CC BY
52
УДК 528.7
Т.А. Хлебникова, Е.Н. Кулик СГГА, Новосибирск
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТРЕХМЕРНОЙ ВИДЕОСЦЕНЫ ПО МАТЕРИАЛАМ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СЪЕМОК
T.A. Khlebnikova, Ye.N. Kulik SSGA, Novosibirsk
RESEARCH OF THE TECHNOLOGY FOR MAKING MEASURING 3D VIDEOSCENE BY THE AEROSPACE SURVEYS MATERIALS
The paper deals with the problems of the new types of digital geospatial products, called 3D-models of videoscenes.
The raw data for models components acquisition are considered, i.e. digital model of the terrain (DTM) and that of the object (DOM). The authors present the scheme of the technology for making measuring 3D videoscene on the basis of aerospace surveys by means of photogrammetry and 3D-GIS. Efficiency of photogrammetric technologies application is proved.
Experimental works have been made on: collection and development of DTM and DOM on the basis of aerospace survey with the following characteristics: flight scale 1: 8000, focal distance АФА - 153 mm, picture size 23x23 cm; establishment of 3D videoscenes in two 3D-GIS media: GIS MAP 2005, (version 9.15.3); ERDAS IMAGINE VirtualGIS (version 9.0).
В настоящее время трехмерное представление территории средствами современных ГИС-технологий является одним из быстро развивающихся направлений в геоинформатике. Это обусловлено тем, что во многих областях народного хозяйства потребность в информации о местности уже не удовлетворяется использованием только топографических карт в аналоговом и цифровом видах. Недостаточная информативность карты, необходимость умения читать карту затрудняет ее использование, а в ряде специальных приложений существенно ограничивает ее применение [1, 2, 3].
Для решения ряда инженерных задач, включающих автоматизированный анализ состояния территории, особенно, в районах интенсивного строительства требуется детальная информация о взаимном пространственном положении объектов территории, их относительных высотах в цифровой форме.
Появились новые цифровые геопространственные продукты, получившие название 3D-моделей [1, 2, 3]. Получению таких новых видов цифровой продукции способствовало использование достижений трехмерной машинной графики при пространственном моделировании местности [1] в геоинформационных технологиях.
В общем случае трехмерные цифровые модели представляют собой трехмерные пространственные аналоги реальных объектов местности. В научной и технической литературе приводятся различные определения и обозначения, например: трехмерные виртуальные модели местности или 3D-(3-Dimentional) визуализации, виртуальные модели местности, цифровые
пространственные модели местности, пространственные модели местности, трехмерные цифровые модели, ЗЭ-модели, ЗЭ-ЦММ, ЗО-сцены, трехмерные текстурированные модели реалистического вида.
Перечень актуальных ЗЭ-продуктов постепенно расширяется. В настоящее время наиболее востребованы визуальные цифровые модели городов. В крупных европейских городах трехмерная географическая информация используется при решении таких задач, как городское планирование, управление подземным транспортом, защита от шума и др. [4].
На основе базовых понятий, приведенных в известных словарях по геоинформатике и картографии: данные, пространственные данные, геопространственные данные, местность, территория уточнено сформулированное в [5, 6] определение цифрового геопространственного вида продукции, который рассматривается в докладе.
Трехмерная измерительная видеосцена - трехмерная цифровая электронная модель территории (ЗЭ ЦМТ), включающая в себя (или содержащая) цифровую модель рельефа и модель (модели) других объектов, расположенных в границах рассматриваемой территории, предназначенная для визуализации в статическом или динамическом режимах и расчетно-измерительных операций с использованием специальных программных средств ГИС.
Как следует из данного определения трехмерные видеосцены включают модели земной поверхности - цифровые модели рельефа (ЦМР) и модели наземных (подземных) искусственных объектов - цифровых моделей объектов (ЦМО), как правило, созданных человеком.
Источниками информации для получения ЦМР, ЦМО могут служить различные данные. При создании видеосцены решаются две задачи: конструирование геометрии границ объектов и текстурирование модели.
По мере практического применения трехмерных цифровых моделей территории, пользователи выявили недостатки приводящие к ограничению их пользования. Поэтому совместное использование цифровых топографических карт, планов (ЦТК, ЦТП) и трехмерных измерительных видеосцен позволит по наиболее надежно опознаваемым объектам на трехмерной видеосцене определять значения координат и высот точек интересующего объекта территории на цифровой карте, плане с точностью, регламентированной для масштаба данной карты.
В связи с вышеизложенным в технологию получения измерительных трехмерных видеосцен предполагается целесообразным включать следующие этапы.
1. Создание цифровых моделей рельефа и объектов, цифровых карт (планов), ортофотокарт по материалам аэрофотосъемки, космической съемки высокого разрешения средствами цифровых фотограмметрических систем по известным технологическим схемам [7].
2. Создание модели поверхности территории и объектов на ней расположенных, их согласование средствами ЗЭ ГИС.
3. Создание трехмерных видеосцены средствами ЗЭ ГИС.
Схемы перечисленных этапов представляются на трех слайдах.
Для формирования ЦМР, ЦМО наиболее часто используются аэрокосмические материалы, обработка которых выполняется средствами фотограмметрических технологий.
На современном топографо-геодезическом производстве фотограмметрические работы являются основной частью технологий создания и обновления ЦТК, ЦТП, цифровых ортофотопланов, специализированных планов, ЦММ [7].
Достоинства фотограмметрических технологий - высокая информативность и точность определения плановых координат и высот точек местности по материалам аэрофо- и космосъемки, а также высокая степень автоматизации современных фотограмметрических приборов - цифровых фотограмметрических станций (ЦФС). Кроме того, материалы аэрокосмических съемок можно использовать для текстурирования участков земной поверхности, что позволяет повысить на качественном уровне реалистичность визуализации территории [5, 8].
Определены необходимые условия, при которых будут получены ЦМР, ЦМО, удовлетворяющие требованиям дальнейшего создания измерительных трехмерных видеосцен.
Рассмотрены особенности создания ЦМО, ЦМР по аэрокосмическим материалам для использования их при построении трехмерных видеосцен.
Экспериментальные работы выполнялись на производственных материалах аэрофотосъемки с характеристиками: масштаб залета - 1 : 8 000, фокусное расстояние АФА - 153 мм, формат кадра 23 х 23 см. Территория объекта (с условным названием Северный-2) представляла собой слабо всхолмленную местность с застройкой сельского типа, с луговыми массивами, небольшими лесными участками.
Сбор трехмерной пространственной информации осуществлялся средствами ЦФС (ЦНИИГаК, г. Москва, ГНПП «Геосистема», г. Винница) в объеме 0.6 НЛ плана масштаба 1 : 2 000.
По объекту населенного пункта Северный-2 выполнено:
- По имеющимся результатам сгущения сети построены стереоскопические модели по каждой стереопаре аэрофотоснимков;
Выполнен сбор ЦМО средствами ПО Digitals по слоям в соответствии с классификатором, сформированным в среде Digitals на основе существующего классификатора-шаблона для указанного масштаба, исходя из состава объектов на рассматриваемой территории; число слоев - 44; объектов (линейных, площадных, точечных) - 3307;
Выполнен сбор ЦМР в виде горизонталей с сечением 1 м; число горизонталей - 68;
- Конвертирование результатов сбора цифровой информации для ЦМО, ЦМР в форматы экспорта - MID/MIF;
- Импорт результатов сбора цифровой информации для ЦМО, ЦМР в ГИС КАРТА 2005 (версия 9.15.3).
- Импорт результатов сбора цифровой информации для ЦМО, ЦМР в ERDAS IMAGINE VirtualGIS (версия 9.0);
Создание трехмерной видеосцены выполнялось в средах двух 3D-E^: ГИС КАРТА 2005 (версия 9.15.3) и ERDAS IMAGINE VirtualGIS (версия 9.0).
Приведены результаты экспериментальных исследований предложенной технологии.
В результате исследований:
Разработаны дополнительные требования к подготовке информационного обеспечения (подготовка классификатора, правила сбора цифровой информации о рельефе и объектах);
- Проверена степень идентичности модели рельефа, полученной на ЦФС, и модели рельефа, полученной в ГИС КАРТА 2005 (версия 9.15.3) и ERDAS IMAGINE VirtualGIS (версия 9.0). Результаты представляются в табличном виде на слайдах;
По результатам экспериментальных исследований предложенной технологии сделаны выводы: создаваемые на ЦФС по материалам аэросъемки ЦМР, ЦМО, с учетом выполнения дополнительных требований к подготовке информационного обеспечения могут использоваться для последующего получения трехмерных видео сцен в ГИС;
- Намечены пути решения следующего этапа работ, связанного с проблемами повышения реалистичности создаваемых моделей объектов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дуда, Р.О. Распознавание образов и анализ сцен / Р.О. Дуда, П.Е. Харт; пер. с англ. - М.: Мир, 1976. - 511 с.
2. Важнейшие фундаментальные и прикладные проблемы геоинформатики/ И.А. Соколов, В.Н. Филатов, А.И. Мартыненко и др. // Геодезия и картография. - 2006. - № 11. - С. 47-56.
3. Основные проблемы пространственного представления местности в цифровых картографических изделиях / В.Н. Филатов, В.А. Авдеев, Р.С. Мухудинов, В.А. Радионов // Геодезия и картография. - 2007. - № 4. - С. 35-38.
4. Городскому управлению Вены дано еще одно измерение / По материалам ESRI // ArcREView. - 2008. - № 4 [47]. - С. 22-23.
5. Журкин, И.Г. Технология трехмерного моделирования городских территорий на основе ГИС / И.Г. Журкин, М.А. Баклыков, С.В. Еруков // Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 225-летию МИИГАиК. Геоинформатика. - М., 2004. - С. 6-13.
6. Технология построения измерительных трехмерных видеосцен по данным ЦММ: проблемы и пути решения / Т.А. Хлебникова // Геодезия и картография. - 2008. - № 2. - С. 44-46.
7. ГКИНП (ГНТА)-02-036-02. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. - М.: ЦНИИГАиК, 2002. - 100 с.
8. Журкин, И.Г. Анализ структуры данных для представления в ГИС / И.Г. Журкин, А.А. Никишин // Геодезия и картография. - 2003. - № 8. - С. 44-49.
© Т.А. Хлебникова, Е.Н. Кулик, 2009
