CC BY
107
УДК 528.7
Ю.Н.КОРНИЛОВ, канд. техн. наук, доцент, yumikkom@mail.ru П.А. АРТЕМЬЕВ, студент, pavel_artemyev@rambler.ru О.В.ЗВЕРЕВА, студентка, olyazvereva@mail.ru
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург
Yu.N.KORNILOV, PhD in eng. sc., associate professor, yurnikkorn@mail.ru P.A.ARTEMYEV, student, pavel_artemyev@rambler.ru O.V.ZVEREVA, student, olyazvereva@mail.ru
National Mineral Resources University (Mining University), Saint Petersburg
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ОБЪЕКТОВ
ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЦФС «PHOTOMOD»
Рассмотрена технология обработки цифровых снимков, полученных с одной точки пространства, на ЦФС «Photomod» с целью исследования деформационных процессов фотограмметрическим методом.
Ключевые слова: деформации, фототеодолитная съемка, фотограмметрический метод, виртуальный базис, ЦФС «Photomod».
THE USE OF PHOTOGRAMMETIC METHOD FOR OBJECT DEFORMATION DETECTION WITH «PHOTOMOD» DIGITAL PHOTOGRAMMETIC STATION
The article deals with a method of digital images processing with «Photomod» DPS. The images under analysis were taken from one space point in order to use a photogrammetric method for studying deformation processes.
Key words: deformations, phototheodolitic survey, photogrammetric method, virtual basis, DPS «Photomod».
Любой объект, как искусственного (здание, мост, дамба, отвал и пр.), так и природного (ледник, горный склон, оползень и пр.) происхождения, под воздействием внутренних и внешних сил испытывает деформации. Характер их протекания изучают, так как он влияет на принятие тех или иных технических или управленческих решений.
Известно достаточно много методов и средств изучения деформаций объектов, в том числе и по их фотографическим изображениям. В наземной фотограмметрии изучение деформации может производиться по смещениям и по разностям координат. Первый вариант предполагает измерение смеще-
ний на разновременных снимках, полученных с одной точки пространства. При этом возможен как фотограмметрический, так и конвергентный вариант его реализации .
Известны преимущества измерения деформаций по смещениям: возможность рассматривания качественной картины процес-
* Головин Г.А. Фотограмметрия. Применение фотограмметрической съемки при решении маркшейдерских задач: Учеб. пособие / Г.А.Головин, Ю.Н.Корнилов / Санкт-Петербургский горный институт. СПб, 1997. 41 с.
Golovin G.A., Kornilov Yu.N. Photogrammetry. The use of photogrammetric survey in solving mine-surveying work: Tutorial / Saint Petersburg State Mining Institute. Saint Petersburg, 1997. 41 p.
щи ш он 1 о a
Щ '■V 'Ь рi ■f. 'Г* т
Р т щ ■ он щ о a
Щ ■ -Щ-Ж* ■V ■■ .4ÜT < и''-1 .У"* к ФЬ
мт ■ ' V a о о II Ptf;! Ж X .
rV'.' tK /1 V i F Ш №
Рис.1. Виртуальный базис
са (рельефа деформации) и более высокая точность определения смещения точек в пространстве по сравнению с определением смещений по разностям координат.
В связи с развитием цифровых технологий разработано несколько десятков цифровых фотограмметрических станций (ЦФС) для решения задач фототопографии и дистанционного зондирования. Для целей инженерной фотограмметрии есть специализированные программы. Часть из них обеспечивает определения смещения точек пространства по разности координат. Но нет программы, или хотя бы модуля для измерений по методу смещений. Поэтому для этих целей необходимо либо создавать новый программный продукт, либо попытаться приспособить один из имеющихся, изменив в нужном направлении технологию обработки снимков.
Именно второй вариант и рассматривается в статье на примере ЦФС «РИо1:отод» фирмы «Ракурс» (www.racurs.ru). Этот широко известный программный продукт также ориентирован на решение задач фототопографии и дистанционного зондирования и не предусматривает обработку снимков, полученных с нулевого базиса (с одной точки пространства).
Предположим, имеется снимок некоторого объекта (рис.1). Добавим к нему в одном из графических редакторов полоску растра шириной р, как это показано на рисунке, с одной стороны, а к его копии - с другой. Получим два одинаковых растра с некоторым продольным перекрытием. В качестве координатных осей примем средние
строчки и столбцы растров, а координаты главных точек - равными нулю.
В результате координаты всех точек на левом растре будут больше координат точек на правом на величину р. Такую пару в среде ЦФС «РИо1ютод» можно обработать (построить модель). Стереоэффект должен быть нулевым, а модель должна соответствовать, например, нормальному случаю наземной съемки, т.е. для точек пары должны быть справедливы соотношения:
7 = X = — х; 7 = Р Р Р
где В - базис фотографирования, который для свободной модели можно принять любым; / - фокусное расстояние камеры.
При этом отстояния 7 всех измеренных точек должны оказаться равными между собой, что и подтвердилось при обработке такой виртуальной пары.
Предположим теперь, что второй снимок не копия первого, а действительно новый снимок, полученный спустя некоторое время с той же точки, что и первый при тех же элементах внешнего ориентирования. При этом часть объекта за указанный промежуток времени деформировалась (на рис.1 показана светлым фоном). Предположим также, что вектор смещения точки, например а, параллелен оси х снимка (если это не так, снимки можно развернуть), а его модуль (величина смещения) равен Ар. Если теперь использовать рассмотренную процедуру, то в зоне смещений будет наблюдаться не нулевой стереоэффект, а стереоэф-
z л
Рис.2. Область деформации с построенными горизонталями
фект, отражающий процесс деформации, и после построения модели зону можно оконтурить, а для точек, которые сместились, отстояние У изменится на величину:
В
АУ =■
или
АУ = У
р + Ар Ар
I
р + Ар
Получается, что если р » Ар, то величина АУ практически пропорциональна смещениям точек на снимке. Значит, если построить линии равного уровня (горизонтали деформационного рельефа), то они будут более или менее объективно отражать относительную картину деформационного процесса. Понятно, что АУ - это не величина смещения точки в пространстве, но если для какой-то из них другим способом получить истинное значение, то в силу отмеченной выше пропорциональности будет понятна картина и на других точках.
Заметим, что создать виртуальную стереопару можно не добавлением полосок растра, а смещением главной точки одного из снимков на величину р, что, конечно, проще. При выполнении операции взаимного ориентирования следует использовать точки,
находящиеся вне зоны деформации (например, точка II на рис.1), а такие точки легко читаются при стереоскопическом рассматривании деформационного рельефа. Кроме того, если фотографирование объекта выполнено калиброванной камерой, то при введении параметров калибровки следует учитывать, где оказывается точка нулевой деформации на снимках виртуальной стереопары.
На рис.2 в качестве примера продемонстрированы результаты обработки по предложенной методике снимков внешнего отвала рудника «Центральный» ОАО «Апатит». При формировании виртуальной пары они были развернуты на 90°, так как максимальные смещения направлены к основанию отвала. Область деформации на рисунке ограничена линией желтого цвета, продемонстрированы и горизонтали деформационного рельефа.
Рассмотренная методика обработки снимков в среде ЦФС «РИо1:отод» вполне эффективна при изучении деформации объекта, особенно в случае, когда вектор смещения параллелен плоскости снимка.
При ее реализации в других похожих программных продуктах, возможно, не возникнет сложностей. Как реализовать в среде ЦФС конвергентный вариант изучения деформаций методом смещений, пока неясно.
УДК 528.7
Ю.Н.КОРНИЛОВ, канд. техн. наук, доцент, yumikkom@mail.ru
О.В.ЗВЕРЕВА, студентка, olyazvereva@mail.ru
П.А. АРТЕМЬЕВ, студент, pavel_artemyev@rambler.ru
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург
Yu.N.KORNILOV, PhD in eng. sc., associate professor, yurnikkorn@mail.ru
O.V.ZVEREVA, student, olyazvereva@mail.ru
P.A.ARTEMYEV, student, pavel_artemyev@rambler.ru
National Mineral Resources University (Mining University), Saint Petersburg
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ АВТОМАТИЧЕСКОГО НАБОРА СВЯЗУЮЩИХ ТОЧЕК В ПО «ГЕОМАТИКА-ФОТОСХЕМА 0.0.1»
Рассмотрены и проанализированы опции автоматического набора связующих точек в ПО «Геоматика-Фотосхема», а также предложена новая методика расстановки точек в указанном программном продукте.
Ключевые слова: цифровая аэрофотосъемка, снимок, связующие точки, ортофотоплан.
THE IMPROVEMENT OF A TECHNIQUE OF AN AUTOMATIC SET OF BINDING POINTS IN SOFTWARE «GEOMATIKA-FOTOSKHEM 0.0.1»
This article is dedicated to consideration and the analysis of an automatic binding points kit option in software «Geomatika-Fotoskhem», and also development of a new technique of arrangement of points in the offered software product.
Key words: digital air photography, picture, binding points, orthophotoplan.
Современное фотограмметрическое производство представляет собой непрерывную цепочку автоматизированных процессов. Применение ручного процесса (за исключением использования стереовекторизации) сводится только лишь к измерению опорных точек при геопривязке снимков и при проверке цифровой модели рельефа (ЦМР). К задачам оператора относятся: подготовка и запуск каждого из этих процессов, а также контроль, анализ, внесение изменений в настройки и повторный запуск необходимых приложений до получения приемлемого результата*.
* Гольдберг Г. Прошлое и настоящее цифровой фотограмметрии. Рига, 2007. С.26-29.
Goldberg G. Past and the present of a digital foto-grammetriya. Riga, 2007. P.26-29.
В настоящее время возрастает спрос на услуги цифровой аэрофотосъемки, в частности на такую ее продукцию, как ортофото-планы, планы, фотосхемы. Наиболее трудоемким этапом, занимающим много времени, является измерение связующих точек, без которых невозможно построить общую для блока снимков модель, а значит, и цифровую модель, и ортофотоплан. Поэтому специалисты научно-производственной фирмы «Талка-ТДВ» разработали опцию «Расставить и пересчитать точки» для автоматической расстановки связующих точек на группе снимков проекта, которая работает при условии, что для всех обрабатываемых снимков задано положение в маршрутной схеме (в блоке). В дальнейшем эта функция
была усовершенствована в ПО «Геоматика-Фотосхема», разработанном департаментом инновационных технологий Технологического центра «Геоинформатика».
Методика предполагает последовательную обработку снимков (один за другим). При этом сначала на каждый обрабатываемый снимок пересчитываются (переносятся) точки со всех его соседей по маршрутной схеме (если такие точки есть). Затем в оставшиеся свободными зоны снимка расставляются (добавляются) новые точки. В конце процесса вновь добавленные точки, которые
не удалось перенести на другие снимки,
*
удаляются . По отзывам разработчиков, методика эффективна (проверена на нескольких проектах) и позволяет значительно повысить производительность труда при взаимном ориентировании снимков.
Данная технология была нами опробована на двух проектах:
1) 250 снимков (территория Красносельского р-на Санкт-Петербурга), полученных с помощью цифровой камеры Phase One 645 DF с цифровым задником Phase One P65+ и объективом Phase One Digital AF 80 mm / 2,8, f = 79,755 мм, Нист = 2500 м;
2) 400 снимков (территория Ленинградской области, Ладожское и Яблоновское участковые лесничества), полученных с помощью цифровой камеры Phase One PJ001448 (f = 45,927 мм), объективом Phase One PE 001334, размер матрицы 53,9 х 40,4, размер изображения 8984 х 6732 пиксель, размер пикселя 6,0 нм, Нист = 3000 м.
Выяснилось, что при реализации в них указанной выше методики автоматической расстановки, точки не связывали снимки двух смежных маршрутов или фиксирова-
* Алчинов А.И. Автоматизация взаимного ориентирования снимков в ПО ЦФС ТАЛКА 3.6 / А.И. Алчинов, А.В.Викторов, В.Б.Кекелидзе // Геопрофи. 2008. № 4. С.47-49.
Alchinov A.I., Viktorov A.V., Kekelidze V.B. Automatization of the Image Relative Orientation Using the TSFS TALKA 3.6 Software //The Geoprofi. 2008. N 4. P.47-49.
лись не на соответственных контурах, т.е. точка на перекрывающихся снимках в результате пересчета оказывалась на разных контурах (рис.1).
Анализ предложенной авторами методики показал, что сбой может вызываться недостаточно точным расчетом положения рамок снимка, так как в начале работы они выстраиваются по маршрутной схеме. Программа это положение запоминает и, если после каждого приближения выполнять операцию «Удалять расчетное положение рамок», как рекомендовано нами, в последующих приближениях все время его использует. Поэтому соответственные точки могут и не оказаться в зонах, в которых они рассчитываются. Как результат - неверное расположение их на снимках.
Если рекомендуемое нами действие не выполнять, положение рамок будет уточняться каждый раз после выполнения операции «Внутреннее ориентирование и положение рамок», и окрестность будет всегда покрывать участок снимка, где точка расположена.
Таким образом, процесс автоматического набора точек (в указанном выше проекте) был запущен заново, без удаления расчетного положения рамок после первого приближения, но при этом были удалены все ранее расставленные точки (рис.2).
Следовательно, если увеличивать количество приближений при использовании опции «Расставить и пересчитать точки», т.е. после каждой расстановки точек выполнять взаимное ориентирование и не удалять расчетное положение рамок, то результат становится качественнее:
• уменьшается напряженность работы оператора;
• увеличивается производительность труда.
Но выявились и отрицательные стороны не конкретно данного предложения, а алгоритма автоматической установки точек в целом:
Рис.1. Ошибочное положение точки в зонах перекрытия
X Про*» Ди I III ЪдЛчп Тонга Chiu»h Ci.iupj Фешшн Ркмф К*р1л Они НжгрэЬсп СпрааЫ Т
а «всаЦе^нШПвв; алаваал ¡»авш пгяя^дш*« -п:f&
Рис.2. Корректный пересчет точки
1) не все соответственные точки распознаются. В зоне шестерного перекрытия могут быть найдены, например, точки только на четырех снимках;
2) в результате автоматической расстановки точки могут оказаться на крышах домов, машинах и на других подобных объектах, что нежелательно для последующих фотограмметрических процессов (например, построения цифровой модели рельефа);
3) точка местности может быть рассчитана повторно и зарегистрирована под еще одним номером.
Первую и вторую ситуацию легко исправить последовательным просмотром точек вручную. Третья - полностью устраняется при помощи функции «Выбрать точки, расстояние между которыми меньше заданного» с последующим удалением одной из точек «Двойников».
