CC BY
47
УДК 528.852.3:681.3
Л.В. Быков ОмГАУ, Омск М.А. Шумилов СибАДИ, Омск
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФОТОТРИАНГУЛЯЦИИ ПРИ ОБРАБОТКЕ МАТЕРИАЛОВ АЭРОВИДЕОСЪЕМКИ
В Сибирском РКЦ «Земля» разработана и опробована методика создания ортофотопланов по материалам аэровидеосъемки. Ее преимущество в том, что можно получать аэроснимки местности без использования дорогостоящего оборудования и авиатехники. В качестве носителя съемочного оборудования (видеокамеры) могут использоваться легкие самолеты и бесписпилотные летательные аппараты.
В настоящее время съемка проводится с самолетов, с использованием цифровых видеокамер. Причем для большего охвата территории при съемке видеокамера не зафиксирована, а совершает колебательные движения перпендикулярно направлению полета с амплитудой 60 градусов. Это позволяет значительно увеличить площадь съемки за один пролет.
Использование видеосъемки имеет ряд особенностей. Видеокадры имеют низкую разрешающую способность. Для получения необходимой детальности снимков приходится увеличивать изображение в 4-6 раз, что приводит к значительному увеличению числа изображений участвующих в обработке. В этой связи повышается роль накидного монтажа в обработке материалов, который представляет набор снимков на плоскости, приблизительно ориентированных относительно друг друга.
Накидной монтаж используется для оценки качества съемки и выявления брака, создание проекта привязки, а также для проектирования блоков триангуляции.
Создание накидного монтажа происходит в автоматическом режиме с использованием программы «АСИ». В этой программе, ориентирование двух снимков происходит путем перебора возможных положений относительно друг друга, с определением коэффициента подобия, который вычисляется по разностям яркостей соответствующих точек по всей области перекрытия снимков по формуле k=SUM|p1- р2|.
Одной из основных задач становится оптимальное проектирование блоков триангуляции с заданной точностью. При обработке видеосъемки обрабатывается большое количество снимков. Возникает несколько вариантов построения блока, связующих маршрутов и схем расположения опорных точек. Из множества вариантов необходимо выбрать такой, который обеспечивает необходимую точность в наиболее слабом месте сети. Пример блока триангуляции построенного по материалам представлен на рис. 1.
Одним из вариантов решения являются априорные расчеты по упрощенным формулам. Нами были проведены исследования известных формул Ильинского Н.Д., Лобанова А.Н., Овсянникова Р.П. [1, 3]. Наиболее близкие результаты к требованиям инструкции дают формулы профессора Н.
Д. Ильинского. По параметрам аэровидеосъёмок, была выполнена оценка точности построения плановой фототриангуляции с использованием формул Н. Д. Ильинского. Исследования показали, что формулы приемлемые для аэросъёмки, не пригодны для оценки точности фототриангуляции, построенной по материалам видеосъёмки. Они не учитывают алгоритмических особенностей обработки материалов видеосъемки.
Для оценки точности блоков триангуляции предлагается применить метод математического моделирования. Предлагается построить два блока триангуляции: один «чистый макет» без внесения ошибок измерения и идентификации точек и второй макет, в котором имитуруются реальные измерения с внесением ошибок. За исходные данные принимаетсят схема взаимного положения снимков (накидной монтаж), известные параметры съемки и конфигурацию блока. Кроме того, в макетировании может использоваться модель рельефа.
На первом этапе построения модели определяются параметры внешнего ориентирования каждого снимка блока триангуляции. Известна приближенная высота съемки и амплитуда колебания видеокамеры. Фокусное расстояние может быть известно при съемке, либо может быть рассчитано по имеющимся опорным точкам или старым плановым материалам. Положение камеры считается в условной системе координат, где ось X будет совпадать с направлением полета, за начало отсчета на ней принимается положение первого кадра. Тогда координаты точки S снимка равны (х,0^), где х - путь, пройденный самолетом от момента съемки первого кадра, h - высота полета. Продольный угол наклона и угол разворота снимков считаются равными нулю, а поперечный угол наклона рассчитывается в зависимости от расположения снимка на накидном монтаже относительно оси X с учетом амплитуды колебания камеры. Координата х также рассчитывается по накидному монтажу по известной высоте съемки и фокусному расстоянию.
Для каждой стереопары блока, на одном снимке по сетке с заданным шагом моделируются связующие точки. Задавая параметры внешнего ориентирования снимков и высоту точки на земле, рассчитываются их геодезические координаты. Затем по ним вычисляются координаты этой же точки на втором снимке. Высота точки на земле рассчитывается случайным образом, либо определяется по модели рельефа. Таким образом, получается «чистый макет» без внесения ошибок измерений.
Для оценки точности блока нам строится еще один макет по той же методике с той разницей, что в координаты точки на втором снимке вносятся случайные ошибки опознавания и измерения. Некоторые точки в заданных зонах принимаются за опорные. Затем полученный блок триангуляции обрабатываются по обычной схеме: происходит построение и уравнивание блока способом блочного трансформирования и осуществляется привязка к опорным точкам. Вычисляются геодезические координаты точек сгущения.
Сравнивая координаты соответствующих точек первого и второго макета, рассчитываются расхождения координат, и вычисляется средняя квадратическая ошибка построения.
Варьируя количеством кадров в блоке, количеством и расположением опорных точек можно добиться оптимального построения блока.
Данная методика реализована в программе «Проектировщик» программного комплекса РосКад и используется для оценки точности блоков триангуляции. С помощью нее также возможно создание накидного монтажа, проектирование блоков триангуляции и проектирование опорных точек.
На рис. 2 показано распределение величины ошибок в блоке триангуляции. Ошибка расчитана по разности геодезических координат точек «чистого макета» и макета с внесением ошибок. Одинарной штриховкой показана область где ошибка не превышает величины средней квадратической ошибки т, перекрестной штриховкой области где ошибка находится в пределах от т до 2т, и темной штриховкой больше 2т. Квадратами показаны 8 опорных точек. Данный блок сосоит из 105 снимков,
255 пар снимков в пяти маршрутах. Из рисунка видно, что в области между опорными точками и вблизи них величина ошибки меньше, а ближе к краям блока ошибка возрастает.
В настоящий момент видеотехнология имеет достаточно узкое применения на небольших объектах, с масштабом съемки 1:2000. Однако с каждым годом появляются новые цифровые фото- и видеокамеры с большой разрешающей способностью, при этом цена на эту технику неуклонно снижается. В сочетании с высокой автоматизацией фотограмметрической обработки результатов съемки использование данной технологии имеет перспективу развития.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ильинский Н.Д. Предвычисление погрешностей построения пространственной фототриангуляции. - М.: Недра, 1978. - 64 с.
2. Быков Л.В., Макаров А.П. Автоматизация обработки видеофильмов // Информационный бюллетень ГИС . - 2001. - № 2.
3. Лобанов А.Н. и др. Аналитическая пространственная фототриагуляция / Лобанов А.Н., Овсянников Р.П., Дубиновский В.Б. Машимов М.М. - М.: Недра, 1991. -156 с.
© Л.В. Быков, М.А. Шумилов, 2005
