CC BY
201
УДК 528:528.7 А.В. Комиссаров СГГ А, Новосибирск
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ РЕЛЬЕФА ПО ДАННЫМ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ
Для оценки точности построения цифровой модели рельефа (ЦМР) по данным наземного лазерного сканирования в работе [1] предложена методика, основанная на сравнении построенной поверхности рельефа с точечной моделью ландшафта. Для применения такой методики необходимо исследовать насколько адекватно точечная модель описывает поверхность рельефа. Для проведения исследований была отсканирована территория Сибирской государственной геодезической академии 11 и 12 мая 2005 г. Сканирование производилось наземным лазерным сканером Ше§1 Ь МБ-23 60 при температуре воздуха 21 - 26°С и давлении воздуха 742 мм рт. ст. в безоблачную погоду. Лазерная съемка выполнена с 26 сканерных станций, с которых было получено 53 скана. Для подготовки планово-высотного обоснования съемки электронным тахеометром Leica TCR 1205 проложен теодолитный ход, схема которого приведена на рис. 1.
Т7
□ 1 - точки стояния сканера А Т1 - точки стояния тахеометра ----- измеренные длины линий
Рис. 1. Схема теодолитного хода и расположения сканерных станций
Линейная невязка теодолитного хода составила 0,037 м. Совеместно с проложением теодолитного хода проведено тригонометрическое нивелирование. Невязка замкнутого хода тригонометрического нивелирования составила 1 мм.
Основным способом внешнего ориентирования сканов, полученных сканером фирмы Riegl, является определение их элементов ориентирования по координатам светоотражающих марок. Координаты центров специальных марок измерены с помощью электронного тахеометра Leica TCR 1205 в безотражательном режиме. В основе внешнего ориентирования сканов в программе RISCAN PRO положено следующее уравнение:
(1)
"х"
Y Y
= А
Z Z
1 геод 1
координаты точек местности
скан
где Х,¥,2гео() - пространственные (объектов) во внешней системе координат;
Х,У^скан - координаты этих же точек в системе координат скана;
А - матрица, элементы которой характеризуют разворот и смещение системы координат скана относительно внешней системы координат.
Мат
А =
рица А имеет вид:
аи
a21
a31
0
a12
a22
a32
0
a13
a23
a33
0
Xs
1
(2)
где ац,#12,#13,...,#зз - направляющие косинусы, которые зависят от трех углов Эйлера;
X^, У^- пространственные координаты начала системы координат скана.
Для целей внешнего ориентирования сканов в программе предусмотрен автоматический поиск отражателей (марок). Алгоритм поиска марок включает следующие операции:
- Поиск областей или отдельных пикселей на сканах с наибольшей интенсивностью отраженного сигнала. Для надежного отождествления точек, используемых для внешнего ориентирования сканов, применлись светоотражающие марки, коэффициент отражения которых близок к единице И,9);
- Нахождение центра марки путем осреднения координат пикселей, принадлежащих марке;
- Составление списка координат марок в системе координат скана.
Средние квадратические ошибки (СКО) внешнего ориентирования сканов и количество специальных марок приведены в табл. 1.
Таблица 1. Точность внешнего ориентирования сканов
Номер сканерной станции Количество специальных марок СКО, м
1 10 0,008
2 10 0,008
3 10 0,008
4 10 0,014
5 7 0,010
6 9 0,009
7 8 0,008
8 9 0,009
9 10 0,007
10 7 0,009
11 8 0,009
12 6 0,011
13 8 0,010
14 6 0,008
15 6 0,010
16 6 0,011
17 8 0,010
18 8 0,008
19 8 0,007
20 9 0,009
21 8 0,008
22 8 0,010
23 8 0,008
24 6 0,010
25 7 0,009
Среднее значение СКО 0,0091
Из анализа результатов табл. 1 видно, что изменение количества марок на сканерной станции от 6 до 10 незначительно влияет на величину средней квадратической ошибки внешнего ориентирования сканов.
Для оценки точности построения цифровой модели рельефа и полученной точечной модели территории СГГА были определены отметки 191 пикета одновременно с созданием планово-высотного обоснования сканерной съемки. В качестве пикетов выбраны точки, принадлежащие поверхности земли и таким объектам, как дорога, бортовой камень и т. д. Средняя квадратическая ошибка расхождений высот пикетов, полученных тахеометром Leica TCR 1205 с разных теодолитных станций, вычислена по формуле:
тпикетов ~ 5 (3)
п
где АН - разность высот пикетов, полученных из двух приемов измерений и из прямого и обратного нивелирования;
п - число контролируемых пикетов.
Величина ошибки тпикетов составила 0,016 м.
На следующем этапе определены отклонения высот точек единой точечной модели от высот пикетов, измеренных при помощи тахеометра. СКО этих расхождений составила 0,021 м.
На основе единой точечной модели территории СГГА построена цифровая модель рельефа (ЦМР) по технологии, изложенной в работе [1], и вычислены разности высот пикетов, полученных по ЦМР и с помощью тахеометра. СКО отклонений составила 0,045 м.
Из анализа результатов можно сделать вывод, что точность определения координат точечной модели наземным лазерным сканером значительно выше точности моделирования рельефа. Следовательно, оценку точности построения ЦМР можно выполнять по высотам точечной модели, полученной наземным лазерным сканером.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Комиссаров, Д.В. Построение трехмерных моделей спортивных сооружений средствами лазерного сканирования (на примере Новосибирского биатлонного комплекса)/Комисаров Д.В. и др. Тез. конф. международного промышленного форума GEOFORM+ «Геопространственные технологии и сферы их применения». - 14-17 марта 2005. - С. 69-70.
2. Комиссаров, Д.В. Технология топографической съемки промышленных объектов с применением наземного лазерного сканирования / Д.В. Комиссаров, А.В. Середович и О.А. Дементьева / ГЕО-Сибирь-2005. Т. 5. Геодезия, картография, маркшейдерия: Сб. материалов научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2005», 25-29 апреля 2005 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2005. - С. 197 - 201.
© А.В. Комиссаров, 2006
