CC BY
274
ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ СОЗДАНИЯ И РЕДАКТИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ РЕЛЬЕФА, РЕАЛИЗОВАННЫХ В ПРОГРАММЕ PHOTOMOD
Антонина Сергеевна Гордиенко
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, старший преподаватель кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, e-mail: a. s. gordienko@ssga.ru
Ольга Николаевна Осипова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант кафедры кадастра
В статье приведены результаты исследований работы автоматизированных алгоритмов создания цифровых моделей рельефа в программе PHOTOMOD. Кроме того проанализированы алгоритмы фильтрации цифровых моделей рельефа и сделаны выводы по их применению.
Ключевые слова: цифровые модели рельефа, PHOTOMOD, фильтрация, оценка точности.
RESEARCH OF ALGORITHMS OF CREATION AND EDITING OF DIGITAL ELEVATION MODELS IN THE PHOTOMOD PROGRAM
Antonina S. Gordienko
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., a Ph.D., senior lecturer, department of photogrammetry and remote sensing SSGA, e-mail: a. s. gordienko@ssga.ru
Olga N. Osipova
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., graduate student of the Department of cadastre
In article results of researches of work of the automated algorithms of creation of digital models of a relief are given in the PHOTOMOD program. Algorithms of a filtration of digital models of a relief are besides analysed and conclusions on their application are drawn.
Key words: DEM, PHOTOMOD, filtration, accuracy assessment.
Одним из основных направлений развития фотограмметрии и дистанционного зондирования в настоящее время является автоматизация процессов получения и обработки аэрокосмической информации [1 -5]. Известно, что автоматизированные алгоритмы, как правило, требуют дополнительного контроля и имеют ограничения по применению. Поэтому возникает необходимость заранее знать возможности и точность того или иного алгоритма. Цель данной статьи -исследовать работу автоматизированных алгоритмов создания и фильтрации цифровых моделей рельефа (ЦМР) в программе PHOTOMOD. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- выполнить сравнительный анализ методик построения моделей рельефа, реализованных в программе PHOTOMOD;
- сравнить полученные результаты для разных типов данных дистанционного зондирования.
В качестве исходных данных использовались аналоговые аэроснимки, полученные камерой RC30, с форматом кадра 23*23 см и с фокусным расстоянием 153,734 мм масштаба 1:12000; цифровые аэроснимки, полученные камерой UltraCam масштаба 1: 14000 с фокусным расстоянием 100,5 мм и форматом кадра 23*15 см; стереопара космических снимков, полученных со спутника Ikonos.
Технология создания цифровой модели рельефа в программном комплексе PHOTOMOD включает в себя следующие этапы (рисунок 1):
- формирование проекта; фототриангуляция; создание ЦМР;
фильтрация строений и растительности; интерполяция пустых ячеек.
Рис. 1. Технология создания ЦМР в программе PHOTOMOD
В данном исследовании использовались следующие методы построения ЦМР: по TIN (нерегулярная пространственная сеть треугольников) в автоматическом режиме, по TIN в «ручном» режиме, по плотной модели.
Прежде чем создать ЦМР, выполнялось построение моделей. Результаты оценки точности внешнего ориентирования блоков, построенных по аэрофотоснимкам, цифровым аэроснимкам и космическим снимкам представлены в таблице 1.
Таблица 1
Оценка точности уравнивания блоков
Опорные точки Контрольные точки
тдхоп,м тДуоп,м тД2оп,м тдхк,м Шдук,м Шдгк,м
Аэрофотоснимки
0.083 0.078 0.130 0.306 0.372 0.402
Цифровые аэроснимки
0.022 0.023 0.002 0.046 0.020 0.089
Стереопара космических снимков ГКОКОБ
0,45 0,36 0,23 0,47 0,46 0,58
После построения моделей выполнялся сбор данных о рельефе местности. При автоматическом расчете пикетов использовался коррелятор с конфигурацией, соответствующей типу изображенной на снимках местности. В программе PHOTOMOD реализованы конфигурации коррелятора для следующих типов подстилающей поверхности: горная местность, пустыня, сельская местность, городская застройка.
Расчет пикетов в автоматическом режиме выполняется по сетке. Шаг сетки задавался размером 1,8 м. Выбор данной величины был сделан в соответствии с исследованием кандидата тех. наук С.А. Кадничанского, сотрудника компании «Меридиан+», который обосновал требования к цифровой модели рельефа для ортотрансформирования аэро- и космических снимков [6].
Далее в автоматическом режиме по построенной модели рельефа выполнялась фильтрация растительности и строений [7]. «Для матрицы высот рассчитываются базисные пикеты с заданным коэффициентом прореживания. К этому прореженному набору пикетов применяется фильтр для удаления точек, попавших на дома, деревья, машины, в ямы и т. п. При этом также фильтруются случайные «выбросы». В результате остаются только пикеты, описывающие рельеф местности». Фильтрация строений и растительности может также выполняться по векторному слою, принцип работы фильтра такой же, как и по матрице высот. Фильтрация на данном этапе дает два преимущества: первое -создание ЦМР по отфильтрованному векторному слою ускоряет процесс построения матрицы высот, так как объем обрабатываемой информации меньше. И второе - нет необходимости выполнять интерполяцию пустых ячеек.
Пример фильтрации строений и растительности векторного слоя представлен на рисунке 2.
Если выполняется фильтрация ЦМР, то в ней возникают дыры, чтобы это исправить, необходимо выполнить интерполяцию. В данной работе выполнялась гладкая интерполяция. Пример результата обработки «плотной» ЦМР представлен на рисунке 3.
а б
Рис. 2. Векторный слой до (а) и после (б) фильтрации строений
и растительности
«Плотная» ЦМР «Плотная» ЦМР, Гладкая интерполяция
фильтрация строений и растительности
Рис. 3. Результат обработки «плотной» ЦМР, построенной по цифровым аэроснимкам
Анализ проведенных экспериментальных работ позволяет сделать следующие выводы:
- наличие «фильтра растительности и строений», а так же интерполяции позволяет использовать автоматизированные алгоритмы создания ЦМР для городской местности;
- методика создания «плотных» ЦМР в сравнении с методиками, реализованными в ранних версиях программы РИОТОМОБ, позволяет достигать более высокой точности;
- «плотные» модели рельефа могут быть использованы как альтернатива лазерному сканированию;
- снимки лучшего фотографического качества дают лучшие результаты построения цифровых моделей рельефа.
В заключении хотелось бы заметить, что результаты работы коррелятора и фильтров не всегда соответствуют ожидаемым и требуют проведение отдель-
ных исследований. А так как программа PHOTOMOD позволяет задавать параметры коррелятора и фильтров, то это дает возможность усовершенствовать и адаптировать алгоритмы под используемые данные дистанционного зондирования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Готтфрид Конечный Новые технологии и перспективы для геоинформатики [Текст] / Готтфрид Конечный // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. Пленарное заседание: сб. матер. VIII Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2012», 10-20 апреля 2012 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2012. - С. 106-112.
2. Никитин В.Н., Раков Д.Н. Разработка концепции автоматической системы управления беспилотным аэрофотосъемочным комплексом [Текст] / Никитин В.Н., Раков Д.Н. // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2012. Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» Т.1.: сб. матер. VIII Междунар. научн. конгресса «ГЕ0-Сибирь-2012», 10-20 апреля 2012 г., Новосибирск. -Новосибирск: СГГА, 2012. - С. 12-17.
3. Широкова Т.А., Антипов А.В., Арбузов С.А. Определение изменений на местности с применением данных лидарной съемки [Текст] / Широкова Т.А., Антипов А.В., Арбузов С.А. // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2012. Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» Т.1.: сб. матер. VIII Междунар. научн. конгресса «ГЕ0-Сибирь-2012», 10-20 апреля 2012 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2012. - С. 42-49.
4. А.П. Гук, А.С. Гордиенко, М.М. Лазерко Основные научные исследования кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования в 2010 году: автоматизация дешифрирования космических снимков, построение 3d моделей по материалам дистанционного зондирования [Текст] / А.П. Гук, А.С. Гордиенко, М.М. Лазерко // ГЕО-Сибирь-2011. Т.4.: сб. матер. VII Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апреля 2011 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2011. - С. 22-27.
5. В.В. Осипов Анализ методов создания цифровых моделей поверхностей [Текст] / В.В. Осипов // ГЕО-Сибирь-2011. Т.1. Ч.2.: сб. матер. VII Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апреля 2011 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2011. - С. 82-86.
6. Кадничанский, С. А. Обоснование требований к цифровой модели рельефа для ортофототрансформирования аэро- и космических снимков [Текст] / С.А.Кадничанский // Геодезия и картография. - 2010. - №5.
7. PHOTOMOD DTM - модуль построения цифровой модели рельефа (ЦМР) [Электронный ресурс]: офиц. сайт компании «Ракурс». - Режим доступа:
http://www2.racurs.ru/download/docs/rus/processing.pdf
© А.С. Гордиенко, О.Н. Осипова, 2013
