CC BY
290
Современная цифровая фотограмметрия Modern digital photogrammetry
УДК 911.5/.9
Хабарова Ирина Андреевна,
кандидат технических наук, доцент кафедры городского кадастра, ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству» (105064 Россия, г. Москва, ул. Казакова, д. 15), https://orcid.org/0000-0001-8406-7162, [email protected] Валиев Джаваншир Сарыевич,
кандидат экономических наук, доцент кафедры землепользования и кадастров, директор информационно-вычислительного центра (ИВЦ), ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству» (105064 Россия, г. Москва, ул. Казакова, д. 15), [email protected]
Чугунов Владимир Алексеевич,
направление подготовки 21.04.02 «Землеустройство и кадастры», профиль: «Оценка и управление городскими территориями» ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству» (105064 Россия, г. Москва, ул. Казакова, д. 15), [email protected] Хабаров Денис Андреевич,
аспирант кафедры почвоведения, экологии и природопользования, ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству» (105064 Россия, г. Москва, ул. Казакова., д. 15), [email protected] Khabarova Irina A.,
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Municipal Cadastre, The State University of Land Use Planning (Kazakova str., 15, Moscow, 105064 Russia), https://orcid.org/0000-0001-8406-7162, [email protected] Saryevich Valiev J.,
candidate of economic Sciences, associate Professor of the Department of land use and cadastre, Director of the information and computing center (ICC), The State University of Land Use Planning (Kazakova str., 15, Moscow, 105064 Russia), [email protected] Chugunov V. Alexeevich,
graduate student in the direction of preparation 21.04.02 Land management and cadastres. Training profile: Assessment and management of urban areas, The State University of Land Use Planning (Kazakova str., 15, Moscow, 105064 Russia), [email protected]
Khabarov Denis A.,
graduate student, The State University of Land Use Planning (Kazakova str., 15, Moscow, 105064 Russia), [email protected]
Аннотация. В данной работе проведен обзор современных достижений цифровой фотограмметрии. Авторами отмечается, что именно отограмметрические методы предоставляют возможность экономично и достаточно подлинно решать по снимкам такие прикладные задачи как: измерение площади участков местности; определение их уклонов; получение количественных характеристик эрозионных процессов; выполнение вертикальной планировки с определением объема земляных работ и др. Summary. In this paper, the authors reviewed the modern achievements of digital photogrammetry. The authors note that it is otogrammetric methods that provide an opportunity to economically and fairly authentically solve such applied problems as: measuring the area of the terrain; determining their slopes; obtaining quantitative characteristics of erosion processes; performing vertical planning with the determination of the volume of excavation, etc. Ключевые слова: фотограмметрия, ортофототрансформирование, цифровые модели рельефа, автоматизированные системы обработки информации, цифровые технологии. Keywords: photogrammetry, artifactrepository, digital terrain model, automated systems of information processing, digital technology.
Актуальность работы обусловливается тем, что современная цифровая фотограмметрия позволяет выявить по снимкам исследуемого объекта его форму, размеры и пространственное положение в заданной системе координат, а также его площадь, объём, различные сечения на момент съёмки и изменения их величин через определенный временной промежуток.
Основная часть
Начало современной цифровой фотограмметрии относится к 1924 году, в то время, когда профессор Скиридов Алексей Степанович изложил идею автоматизации стереофотограмметрических измерений на основе сопоставления фотографических плотностей зон смежных снимков. Реализация этой идеи в цифровой фотограмметрической системе позволило быть возможным лишь в середине 1980 годов, когда появились запоминающие устройства, съемочные системы и сканеры с твердотель-ными светочувствительными элементами на основе приемников с зарядовой связью.
Фотограмметрия является технической наукой о методах определения метрических характеристик объектов и их положения в двух- или трехмерном пространстве по снимкам, полученным с помощью специальных съемочных систем. Системы могут быть как традиционные фотографические камеры, так и использующие другие законы построения изображений и другие регистраторы электромагнитных излучений. Задачей фотограмметрии является топографическое картографирование и создание специальных инженерных планов и карт [1,2].
Классификация фотограмметрии представлена на (рис.1):
1 .по способу проведения работ
наземная
авиационная
спутниковая
2. по цели променения
топографическая
(при аэрофотосъемке)
аркеопогЕческая
>1едшшая (прЕменезне г,
к ннлн ндугтрн н |
СМИ)
Рис. 1 — Классификация фотограмметрии Изобретение в 1839 г. французом Даггером фотографии явилось технической основой для становления фотограмметрии как науки. Уже через несколько лет Э. Лааседа разработает графический вариант составления планов сооружения по их наземным фотографиям[3,4].
Если рассматривать более современные реалии, то именно в конце 20 века произошел качественный рывок в развитии электронно-вычислительной техники. В 1970 году была создана технология получения цифровых снимков, появились довольно дешевые быстродействующие ПЭВМ с большим объемом памяти, которые были оснащены качественным периферийным оборудованием (графопостроители, сканеры, принтеры и т.д.). Интенсивно разрабатывались программные обеспечения, среди которых следует
отметить и специализированные фотограмметрические пакеты. Все это послужило вытеснению составления карт по снимкам, а на их смену пришли цифровые методы.
В 1980 году была создана первая цифровая фотограмметрическая система INPHO для персонального компьютера. Первая в нашей стране ЦФС PHOTOMOD была создана в 1994 году. Априори разработками ЦФС занимались небольшие научные коллективы, которые в последующем основали компании.
Цифровая фотограмметрическая система — это самоличная электронно вычислительная машина, которая имеет средства визуализации стереоскопической модели местности - анаглифическими, поляроидными очками или стереонасадкой и другим программным обеспечением. Обычно она имеет модульную структуру с наращиваемыми аппаратными и программными средствами, которые обеспечивают обработку материалов аэрофотосъемки, начиная от измерения и преобразования изображения и до формирования фотокарты. Одним из первых цифровых приборов, который был предназначен для цифровой обработки снимков, является система Digital Comparator Correlater System, разработанная в 1985 году фирмой HAI (Соединенные штаты Америки). Из используемых в наше время цифровых фотограмметрических систем можно выделить ЦФС Photomod (ЗАО «Ракурс», Россия, 1993 год), DVP (Leica, Швейцария, 1993 год), Realistic Map (Медиаскан, Республика Беларусь) [5].
При появлении спутниковых методов позиционирования специалисты смогли с более высокой точностью получать координаты фотогравирования, что позволило сократить объем полевых работ по геопривязке аэрофотоснимков. Для совершенствования фотограмметрических технологий должны совместно использоваться материалы фотосъемки, спутниковой геодезии и автоматизированных систем обработки информации.
Геодезическое обеспечение фотограмметрических работ тесно связано с использованием единых систем координат. В Российской Федерации постановлением Правительства Российской Федерации от 28 июля 2000 года № 568 установлены две единые государственные системы координат [6]:
- система геодезических координат 1995 года (СК-95) для использования при осуществлении геодезических и картографических работ, начиная с 1 июля 2002 года; — геоцентрическая система координат «Параметры Земли 1990 года» (ПЗ90)
- для использования в целях геодезического обеспечения орбитальных полетов и решения навигационных задач.
Цифровая фотограмметрия
В семидесятые года прошлого века из -за развития информационных систем возникло большое количество дисциплин, которые были связаны с обработкой изображений. Это дисциплины такие как: машинное графика распознавания, распознавание образов, зрение роботов, зрительное восприятие и другие
Теория сигналов вычислительной геометрии, теория информации, теория вероятности математической статистика, а также операционные методы теории связи и другие явились основами для этих дисциплин
Наряду с этим фотограмметрия тоже не оставалось на месте, она изменилась и подготовилась к переходу на цифровые методы обработки, что в свою очередь образовало новое направление — такое как цифровая фотограмметрия
Она имеет дело с цифровыми изображениями объектов, которые получились цифровыми камерами с кадровыми, сканерными, лазерными съемочными системами или путём преобразования аналогового изображения в цифровую форму. В данном случае цифровой снимок будет представлять собой матрицу, элементами которой являются числа, характеризующие плотность или цвет элементарного участка снимаемого объекта. При этом аналитические решения фотограмметрических задач также претерпели некоторые изменения, но при этом остались фундаментом и в цифровых методах обработки данных [7,8].
Это в свою очередь послужило переходом фотограмметрии от аналоговых и аналитических методов к цифровым, при этом сокращались полевые топографо-геодезические работы и производились автоматизации процессов обработки аэрокосмических иноземных снимков.
Теперь ортофототрансформирование, построение цифровых модели рельефа местности, автоматизация стереоотождествления и синтез изображений, получаемый в разных спектральных диапазонах значительно усовершенствован.
Также значительную роль сыграла и радиоэлектроника. Это относится к автоматизированному определению координат центров проектирования съемочных камер с помощью GPS-технологии, а также усовершенствованию интерциальных навигационных систем, которые позволяют определять автоматизированно угловые элементы внешнего ориентирование, то есть, можно сказать, это полная автоматизация процесса определения всех элементов внешнего ориентирование снимков.
Выводы
В настоящее время в фотограмметрии выделяют три направления исследований. В первом изучаются и развиваются методы картографирования земной поверхности по
снимкам. Второе направление связано с решением прикладных задач в различных областях науки и техники. В третьем развиваются технологии получения информации об объектах Земли, Луны и планет солнечной системы с помощью аппаратуры, установленной на космических летательных аппаратах. Задачи и методы последнего из указанных направлений существенно отличаются от первых двух, и далее детально не рассматриваются.
Современная фотограмметрия как техническая наука тесно связана с науками физико-математического цикла, достижениями радиоэлектроники, вычислительной техники, приборостроения, фотографии. Она органически связана с геодезией, топографией и картографией.
На основе достижения физики и особенно оптики созданы современные объективы съемочных и обрабатывающих приборов.
Успехи в развитии электроники, радиоэлектроники, вычислительной техники и космической геодезии способствовали автоматизации процессов самолетовождения и управления полетами космических кораблей созданию сенсоров, для получения изображений в цифровом виде, а также приборов для определения положения снимков в момент фотографирования, автоматизации процессов обработки и хранения информации, которой обладают снимки.
Необходимо отметить, что широкое применение методов фотограмметрии при создании карт и планов, а также для их корректировки даёт возможность ускорить сроки выполнения задач, связанных с землеустройством и кадастрами и существенно повысить качество картографических материалов, кроме того, позволяет автоматизировать ряд трудоёмких процессов в этих областях.
Современные цифровые технологии позволяют не только уменьшить объем «ручного» труда, но и добиться существенного сокращения сроков и повышения качества получаемых картографических материалов. С каждым годом возможности цифровой фотограмметрии совершенствуются, появляются новые технологии и способы получения, обработки и использования изображений.
Список использованной литературы
1. Хабарова И.А., Хабаров Д.А., Яворская И.Д., Иванов И.Н. Обзор современных достижений в фотограмметрии и аэрофотосъемке «Международный журнал прикладных наук и технологий «Integral» №4/2019.- 25 с.
2. ГОСТ Р 51833-2001 «Фотограмметрия. Термины и определения»// официальное издание М.: ИПК Издательство стандартов, 2002 год;
3. Обиралов А.И., Лимонов А.Н., Гаврилова Л.А. «Фотограмметрия и дистанционное зондирование», Москва, 2016.-297с.
4. Краснопевцев Б.В. «Фотограмметрия», -Москва.: М.: УПП «Репрография» МИИГАиК, 2008. — 160 с.
5. Булавицкий В.Ф. Фотограмметрия и дистанционное зондирование территории: учеб.пособие / В.Ф. Булавицкий, Н.В. Жукова. - Хабаровкс: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2016. - 113 с.
6. Хабарова И.А., Хабаров Д.А. Методология осуществления дистанционного зондирования в землеустройстве.// Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. 2019. №3.С 75-79.
7. Хабарова И.А., Хабаров Д.А. Применение современных технологий по выявлению нерационально используемых земель сельскохозяйственного назначения по материалам дистанционного зондирования Земли.// Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. 2019. №6. С. 37-42.
8. Лимонов, А.Н., Гаврилова Л.А., Обиралов А.И. Совершенствование технологических процессов создания цифровых моделей местности по материалам аэрофотосъемки: Монография. - М.: ГУЗ, 2006. 80 с.
