CC BY
66
УДК 528.7:528.92:004
А.П. Гук, И.Т. Антипов, В.И. Тихонов, В.Н. Никитин СГГ А, Новосибирск
ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ АНАЛИТИЧЕСКОЙ СЕТИ ФОТОТРИАНГУЛЯЦИИ ДЛЯ МАЛОКОНТУРНЫХ ЛЕСНЫХ ТЕРРИТОРИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ MONOSDS И РНОТОСОМ
В настоящее время основной объём обновления лесоустроительных карт выполняется аэрофототопографическими методами.
Аэрофототопографические методы предусматривают обеспечение района работ точками планово-высотного обоснования, определяемыми или геодезическими методами, или с помощью топографических карт.
Как правило, на снимках лесных территорий отсутствует достаточное количество чётких контуров, которые можно использовать в качестве опорных точек, а на некоторых снимках они отсутствуют совсем. В связи с этим привязка снимков к местности затруднена.
Построение пространственной сети аналитической фототриангуляции по аэроснимкам лесных территорий позволит сократить количество опорных точек, необходимых для привязки снимков, и повысить геометрическую точность создаваемых цифровых карт и планов.
Для решения данной задачи предлагается использовать комплексы программ MonoSDS и РНОТОСОМ, разрабатываемые на кафедре фотограмметрии и дистанционного зондирования СГГА.
Программный комплекс MonoSDS предназначен для расширения возможности цифровой фотограмметрической станции SDS по обработке цифровых материалов космической, воздушной и наземной съёмки в монорежиме. К его основным функциональным возможностям относятся:
- Привязка снимков различного типа к растровым и векторным картам по опорным точкам и по контурам в интерактивном режиме;
- Перенос информации со снимка на карту (рисовка контуров по одиночному снимку);
- Трансформирование контуров с использованием различного типа преобразований (в зависимости от исходной информации);
- Трансформирование снимков;
- Обновление цифровых карт, топографической информации в геоинформационных системах.
Отличительной особенностью MonoSDS является наличие двух графических панелей, каждая из которых может одновременно отображать растровое изображение и цифровую картографическую информацию. Две графические панели могут использоваться для решения традиционных задач стереофотограмметрии путём идентификации соответствующих точек, изображенных на разных снимках съёмочного маршрута. С их помощью также удобно выполнять пространственную привязку данных по опорным точкам в интерактивном режиме, а двунаправленный обмен векторными данными между панелями позволяет выполнять обновление фрагментов цифровой карты. Координатная связь между графическими панелями и
различные режимы отображения позволяют визуально контролировать корректность собранной семантической информации, не перегружая цифровой снимок. При необходимости на экране можно оставить только одну из графических панелей.
Программа MonoSDS обладает широкими возможностями по динамическому трансформированию данных. В настоящий момент реализованы модули для выполнения аффинного преобразования, проективного преобразования, трансформирования по зонам, радиального трансформирования второго порядка (для компенсации дисторсии), эпиполярного трансформирования, преобразования данных по законам центральной проекции.
Программный компонент РНОТОСОМ предназначен для аналитического фотограмметрического сгущения опорных данных с использованием фотограмметрических измерений, выполненных на цифровой фотограмметрической станции или на аналитическом универсальном приборе. Результаты сгущения в виде каталога координат точек уравненной фототриангуляционной сети и элементов внешнего ориентирования одиночных снимков и стереопар используются в качестве исходных данных для последующих технологических процессов.
Технологическая схема выполнения аналитической фототриангуляции с использованием комплекса программ MonoSDS и РНОТОСОМ приведена на рис. 1.
Рис. 1. Технологическая схема выполнения аналитической фототриангуляции
MonoSDS выполняет общее управление комплексом программ MonoSDS и РНОТОСОМ, осуществляет сбор необходимой для пространственной фототриангуляции информации и использует результаты сгущения опорных
данных для привязки и трансформирования аэрофотоснимков, первичного сбора картографической информации.
Первым этапом данной технологической схемы является подготовка топографической основы, которая заключается в ориентировании цифрового изображения топографических карт. Привязка может осуществляется как в программе MonoSDS, так и в других ГИС-продуктах, например, в МарШю. Процесс ориентирования карт заключается в измерении координат узлов километровой сетки топографической карты с указанием положения точек в системе координат Гаусса-Крюгера и установлении связи между координатами карты и геодезической системой координат. Привязка осуществляется по избыточному числу опорных точек с использованием полинома первой степени, что позволяет оценить точность выполнения процесса ориентирования топографических карт и, соответственно, точность опорных данных для фототриангуляции.
Внутреннее ориентирование снимков осуществляется по координатным меткам сканированных снимков и по паспорту АФА с использованием полинома первой степени. Точность внутреннего ориентирования определяется по невязкам на координатных метках.
После окончания подготовительных работ проводятся измерения координат связующих, опорных и контрольных точек на снимках. Для измерения координат связующих точек поочерёдно загружают стереопары аэрофотосъёмочного маршрута, и в каждой из шести стандартных зон измеряют по три точки. Идентификация точек на соседнем снимке осуществляется в полуавтоматическом режиме с использованием корреляционных алгоритмов идентификации. Для измерения координат опорных точек в одну из панелей MonoSDS загружают снимок маршрута, в другую - привязанную топографическую карту. Поиск соответственных точек осуществляется визуально, а их идентификация - в ручном режиме. Точка автоматически помечается как опорная, с указанием её плановых координат. Высотная отметка определяется оператором по горизонталям топографической карты. Часть измеренных опорных точек помечают как контрольные.
Уравнивание сети аналитической фототриангуляции осуществляется посредством программного модуля РНОТОСОМ, вызов которого производится непосредственно из программы MonoSDS. При этом указывается фокусное расстояние фотоаппарата, точность используемых опорных данных и высота фотографирования. Результаты фототриангуляции представлены в виде элементов внешнего ориентирования снимков и в виде каталога опорных точек сети сгущения.
Затем производится трансформирование снимков на основании вычисленных элементов внешнего ориентирования, фокусного расстояния АФА и средней высоты изображённой на снимках местности. Если смещение точек на снимках, вызванное влиянием рельефа, превышает допуск, то выполняется ортотрансформирование с использование регулярной цифровой модели рельефа.
Трансформированные снимки монтируются в единый фотоплан.
Векторизация контуров объектов на снимках производится по единому фотоплану, без разрывов контуров и их последующей сводки.
Контроль точности созданной цифровой карты осуществляется путём её наложения на слой растровой топографической основы и измерения расхождений между вновь оцифрованными контурами и контурами на топографической карте.
Предложенная на кафедре фотограмметрии и дистанционного зондирования СГГА технология была апробирована совместно с ФГУП Запсиблеспроект; были получены первые производственные результаты.
За 10 рабочих дней производственная группа, состоящая из 5 человек, обработала по данной технологии 170 снимков.
Снимки формата 18*18 см и масштаба 1: 5000 получены АФА с фокусным расстоянием 140 мм. Продольное перекрытие снимков в маршруте составляет около 80 %. Были получены цифровые снимки с разрешением 800 dpi. Особенностью маршрута является его непрямолинейность, переходы самолёта-аэрофотосъёмщика с одного курсового угла на другой сопровождаются большими углами взаимного разворота снимков.
Поскольку сфотографированная территория представляла собой в большей части лесные массивы, возникала проблема выбора связующих точек в стандартных зонах.
Особую сложность при объединении моделей представляли места, где осуществлялся разворот самолета.
Обработка маршрута осуществлялась отдельными блоками, количество снимков изменялось от 5 до 25. Маршруты были разделены на секции для организации параллельной обработки снимков. Каждая секция ориентировалась по 4 опорным точкам, расположенным по краям. Координаты опорных точек были определены по карте масштаба 1:25000. В качестве опорных точек использовались пересечения грунтовых дорог и просек, элементы гидрографии. Расхождения на опорных точках при уравнивании в программе РНОТОСОМ составили от 5 до 15 метров.
По полученным элементам внешнего ориентирования в программе МоnоSDS осуществлено трансформирование снимков и монтаж фотоплана. Полученные фотопланы экспортировались в Мар1пйэ и совмещались с топографическими картами.
Контроль точности построения фотоплана осуществлялся по линиям разреза соседних снимков и по контрольным точкам. Контроль показал высокую точность монтажа, максимальные ошибки составляли 1-3 м на местности. Расхождения координат на контрольных точках лежат в пределах от 0 до 20 м.
После наложения смонтированного фотоплана на карту появилась возможность опознавания дополнительных опорных точек, которые не всегда удавалось опознать до фототриангуляции. Дополнительные точки можно использовать для повышения точности привязки фотоплана.
© А.П. Гук, И.Т. Антипов, В.И. Тихонов, В.Н. Никитин, 2007
