CC BY
95
УДК 528.7
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ АЭРОСЪЕМОК С БЕСПИЛОТНЫХ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Валерия Вячеславовна Дедкова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, ассистент кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел. (383)361-08-66, e-mail: dedkova.val@gmail.ru
В статье приведена краткая обзорная информация о современных зарубежных и отечественных программных продуктах, с помощью которых выполняется автоматизированная фотограмметрическая обработка данных аэросъемочных работ, преимущественно с поддержкой обработки результатов съемки с БАС. Также представлена сводная информация о некоторых характеристиках программных средств.
Ключевые слова: программное обеспечение, фотограмметрия, беспилотные авиационные системы, обработка изображений, 3Б-моделирование.
MODERN SOFTWARE FOR PROCESSING OF UAS-BASED IMAGERY RESULTS
Valeriya V. Dedkova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Assistant, Department of Photogrammetry and Remote Sensing, phone: (383)361-08-66, e-mail: dedkova.val@gmail.ru
The article provides a brief overview of modern software products, that are used for automated photogrammetric processing of aerial survey data, mainly with support of processing of UAS-survey results. Summary of some characteristics of the softwares are also presented.
Key words: software, photogrammetry, unmanned aerial systems, image processing, 3D modelling.
Уникальным и в то же время практичным средством получения пространственной информации является аэросъемка с беспилотных авиационных систем (далее - БАС). Преимущества данного вида съемки заключаются в высокой оперативности работ, существенном снижении затрат на содержание и эксплуатацию БАС (в сравнении с пилотируемыми авиационными средствами), отсутствии необходимости специальных площадок, предназначенных для запуска БАС, а также возможности проведения съемочных работ в труднодоступных местах или местах, представляющих опасность для здоровья и/или жизни человека [1].
Аэрофотосъемка с беспилотных авиационных систем принципиально не отличается от традиционных методов съемки с пилотируемых летательных аппаратов, собственно как и обработка полученных результатов. Однако следует учитывать особенности данных, полученных с применением БАС (количество снимков, используемое съемочное оборудование, условия съемки и т.д.), что не
всегда позволяет применять автоматические процедуры обработки стандартного функционала фотограмметрического программного обеспечения (далее -ПО). Следовательно, разработчики стремятся оптимизировать процесс обработки, расширяя функционал, либо создавая новые программные продукты. В данной статье приведен краткий обзор современных программных средств для обработки результатов съемки на основе беспилотных авиационных систем.
Одним из программных продуктов, предназначенных для цифровой обработки материалов аэрофотосъемок является ПО Соп!ех1;Сар1ше (ContextCapture Center), от ведущего поставщика программных решений в области развития инфраструктуры Bentley Systems. В ПО реализован функционал по фотограмметрической обработке всех типов цифровых RGB изображений, а также ЭБ-моделирования, создания цифровых карт и планов. Работа в ContextCapture ведется в двух модулях - модуле управления и модуле обработки данных. Разделение модулей управления и обработки позволяет обрабатывать данные одновременно на нескольких компьютерах по принципу общей очереди заданий, что значительно сокращает время вычислений. В виду автоматической обработки данных, точность итогового результата напрямую зависит от качества и геометрической точности импортируемых файлов (фотоизображений с камер смартфонов, компактных цифровых, DSLR, фотограмметрических и мультика-мерных систем и т.д.). Для оптимального результата рекомендовано использование зеркальных камер с фиксированным объективом, требуемый процент продольного перекрытия для аэрофотоснимков должен составлять не менее 80 %, поперечного - не менее 50%. Информация о съемочной камере (фокусное расстояние, дисторсия объектива, главные точки и др.) может быть получена из метаданных EXIF или собственных баз данных ПО [2]. Аэротриангуляция выполняется в автоматизированном режиме (автоматически определяется относительное положение и ориентация каждого снимка), для повышения геометрической и геопространственной точности осуществляется ввод контрольных точек и редактирование связующих точек, возможен экспорт аэротриангуляции в форматы KML и XML [2].
Программа Autodesk ReCap Pro является частью программного комплекса Autodesk и предназначена для создания реалистичных трехмерных моделей по фотографиям с БАС и данным лазерного сканирования. Обработка БАС-данных осуществляется в приложении ReCap Photo. ReCap Photo - приложение, предоставляющее собой облачный сервис, с помощью которого можно загрузить на сервер фотоизображения и получить текстурированные полигоны, облака точек по фотографиям с геопривязкой, ортогональные изображения с картами высот в высоком разрешении и т.д. Фотограмметрический программный комплекс позволяет обрабатывать свыше 1000 изображений, что в 3-4 раза превышает предыдущий максимум [3].
Pix4Dmapper - одна из программ линейки программных продуктов Pix4D Solutions, используется для обработки изображений, полученных с БАС, или результатов наземной съемки. Программа реализует составление высокоточных карт и ЭБ-моделей с географической привязкой. Для получения высокоточных
результатов требуется достаточное перекрытие изображений. При проектировании летно-съемочных работ важно учитывать следующие факторы: рельеф местности/объекта, GSD (показатель, определяющий высоту полета), перекрытие. Современные БАС поставляются с хорошим программным обеспечением, с помощью которого можно задать требуемые параметры летно-съемочных работ, что в результате сыграет положительную роль как на проведении съемочных работ, так и на автоматизированной обработке результатов аэрофотосъемок [4].
Geomatica 2017 - пакет программного обеспечения, предназначенный для обработки и анализа данных дистанционного зондирования Земли, аэрофотосъемок, в том числе с БАС. Свыше 550 функций позволяют контролировать процессы обработки пространственной информации на различных этапах, что обеспечивает получение точных результатов [5].
ПО PhotoModeler UAS - приложение, позволяющее создавать точные SD-модели и производить измерения по фотоснимкам и стереофотограмметрии с близких расстояний, в данном приложении реализованы функции по обработке результатов БАС-съемки, в том числе автоматическая калибровка камеры БПЛА [6].
Inpho UAS Master - цифровая фотограмметрическая станция (ЦФС) для обработки данных БАС-съемки, а также результатов наземных съемок. Обеспечивает полную автоматическую геопривязку, калибровку, уточнение и анализ данных, создание цветных плотных облаков точек, моделей поверхности и моделей без земной поверхности, уточнение и редактирование моделей рельефа, создание ортофотопланов и др [7].
В таблице 1 представлены некоторые характеристики вышеназванных программных продуктов в порядке их появления в тексте.
Таблица 1
Современные зарубежные программные продукты, в которых реализована функция обработки данных БАС-съемки
№ п/п Наименование/ Разработчик Исходные данные Минимальные системные требования Стоимость
1 Autodesk ReCap/ Autodesk, Inc, США Изображения (аэрофотосъемка, БАС), данные лазерного сканирования ОС:Windows 10, Windows 8, Windows 7 Корпоративная, Максимальная, или Профессиональная (64 bit), 64-bit процессор с частотой 2.0 ГГц или быстрее; 4 ГБ ОЗУ; True color Монитор 1280x1024, графическое устройство с поддержкой OpenGL 3.1 и 256 МБ графической памяти Месяц - 2 284 р. Год - 17 417 р. 3 года -52 253 р.
Окончание табл. 1
№ п/п Наименование/ Разработчик Исходные данные Минимальные системные требования Стоимость
2 ContextCapture/ Bentley Systems, США Изображения (аэрофотосъемка, БАС), видео, точки лазерного сканирования Windows 10, Windows В, Windows 7 Корпоративная, Максимальная, или Профессиональная (б4 bit), В-яд. б4-bit процессор с частотой 2.0 ГГц или быстрее,4 ГБ ОЗУ или больше По запросу
3 Pix4Dmapper/ Pix4D SA, Швейцария Изображения (аэрофотосъемка, БАС), видео Windows 7, В, 10, Server 200В, Server 2012, б4 bits (PC или Mac компьютеры, использующие Boot Camp);Процессоры (Intel i5/ i7/ Xeon рекомендуются); Любое графическое устройство с поддержкой OpenGL 3.2. (интегрированные карты Intel HD 4000 или выше); Для небольших проектов (до 100 изображений 14 МП): 4 ГБ ОЗУ, 10 ГБ свободного места на жестком диске Бессрочная -500 000 р. Год -200 000 р.
4 Geomatica 2017/PCI Geomatics, Канада Изображения (аэрофотосъемка, БАС, космическая съемка) Windows 7, В, 10, Server 200В, 2012, 201б, б4 bits; Linux CentOS 7.x; Процессор с частотой 2.2 ГГц или быстрее, В ГБ ОЗУ или больше, графическая карта или контроллер с поддержкой разрешения 12В0х1024 и с 25б МБ памяти, более 2 ГБ свободного дискового пространства По запросу
5 PhotoModeler UAS/ Eos Systems Inc., Канада Изображения (БАС) ОС: Windows 7/В/В.1 (б4 bit), Vista (32, б4 bit); Процессор на частоте 2.5 ГГц, ВГБ ОЗУ, 400MБ свободного дискового пространства, монитор с разрешением 1024*7бВ Месяц -12 000 р., Год -120 000 р.
б Inpho UAS Mas-ter/ Trimble, Inc., США Изображения (аэрофотосъемка, БАС) Многоядерный ПК (поддерживается компьютерами до 1б ядер); Оперативная память от В Гб; Windows 7 (б4 бит); Специальные аппаратные средства для стереоскопического режима: Видеокарта с поддержкой опции OpenGL (например, серии NVIDIA Quadro), дополнительные анаглифные очки По запросу
Приведенные в таблице программные продукты являются самостоятельными, функционируют автономно и приобретаются отдельно от основного ПО (в случае, если это программный комплекс). Таблица составлена по данным актуальных версий ПО.
Среди отечественных фирм-разработчиков программного обеспечения для фотограмметрической обработки результатов аэрофотосъемки и дистанционно-
го зондирования лидирующие позиции занимают ЦФС РНОТОМОБ (Компания «Ракурс») и Agisoft Р^ОБсап (Группа компаний «Геоскан»), табл. 2.
Таблица 2
Современные отечественные программные продукты, в которых реализована функция обработки данных БАС-съемки
№ п/п Наименование/ Разработчик Исходные данные Минимальные системные требования Стоимость
1 Agisoft Photoscan/ Группа компаний "Геоскан", Россия Изображения (аэрофотосъемка, БАС) Процессор: Quad-core Intel Core i7 CPU, Socket LGA 1150 или 1155, Материнская плата: LGA 1150 или 1155 с 4 разъемами DDR3 и хотя бы 1 разъемом PCI Express x16, Оперативная память: DDR3-1600, 4 x 4 Гб (всего 16 Гб) или 4 x 8 Гб (всего 32 Гб), Видеокарта: Nvidia GeForce GTX 980 или GeForce GTX 1080 Бессрочная лицензия -от 11 041 р.
2 ЦФС PHOTOMOD UAS, / Компания «Ракурс», Россия Изображения (аэрофотосъемка, БАС и др.) ОС: Microsoft Windows 7, 8.1, 10 x64 Процессор: Intel Core i7, Оперативная память: 32 ГБ (min 2 ГБ) Видеокарта: На базе чипа NVIDIA Quadro K2000 Бессрочная лицензия - от 179 000 р.
ЦФС PHOTOMOD является наиболее распространенной коммерческой ЦФС на территории России. На сегодняшний день PHOTOMOD состоит из комплекса программных средств фотограмметрической обработки данных дистанционного зондирования Земли, позволяющих получать пространственную информацию по изображениям практически всех коммерчески доступных съемочных систем. Для обработки данных с БАС реализована программа PHOTOMOD UAS. PHOTOMOD UAS является автономной программой и не требует установки дополнительного ПО, построена на модульном функционале ЦФС PHOTOMOD. С помощью программного средства можно получить ЦМР, SD-векторы, ортофотопланы [8].
Agisoft Photoscan - фотограмметрическое программное обеспечение, предназначенное для автоматизированного создания SD-моделей, геопривязанных ортофотопланов высокого разрешения, детальных цифровых моделей поверхности по цифровым изображениям [9].
Для того чтобы использовать максимум информации, содержащейся на аэрофотоснимке, необходима корректная обработка аэрофотоснимка. Со-
временные автоматизированные программные средства позволяют максимально оптимизировать процесс обработки, за счет чего сокращается время на выполнение задач и снижается трудоемкость. На сегодняшний день существуют десятки программных продуктов, предназначенных для обработки данных, полученных как в ходе традиционных аэрофотосъемок, так и с применением БАС, причем некоторые из них разрабатывались непосредственно для обработки данных с БАС.
На рисунке представлена общая схема фотограмметрической обработки данных в современных программах.
Взаимное ориентирование снимков и внешнее ориентирование модели
Создание цифровых планов, карт, 3-D моделей местности, рельефа, объектов
Общая схема цифровой фотограмметрической обработки материалов аэрофотосъемки
Для более подробного изучения операций представленных программных продуктов необходимо выполнить исследования достоверности и точности получаемой продукции, а именно провести исследование фотограмметрического сгущения и построения 3D-моделей на макетных цифровых снимках, исследовать построение 3D-моделей на реальных данных, оценить точность определения параметров построения сети фототриангуляции.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Возможности беспилотных авиационных систем для тематического картографирования лесных сообществ / Ю. С. Отмахов, С. А. Арбузов, Д. В. Осинцев, Д. В. Смирнов // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2017. XIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 17-21 апреля 2017 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2017. Т. 1. - С. 21-25.
2. Официальный сайт компании «Bentley Systems» [Электронный ресурс]. - Режим доступа : https://www.bentley.com/ru/products/product-line/reality-modeling-software/contextcapture.
3. Официальный сайт компании «Autodesk» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://blogs.autodesk.com/recap/introducing-recap-photo
4. Официальный сайт компании «Pix4D SA» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://pix4d.com
5. Официальный сайт компании «PCI Geomatics» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.pcigeomatics.com/software/geomatica/professional
6. Официальный сайт компании «Eos Systems Inc» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.photomodeler.com/products/UAS/default.html
7. Официальный сайт компании «Trimble» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://geospatial.trimble.com/products-and-solutions/inpho-uasmaster
8. Официальный сайт компании «Ракурс» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.racurs.ru/index.php
9. Официальный сайт компании «Геоскан» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.agisoft.com
© В. В. Дедкова, 2018
