Автоматизация сбора и организации исходных данных при создании ЦТК на ЦФС Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 528.42:004

А.А. Карацай, В.П. Ступин

ИрГТУ, Иркутск

АВТОМАТИЗАЦИЯ СБОРА И ОРГАНИЗАЦИИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ПРИ СОЗДАНИИ ЦТК НА ЦФС

В условиях стремительного прогресса в области вычислительной микропроцессорной техники и разработки цифровых методов и алгоритмов, позволяющих автоматизировать многие этапы создания топографических карт и другой топографической продукции, обеспечили быстрое внедрение в производство цифровых фотограмметрических станций (ЦФС). При этом, если автоматизация основных технологических процессов происходила достаточно быстро, то автоматизация редакционно-подготовительных работ, в частности в части сбора, обработки и хранения исходных материалов и данных заметно отставала, что стало сказываться на времени исполнения специальных работ. Ниже мы излагаем некоторые проверенные соображения по организации и работе базы данных именно на этапе сбора и распределения исходных данных для производственного создания цифровых топографических карт (ЦТК) на ЦФС как по аэро-, так и по космическим, снимкам.

Как известно, база данных (БД) - это совокупность материалов и данных, организованных оптимальным образом. БД реализует единые принципы описания, хранения и манипулирования данными. Хранение данных в БД обеспечивает централизованное управление, соблюдение стандартов, безопасность и целостность данных (вследствие автономности от прикладных программ), сокращает избыточность и устраняет противоречивость данных. Пополнение БД и обращение к ней осуществляются с помощью системы управления базами данных (СУБД), реализующей технологию «клиент-сервер». Обширные БД лучше разместить на нескольких компьютерах сетевого комплекса (т.н. распределенная БД).

Технология создания ЦТК на ЦФС в сетевом варианте функционирует под условием информационно-технологического взаимодействия рабочих мест как внутри комплекса, так и взаимодействия с потоками входной информации поступаемой от СУБД. Кроме того, существуют исходные данные, постоянно хранящиеся в ЦФС.

Для реализации технологии создания ЦТК на ЦФС, в общем случае, СУБД желательно организовать в следующие банки:

- Банк картографических данных;

- Банк данных создания планово-высотной основы (СПЕЮ);

- Банк материалов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ);

- Банк цифровых моделей рельефа (ЦМР);

- Банк цифровых ортофотопланов (ЦОФП);

- И др.

Банк картографических данных может включать следующие фонды данных:

- Цифровых карт местности, созданных путем цифрования аналоговых карт, фотограмметрической обработки аэрокосмических снимков, цифровой регистрации данных полевых съемок или иным способом;

- Электронных карт, предназначенных для визуализации на мониторе компьютера;

- Цифровых компьютерных карт, визуализуемых невидеоэкранными средствами графического вывода;

Банк данных СПВО заполняется по результатам работы системы создания планово-высотной основы, а также в ходе ведения каталогов наличия материалов аэро- и космического фотографирования топографическими (получающими стереопары измерительных снимков) и дешифровочными (получающими крупномасштабные одиночные снимки) камерами. Обычно в состав банка данных СПВО входят: каталоги планово-высотной основы; данные для ориентирования и учета искажений фотоснимков; каталоги наличия аэро- и космоснимков в банке материалов ДЗЗ. Данные планово-высотной основы включают результаты развития пространственных сетей фототриангуляции и данные калибровки съемочных камер. Результаты развития фототриангуляции представляются в виде описательных сведений о районах, номерах маршрутов и стереопар, линейных и угловых элементах внешнего ориентирования снимков стереопар, характеристики съемочных камер и параметров съемки; классификационные признаки, координаты и высота опорных точек фотограмметрических сетей.

Каталог планово-высотной основы содержит информацию, необходимую для восстановления связок проектирующих лучей в системе координат снимка, и данные, необходимые для ориентирования связок проектирующих лучей относительно геодезической системы координат.

Для задания системы координат фотоснимка вводятся следующие фотограмметрические параметры.

Параметры, общие для всех фотоснимков маршрута: координаты координатных меток на корпусе фотокамеры; координаты подвижных меток, то есть ближайших крестов выравнивающего стекла при его калиброванном положении; координаты главной точки; фокусное расстояние фотоснимка; таблица поправок к номинальным координатам крестов; таблица поправок за дисторсию оптической системы фотокамеры.

Параметры, задаваемые для каждого фотоснимка маршрута, включают значения подвижки, характеризующие смещение и разворот выравнивающего стекла в момент экспонирования относительно его калибровочного положения.

В связи с нестабильностью параметров фотоаппарата во время орбитального полета космических съемочных систем при построении фототриангуляции для каждого маршрута определяются уточненные значения фокусного расстояния и поправок за дисторсию.

Данные, необходимые для ориентирования связок проектирующих лучей, задаются в виде таблицы элементов внешнего ориентирования фотоснимков, образующих основные стереопары. В этой таблице указываются: координаты и высоты точек фотографирования; угловые элементы ориентирования фотоснимков.

В дополнение к элементам внешнего ориентирования фотоснимков в каталоге содержится информация, необходимая для оценки точности построения геометрической модели на ЦФС.

Для оценки точности восстановления связок проектирующих лучей приводятся следующие показатели:

Среднеквадратические погрешности измерения приращений координат координатных и подвижных меток в данном маршруте;

- Среднеквадратические погрешности измерения координат и параллаксов точек в основных стереопарах маршрута.

Точность построения одиночных геометрических моделей в пределах маршрутов фотографирования оценивается по расхождениям высот связующих точек в смежных стереопарах.

Точность согласования геометрических моделей в перекрывающихся маршрутах оценивается по расхождениям координат общих точек.

Приведенные в каталоге планово-высотной основы точностные показатели являются необходимыми при дальнейшей обработке фотоснимков на ЦФС. Они представляют собой данные об ожидаемой точности стереоскопических измерений по фотоснимкам и точности построения одиночных геометрических моделей, а также позволяют оценить степень необходимости сводки геометрических моделей в пределах маршрутов и между маршрутами.

Данные для ориентирования и учета искажений дешифровочных фотоснимков включают параметры съемочной аппаратуры, выбираемые из паспорта камеры, и координаты опорных точек в геодезической системе координат.

Банк данных ДЗЗ формируется по результатам обработки (геометрическая, радиометрическая коррекция и пр.) исходных аэро- и космических снимков. В его состав входят массивы цифровых снимков, полученные или непосредственно цифровыми камерами или посредством сканирования исходных топографических или дешифровочных фотоснимков. Массив цифрового изображения обычно включает служебно-справочную и содержательную информацию.

Служебно-справочная информация содержит параметры условного кадра цифрового изображения и его ориентирования: номер маршрута; номер кадра в маршруте; дату съемки; дату сканирования; номер условного кадра; шаг дискретизации; размер апертуры; число элементов в строке и число строк.

Параметры ориентирования содержат элементы внутреннего, взаимного (для стереопар топографических снимков) и внешнего ориентирования фотоснимков.

Содержательная информация массива ЦФИ состоит из значений цифровых кодов оптических плотностей исходного фотоизображения в форматах, поддерживаемых программным обеспечением ЦФС.

Банк данных ЦМР формируется по результатам обработки стереопар топографических фотоснимков на ЦФС в рамках номенклатурных листов соответствующего масштабного ряда. Массив ЦМР содержит служебно-справочную и содержательную информацию.

Служебно-справочная информация включает: геодезические координаты углов ЦМР в системе координат Гаусса; номенклатуры листов топографических карт различных масштабов; средние квадратические погрешности создания ЦМР; число элементов в строке и число строк массива ЦМР. Смысловая информация содержит значения высот точек, соответствующих дискретным элементам ЦМР.

База данных ЦОФП формируется по результатам обработки одиночных цифровых изображений. В ней хранятся цифровые ортофотопланы распределенные по масштабному ряду. Содержимое ЦОФП хранится в двух сегментах: паспорте ЦОФП и массиве оптических плотностей.

Паспорт ЦОФП, содержит данные, характеризующие ЦОФП в целом (сведения об идентификации, координатной привязке, ориентации, элементах ориентирования исходных снимков, источниках получения ЦОФП и т.д.).

Сегмент оптических плотностей ЦОФП, содержит непосредственно информацию с заданной дискретностью в соответствующих форматах.

Исходные данные, регулярно используемые в технологических процессах, необходимо постоянно хранить в ЦФС. К таким данным следует отнести внутренние массивы данных, используемые в ходе реализации технологических процессов и операций на рабочих местах комплекса, метрологические параметры аппаратуры (например, размер апертуры, дискретность считывания изображения и диапазон сканирования сканирующего устройства; размер апертуры, дискретность вывода изображений, размеры рабочей зоны плоттера и др.), а также паспортные значения создаваемых видов цифровой картографической продукции, включающие численные значения контролируемых параметров ЦМР и ЦОФП всего масштабного ряда.

Структура и содержание отдельных банков и фондов БД могут изменяться в зависимости от масштабов и назначения ЦТК, используемых материалов и съемочной аппаратуры, типа ЦФС и других факторов, но принципиальная схема организации будет в принципе той же самой.

© А.А. Карацай, В.П. Ступин, 2007