. При больших объемах камерального дешифрирования для некоторых листов карт малоосвоенных и труднодоступных районов редактор может быть единственным специалистом, посетившим местность в натуре. Полевое редактирование включает: уточнение и дополнение инструктивных и редакционных документов и пособий; учебные и установочные маршруты полевого дешифрирования с малоопытными специалистами, обучение работе с новой техникой; руководство полевым дешифрированием и сбором сведений и названий; контрольные маршруты и приемку полевых работ; личные исследования редактора, дешифрирование им наиболее сложных участков; участие в экспериментальных полевых работах. Объем полевых работ может изменяться в зависимости от масштаба и назначения карты, сложности структуры ландшафта, степени освоенности территории. Но в любом случае большую часть времени редактор проводит в поле. Редактор обязан обеспечить единый подход к изображению местности на различных листах. Научная сторона методики полевого картографирования опирается на географические основы дешифрирования и генерализации. Роль редактора в цифровых технологиях повышаются в связи с тем, что результатом полевого обследования является фактически обновленная цифровая карта.
Редактор руководит правильной передачей на карте неизобразившихся объектов и объектов, вызвавших сомнения при камеральном дешифрировании, созданием эталонов и образцов изображения типов местности и объектов. Составляет схемы по экстраполяции признаков и эталонов на всю картографируемую территорию, которые представляют собой ландшафтные схемы с отмеченными на них участками эталонирования местности. Эталоны местности могут быть в двух вариантах - эталоны отдельных объектов с фотографиями и эталоны сочетаний объектов. Уточняют редакционные указания всех видов, особое внимание уделяется указаниям по дешифрированию и составлению нагрузки карты и дальнейшему использованию полевых материалов. Большое значение приобретают указания по переходу от изображения снимка к карте и по диалоговому режиму генерализации полученного изображения с рекомендуемыми цензами и нормами отбора объектов, обобщения границ. Информацию, накопленную по результатам полевого обследования (эталоны, указания по экстраполяции), редактор также заносит в свою ГИС редактора. Составляется сводное топографическое описание местности на отдельных листах и блоках листов. В процессе полевых работ организуют сбор географических названий. Редактор дает указания по методике сбора названий, фиксации результатов, осуществляет выборочную проверку собранных названий. В процессе полевого дешифрирования редактор и исполнители ведут дневники в электронном или бумажном виде, куда заносят сведения о ходе выполнения работ, возникающих вопросах, дополнения к цифровому изображению местности. По завершении полевого этапа подразделение представляет следующие материалы: обновленные цифровые карты на район, базы данных собранных названий, образцы и эталоны и схемы их экстраполяции, ГИС редактора, дополненная полевыми данными. Завершающее редактирование обновленного составительского оригинала На завершающем этапе редактор руководит окончательным составлением обновленного оригинала, исправлением неточностей допущенных при полевом обследовании и увязкой результатов всех работ. В первую очередь выполняется увязка содержания на отдельных листах. Необходимо увязать межу собой такие элементы содержания как гидрография и рельеф; населенные пункты и дороги; гидрография, рельеф и растительность; населенные пункты, дороги и линии электропередачи, трубопроводы, линии связи. Соответственно редактор готовит указания по составлению обновленного оригинала и увязке содержания карты которые включают разделы, связанные с согласованием различных элементов карты их метрической и семантической информации, указания по повышению читаемости карты, размещению надписей, созданию зарамочного оформления карты.
Сводки выполняются между соседними листами на объекте и с соседними листами лежащими вне объекта. Редактор дает указания по выполнению сводок. Один исполнитель увязывает объекты находящиеся только вдоль двух рамок своего листа (например, южной и восточной). Правильность сводки проверяет корректор. На завершающем этапе составления оригиналов важной задачей редактора является организация корректуры оригиналов и правильного разделения труда корректора и редактора.
Далее редактор руководит согласованием и корректурой структуры цифрового файла. Цифровая карта должна соответствовать требованиям отраслевых стандартов [55], на ней должны отсутствовать ошибки топологии и подчиненности объектов. Метрическая информация всех объектов должна быть увязана между собой. Семантическую информация также увязывают с метрической, проверяют структуру базы данных. Проверки, связанные с корректурой цифрового файла выполняются в полуавтоматическом режиме. Задача редактора обеспечить исполнителей информацией об использовании того или иного фильтра (алгоритма отбора объектов, содержащих ошибки) и по работе с отобранными объектами, правилами исправления ошибок. Редактор полностью описывает топологию цифрового файла - правила сочетания, пересечения, примыкания, наложения объектов. В программном обеспечении присутствуют фильтры и функции поиска ошибок, которые отбирают объекты и предъявляют оператору для исправления. Корректуру цифровых оригиналов следует рассматривать как технический контроль исполнения работы в соответствии с требованиями инструкций, таблиц условных знаков (цифрового классификатора), редакционно-технических указаний. В процессе корректуры проверяется математическая основа карты (в паспорте карты), соответствие координат пунктов планово-высотного обоснования и ГГС координатам из каталога, соответствие зарамочного оформления установленным образцам, соответствие записей в формуляре карты изображению на оригинале. При проверке содержания карты корректор выполняет фильтрацию цифрового изображения по следующим позициям: совмещения и топологию объектов, которые накладываются друг на друга, ошибочную группировку объектов, дублированные объекты, самопересечения контуров, малые объекты - линейные и площадные, не являющиеся частью картографического изображения, непримыкания различных объектов и их контуров к другим (дорог, просек, железных дорог, ЛЭП, урезов воды, границ и т.д.), отсутствие отметок высот, направление векторизации (рек, дорог и др.), запрещенные пересечения контуров (гидрографии, растительности, болот, просек, горизонталей, улиц с дорогами, дорог и др.), пересечения объектов одного кода, строения, запрещенные вне и внутри населенного пункта, наличие семантических характеристик и т.д.
Следит за соответствием положения горизонталей подписанным высотам и высотам, содержащимся в базе данных и урезам вод, согласованность горизонталей с обозначениями и высотами обрывов, скал, оврагов, промоин, положением их в местах большой нагрузки, за размещением названий, выбором шрифтов, точностью выполненных сводок и т.д. Проверяется читаемость карты при выводе ее на печать. При этом необходимо контролировать положение условных знаков и подписей, чтобы второстепенные объекты не скрывали собой изображение более важных объектов.
Рекомендации по применению режимов и методов GPS-измерений на различных этапах обновления карт
При создании, а особенно обновлении карт неизбежно встает задача определения положения и нанесения на карту изменившихся или вновь появившихся объектов и их характеристик, что осуществляется при дешифрировании материалов новых аэро- и космических съемок, включая полевые обследования, измерения, а иногда и инструментальные съемки. Рекомендации по использованию спутниковых определений для развития съемочного обоснования и производства съемок в масштабах 1:500 - 1:10 000 изложены в работе [53]. Попытаемся проанализировать, какие режимы и методы GPS - измерений наиболее эффективны для создания и обновления карт более мелких масштабов (1:10 000 - 1:200 000). В соответствии с «Основными положениями...» [89] средние ошибки в плановом положении изображаемых объектов и четких контуров местности относительно ближайших пунктов и точек геодезической основы не должны превышать 0,5 мм, а на картах низкогорных, среднегорных, высокогорных районов - 0,75 мм. Средние ошибки в плановом положении изображений контуров растительного покрова и грунтов, исключая их четкие изгибы, являющиеся характерными точками, не должны превышать 1мм. Точки 7 Большая часть экспериментов в полевых условиях проводилась в абсолютном режиме измерений съемочной плановой сети для всех районов определяются относительно ближайших пунктов государственной геодезической сети со средней ошибкой, не превышающей в плане 0,1 мм в масштабе карты. Исходя их этих требований, можно предложить рекомендации по применению рассмотренных методов спутниковых измерений для определения планового положения объектов местности при создании и обновлении топографических карт масштабов 1:10 000-1:100 000. (табл. 8) Для каждого вида объектов предложено нескольких режимов (методов, способов) измерений. Их применение регламентируется условиями измерений (открытая, закрытая местность, характер рельефа, густота и высота растительности, характер застройки, линии электропередач, наличие других препятствий спутниковым сигналам), а также технической оснащенностью полевой бригады при производстве работ.
При принятии решений по использованию GPS-технологий в конкретных обстоятельствах необходимо исходить из возможностей обеспечения беспрепятственного прохождения радиосигналов к приемнику не менее чем от 4х спутников. Применение GPS-технологий ограничивается наличием густой растительности (сомкнутый полог леса), сильно пересеченного рельефа, сильными радиопомехами, плотной городской застройкой. В этих случаях будут целесообразны более надежные способы измерений, влоть до развития съемочной сети (в том числе спутниковыми методами), выполнения тахеометрической съемки и использование статических методов измерений в любом режиме. Понятно, что наиболее оптимальные условия обеспечиваются в открытых равнинных районах с малоэтажной застройкой. Обратим внимание на следующую особенность применения спутниковых технологий в связи с требованиями к точности высотной основы топографических карт. Средние ошибки высот, подписываемых на топографических картах, в 5-10 раз меньше допустимых ошибок планового положения объектов и четких контуров. Ошибки же измерения высот GPS -приборами обычно в 1,5 - 2 раза больше ошибок определения планового положения. Следовательно, для определения высот объектов местности необходимо применить спутниковые методы, на несколько порядков более точные. Покажем возможности и перспективные направления использования режимов и методов спутникового позиционирования для создания и обновления высотной основы карт (таблицы 9,10). Из таблицы 8 видно, что для получения плановых координат объектов изображаемых на картах всех рассматриваемых масштабов, достаточно использовать наиболее экономичные навигационные приемники (оснащенные устройствами для приема дифференциальных поправок или без них).
При определении высот объектов нужны более строгие подходы. Наиболее ответственная задача в создании высотной основы - обеспечить точность определения пунктов высотной съемочной сети, закрепляемых на местности центрами. Поэтому при определении высот пунктов съемочной сети рекомендуются только дифференциальный режим и методы быстрой статики и реоккупации (табл. 9). Менее строгими являются требования к режимам и методам измерений для определения высот рельефа и других объектов поверхности Земли, изображаемых на топографических картах (отметки гребней плотин, верхних и нижних бьефов, полотна дороги и пр.) - табл. 10. Для их определения можно применять следующие дифференциальные режимы реального времени: а) RTK - при требуемой точности более двух метров; б) прием поправок от системы OmniStar при точности от двух до пяти метров; в) прием поправок от систем Waas, Egnos - при точности менее 5 метров (функции приема этих поправок встроены в большинство навигационных приемников). Анализ таблиц показывает, что карту масштаба 1:100 000 можно обновлять полностью в плановом и высотном отношении, используя только дешевые навигационные приемники. Такие же рекомендации подходят и для обновления карт 1:200 000 и более мелких масштабов. Возможности применения GPS приемников на различных этапах обновления (создания) карт.
Исходя из технологического цикла создания и обновления карт, укажем его этапы, на которых целесообразно применение GPS-приемников: - ориентирование на местности; - производство аэросъемки и определение координат центров проектирования съемочной камеры при выполнении аэро- или космических съемок [9,54]; - анализ карт по точности и их современности; - планово-высотное обоснование карт и материалов дистанционного зондирования, контроль точности трансформированных снимков; - полевое редакционное обследование; - дешифрирование аэро- и космических снимков, определение количественных характеристик изображаемых объектов; - съемка вновь появившихся и не изобразившихся на снимках объектов местности; - полевая съемка рельефа при наличии его изменений (на отдельных участках); - регистрация многолетних, сезонных и суточных изменений местности, регламентированных в содержании карт и с целью повышения их информативности; - контроль и приемка работ инспектирующими лицами. Ориентирование на местности. Применение приемников позволяет повысить безопасность и оперативность выполнения топографо-геодезических работ путем занесения в память прибора заранее составленной программы движения и её изменений в соответствии с конкретными обстоятельствами. Эта функция аппаратов имеет более широкое практическое применение.
При производстве аэросъемки загруженные в память приемника составленные маршруты движения позволяют более точно выдерживать курс самолета, высоту фотографирования, облегчить пилоту заход на маршруты, избежать разрывов в фотоизображении. Возможность определения координат центра проектирования съемочной камеры непосредственно в полете позволяет в несколько раз уменьшить количество опорных точек планово - высотного обоснования и заметно повысить надежность получаемых результатов. Мобильная GPS-станция устанавливается на снимающем аппарате (самолете, КА), ее антенна закрепляется на оси проектирования съемочной камеры, определяется способ и параметры редуцирования (приведения) координат фазового центра антенны в центр проектирования съемочной камеры. Для синхронизации работы затвора с GPS-временем (и тем самым повышения точности определения координат) приемник подает камере сигналы на срабатывание затвора, а затем принимает от камеры этот сигнал и записывает временную метку. После обработки сигналов, записанных со спутника, получают координаты центров проектирования съемочной камеры для последующей фотограмметрической обработки.
