CC BY
159
УДК 528.73
А.С. Ессин, С.С. Ессин
ОмГАУ, Омск
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ЦИФРОВОЙ АЭРОФОТОСЪЕМКИ, ПОЛУЧЕННОЙ С БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
В настоящее время активно развивается направление использования цифровых малоформатных фотокамер для решения фотограмметрических задач. По материалам аэросъемок такими камерами оперативно обновляются и создаются планы на небольшие участки местности.
В Западно-Сибирском филиале ФГУП «Госземкадастрсъемка» -ВИСХАГИ разработан беспилотный аэрофотосъемочный комплекс. Составными частями комплекса являются:
- Радиоуправляемая авиамодель «Эльф» ПП-40. Авиамодель развивает скорость горизонтального полета 50-80 км/ч. Рабочая высота полета колеблется в пределах от 100 до 400 метров;
- Цифровая фотокамера Sony DSC-P200. ПЗС-матрица фотокамеры содержит около 7,2 млн. пикселей. Диапазон фокусных расстояний: 7,9-23,7 мм;
- Комплект телевизионно-телеметрического оборудования.
Беспилотный аэрофотосъемочный комплекс позволяет оперативно
выполнять цифровую аэрофотосъемку локальных участков местности.
Материалы аэрофотосъемки, выполняемой с беспилотной авиамодели, имеют следующие особенности:
- Аэрофотосъемочные маршруты не прямолинейны;
- Аэрофотоснимки могут иметь существенные взаимные углы наклона, разворота и значительную разномасштабность;
- Три последовательно полученных снимка могут не иметь зоны тройного перекрытия или эта зона имеет «неправильную» форму.
Обработка материалов такой съемки с использованием цифровых фотограмметрических станций, ориентированных на обработку материалов классической аэрофотосъемки, малоэффективна.
В Западно-Сибирском филиале ФГУП «Госземкадастрсъемка» -ВИСХАГИ разработаны алгоритмы и программное обеспечение для обработки материалов аэрофотосъемки, выполняемой с беспилотной авиамодели. Ключевым звеном в технологии фотограмметрической обработки является метод блочного трансформирования, который реализует задачу плановой фототриангуляции. Учет влияния рельефа осуществляется с использованием цифровой модели плановых радиальных смещений точек [1, 3, 4]. По данной технологии созданы ортофотопланы масштаба 1:2000 на общую площадь более 50 кв.км.
С использованием указанной технологии обработки можно определять только плановые координаты точек местности, ее применение в горных районах неэффективно. Поэтому важным этапом совершенствования технологии фотограмметрической обработки материалов аэрофотосъемки,
выполняемой с беспилотной авиамодели, является переход к пространственному фототриангулированию. Построение
фототриангуляционной сети должно осуществляться с учетом особенностей съемки с беспилотной авиамодели.
Проведено исследование, цель которого заключалась в установлении возможности построения пространственной фототриангуляционной сети из снимков, имеющих только двойные продольные перекрытия.
Для достижения поставленной цели созданы два макетных блока.
Первый макетный блок соответствует классической аэрофотосъемке. Блок включает в себя два параллельных маршрута по три снимка в каждом (рис. 1).
Макетные снимки соответствуют следующим параметрам аэрофотосъемки:
- Фокусное расстояние 100 мм;
- Высота полета 800 м;
- Размер снимка 23х23 см;
- Масштаб аэрофотосъемки равен 1/8000;
- Продольное перекрытие в блоке составляет 67%;
- Поперечное перекрытие 33%.
ООО ООО о о о
»о о о о о <| о
о о о
о о о
А. о о о
/\ - Опорная точка.
О - Определяемая точка.
Рис. 1. Макетный блок с тройными продольными перекрытиями снимков
Первый макетный блок использовался для отладки программного обеспечения и сравнения точности его обработки с оценкой точности обработки второго макета.
Второй макетный блок подобен первому. Отличие состоит в том, что в блоке отсутствуют тройные продольные перекрытия снимков (рис. 2).
о о о о о о о о
о А о о о о О о о о <] о
А о о о о о о о о
.Д. - Опорная точка.
О - Определяемая точка.
Рис. 2. Макетный блок с двойными продольными перекрытиями снимков
Макетные снимки соответствуют следующим параметрам аэрофотосъемки:
- Фокусное расстояние 100 мм;
- Высота полета 800 м;
- Размер снимка 23х23 см;
- Масштаб аэрофотосъемки равен 1/8000;
- Продольные перекрытия в блоке составляют 40%;
- Поперечные перекрытия 33%.
В пределах первого блока было задано 6 опорных и 24 определяемых макетных точки. Во втором блоке - 6 опорных и 26 определяемых макетных точки. По формулам (1) вычислялось положение этих точек на снимках [2].
_ а, (X - Xо)+ Ъ,(7 - У0)+с, (I - I,)
0 а3 (X - X о)+ 63 (7 - У0)+с3 (I - 1а) ’ (1
_ аг (X - X о) + Ъг (7 - 7о)+с (I - г о) )
7 Л а3(X - Xо)+ Ъз(7 - 7о)+ (I - I) ’
где X, Y, Ъ - координаты точек местности; х, у - координаты точек снимка;
Хо, Уо, 7о - координаты центра фотографирования;
f - фокусное расстояние снимка;
хо, уо - координаты главной точки снимка;
а!, О! - направляющие косинусы.
В координаты точек на снимках вводились случайные ошибки в соответствии с нормальным законом распределения ошибок. Средняя квадратическая ошибка положения точек на снимках составляла около 30
микрометров. Для каждого снимка задавались приближенные элементы внешнего ориентирования и выполнялось построение фототриангуляционной сети. Фотограмметрическая сеть строилась и уравнивалась одновременно по всем снимкам блока методом связок.
По результатам обработки сети выполнялась оценка точности. Оценивалась достоверность уравнивания, которую характеризовали средние отклонения уравненных координат определяемых точек и уравненных элементов внешнего ориентирования снимков от их истинных значений. Также оценивалась устойчивость решения. Для этого вычислялось среднее квадратическое отклонение уравненного положения точек на снимках от их «измеренного» положения по формулам
Хур ^2 ^ У ур)
№.. = ^ -----------
п -1 , У } п -1
тх = '\--------------------- ту = 11=--------------------------------------------- (2
х \ м , у \ _1 , (2
2 2 тху =\!тх + ту ,
где тх - среднее квадратическое отклонение по оси X;
ту - среднее квадратическое отклонение по оси Y;
тху - плановое среднее квадратическое отклонение на снимке;
хизм, Уизм, - «измеренные» координаты точек на снимках;
хур, уур - уравненные координаты точек на снимках.
Для более надежной оценки точности построение каждого блока выполнялось 1000 раз. Итоговая оценка точности показана в табл. 1 и 2.
Таблица 1. Точность уравнивания сети
тХг, м туг, м т&, м тхэ, м ту8, м тгэ, м та, мин. тю, мин. ту, мин.
Макет 1
0,34 0,23 0,54 0,38 0,32 0,26 0,88 1,06 0,48
Макет 2
0,39 0,26 0,53 0,37 0,35 0,30 0,71 1,00 0,57
Таблица 2. Устойчивость уравнивания сети
тх, мкм ту, мкм тху, мкм
Макет 1 17 14 22
Макет 2 16 14 22
Из таблиц видно, что точность результатов обработки и устойчивость решения задачи практически одинаковая.
Таким образом, на основе уравнений коллинеарности можно строить фототриангуляционную сеть, в которой отсутствуют тройные продольные перекрытия снимков.
Перспективными задачами при обработке материалов аэрофотосъемки с беспилотной авиамодели являются:
- Построение пространственной фототриангуляционной сети с самокалибровкой снимков;
- Создание цифровой модели рельефа местности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ессин, А.С. Фотограмметрическая обработка материалов аэровидеосъемки для создания ортофотопланов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / А.С. Ессин. - Омск, 2006. -23 с.
2. Лобанов, А. Н. Фотограмметрия / А. Н. Лобанов. - М.: Недра, 1984. - 552 с.
3. Пат. № 2177603 Российская Федерация, G01 С11/30. Способ ориентирования пары снимков / Л.В. Быков, А.П. Макаров, Б.К. Малявский. - № 2001101975/28 ; заявл. 22.01.01 ; опубл. 27.12.01, Бюл. №36. - С. 205.
4. Пат. № 2235292 Российская Федерация, G01 С11/30. Способ создания ортофотопланов по материалам аэровидеосъемки / Л.В. Быков, А.П. Макаров, Б.К. Малявский, А.С. Ессин, М.А. Шумилов. - № 2002128971; заявл. 29.10.02; опубл. 27.08.04, Бюл. № 24. - С. 536.
© А.С. Ессин, С.С. Ессин, 2007
