Применение программы Agisoft Photoscan при создании цифровой модели местности Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 55

Геологические науки

Козлова Анастасия Александровна, студент 1 курса, кафедра геодезии и

кадастровой деятельности Тюменский индустриальный университет, РФ, г.Тюмень

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММЫ AGISOFT PHOTOSCAN ПРИ СОЗДАНИИ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ МЕСТНОСТИ

Аннотация: Данная статья служит пояснением к одному из способов создания цифровой модели местности, что является актуальной темой на сегодняшний день. Цифровые модели местности используются многими специалистами для решения различных задач узкого и широкого профиля, направленных на улучшение жизни общества. Одним из вариантов построения такой модели является использования программы Аgisoft Рhotoscan.

Ключевые слова: цифровая модель местности, ортофоплан, ситуация, беспилотный летательный аппарат.

Annotation: This article serves as an explanation for one of the ways to create a digital terrain model, which is an actual topic today. Digital terrain models are used by many specialists to solve various tasks of narrow and wide profile aimed at improving the life of society. One of the options for building such a model is to use the Agisoft Photoscan program.

Keywords: digital terrain model, orthophoto, the situation, unmanned aerial vehicle.

Прежде, чем углубляться в процесс создания цифровой модели местности, стоит разобраться, что она из себя представляет.

Термин модель несет в себе несколько смысловых значений, таких как:

• образец (эталон, стандарт);

• тип, марка изделия;

• изделие (из легкообрабатываемого материала), с которого снимается форма для воспроизведения;

• устройство уменьшенного размера, изображающее работу и внешний вид полноразмерного устройства;

• в широком смысле - любой образ, аналог какого-либо объекта, процесса или явления («оригинала» данной модели), используемый в качестве его «заместителя», «представителя»;

• в математике и логике - совокупность (абстрактных) объектов, свойства которых и отношения между которыми удовлетворяют данным аксиомам.

В контексте данной статьи нам подходит определение модели как устройства уменьшенного размера, скопированного с оригинала. Оригиналом является местность, природа, рельеф и т.д., то есть в натуральных огромных размерах. Уменьшенная модель строится в цифровом виде с использованием электронно-вычислительной техники, а также дополнительного оборудования, собирающего информацию об оригинале.

Цифровая модель местности (ЦММ) представляет собой совокупность информации о координатах, характеристиках объектов местности, связях между ними и топографической поверхности, представленная в форме, доступной для обработки на ЭВМ.

Данная совокупность может представлять собой как отдельную цифровую модель рельефа (ЦМР), так и цифровую модель контуров (ЦМК), т.е. ситуации местности. При представлении модели местности в плоскостном виде используются координаты X, Y (рисунок 1), а при отображении высотных характеристик, дополнительно к X и Y либо отдельно, вводится параметр Н (рисунок 2).

Рисунок 1. Плоскостная модель местности

Рисунок 2. План местности с отображением высот

Иными словами, то, что отображено выше, является топографической картой местности. Такие карты являются уже устаревшим способом отражения ситуации в современном мире, так как они не отвечают требованиям к точности и не передают подробного описания местности.

На замену топографическим картам пришла цифровая модель местности, применение которой помогло в огромном количестве различных процессов самых разных профессий, не только в геодезии и землеустройстве (рисунок 3).

Вычисление таких данных, как высоты, углы наклона н экспозиции склонов, зоны видимости (невидимости)

Оценка проходимости местности

Проведение точных картомегрнческнх расчетов (определение расстояний, площадей)

Учет защитных свойств местности от воздействия поражающих факторов как ядерного, так и обычного оружия требует анализа рельефа местности

Прогнозирование развития низовых лесных и степных пожаров

Расчет последствий весенних паводков, таянии снегов и прорыва плотни водохранилищ

Повышение качества дешифрирования данных дистанционного зондирования Земли

Разработка проектов планировки местности

Рисунок 3. Сферы применения ЦММ

Программы обработки ЦММ позволяют быстро решить многие задачи, встречающиеся при проектировании: выполнить вертикальную планировку местности по заданным параметрам, определить объёмы земляных работ, разработать оптимальные варианты строительства какого-либо сооружения и

др. [1].

Для полноценной работы кадастровых инженеров, строителей, органов

местного самоуправления и органов государственной власти при планировке развития градостроительной структуры города необходима исчерпывающая и высокоточная база данных о развивающейся местности. Разумеется, информации из старых топографических карт недостаточно для планирования развития местности и создания соответствующих проектов. В 21 веке ценится точность, минимизация затрат и скорость выполнения работ. Вышеуказанные требования обеспечивает ЦММ. Построение модели даже небольшого города является объемной и кропотливой работой, для которой специалисту необходимо современное оборудование и программное обеспечение ускоряющее и упрощающее процесс создания проекта.

Для создания ЦММ изначально необходимо собрать информацию и месторасположении характерных объектов местности. Под информацией подразумеваются координаты объекта, его характеристики и назначение (атрибутивные данные). Еще несколько десятков лет назад для сбора такой информации геодезисты пользовались тахеометрами, планшетами, аэрофотосъемкой и т.д.

В данный момент относительно популярным и практичным прибором является беспилотный летательный аппарат (БПЛА). Чтобы выполнить съемку при помощи БПЛА необходимо выполнить следующий ряд условий:

• наличие БПЛА;

• заряженный аккумулятор;

• ясная погода;

• отсутствие сильного ветра;

• разрешение на съёмку (полет).

Выполнив все условия можно в короткий срок получить базу для построения ЦММ. БПЛА по сути выполняет аэрофотосъемку, но с меньшей высоты. Перед полетом БПЛА задается маршрут полета, обеспечивающий полный захват интересующего нас полигона (рисунок 4).

Рисунок 4. Схема полета БПЛА

Исходя из рисунка 4 видно, что фотографии, создаваемые БПЛА, идут в строго определенном порядке (согласно маршруту). Также они выполняются с частотой, обеспечивающей необходимое перекрытие снимков.

Одной из самых важных частей выполнения съемки является закладывание опорных знаков/пунктов на местности. Геодезический знак представляет собой определенную метку на местности, это может быть колышек, крестик, нарисованный краской и т.п., но главное, чтобы знак распознавался на фотографии, то есть был в видном с высоты месте, достаточно ярким и большим. Координаты каждого опорного знака вычисляются с помощью GPS-приемника и записываются.

Когда собрана вся необходимая информация для построения ЦММ можно приступать к камеральной обработке данных. Первым этапом будет создание ортофоплана (является основой для ЦММ) при помощи программы Agisoft PhotoScan. Данная программа помогает без особых усилий обработать большое количество фотографий, сделанных БПЛА, превратив их в ортофотоплан, а в дальнейшем и в ЦММ. Незамысловатый интерфейс программы позволяет достаточно быстро разобраться в ее использовании.

Всё построение ЦММ можно разбить на несколько этапов:

1. Загрузка фотографий в программу.

2. Выравнивание фотографий (рисунок 5).

Рисунок 5. Интерфейс программы Agisoft Photoscan

3. Выбор системы координат в настройках.

4. Загрузка опорных знаков (маркеров).

5. Поиск опорных знаков на фотографиях и указание на них.

6. Склейка фотографий в ортофотоплан.

7. Создание высотной модели - ЦММ (рисунок 6).

Рисунок 6. ЦММ

Благодаря тому, что каждая фотография, выполненная БПЛА, несет в себе информацию о координатах и высоте набора точек, создание ортофоплана и модели местности на этапе камеральной обработки не является такой трудоёмкой задачей. Выполнив все условия, а также тщательно собрав исходную информацию для обработки, можно получить высококачественную и точную цифровую модель местности, которая послужит основой для дальнейших работ как кадастрового инженера, так и специалистов иных сфер деятельности.

Библиографический список:

1. Виды цифровых моделей местности. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://helpiks.org/1-87938.html (дата обращения 20.10.2019).