Создание макетных снимков площадной аэрофотосъемки с использованием ArcGIS Текст научной статьи по специальности «Математика»

СОЗДАНИЕ МАКЕТНЫХ СНИМКОВ ПЛОЩАДНОЙ АЭРОФОТОСЪЕМКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ARCGIS

Вячеслав Николаевич Никитин

Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного 10, к.т.н., доцент кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел. (913)712-37-50, e-mail [email protected]

Елена Юрьевна Сахарова

Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного 10, аспирант кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел.(913)743-21-77

Анастасия Евгеньевна Червова

Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного 10, аспирант кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел. (923)249-14-10, e-mail [email protected]

В статье представлена технология создания макетных снимков в среде геоинформаци-онной системы (ГИС) ArcGis, предназначенных для решения различных фотограмметрических задач.

Ключевые слова: макетные снимки, ГИС ArcGis, цифровая модель рельефа (ЦМР), снимки высокого и сверхвысокого разрешения.

ESTABLISHMENT OF THE MOCK-UP IMAGES FOR GENERAL COVERAGE PHOTOGRAPHY WITH USE ARCGIS

Vyacheslav N. Nikitin

Siberian State Academy of Geodesy (SSGA) 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo 10, PhD, associate professor of Department of Photogrametry and Remote Sensing, tel. (913)712-37-50, e-mail: [email protected]

Elena Yu. Sakharova

Siberian State Academy of Geodesy (SSGA) 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo 10, postgraduate student of Department of Photogrametry and Remote Sensing, tel. (913)743-21-77

Anastasia E. Chervova

Siberian State Academy of Geodesy (SSGA) 630108, Russia, Novosibirsk, Plakhotnogo 10, postgraduate student of Department of Photogrametry and Remote Sensing, tel. (923)249-14-10, e-mail: [email protected]

The article deals the mock-up images creation environment for photogrammetry tasks determination in the ArcGIS geoinformation system (GIS).

Key words: mock-up images, GIS ArcGIS, digital terrain model (DTM), image of high and ultra-high resolution.

Применение макетных снимков - это удобный и надежный способ решения ряда задач, возникающих в фотограмметрии. Существуют несколько типов

макетных снимков, каждый из которых соответствует определенной проблеме: макетные снимки с внесенными искажениями для отработки алгоритмов калибровки неметрических камер, тест-объекты, применяемые при работе на универсальных приборах (УП) и аналитических универсальных приборах (АУП), а в современной фотограмметрии - на цифровых фотограмметрических станциях

(ЦФС).

Чаще всего макетные снимки создаются исследователем специально для решения некоторой конкретной задачи и недоступны широкому кругу пользователей [1]. Этот вопрос становится особенно актуальным, когда возникает необходимость использования аэрофотоснимков с известными параметрами, например для тестирования ЦФС, при обучении оператора работе на стереоплоттерах или для решения нестандартных задач, связанных с беспилотными самолетами. Макетные снимки, созданные ранее, такие как физические и аналитические тест-объекты, не могут использоваться для этих целей по многим причинам, но технология создания таких макетов может служить эталоном для исследований в этой области. Результатами исследований являются снимки - макеты цифрового вида. Они могут быть битовыми и реалистичными. Наиболее перспективны в использовании реалистичные цифровые макетные снимки. При работе с реалистичными изображениями, в отличие от других макетных снимков, возникает наиболее полная имитация наблюдений реальных стереоизображений.

Задачу построения цифровых реалистичных макетных снимков можно решить несколькими способами [2]:

- используя современные геоинформационные системы (ГИС) с модулем трехмерной визуализации;

- используя методы машинной графики.

Данная исследовательская работа направлена на создание блока цифровых реалистичных макетных снимков для решения задач, связанных с обработкой аэро и космической информации, с помощью современных ГИС-систем.

Создание макетных снимков с использованием современных ГИС обладает рядом преимуществ:

- не требуется разработки специальных программных модулей;

- не нужны знания языков программирования;

- ГИС-пакеты доступны широкому кругу потребителей;

- ГИС-пакеты просты в использовании и т.д.

ГИС ArcGIS была выбрана в связи с тем, что данная программа, благодаря своим дополнительным модулям, позволяет выполнить практически все этапы создания макетных снимков.

В качестве исходных данных для проведения данной работы были использованы:

- отсканированная топографическая карта масштаба 1:200000 на территорию Алтайского края (разрешение сканирования 300 dpi);

- космические снимки SPOT 5 с разрешением 2,5 м на территорию Алтайского края;

- программные продукты ArcGIS и MapInfo.

Технология создания макетных снимков представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Технология создания макетных снимков

Оцифровка отсканированной карты производилась в MapInfo, так как данная программа проста в использовании и обладает достаточной функциональностью. При оцифровке было создано 4 слоя: слой рельефа, в котором содержались горизонтали, слой гидрографии, слой, содержащий элементы орографии, и слой оврагов, который при построении цифровой модели рельефа (ЦМР) используется в качестве элементов, показывающих на резкое изменение характера рельефа.

Построение ЦМР в виде TIN модели осуществлялось в ArcMap с помощью модуля 3D Analyst. Полученную ЦМР можно визуализировать как в ArcMap, так и в ArcScene.

Для получения реалистичной модели местности ЦМР необходимо тексту-рировать. Для текстурирования целесообразно использовать космические снимки высокого и сверхвысокого разряжения, такие как SPOT, FORMOSAT, IKONOS, QuickBird, EROS. Разрешение снимков данных спутниковых систем позволит при обработке готовых макетных снимков достаточно детально распознать элементы поверхности. На рисунке 2 представлена ЦМР в классифицированном (а) и текстурированном (б) виде.

a■aaBsragagiraaj ■■■■"■■■■■■■■■■■■■■■■дда

D aü Н Л + В âi »Q!- W + ^ 4«l ^ " * ПОЛ

je»***» Ur»iÿ»i "3 P > *№»■ a €■

Рис. 2. (а) классифицированная и (б)

□ а в л + s Л* та:- <fí •*• -• ф о ъ о ф ta :: :: S -Е к о м

текстурированная ЦМР, созданная в

Для обеспечения возможности обработки макетных снимков аналогично блоку реальных снимков, необходимо провести маркировку опорных и контрольных точек, а также создать каталог координат. В данной работе в модуле ArcMap было замаркировано 10 точек с определением их высот по ЦМР.

В графическом редакторе Photoshop была создана рамка, имитирующая рамку реальных аэрофотоснимков. Преимуществом искусственно созданной рамки является отсутствие ошибок в положении координатных меток. Они расположены строго по центру сторон снимка, расстояние между противоположными метками является фиксированным и известным.

Процесс имитации аэрофотосъемки (АФС) проводился в ArcScene по предварительно рассчитанным параметрам положения съемочной системы, соответствующим параметрам реальной АФС. В результате данной работы были созданы 2 маршрута по 6 снимков, соответствующие идеальному случаю съемки (рисунок 2). Размер одного готового макетного снимка составил 4000 на 4000 пикселей. Следует отметить, что при создании файла такого большого размера необходимо увеличить файл подкачки операционной системы до максимального значения. Фокусное расстояние снимков составило 127 мм, масштаб съемки 1:150000, продольное перекрытие - 76 %, поперечное - 54%.

Рис. 2. Блок макетных снимков

В дальнейших исследованиях планируется создать блок макетных снимков, имеющий систематические и случайные ошибки, углы наклона, учитывающие кривизну Земли и другие искажения, свойственные реальным снимкам.

Полученные макетные снимки могут применяться для решения ряда фотограмметрических задач:

- для проверки теории способов обработки снимков;

- для оценки точности используемых приближенных формул;

- для отладки программы построения или уравнивания фотограмметрических сетей;

- для проверки теории и отладки программ проектирования сооружений на местности по снимкам (дорог, мостов, строительных площадок) и решения других прикладных задач;

- для контроля измерений координат в любой точке геометрической модели местности;

- для контроля вычисления определяемых параметров модели или снимков при выполнении АФС;

- для контроля построения ЦМР по измерениям стереомодели;

- для обучения операторов работе на цифровом стереоплоттере;

- для обработки снимков, полученных нестандартными съемочными системами, например, при выполнении аэрофотосъемки неметрическими цифровыми камерами с беспилотных летательных аппаратов.

Обработка полученного блока макетных снимков производилась на ЦФС PHOTOMOD, но данный блок также может использоваться при работе на других ЦФС.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Коркин В.С., Сидякина А.Е. Проект создания комплекса цифровых макетных аэроснимков для исследования фотограмметрических систем // Гео-Сибирь - 2011 Т.4 Ч.1. Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология, СГГА, 2011г., С. 72 - 74.

2. Никитин В.Н., Сидякина А.Е. Методика моделирования цифровых реалистичных макетных снимков с использованием машинной графики // ГЕО - Сибирь-2012 Т.4.Ч.1. Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология, СГГА, 2012г., С. 33 - 37

© В.Н. Никитин, Е.Ю. Сахарова, А.Е. Червова, 2013