CC BY
372
ОПЫТ ПОСТРОЕНИЯ ОРТОФОТОПЛАНА ПО ДАННЫМ КРУПНОМАСШТАБНОЙ АЭРОФОТОСЪЁМКИ, ВЫПОЛНЕННОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕМЕТРИЧЕСКОЙ ЦИФРОВОЙ КАМЕРЫ
Вячеслав Николаевич Никитин
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования СГГА, тел. (913)712-37-50, e-mail: vslav. nikitin@gmail. com
Андрей Владимирович Семенцов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования СГГА, тел. (960)779-06-79, e-mail: andsemencov@mail.ru
Современные цифровые фотограмметрические станции позволяют отходить от требований классической фотограмметрии (предельный угол наклона снимков, использование неметрических камер и прочее), однако при обработке данных аэрофотосъёмки это может привести к снижению точности создаваемой картографической продукции.
В статье описана схожая ситуация, возникшая при обработке данных крупномасштабной аэрофотосъёмки.
Ключевые слова: крупномасштабная аэрофотосъёмка, неметрическая камера, калибровка, ортофотоплан.
EXPERIENCE OF ORTHOPHOTO CONSTRUCTION BY LARGE-SCALE AERIAL PHOTOGRAPHS TAKEN WITH NONMETRIC DIGITAL CAMERA
Vyacheslav N. Nikitin
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph.D., Assoc. Prof. of department of photogrammetry and remote sensing SSGA, tel. (913)712-37-50, e-mail: vslav.nikitin@gmail.com
Andrey V. Sementsov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., a postgraduate student of department of photogrammetry and remote sensing SSGA, tel. (960)779-06-79, e-mail: andsemencov@mail.ru
Modern digital photogrammetric stations allow giving up the requirements of the classical photogrammetry (limiting angle of snapshots, use of non-metric cameras, etc). However, this may cause decrease of generated map products accuracy when processing aerial surveys data.
The article describes a similar situation occurred while processing large-scale aerial survey
data.
Key words: large-scale aerial survey, nonmetric camera, calibration, orthophoto.
В последние годы все чаще находят своё применение крупномасштабная аэрофотосъемка и картографирование малых объектов. Это связано с высокой оперативностью съемочных работ и малыми финансовыми затратами на приоб-
ретение и обслуживание аэрофотосъемочных средств в отличие от классической аэрофотосъёмки.
Однако обработка таких данных может быть сопряжена с определёнными трудностями. С примером случая такой обработки предлагаю ознакомиться ниже.
Аэрофотосъёмка проводилась 8 апреля 2012 года на территории близ о.п. Паровозный (Новосибирская область, Тогучинский район). Область съемки представляет собой заселенную равнинную местность с небольшими перепадами высот. На снимках отобразились дачные участки, фрагмент реки Иня, а также прилегающий луг и лес.
В качестве съёмочной системы была использована неметрическая камера Sony NEX-5, обладающая КМОП - матрицей с размером сенсора 23.4 х 15.6 мм и 14.2 млн. эффективных пикселей. Во время съёмки использовался объектив SEL-16F28 с фокусным расстоянием 16 мм и настройкой фокусировки на бесконечность.
Полёт осуществлялся на вертолёте Ми-8 на высоте до 500 м. Камера была установлена в кабине пилота (рис. 1.а). Для устранения вибрации была подготовлена демпферная установка из поролона (50 мм толщиной), закреплённого на основании из фанеры (рис. 1.б). Угол наклона камеры относительно горизонтального положения составил порядка 20 °.
Рис. 1.: а) размещение камеры в вертолёте; б) демпферная установка
В процессе аэрофотосъёмки было получено 52 снимка на заданную территорию (один маршрут) с перекрытием 85-90%. Из обработки были исключены по 6 крайних снимков в начале и конце маршрута (одна из причин - использование Lite-версии программы Photomod, не позволяющей обрабатывать более 40 изображений в одном проекте). Стоит отметить, что для построения фототриангуляции достаточно выдержать продольное перекрытие снимков 56%.
Снимки были получены в форматах RAW и JPEG размером 4592 х 3056 пикселей.
Измерение координат опорных точек производилось 18 октября 2012 года при помощи ГНСС приёмников Leica Viva GS 10 относительным методом спутникового позиционирования. Базовая станция устанавливалась в непосредственной близости к участку проведения работ (около двух километров).
Основные проблемы, с которыми мы столкнулись при определении координат опорных точек, заключались в том, что эти точки не были замаркированы перед аэрофотосъёмкой, и измерение координат точек выполнялось в другое время года. Ещё одна сложность состояла в том, что реальное разрешение изображений составило 30-40 см на местности, что затруднило идентификацию мелких объектов, которые могли бы быть использованы в качестве опорных точек.
С учётом вышеперечисленных сложностей были измерены планово -высотные координаты пяти точек и высота шестой точки (плановое положение которой не удалось достоверно идентифицировать).
Обработка материалов выполнялась посредством цифровой фотограмметрической станции Photomod 5.21 Lite [1],[2]. Для повышения надёжности уравнивания при взаимном ориентировании снимков было измерено порядка 35 точек на каждую стереопару маршрута (всего были измерены координаты 390 уникальных точек).
Среднеквадратическое отклонение (СКО) определения плановых координат связующих точек на снимках после уравнивания свободной модели составило 7,2 пикс.
Основной причиной таких значительных невязок в полученных результатах явилась дисторсия объектива. Учитывая наклонное расположение камеры в момент съёмки, дисторсия объектива оказала большее влияние на точность измерений в областях левого верхнего и правого верхнего углов снимка.
На рисунке 2 показан пример трансформирования наклонного снимка при построении ортофотоплана.
Рис. 2: а) исходное изображение; б) преобразованное изображение
Чтобы избавиться от столь сильного влияния дисторсии на точность измерений, в проект были введены параметры калибровки использованной нами камеры.
Калибровка камеры выполнялась 20 мая 2012 года по снимку звёздного неба [3]. Такой способ калибровки неметрической цифровой камеры обеспечивает высокую точность (среднеквадратическая ошибка единицы веса составила 0,31 пикс.) при небольших затратах времени и средств, однако сильно зависит от условий калибровки, таких как: место и время съёмки, погодные условия и т.д. Стоит отметить, что условия фотографирования в данном способе калибровки соответствует реальной съёмке - для фотографирования звёзд, как и для аэрофотосъёмки, камера фокусируется на бесконечность. Для обработки данных и нахождения параметров калибровки использовались программы MonoSDS и Equilibrium, разработанные к.т.н., доцентом кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования Никитиным В.Н.
После подключения параметров калибровки значение СКО определения плановых координат связующих точек на снимках сократилось в 3,6 раз, и в результате уравнивания свободной модели составило 2 пикс.
Далее выполнялось измерение координат опорных точек на снимках. После уравнивания СКО на опорных точках составило 1,3 метра, что объясняется описанными выше сложностями при определении координат опорных точек.
После внешнего ориентирования модели проводился расчёт пикетов в автоматическом режиме с шагом 30 м (по осям координат Х и У). Фильтрация пикетов осуществлялась в ручном режиме. По полученным пикетам была построена матрица высот в виде цифровой модели рельефа (рис. 3а). СКО построения матрицы высот составило 2,2 метра.
Матрица высот использовалась при построении ортофотоплана (рис. 3б).
Рис. 3: а) цифровая модель рельефа; б) ортофотоплан
Таким образом, был получен практический опыт выполнения крупномасштабной аэрофотосъёмки и её фотограмметрической обработки. Апробирован метод калибровки цифрового фотоаппарата по снимкам звёздного неба. По ре-
зультатам создания планово-высотной опорной сети сделан вывод о необходимости предварительной маркировки опорных точек, поскольку спутниковый приёмник следует устанавливать на открытом пространстве во избежание экранирования объектами местности приёма спутниковых сигналов, что в данных условиях соответствует малоконтурной местности.
Полученные практические навыки несомненно будут использованы в дальнейшем для планирования аэрофотосъёмочных и полевых работ, а так же при обработке материалов крупномасштабной аэрофотосъёмки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Официальный сайт компании «Ракурс» ГЭлектронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.racurs.ru/
2. Рекомендации по контролю точности на различных этапах фотограмметрической обработки в системе Photomod. - М.: Ракурс, 2012. - 12 с.
3. Никитин В.Н., Николаева Т.В. Калибровка цифровой неметрической камеры по снимкам звёздного неба // Сб. материалов научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2013». Новосибирск: СГГА, 2013. В печати.
4. Пошивайло Я.Г. Применение цифровых неметрических камер для целей крупномасштабного картографирования // ГЕО-Сибирь-2005. науч. конгр. : сб. материалов в 7 т. (Новосибирск, 25-29 апреля 2005 г.). - Новосибирск: СГГА, 2005. Т. 4. - С. 125-128.
5. Ессин А.С., Ессин С.С. Разработка методики пространственной фотограмметрической обработки материалов цифровой аэрофотосъемки, полученной с беспилотного летательного аппарата // ГЕ0-Сибирь-2007. III Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 25-27 апреля 2007 г.). - Новосибирск: СГГА, 2007. Т. 3. - С. 48-52.
6. Ессин А.С., Ессин С.С. Технология фотограмметрической обработки аэрофотоснимков, полученных с БПЛА, в целях создания ортофотопланов // ГЕ0-Сибирь-2009. V Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 20-24 апреля 2009 г.). - Новосибирск: СГГА, 2009. Т. 4, ч. 1. - С. 72-75.
7. Ессин А.С. Совершенствование технологии фотограмметрической обработки материалов аэровидеосъемки в целях создания ортофотопланов // ГЕ0-Сибирь-2006. II Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2006 г.). - Новосибирск: СГГА, 2006. Т. 3. - С. 73-79.
8. Широкова Т.А., Антипов А.В. Методика создания планов крупного масштаба по данным аэрофотосъемки и воздушного лазерного сканирования // Вестник СГГА. - 2012. -Вып. 3( 19). -С. 43-51.
© В.Н. Никитин, А.В. Семенцов, 2013
