Применение материалов аэрофотосъемки с беспилотного летательного аппарата для картографического обеспечения археологических работ

Быков Андрей Леонидович; Костюк Александр Сергеевич; Быков Василий Леонидович; Быков Леонид Васильевич; Татаурова Лариса Вениаминовна; Орлов Павел Викторович; Погарский Павел Михайлович

ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ АЭРОФОТОСЪЕМКИ С БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ДЛЯ КАРТОГРАФИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ РАБОТ

Андрей Леонидович Быков

ООО «Лаборатория автоматизации геодезических и фотограмметрических работ», 644008, Россия, г. Омск, Сибаковская 4, каб. 239, ведущий инженер, тел. (3812)268-910, e-mail: abu-ll@yandex.ru

Александр Сергеевич Костюк

ООО «Лаборатория автоматизации геодезических и фотограмметрических работ», 644008, Россия, г. Омск, Сибаковская 4, каб. 239, ведущий инженер, тел. (3812)268-910, e-mail: kas-55@yandex.ru

Василий Леонидович Быков

ООО «Лаборатория автоматизации геодезических и фотограмметрических работ», 644008, Россия, г. Омск, Сибаковская 4, каб. 239, директор, кандидат технических наук, доцент, тел. (3812)268-910, e-mail: bvl55@yandex.ru

Леонид Васильевич Быков

ООО «Лаборатория автоматизации геодезических и фотограмметрических работ», 644008, Россия, г. Омск, Сибаковская 4, каб. 239, заместитель директора, к.т.н., доцент, тел. (3812)268-910, e-mail: blv-55@yandex.ru

Лариса Вениаминовна Татаурова

Омский государственный университет им. Ф.М.Достоевского, 644077, Россия, г. Омск, проспект Мира 55-А, к.и.н., доцент кафедры первобытной истории, тел. (3812)670-104, e-mail: LiST@hist.omsu. omskreg. ru

Павел Викторович Орлов

Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского, 644077, Россия, г. Омск, пр. Мира 55-А, к.т.н., ведущий научный сотрудник, тел. (3812)670-104, e-mail: orlov@omsu.ru

Павел Михайлович Погарский

ООО «Опытно-конструкторское бюро малые беспилотные аппараты», 644024, Россия, г. Омск, Пушкина 39, директор, тел. (3812) 531-868, e-mail: ppm55@yandex.ru

В статье представлены результаты экспериментальных работ по картографическому сопровождению археологических исследований с помощью периодической аэрофотосъемки с беспилотного летательного аппарата.

Ключевые слова: аэрофотосъемка, беспилотный летательный аппарат, фотограмметрическая обработка снимков, ортофотопланы, археологические памятники.

APPLICATION OF AERIAL PHOTOGRAPHS FROM UNMANNED AERIAL VEHICLES FOR CARTOGRAPHIC SUPPORT FOR ARCHAEOLOGICAL WORK

Andrey L. Bykov

Ltd. "Laboratory Automation geodetic and photogrammetric", 644008, Russia, Omsk, Sibakovskaya 4, of. 239, senior engineer, tel. (3812)268-910, email: abu-ll@yandex.ru Alexander S. Kostiuk

Ltd. "Laboratory Automation geodetic and photogrammetric", 644008, Russia, Omsk,

Sibakovskaya 4, of. 239, senior engineer, tel. (3812)268-910, email: kas-55 @,yandex.ru

Vasily L. Bykov

Ltd. "Laboratory Automation geodetic and photogrammetric", 644008, Russia, Omsk,

Sibakovskaya 4, of. 239, Director, Ph.D., associate professor, tel. (3812)268-910, email: bvl55@yandex.ru

Leonid V. Bykov

Ltd. "Laboratory Automation geodetic and photogrammetric", 644008, Russia, Omsk,

Sibakovskaya 4, of. 239, Deputy Director, Ph. D., associate professor, tel. (3812)268-910, e-mail:

blv-55 @yandex.ru

Larissa V. Tataurova

Omsk State University. Dostoevsky, 644077, Russia, Omsk, Mira 55-A, Ph.D., assistant professor of prehistory, tel. (3812)670-104, e-mail: LiST@hist.omsu. omskreg. ru

Pavel V. Orlov

Omsk State University. Dostoevsky, 644077, Russia, Omsk, Mira 55-A, a leading researcher, tel. (3812)670-104, e-mail: orlov@omsu.ru

Pavel M. Pogarsky

LLC "Experimental Design Bureau of small UAVs", 644024, Russia, Omsk, Pushkin, 39, director, tel. (3812)531-868, e-mail: ppm55@yandex.ru

The paper presents the results of experiments on cartographic support archaeological research through periodic aerial photography with unmanned aerial vehicle.

Key words: aerial photography, an unmanned aerial vehicle, photogrammetric image processing, orthophotos, archaeological sites.

Геодезические методы определения пространственного положения археологических объектов и находок традиционно применяются при археологических исследованиях. Основным источником обзорной информации являются аэрофотоснимки и космические изображения. С их помощью проводится предварительная разведка местности. Сопоставление изображений с имеющимися картами и планами археологических памятников позволяет выявить наиболее общие закономерности в расположении и структуре объектов исследования. Фотопланы, созданные по ДДЗ, служат для общего знакомства с территорией, уточнения положения археологических памятников относительно картографической основы, планирования работ, выбора конкретных объектов для более тщательного изучения.

Недостатком ДДЗ является то, что с их помощью затруднено сопровождение археологических работ. Получение материалов возможно с непредсказуемой периодичностью, поскольку используются материалы архивных съемок. Специальные съемки практически не выполняются, так как размеры археологических памятников незначительны по площади, и заказная аэросъемка оказывается чрезмерно дорогой.

С появлением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), приспособленных для аэрофотосъемки (АФС), появляется возможность периодической съемки памятников в процессе археологических исследований. Известные преимущества беспилотной АФС наиболее полно проявляются на археологических объектах. Оперативность, невысокая стоимость, строгая фотограмметрическая обработка снимков, малая площадь объектов съемки- все это позволяет сопровождать раскопки на различных стадиях исследований.

В сезонах 2011-2012 года сотрудниками «Лаборатории автоматизации геодезических и фотограмметрических работ» (ООО «ЛАГ», г. Омск), учеными Омского государственного университета и специалистами «Опытно -конструкторское бюро малые беспилотные аппараты» (ООО «ОКБ МБА», г. Омск), были выполнены работы по апробации технологии геодезического сопровождения археологических исследований с применением БПЛА. Эксперименты проводились на территории известного археологического памятника саргатской культуры V века до н.э. - V века н.э. - некрополя расположенного в районе с. Ново-Оболонь Горьковского района Омской области.

Для аэрофотосъемки использовался БПЛА «ЭЛЬФ ПП-45», конструкции П.М. Погарского. Он имеет следующие технические характеристики:

• продолжительность полета 1.5 - 2 часа;

• производительность аэросъемки 1.5 - 2 кв. км за один полет;

• рекомендуемый масштаб фотопланов 1:500 - 1:2000;

• погрешность построения цифровой модели рельефа (ЦМР) - от 0.1 м.

Рис. 1. БПЛА «Эльф ПП-45»

Съемочная система состоит из трех синхронно работающих фотоаппаратов, смонтированных на единой платформе. Оптическая ось центрального аппарата ориентирована в надир, два других аппарата наклонены в разные стороны от вертикали на углы около 15 градусов. Такое расположение аппаратов обеспечивает увеличение угла зрения системы до 80 градусов, что гарантирует необходимое поперечное перекрытие снимков и захват снимаемого объекта. Фотографирование выполнялось с высот 200 - 300 м. Заходы на маршрут вы-

полнялись визуально. Для уменьшения динамических смазов изображения полет по маршруту выполнялся в режиме планирования с зависанием аппарата в восходящем потоке непосредственно над объектом съемки. В результате за один полет набиралось порядка 20 снимков, из которых формировались пары с наилучшим геометрическим и фотографическим качеством. В период археологических исследований съемка выполнялась трижды:

• на этапе предварительного выбора объектов для раскопок (рис. 2а),

• непосредственно перед раскопками выбранного объекта (рис. 2б),

• в процессе раскопок в момент вскрытия погребений (рис. 2в).

а б в

Рис. 2. Снимки объектов на различных стадиях археологических исследований

Для привязки аэроснимков в районе работ была создана базовая станция, положение которой определялось в системе координат WGS-84. Опорные точки были предварительно замаркированы искусственными объектами. Определение координат опознаков выполнялось по GNSS технологии в режиме RTK.

Рис. 3. Базовая станция, маркировка и привязка опознаков

Аэрофотосъемка была дополнена наземной стереосъемкой погребений. Для привязки изображений использовались специальные маркированные точки, координаты которых определялись относительно базовой станции в единой системе с опознаками аэрофотосъемки. Это позволило впоследствии поместить фотопланы погребений на фотопланы раскопов.

Рис. 4. Вскрытие погребения, маркировка и привязка опорных точек,

съемка погребения

Фотограмметрическая обработка снимков выполнялась с помощью цифровой фотограмметрической станции «Фотомод». Съемочные камеры были предварительно калиброваны на тест-объекте по авторской методике. Взаимное ориентирование аэрофотоснимков было выполнено по 50 связующим точкам со средней квадратичной погрешностью 0.3 пикселя. Построение модели выполнялось способом связок с использованием 10 опорных точек. Средние расхождения координат опорных точек составили: в плане - 0.06 м, по высоте 0.03 м. Результаты оценки точности построения модели по материалам наземной стереосъемки составили: по остаточным поперечным параллаксам - 0.3 пикселя, по расхождениям координат опорных точек в плане - 6 мм, по высоте - 6 мм.

В процессе стереофотограмметрической обработки сети была создана цифровая модель рельефа, ортофотопланы и выполнена трехмерная визуализация объекта.

Рис. 5. Фотопланы раскопа и погребения, трехмерная визуализация объекта

Предложенные методические приемы использования беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для построения трехмерных ландшафтных моделей местностей позволяют:

• точно привязать археологические комплексы к системе координат местности и создать ландшафтную модель территории, в которой эти объекты сформировались, функционировали и стали археологическими.

• определить планиграфию археологического объекта с выявлением его структурных особенностей и границ археологического памятника, что сущест-

венно облегчает задачи по постановке археологического объекта на учет в охранные организации и выводу территории памятника из хозяйственного использования.

• выбрать оптимальное место для проведения археологических исследований и точно привязать границы раскопа к местности с указанием координат реперных точек. При долговременном исследовании памятника наличие этих координат обеспечит точную прирезку новых площадей для раскопок.

Археологические исследования - это еще одна область, в которой аэросъемка с БПЛА находит широкое применение. В сочетании со строгой фотограмметрической обработкой изображений и применением GNSS в целом совершенствуется методика картографического обеспечения археологических исследований.

П.В. Орлов, П.М. Погарский, 2013

APPLICATION OF AERIAL PHOTOGRAPHS FROM UNMANNED AERIAL VEHICLES FOR CARTOGRAPHIC SUPPORT FOR ARCHAEOLOGICAL WORK1Ltd. "Laboratory Automation geodetic and photogrammetric"