CC BY
142
2. Бакулин, В. В. Энциклопедия Ямало-Ненецкого автономного округа : В 3 т. Т. 2. / В. В. Бакулин, А. Ю. Солодовников. — Салехард ; Тюмень : Изд-во Тюменского гос. ун-та, 2004. — С. 341-343.
3. Клоков, К. Б. Современное состояние биолого-ресурс-ной базы и экологические основы управления биоресурсами в традиционном природопользовании Российского Севера / К. Б. Клоков // Обычай и закон. Исследования по юридической антропологии : сб. науч. статей. — М. : Стратегия, 2002. — С. 21 — 45.
4. Рогатнев, Ю. М. Создание рационального землепользования на основе совершенствования природопользования как
важнейшего фактора создания устойчивой экономики в современных условиях / Ю. М. Рогатнев // Природа, природопользование и природообустройство Омского Прииртышья. — Омск, 2001. — С. 164— 167.
ГИЛЁВА Лариса Николаевна, старший преподаватель кафедры землеустройства.
Адрес для переписки: 644008, г. Омск, Институтская площадь, 2.
Статья поступила в редакцию: 05.03.2012 г.
© Л. Н. Гилёва
УДК 5287 р. В. ЗОТОВ
Ю. В. СТОЛБОВ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,
г. Омск
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДВУХМАРШРУТНОЙ АЭРОФОТОСЪЁМКИ ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ СЕВЕРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Исследована точность различных вариантов построений аналитической пространственной фототриангуляции двухмаршрутной и одномаршрутной фотосъёмки с использованием координат центров проекций (КЦП) снимков и наземных опозна-ков в качестве опорных точек при съёмке протяжённых линейных объектов. Дана оценка возможности оптимизации объёмов наземной планово-высотной привязки в технологии инженерных изысканий линейных объектов. КЦП могут быть эффективно использованы в качестве опорных точек без наземной полевой привязки опознаков для выпуска фотопланов (планов) в масштабе 1:2000 по материалам двухмаршрутной аэрофотосъёмки. Обоснована оптимальная схема разряженной привязки двойных маршрутов аэрофотосъёмки при выпуске ЦТП масштаба 1: 2000 с сечением рельефа 0,5 и 1 м.
Ключевые слова: двухмаршрутная аэрофотосъёмка, координаты центров проекций, наземные планово-высотные опознаки, аналитическая пространственная фототриангуляция, цифровая фотограмметрическая станция.
Инженерные изыскания линейных объектов являются трудоёмким и дорогостоящим видом то-пографо-геодезических работ. Аэрогеодезическая технология позволяет значительно повысить производительность и перенести основной объём работ в комфортные камеральные условия.
Однако при её использовании возникает ряд проблем. Главная из них — создание планово-высотной опорной сети в виде наземных опознаков, т.е. опознавание чётких контурных точек на снимках соответствующих по точности опознавания и определения их координат требуемой точности изысканий. Сложные природные условия большей части территории нефтегазоносных северных районов России обусловливают значительные трудности при проведении наземных полевых измерений. Выбор контуров, необходимых в качестве опорных для крупномасштабных съёмок, ограничен. Благоприятный полевой период в этих районах короткий — составляет 3 — 4 месяца. Для эффективного выполнения комплекса изысканий за такой короткий благоприятный период важно максимально сократить
долю трудоёмких наземных полевых работ.
Современные спутниковые и инерциальные (интегральные) навигационные системы позволяют во время лётно-съёмочных работ высокоточно получать элементы внешнего ориентирования снимков, которые являются основой для дальнейшего цифрового картографирования. Для изысканий в крупных масштабах всё же требуется разреженная полевая привязка аэрофотоснимков с целью получения необходимой точности как в плане так и особенно по высоте. Определение оптимального объёма наземных полевых геодезических работ по привязке опоз-наков является актуальной задачей развития аэрогеодезической технологии инженерных изысканий линейных объектов северных территорий.
В данной работе приведены исследования точности двухмаршрутных сетей фототриангуляции с использованием координат центров проекций (КЦП) снимков в качестве опорных точек. Полученные результаты позволяют обосновать оптимизацию объёмов наземной планово-высотной привязки в аэрогеодезической технологии инженерных изысканий
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012 НАУКИ О ЗЕМЛЕ
НАУКИ О ЗЕМЛЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012
*
Оценка точности GPS-векторов
От базовой станции До опознака Дельта X м Дельта Y м Дельта Z м СКП м
BARSUK ОР-3225а -1112,179 4510,637 -1978,956 0,008
BARSUK ОР-3225Ь -2225,446 3934,131 -1580,721 0,007
BARSUK ОР-3261 -19,950 6411,170 -2996,421 0,017
BARSUK ОР-3264 -2655,472 11263,502 -4956,295 0,020
BARSUK ОР-3263 -1821,367 11106,938 -4978,386 0,018
BARSUK ОР-3262Ь 451,398 10653,188 -5040,216 0,018
BARSUK ОР-3262а 802,377 12353,119 -5878, 68О 0,018
purpe ОР-3317 12181,069 2745,107 -2635,678 0,017
purpe ОР-3378 13150,951 609,573 -1745,117 0,012
purpe ОР-3325 2716,371 -377,705 -130,828 0,007
purpe ОР-3322 8025,214 1137,644 - 1428,228 0,019
purpe ОР-3373 7546,372 -1016,814 -370,645 0,015
Komsomol ОР-3275 13610,846 5641,014 -4223,556 0,020
Komsomol ОР-3243 2401,791 1335,774 -903,064 0,009
Komsomol ОР-3242 4012,840 -89,415 -418,321 0,009
Komsomol ОР-3246 6485,248 166,886 -826,168 0,019
Komsomol ОР-3271 14272,887 3178,567 -3150,332 0,014
Komsomol ОР-3393 -1462,183 -3090.391 1612.724 0,006
Komsomol ОР-3304 -3864,370 -1618,443 1203,376 0,008
Komsomol ОР-3303 -2328,784 -1093,434 772,602 0,006
Komsomol ОР-3308 -8012,957 -3921,921 2738,424 0,020
СКП = 0,015
линейных объектов для двухмаршрутной аэрофотосъёмки с использованием КЦП.
Аэрофотосъёмка линейных объектов сдвоенными маршрутами выполнена на территории ЯмалоНенецкого АО. Носитель — аэросъёмочный самолёт Ан-30. Масштаб аэрофотосъёмки 1:15000, фокусное расстояние f=153 мм, продольное и поперечное перекрытия 60%.
Для выполнения аэрофотосъёмки и получения КЦП использовался аэросъёмочный комплекс RC-30 (LEICA Швейцария), в состав которого входит:
1. Камера RC-30 установленная на гироплатформе PAV-30 с компенсацией линейных и угловых сдвигов изображения.
2. Три 12-канальных GPS-приёмника LEICA SR 9500. Один приёмник на борту, а два других устанавливаются на наземных базовых станциях, координаты которых определены относительно пунктов ГГС.
3. Бортовой навигационный комплекс (ASCOT), предназначенный для управления и сбора (накопления) информации, поступающей от всех элементов аэрофотосъемочного комплекса (GPS-приемника, аэрофотосъемочной камеры, гиростабилизирую-шей платформы).
4. Монитор штурмана, позволяющий отображать информацию в реальном масштабе времени о фактической и расчетной траекториях полета самолета и своевременно её корректировать в соответствии с данными рабочего проекта.
При выполнении АФС самолет Ан-30 удерживался на линии заданного маршрута и проектной высоте полета по информации, получаемой бортовым GPS-приемником, и отображаемой на мониторе оператора и штурмана. В соответствии с записанными в компьютер координатами центров проекций снимков в системе координат WGS-84 автоматически в нужной точке пространства давалась команда на открытие затвора и на запись текущих навигационных координат центров проекций снимков.
Антенна спутникового приёмника установленная снаружи фюзеляжа самолета обеспечивала непрерывные (с частотой 1Гц) измерения координат своего местоположения в геоцентрической системе координат WGS-84. Так как антенна располагается не над аэрофотосъемочной камерой, измерялась редукция фазового центра GPS-антенны приемника относительно центра прикладной рамки камеры. С помощью программного комплекса ASCOT во время полета производилась запись GPS измерений в режиме OTF (Кинематики), а также углов наклона и разворота самолета в момент экспозиции, для вычисления на момент открытия затвора результирующего вектора смещения GPS антенны относительно камеры.
Комплексная технология аэрофотосъёмки и программное обеспечение позволяют определять КЦП по результатам постобработки файлов не хуже ±10 см при удалении носителя до 20 км от одной из
ж за*г
Рис. 1. Схема размещения центров фотографирования и опознаков
Результаты определения и оценки точности КЦФ
Таблица 2
№ п.п. Название линейного объекта Количество снимков Количество КЦФ % СКП КЦФ
Х, У(м) Н (м)
Магистральные трубопроводы 134 131 98 0,107 0,139
базовых станций. Качество полученных КЦП снимков определяется по результатам оценки точности относительно двух базовых станций.
Планово-высотная привязка аэрофотоснимков включает в себя опознавание на снимках контурных точек, контроль опознавания, определение координат и высот опознаков по ГЛОНАСС/GPS-технологии [1] относительно базовых станций с оценкой точности. Оценка точности GPS-векторов и их значения приведены в таблице (табл. 1). Средняя квадратическая ошибка (СКО) векторов наземных планово-высотных опознаков 0,015 метра. Максимальное расстояние от базовой станции до самого удалённого опознака не превысило 15 км.
Определение координат центров фотографирования выполняется с учетом элементов редукции (х; у; z), углов наклона и разворота камеры.
Точность координат центров проекций определяется по формуле:
где тцф — средняя квадратическая погрешность координат центров проекций снимков; ткс с — средняя квадратическая погрешность определения базовых станций; тк— средняя квадратическая погрешность вычисления координат центров проекций максимально удалённых относительно базовых станций.
Результаты оценки точности КЦП приведены в табл. 2.
т =0,070 м в плане; т =0,081 м в плане; т =
к. с. ' 'р. к. ' ' к. с.
= 0,110 м по высоте; т =0,085 м по высоте.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012 НАУКИ О ЗЕМЛЕ
НАУКИ О ЗЕМЛЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012
*
КОНТРОЛЬНЫЕ планово-высотные ОП
№№ Ва- риан- тов СОСТАВ СЕТИ фотограмметрического сгущения съёмочного обоснования Количество маршрутов стереопар Средний модуль КЦФ (м) СКП КЦФ (м) Средний модуль (м) Средняя квадратическая погрешность (м) Количество опорных контрольных
Z Е X,Y Z Е X,Y Z Е X,Y Z Е X,Y
1 2 3 4 5 6 7 B 9 10 11 12
1 Блок двойных маршрутов без ОП 6 134 0,07 0,12 0,09 0,15 0,42 0,36 0,6B 0,46 0 19
2 Нижний блок одинарных маршрутов 3 66 0,06 0,11 0,09 0,15 0,9B 0,99 1,21 1,41 0 10
3 Верхний блок одинарных маршрутов 3 6B 0,05 0,09 0,06 0,11 0,42 0,61 0,62 0,73 0 15
4 Двойной маршрут 2 75 0,09 0,14 0,12 0,20 0,30 0,42 0,34 0,46 0 11
5 Двойной маршрут с отбракованными КЦФ 2 75 0,09 0,12 0,11 0,16 0.30 0,41 0,34 0,44 0 11
6 Одинарный маршрут (нижний) 3B 0,07 0,14 0,12 0,1B 1,6B 4,23 1,94 4,49 0 2
7 Одинарный маршрут (верхний) 37 0,29 0,20 0.37 0,24 57,53 147,50 57,72 147,50 0 4
1 2 3 4 5 6 7 B 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 B 9 10 11 12
B Двойной маршрут 2 ОП на концах 2 75 0,09 0,13 0,11 0,16 0,30 0,41 0,34 0,43 2 9
9 Нижний блок двух одинарных с ОП через 11 км 3 66 0,0B 0,10 0,11 0,12 0,39 0.34 0,46 0.44 7 5
10 Верхний блок двух одинарных с ОП через 11 км 3 6B 0,06 0,10 0.0B 0,13 0,36 0,32 0,46 0,73 7 9
11 Два одинарных пересекающихся маршрута 2 49 0.06 0,12 0,06 0,12 1,16 1,65 1,43 2,16 0 B
12 Два одинарных пересекающихся маршрута 2 56 0,06 0,11 0,10 0,16 0,B0 0,95 1,10 1,40 0 13
13 Блок двойных маршрутов с ОП по схеме 2 -1 -2 2 76 0,09 0,13 0,12 0,15 0,13 0,4B 0,1B 0,52 B 6
КЦП изначально получены в системе координат WGS-84 в дифференциальном режиме относительно базовых станций, затем перевычислены в заданную систему координат.
Обработка и уравнивание фотограмметрических построений производились на цифровой фотограмметрической станции (ЦФС) Photomod v. 4.3.602 в соответствии с требованиями Инструкции [2].
Единая оболочка объединяет 12 модулей, каждый их которых предназначен для выполнения необходимых операций на соответствующем этапе обработки проекта. При выполнении экспериментальной части данной работы использовались модули Montage Desktop, AT (Aerial Triangulation), Solver.
Montage Desktop — это основная управляющая оболочка системы. Она используется для создания, копирования, удаления проектов, ввода паспортных данных камер, визуализации блока изображений в соответствии с этапом обработки, загрузки для просмотра и контроля TIN, матриц высот, векторов и т.д., а также запуска остальных модулей системы. Ее средствами производится построение единой ЦМР и горизонталей на блок изображений, а также импорт и экспорт тех или иных видов объектов.
AT — модуль сбора данных для уравнивания сетей блочной и маршрутной фототриангуляции, включая внутреннее ориентирование, измерение опорных и связующих точек. Измерение и перенос связующих и опорных точек могут выполняться в автоматическом режиме (с помощью коррелятора) или вручную в стереорежиме. Модуль содержит средства контроля точности по смежным моделям и остаточному поперечному параллаксу.
Solver — модуль уравнивания сети фототриангуляции. Инструменты контроля точности и графические средства представления и анализа ошибок обеспечивают успешную реализацию проекта фототриангуляции и, в конечном счете, надежность и высокое качество выходных продуктов: ЦМР, ортофотопланов, цифровых карт. Уравнивание фототриангуляции выполнялось строгим методом связок. Общая схема сети показана на рис. 1.
Наиболее наглядные варианты экспериментального сгущения съёмочного обоснования приведены в табл. 3.
Первый вариант уравнивания включает блок двойных маршрутов и в качестве точек съёмочного обоснования выступают только КЦП. Контроль в
этом варианте осуществлялся по 19 наземным планово-высотным опознакам (далее просто ОП). Точность высотного обоснования в этом варианте соответствует лишь 2,5 метровому сечению рельефа. Точность планового сгущения вполне соответствует выпуску масштаба 1:2000.
Во втором варианте наглядно видно, как стабилизируются маршруты в местах их пересечения. Так, на ОП 3246 и 3243 погрешности в плане соответственно равны 0,14 м и 0,09 м, а на висячем удалённом от пересечений маршрутов конце ошибка на ОП 3373 составила 2,44 м. Аналогичные варианты сгущения съёмочного обоснования и распределения погрешностей и в третьем, одиннадцатом и двенадцатом вариантах.
В четвёртом варианте двойного прямолинейного маршрута, опирающегося только на КЦП, погрешности в плане и по высоте вполне подтверждают выводы первого варианта. Даже более оптимистично выглядит высотное сгущение. Здесь уже выдерживается точность 2-метрового сечения.
В пятом варианте по сравнению с четвёртым отбракованы два наиболее грубых центра фотографирования, но это практически не повлияло на оценку точности.
В шестом и седьмом вариантах двойной прямолинейный маршрут разделён на два независимых маршрута. Здесь чётко прослеживается вращение каждого маршрута вокруг линии центров проекций снимков, что выражается в грубых ошибках на контрольных опознаках. Без стабилизации наземными опознаками одиночных маршрутов невозможно обойтись в этом случае.
В восьмом варианте двойного прямолинейного маршрута стабилизируются концы маршрутов двумя ОП. Сравнивая его с пятым вариантом двухмаршрутной аэрофотосъёмки, в котором опорными были только КЦП, видим, что практически эти опознаки не повлияли на результаты уравнивая.
В девятом и десятом вариантах блок одинарных пересекающих маршрутов стабилизируется наземными ОП через ~11 км (по одному ОП). Результат оценки аналогичен первому варианту, когда сдвоенные маршруты опираются лишь на КЦП без наземной привязки.
В тринадцатом варианте демонстрируется оптимальное решение по стабилизации высотного сгущения блока из двух маршрутов по классической схеме привязки ОП по схеме 2—1 — 2, где двойные опозна-ки размещаются поперек маршрутов на краях попе-
речного перекрытия через 20 км и между парами ОП через 10 км определяются ещё по одному ОП.
Таким образом, в равниной местности северных территорий России, выполняя двухмаршрутную аэрофотосъёмку с определением КЦП, можно разрядить планово-высотное обоснование для сечений рельефа 1 м и 0,5 м в 4 — 5 раз по сравнению с требованиями Инструкции [3]. Для этого необходимо использовать в двухмаршрутной фототриангуляции координаты центров проекций в качестве опорных точек и разреженную привязку наземных опозна-ков по схеме 2—1 — 2.
Для кадастровых съёмок масштаба 1:2000 можно выполнять сгущение планового съёмочного обоснования АПФ двухмаршрутных блоков, лишь опираясь на КЦП снимков без наземной полевой привязки ОП.
Оптимизация объёмов привязки опознаков при изысканиях линейных объектов за счёт двухмаршрутной аэрофотосъёмки с определением КЦП снимков позволяет значительно уменьшить объём наземных полевых работ, что особенно важно для северных территорий РФ, где очень короткий благоприятный период.
Библиографический список
1. Инструкция по развитию съёмочного обоснования и съёмке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS. ГКИНТ (0НТА)-02-262-02. М. :ЦНИИГАиК, 2002. - 124 с.
2. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. ГКИНП (ГНТА)-02-036-02. М. : ЦНИИГАиК, 2002. - 100 с.
3. Инструкция по топографической съёмке в масштабах 1: 5000, 1: 2000, 1: 1000 и 1:500. ГКИНП-02-033-82. - М. : НЕДРА, 1985. - 151 с.
ЗОТОВ Руслан Викторович, кандидат технических наук, профессор кафедры геодезии, заслуженный работник геодезии и картографии РФ. СТОЛБОВ Юрий Викторович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры геодезии, заслуженный работник геодезии и картографии РФ.
Адрес для переписки: 644080, г. Омск, пр. Мира, 5.
Статья поступила в редакцию 05.06.2012 г.
© Р. В. Зотов, Ю. В. Столбов
Книжная полка
Юнусов, А. Г. Геодезия: учебник для вузов / А. Г. Юнусов. - М. : Академический проект, 2011. - 409 с. -ISBN 978-5-8291-1326-1.
В учебнике рассмотрены вопросы теории и описаны геодезические методы, современные приборы и инструменты, применяемые при геодезических работах. Изложена методика выполнения геодезических измерений, рассмотрены вопросы создания съемочного обоснования и производства топографических съемок с использованием традиционных и автоматизированных методов. Представлены сведения из теории погрешностей геодезических измерений. Для студентов вузов, обучающихся по направлению 120700 — «Землеустройство и кадастры», а также для работников производства при выполнении геодезических работ при землеустройстве и создании кадастра объектов недвижимости и в различных отраслях хозяйства.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (114) 2012 НАУКИ О ЗЕМЛЕ
