CC BY
277
УДК 528.7
А.П. Гук, В.В. Прудников, А.В. Павленко СГГ А, Новосибирск
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБНОВЛЕНИЯ КАРТ И ПЛАНОВ ПО КОСМИЧЕСКИМ СНИМКАМ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
В последние годы стал быстро развиваться рынок космических снимков высокого разрешения (менее 1 метра), полученных с коммерческих спутников. Космические снимки высокого разрешения стали применяться в различных областях:
- Для ведения мониторинга различного назначения;
- В земельном кадастре;
- В градостроительстве;
- В природопользовании и других отраслях.
Возникли различные компании, которые поставляют космическую ин -формацию на территории многих государств для создания топографических карт крупных и средних масштабов. На российском рынке такой компанией является «СОВЗОНД», на американском - Digital Globe. Эти компании занимаются распространением космических изображений с разрешением
0,61 м для чёрно-белого и 2,44 м для многозональных снимков, полученных со спутника QuickBird II.
Учитывая высокую разрешающую способность и информативность космических снимков, они находят применение при обновлении топографических карт. При этом наиболее эффективно с их помощью решается задача обновления контурной части карты, то есть когда изменениями в рельефе можно пренебречь. Рассмотрим технологию обновления цифровой карты масштаба 1:2000 по снимкам высокого разрешения, которую планируется использовать при производстве обновления цифровой карты на г. Новосибирск.
Цифровая карта масштаба 1:2000 на г. Новосибирск была создана в 2000
- 2002 гг. на кафедре инженерной геодезии СГГА. Цифровая карта создавалась путём сканирования планшетов масштаба 1 : 500, полученных геодезическими методами и последующей полуавтоматической дигитализацией.
Цифровая карта создана послойно и содержит следующие слои:
- Многоэтажные жилые и нежилые строения;
- Индивидуальные жилые строения;
- Гидрография;
- Растительность;
- Железнодорожные и трамвайные пути и сооружения при них;
- Объекты, здравоохранения, образования и спорта и др.
В соответствии с разработанной технологией предусматривается выполнить следующие основные процессы:
- Анализ характера изменений обновляемой карты по космическим изображения;
- Сгущение опорной сети для трансформирования снимков и анализа точности космических снимков;
- Трансформирование космических снимков по опорным точкам, полученным по наземным геодезическим измерениям;
- Дешифрирование космических снимков при обновлении топографических карт масштаба 1 : 2000;
- Полевое обследование;
- Перенос изменений с космических снимков на электронную обзорную карту;
- Редактирование и оформление составительского оригинала.
Общая технологическая схема обновления цифровой карты по космическим снимкам высокого разрешения может быть представлена в следующем виде:
Для трансформирования космических снимков была развита сеть опорных пунктов на всю территорию, покрытую космической съемкой. Опорные пункты опознавались на цифровом изображении космических снимков, а их координаты определялись с помощью спутниковых приемников GPS в системе координат 1942 года. В качестве опорных точек были использованы хорошо опознаваемые на снимках контуры, на которых отсутствуют помехи для приема спутниковых сигналов. Средняя плотность таких пунктов должна быть не меньше 1-го пункта на 5 кв.км.
Космические снимки, полученные со спутника QuickBird II, поступают в формате файлов GeoTiff, содержащих информацию в картографической проекции (UTM, зона 44, WGS 84).
Исходные данные содержат следующие ошибки:
- За кривизну Земли;
- Ошибки сканирования;
- Ошибки определения элементов внутреннего ориентирования сканера.
Полученные данные содержат также информацию в отдельных файлах:
- О самом изображении (размер по пикселям);
- О дате съемки;
- RPB-file содержат информацию об элементах внутреннего и внешнего ориентирования для каждой строки формируемого изображения и параметрах орбиты в виде коэффициентов рациональных полиномов.
Изготовление цифровых планов по космическим снимкам производилось по следующим этапам:
1. Снимки обрабатывались с использованием файлов RCP с учетом искажений, вызванных ошибками внутреннего и внешнего ориентирования.
2. Привязка к местной системе координат осуществлялась по опорным точкам, координаты которых определялись с помощью GPS - технологий. На каждый снимок приходилось в среднем по 20 - 30 точек. Для привязки космических снимков к местной системе координат использовался аппроксимирующий полином 2-й степени. Геопривязка выполнялась с использованием пакета ERDAS Imagine методом билинейной интерполяции.
3. Затем выполнялось трансформирование снимков в местную систему координат и монтаж трансформированных снимков в единый фотоплан на весь г.Новосибирск. В связи с тем, что снимки получены по различным маршрутам съемки, то соответственно яркость по каждому маршруту различна, в связи, с чем необходимо проводить яркостную коррекцию.
Яркостная коррекция выполняется с использованием функции выравнивания гистограмм - Histogram Matching в автоматическом или ручном режиме.
4. Для формирования общего файла изображения г. Новосибирска использовался инструмент ERDAS Imagine - Mosaic Tool, линия сшивки задавалась вручную по изображениям в области перекрытия соседних маршрутов.
Согласно разработанной технологии предусматривается выполнить полевое дешифрирование всех изменений на местности, установленных по космическим снимкам. Для этого выполняется деление всей обновляемой
Л
территории на фрагменты (кварталы) размером 0,5 - 1,5 км с последующей распечаткой космического изображения с наложенным векторным изображением цифровой карты в масштабе близком к масштабу 1 : 2 000 для полевого дешифрирования.
Далее производится камеральное дешифрирование всех изменений, несоответствий и разночтений ситуации на цифровой карте и на космическом снимке.
Перед началом работ по камеральному дешифрированию выполняются подготовительные работы, которые включают в себя следующее:
- Изучение редакционных указаний;
- Анализ имеющихся картографических материалов на район работ;
- Нанесение границ рабочих площадей на печатную копию космических снимков.
При изучении редакционных указаний каждый исполнитель должен четко уяснить поставленную перед ним задачу и получить необходимые сведения об особенностях отображения объектов местности, о видах объектов, подлежащих дешифрированию, последовательность дешифрирования.
В результате изучения и анализа картографических материалов определяется возможность его использования.
Рабочие площади наносятся на печатные копии фрагментов космических снимков с таким расчетом, чтобы между ними не возникали перекрытия или разрывы. Границы рабочих площадей вычерчиваются на фрагментах красной гелиевой ручкой.
Камеральное дешифрирование выполняется путем сличения обновляемой цифровой карты с космическим снимком и другими имеющимися материалами. Вычерчиваются только изменившиеся и вновь появившиеся объекты местности. Вычерчивание выполняется упрощенными условными знаками в цветах, обеспечивающих читаемость отдешифрированных объектов. При невозможности опознать отдельные элементы содержания обновляемой карты намечаются места, где требуется полевое дешифрирование. Полевому обследованию подвергаются все сомнительные участки. Обновление производится на распечатках фрагментов, совмещенных панхроматических изображений космических снимков и цифровой карты. При обновлении на распечатку наносятся все вновь появившиеся объекты, а исчезнувшие зачеркиваются.
Дешифрированию и вычерчиванию на распечатках подлежат:
- Жилые многоэтажные и нежилые строения;
- Линии электропередач свыше 35 кВт и сооружения при них;
- Гидрография;
- Различные типы растительности (лесоустроительные задачи);
- Трамвайные пути.
Результаты полевого дешифрирования также вычерчиваются в туши, в цветах и передаются для исправления обновляемой карты.
Исправление цифровой карты производится в программном продукте ERDAS Imagine. В связи с тем, что общая схема на г. Новосибирск получена общим файлом в ERDAS Imagine размером - 11,3 Гб и представляет собой единое изображение, для передачи в другой программный продукт его
необходимо делить на отдельные фрагменты и проводить привязку в MapInfo, что вносит определенную ошибку в определение координат. Кроме того, передача данных ERDAS Imagine в формат TIFF вносит искажения в растровое изображение, полученное в специальном формате GeoTIFF.
В ERDAS Imagine существует полный набор необходимых для векторизации инструментов, исправления ошибок и удаления ненужных линий:
- Векторизация линейных и площадных объектов;
- Корректировка полученных линий; перемещение, добавление и удаление узлов;
- Удаление объектов недоведений и пересечений;
- Использование топологических характеристик объектов;
- Топологическая чистка пересечений линий и прочее;
- Сглаживание линий и кривых.
С целью получения прямоугольных контуров (зданий) существует возможность импортирование в AutoCAD в формат DXF.
Полученную информацию можно импортировать в MapInfo, причем после построения топологических отношений контура замкнутых объектов представляют собой целые области - замкнутые полигоны.
Кроме того, существует возможность импортирования в ArcView из формата ArcCoverage в Shapefile. В ArcView возможно создание композиции карты, с легендой и подписями - оформление итоговой цифровой карты.
Редакционные работы обновления цифровой карты масштаба 1: 2 000 должны обеспечить полноту и достоверность содержания обновленной карты. Редакционные работы осуществляются на всех этапах обновления. В состав редакционных работ входят:
- Изучение территории съемки по космическим снимкам, существующим крупномасштабным съемкам масштаба 1 : 500, 1 : 2000 и другим картографическим материалам;
- Составление редакционных указаний по камеральному дешифрированию и полевому обследованию при выполнении работ;
- Обеспечение эффективного использования материалов космической съемки в многозональном диапазоне для дешифрирования растительности и загрязнении почв, вод и атмосферы;
- Редактирование обновленных карт и планов.
Редактирование законченных составительских оригиналов должно проводиться детально по всем элементам содержания карты. В процессе редактирования обновленных оригиналов карт указываются изображения протяженных объектов (гидрографическая сеть, автомобильные и железные дороги и т. д.).
Содержание и качество обновленных цифровых планов в ходе редакционных работ проверяется по следующим показателям:
- Полнота информации;
- Точность положения контуров в плане;
- Правильность дешифрирования космических изображений;
- Логическая согласованность структуры и представления объектов;
- Согласование информации.
© А.П. Гук, В.В. Прудников, А.В. Павленко, 2005
