CC BY
127НАУКИ О ЗЕМЛЕ
Использование программы photomod для создания ортофотоплана
на территорию месторождения
1 2 Кузнецова И. А. , Махметова Г. Н.
1Кузнецова Ирина Анатольевна /Kuznetsova Irina Anatolyevna - кандидат технических наук;
2Махметова Гульмира Насиолловна /Makhmetova Gulmira Nasiollovna - магистрант, Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева,
г. Алматы, Республика Казахстан
Аннотация: в настоящее время нефтегазовые компании для получения данных и сбора информации о территории используют способы дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) и последующую их обработку с применением современных программ и оборудования. В данной статье рассматриваются технологическая схема фотограмметрической обработки материалов аэрофотосъемки и методика создания ортофотоплана и цифровой модели местности.
Ключевые слова: аэрофотосъемка, плано-высотное обоснование, фотограмметрия, ортофотоплан, цифровая модель местности.
УДК 528.71:004.9
В настоящее время в Республике Казахстан ведущей отраслью в экономике является нефтегазовая промышленность. Наиболее перспективным и богатым залежами углеводородного сырья является шельф Каспийского моря. На его казахстанском участке обнаружено 96 структур с прогнозными запасами нефти объемом 12 млрд. т. Данный объем ресурсов нефти и газа позволяет внести существенный вклад в развитие экономики Казахстана [1].
Президент Республики Казахстан Н. А. Назарбаев в программе «Казахстанский путь 2050» отметил важность повышения эффективности традиционных добывающих секторов, и признал, что «они — наше естественное конкурентное преимущество. Нам нужны новые подходы к управлению, добыче и переработке углеводородов, сохраняя экспортный потенциал нефтегазового сектора» [2].
Нефтяные предприятия в Казахстане, занимающиеся разработкой месторождений и добычей нефти, представлены как казахстанскими, так и зарубежными компаниями.
Современное развитие информационных технологий способствовало накоплению различными организациями и ведомствами, ведущими разведку, добычу и сбыт углеводородного сырья, большого количества геопространственной информации о месторождениях.
Способность управлять массивом информационных ресурсов, которые накапливаются в разных базах данных это залог для успешной деятельности добывающей компании. Использование геоинформационных систем (ГИС) в качестве единой базы для хранения и сбора всей геопространственной и атрибутивной информации на территорию месторождения позволяет судить об общем состоянии объектов.
Создание общей базы пространственных данных предоставляет возможность различным организациям, занятым в данной отрасли, иметь доступ к получению необходимых сведений, а также для управления полученной информацией и выбора метода их эффективной обработки.
Наиболее распространенным методом получения данных для сбора информации об исследуемой территории получили способы дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) и последующая их обработка с применением современных программ и оборудования.
В настоящее время имеется большой выбор автоматизированных систем цифровой обработки аэрокосмических снимков для создания и обновления карт и планов, такие как: PHOTOMOD, ERDAS IMAGINE, ENVI и другие программы.
Для обработки полученных данных на исследуемую территорию была использована цифровая фотограмметрическая станция (ЦФС) PHOTOMOD 5.21. Данный программный комплекс позволяет производить весь цикл фотограмметрических работ вплоть до получения цифровых моделей рельефа и ортофотоплана. ЦФС Photomod позволяет осуществлять распределенную обработку с использованием нескольких компьютеров [3].
Фотограмметрическая обработка проводилась в следующей последовательности согласно рисунку 1: получение исходных данных из Департамента дистанционного зондирования; создание блока (фотограмметрического проекта); измерение связующих точек и точек планово-высотного обоснования; уравнивание блока; создание ЦМР; создание и нарезка ортофотоплана; проверка качества.
Получение исходных данных и создание фотограметрического проекта
Измерение связующих точек и точек планово-высотного обоснования
Уравнивание фотограмметрического блока
#
Создание цифровой модели рельефа
Создание , нарезка и проверка качества ортофотоплана
Рис. 1. Последовательность фотограмметрической обработки
В качестве исходных данных для создания ортофотоплана использовались:
- материалы аэрофотосъемки (с 60 % продольным и 30 % поперечным перекрытием;
- паспортные данные камеры и элементы внешнего ориентирования в геодезической системе координат WGS84;
- каталог опорных и контрольных точек в Балтийской системе высот.
Для создания фотограмметрического проекта использовались 8 аэрофотоснимков, полученных с помощью широкоформатной цифровой аэрофотокамерой UltraCamX, на данную территорию. Затем выполнялся накидной монтаж снимков с использованием модуля Photomod Montage Desktop. Снимки на прибрежную часть месторождения располагались в 2 маршрута по 4 снимка.
Использование накидного монтажа позволило выполнить измерение связующих точек и точек планово-высотного обоснования. Опорные и связующие точки измерялись и редактировались в модуле Photomod AT, с использованием специального стереомонитора PLANAR. Современные стереомониторы позволяют выполнять фотограмметрическую обработку аэро- и космических снимков, а также проводить визуальный анализ пространственной информации. Стереомониторы можно разделить на несколько видов по способу стерео-визуализации: стереоскопические, мультивидовые, голографические и волюметрические. Для создания цифровых топографических планов лучше использовать зеркальные и
#
фазово-поляризационные стереомониторы, позволяющие выполнить все процессы обработки снимков в соответствии с требуемой точностью [4].
В процессе измерения снимков проводилось ручное редактирование точек для обеспечения точности измерения и равномерности распределения точек по всей площади снимков.
Одним из важных процессов обработки снимков является процесс уравнивания фотограмметрической модели, который выполнялся в программе Solver. Данная программа позволяет проводить процесс уравнивания, как по связующим точкам, так и по опорным используя материалы аэросъемок полученных как с самолетов, так и с беспилотных летательных аппаратов, а также материалы космических съемок [5, 6, 7].
На основании отчета по уравниванию выявлялись и исключались точки превышающие допуск точности среднеквадратической ошибки (СКО). В процессе уравнивания использовались все измереные точки блока, в результате чего были получены среднеквадратические ошибки представленью в таблице 1.
Таблица 1. Среднеквадратические ошибки по связующим точкам
СКО по связующим точкам Ех Еу Ez F L'Xy
Между стереопарами 0,039 0,016 0,123 0,042
Внутри маршрутов 0,032 0,004 0,124 0,032
Между маршрутами 0,058 0,037 0,103 0,069
Анализ таблицы показал, что в результате уравнивания фотограмметрической модели среднеквадратические ошибки по связующим точкам между стереопарами и внутри маршрутов не превысили 0,04 мм, наибольшая величина среднеквадратической ошибки получилась между маршрутами и составила 0,069 мм, что не превышает допустимой величины 0,2мм. Полученные результаты уравнивания удовлетворяют требованиям, предъявляемым для построения цифровой модели рельефа (ЦМР).
Цифровая модель рельефа - это система точек с координатами Х,У,И, выбранных на земной поверхности так, чтобы путем линейного интерполирования была возможность получить отметки других точек с требуемой точностью [8].
Целью ЦМР является построение рельефа местности с использованием минимального числа точек, количество и размещение, которых зависят от характера рельефа и точности получения отметок точек по модели. В зависимости от ситуации и поставленной задачи применяются различные схемы построения цифровых моделей. Они могут быть регулярными, нерегулярными, полурегулярными и статистическими.
Для исследования было решено построить регулярную и нерегулярную модели рельефа. При построении регулярной модели точки располагали в вершинах сетки квадратов с шагом 10 м по осям X и У. При стереоскопическом наблюдении на данной территории просматриваются ярко выраженные возвышенности, которые имеют вытянутую форму и располагаются вдоль береговой линии.
Анализ стереофотограмметрической модели показал, что данное расположение точек при построении регулярной модели не дает возможности отображения действительного рельефа местности, так как узлы квадратов сети не всегда попадали на характерные точки рельефа.
В нерегулярных системах точки выбирались произвольно без какой-либо определенной системы, но с учетом характера рельефа, что позволило расположить точки на всех характерных перегибах местности. Такой набор точек позволил отобразить рельеф местности соответствующий действительности. Количество точек при таком обеспечении зависит от категории сложности рельефа, чем он сложнее, тем больше должна быть густота точек. Необходимое количество точек позволяет построить цифровую модель местности.
Цифровая модель рельефа (ЦМР) создавалась в модуле PHOTOMOD DTM в полуавтоматическом режиме, на основе пикетов, измеряемых автоматически по стереомоделям. Исполнителем задавался шаг сетки, по которой строились пикеты. Алгоритм поиска пикетов создает вокруг каждого узла этой сетки пикет в точке с наилучшей корреляцией. Затем все вершины включаются в нерегулярную триангуляционную решетку TIN, создаваемую на основе триангуляции Делоне [9].
На территорию месторождения на основе TIN методом интерполяции была создана матрица высот с шагом 1 м (для ортонормирования).
Так как измерение пикетов производилось автоматически, то возникли ошибки в построении модели рельефа. Эти ошибки бывают двух типов согласно рисунку 5 и зависят от следующих причин. Ошибки результата неверной работы коррелятора, возникают в тех случаях, когда два соседних снимка сильно разнятся между собой, и представляют собой резкие всплески, пики и легко убираются с помощью функции «Фильтрация выбросов».
Ко вторым ошибкам относятся точки, которые попадают на объекты местности, не относящиеся к рельефу и лежащие на высокой растительности, на зданиях и прочих антропогенных объектах и вследствие этого возникают ошибки измерений.
В процессе проверки (ЦМР), были устранены ошибки, упущенные автоматическими фильтрами.
При этом проверялась не только корректность высоты пикетов, но и правильность описания рельефа этими пикетами. В случае необходимости в характерных точках рельефа (седловины, вершины, низины и т.д) производилось уплотнение пикетов в ручном режиме. Проверка осуществлялась в стереорежиме с применением стереомонитора Planar (США), состоящего из двух жидкокристаллических (LCD) мониторов, между которыми находится полупрозрачное зеркало. В основе жидкокристаллических мониторов Planar Systems лежит технология StereoMirror, позволяющая получать качественные изображения для работы в таких областях, как аэрокосмическая съемка, фотограмметрия, медицина, химия и других областях [10].
Чтобы получить ортофотоплан на исследуемую территорию, создавалась единая мозаика, состоящая из ортонормированных аэрофотоснимков с использованием модуля PHOTOMOD GeoMosaic. Для ортонормирования снимков была использована построенная цифровая матрица высот с разрешением 1 м.
Затем ортонормированные снимки были загружены в модуль PHOTOMOD GeoMosaic для создания бесшовной мозаики и разделения на листы. Также были созданы линии порезов и прямоугольные листы ортофотопланов. Линии порезов определяют области каждого снимка, которые будут включены в единую мозаику. Эти линии создавались с таким расчетом, чтобы мозаика состояла по возможности из
Ошибки моделирельефа
Результат неверной р аботы коррелятора
Точки, измеренные на объектах местности, не относящихся к рельефу
Рис. 2. Ошибки модели рельефа
областей снимков, расположенных ближе к надиру. Линии порезов были построены автоматически, результаты которого корректируются алгоритмом, учитывающим контуры объектов, неоднородность изображений и их яркость. Окончательное редактирование линий порезов осуществлялось оператором с учетом следующих требований инструкции по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов:
- высотные объекты не должны делиться по снимкам;
- дороги должны быть пересечены по возможности перпендикулярно к их оси и т.п.
- линии порезов по возможности не должны пересекать трубопроводы и прочие технологические объекты [11].
Так как снимки различались между собой по тону, необходимо было провести цветовое выравнивание с использованием алгоритмов локального (между соседними снимками) и глобального (на все снимки) цветового выравнивания.
Глобальное выравнивание приводит яркости и контрастности всех снимков к яркости и контрастности какого-либо снимка, либо к среднему значению по всем изображениям, входящим в мозаику. Локальное выравнивание работает на соприкасающихся участках соседних снимков, обеспечивая бесшовный переход между снимками. Действие локального выравнивания максимально на линиях порезов и убывает к центру аэроснимка [12].
Для создания ортофотопланов на территорию месторождения выполнялось глобальное выравнивание к среднему значению по всем изображениям, входящим в мозаику. Кроме того, проводилось сглаживание линии совмещения снимков, заключающееся в смешивании значений пикселов соседних снимков путем наложения градиентного эффекта прозрачности.
В результате цветового выравнивания был получен единый ортофотоплан на весь создаваемый блок снимков. Для нанесения на топографический план средствами Photomod на основе TIN были созданы горизонтали с сечением 1 м. При этом не учитывались объекты искусственного происхождения.
Ортофотоплан был нарезан на листы размером 1000x1000 м, каждый лист имеет уникальное имя согласно номенклатуре планов масштаба 1:2000 для проекта. Всего было создано 4 листа мозаики.
Ортофотоплан был построен на всю требуемую территорию с пространственным разрешением 10 см в пикселе и глубиной цвета - 16 бит/пиксель.
Вывод
Цифровая модель рельефа, созданная фотограмметрическим способом, имеет соответствующее качество, так как данные покрывают всю заданную территорию и корректно передают информацию о рельефе.
Таким образом, цифровая фотограмметрическая технология создания ЦМР и ортофотопланов месторождений по материалам аэрофотосъемок является одним из наиболее эффективных способов. Их внедрение позволяет значительно сократить, упростить, а иногда и исключить, многие виды традиционных геодезических и картографических измерений. Также их использование повышает точность данных, сокращает сроки получения материалов, удешевляет продукцию. Такой способ позволяет получать выходные материалы как в графическом, так и в цифровом виде.
Использование ГИС-технологий для сбора и хранения полученной информации в единой базе данных позволяет выполнять своевременный пространственный анализ всей территории месторождений. Обмен данными с использованием глобальных и локальных сетей обеспечивает эффективную организацию и управление работами на объектах, а также предоставляет возможность выполнять экологический прогноз и оценку месторождений и прилегающей территории.
Литература
1. Бабак В. Нефтегазовый сектор Казахстана // Журнал Центральная Азия и Кавказ, 2006. Выпуск № 4 (46). С. 50-66.
2. [Электронный ресурс]: Послание Н. А Назарбаева народу Казахстана. 30 ноября 2015: Режим доступа http://www.akorda.kz. (дата обращения: 22.04.2015).
3. http://www.racurs.ru/?page=515. (дата обращения: 22.04.2015).
4. Кузнецова И. А., Нурсанкызы А. Применение стереоскопических мониторов для создания планов городских территорий // Вестник КазНУ, 2015. № 1 (40). С. 357-362.
5. Кузнецова И. A., Тюлегенова А. Исследование точности фотограмметрической обработки стереопар космических сканерных снимков, полученных со спутника GEOEYE // Материалы международной научно-практической конференции «Научное пространство Европы» Nauka i studia, Przemysl, 2012. С. 61-66.
6. Kuznetsova I. A., Kuznetsova O. P. Establishing the dependence of point position on number of stereo pairs based on data obtained from unmanned aerial vehicle. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences, 2015. № 1-2. P. 25-28.
7. Кузнецова И. А., Тюлегенова А. В. Использование данных дистанционного зондирования Земли для создания цифровых топографических планов на карьерах. Горный журнал Казахстана, 2012. № 6. С. 21-23.
8. Рассказова Н. С., Бобылев А. В. Представление данных цифровых моделей рельефа в экологических геоинформационных системах // Вестник Челябинского государственного университета, 2010. № 8 (189). С. 36-39.
9. Тикунов В. С. Геоинформатика. М., 2005. 480 с.
10. Зинченко О. Н., Смирнов А. Н., Чекурин А. Д. Компания «Ракурс» Обзор современных жидкокристаллических стереомониторов. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.racurs.ru/?page=416. (дата обращения: 22.04.2015).
11. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов // ЦНИИГАиК. Москва, 2002.
12. Назаров А. С. Фотограмметрия. Мн.: ТетраСистемс, 2006. 368 с.
Явление динамического хаоса физики в атмосфере Иванов С. И.1, Баринов Д. А.2, Брединский Н. А.3, Ямгуров Д. М.4
1Иванов Сергей Игоревич /Ivanov Sergey Igorevich - студент; 2Баринов Денис Александрович /Barinov Denis Aleksandrovich - студент, токарь-расточник,
Зеленодольский завод им. Горького; 3Брединский Николай Алексеевич /Bredinskiy Nicolay Alekseevich - студент, Зеленодольский институт машиностроения и информационных технологий (филиал),
г. Зеленодольск;
4Ямгуров Дамир Мидхатович / Yamgurov Damir Midhatovich - студент, Казанский национальный исследовательский технический университет, мастер механосборочных работ, Казанский авиационный завод, г. Казань
Аннотация: в данной статье рассматривается явление динамического хаоса в атмосфере.
Ключевые слова: динамический хаос, ионосфера, атмосфера.
В наши дни, когда мы наблюдаем изменения климата по всей Земле и понимаем, что это приведёт к непредсказуемым последствиям, особенно важно исследовать нелинейные процессы в атмосфере Земли, и, в частности, динамический хаос. Возможно, это поможет локально управлять стихией,
