Обновление кадастровых планов с применением материалов аэровидеосъемки .
А. П. Макаров, Л. В. Быков СибРКЦ «Земля»
Технология аэровидеосъемки для целей обновления планово-картографического материала разрабатывалась на кафедре высшей геодезии фотограмметрии и геоинформационных систем Омского государственного аграрного университета и в Сибирским региональным центром «ЗЕМЛЯ». Она апробирована при выполнении экспериментальных работ в г. Омске и в Омской области, в Хакасии, в Красноярском крае, в Воронежской области, в Приморском крае, в Ямало-Ненецком национальном округе, в Ханты-Мансийском национальном округе.
Опытно-производственная эксплуатация начата на предприятии «Сибземкадастрсъемка» (г. Омск), в Черноземном институте мониторинга земель и экосистем (г. Воронеж), в земельном комитете Ханты-Мансийского национального округа, в земельном комитете Партизанского района Приморского края, в земельном комитете Калачинского района Омской области.
Суть технологии изложена в работах [1,2]. Накопленный опыт экспериментальных и производственных работ позволяет сделать некоторые выводы и наметить перспективы развития технологии.
Область применения технологии. Наиболее крупный масштаб картографирования, требования которого удается выполнить, составляет 1:2000. Все показатели, которые будут приводиться по ходу изложения, относятся к планам масштаба 1:2000.
Материалы аэровидеосъемки предпочтительнее использовать в целях обновления планов и карт на площади, не превышающей 10 кв. км. Увеличение площади съемки приводит к резкому возрастанию объемов камеральных работ. Создание топографических и тематических карт по материалам аэровидеосъемки менее эффективно, так как требует значительных затрат на привязку снимков.
Способы видеосъемки. На различных объектах применялись определенные методы съемки. Так, на площадных объектах, по аналогии с аэрофотосъемкой, были попытки прокладывать прямолинейные маршруты. Ввиду того, что захват территории видеокадром незначительный, образуется большое количество маршрутов. По той же причине затруднены заходы на маршруты и удержание летательного аппарата на заданном курсе.
Был разработан так называемый Z-метод, при котором камера покачивается во время съемки в плоскости, перпендикулярной направлению полета, обеспечивая тем самым больший захват территории. Этот метод позволил сократить летно-съемочное время в 3-5 раз, облегчил работу штурмана и пилота при заходе на маршрут. К недостаткам метода относится то, что непривычно высокая частота и периодическое изменение направления съемки быстро утомляют оператора при обработке видеофильма.
На линейных объектах был применен метод прямолинейных маршрутов. Быстрое накопление погрешностей в таком построении не позволяет создавать маршрут протяженностью более 30 стереопар, что соответствует 1 км на местности. Таким образом, привязку снимков приходится производить поперечниками через каждый километр.
Промежуточная продукция. В процессе обработки видеофильмов создаются вспомогательные материалы, которые сами по себе представляют определенный интерес. Это база видеофильмов и электронный накидной монтаж видеокадров.
База видеофильмов представляет собой электронную карту или схему, к которой приближенно привязаны выборочные кадры видеофильма. Программное обеспечение позволяет: выполнять привязку фильмов, вести учет выполненных аэросъемок, оперативно просматривать фильм в выбранном месте карты.
Электронный накидной монтаж создается программой автоматического совмещения изображений. Суть процесса сводится к последовательному совмещению каждого последующего кадра цифрового видеофильма с предыдущим. В результате получается накидной монтаж, аналогичный монтажу аэрофотоснимков. Электронный накидной монтаж необходим для составления проекта привязки снимков, проектирования блоков триангуляции, полезен как обзорный материал для различного рода визуальных обследований.
Точность картографирования. Параметры аэросъемки – определяющий фактор точности картографирования. Расчетные данные и практический опыт выполнения аэросъемок для целей создания и обновления планов масштаба 1:2000 позволяют рекомендовать следующие параметры: высота фотографирования 500 м, увеличение 5-6 крат, скорость полета 120-140 км/час, скорость работы затвора 1:2000. При этом оптический масштаб изображения составляет 1:10000 с разрешающей способностью изображения 0.01 мм. В результате цифрового преобразования фильма цена деления пикселя изображения соответствует 0.15 м на местности.
Суммарные ошибки измерения и идентификации точек, а также погрешности трансформирования координат достигают 0.3-0.4 м, что составляет 0.4 мм в масштабе 1:1000. При фотограмметрическом сгущении сети опорных точек в пределах блока, состоящего из 30-40 стереопар, погрешности планового положения контурных точек могут достигать 0.6-0.8 м, что не превышает нормативной точности планов масштаба 1:2000.
Автоматизация обработки видеофильмов. Технология обработки видеофильмов представляет собой ряд автоматизированных этапов, связанных единой структурой данных, опирающихся на единую методику обработки изображений, и включает в себя:
- оцифровку и регистрацию фильмов, создание видеобазы;
- создание электронного накидного монтажа;
- проектирование привязки и формирование блоков триангуляции;
- автоматическое измерение стереопар;
- уравнивание блоков триангуляции и ориентирование по опорным точкам;
- создание базы ориентированных растров и монтаж ортопланов.
Благодаря высокому уровню автоматизации технологических процессов массовая видеоинформация обрабатывается оперативно. Разработка программы блочной триангуляции позволила существенно увеличить размеры блоков до 30-40 стереопар, повысить точность монтажа ортопланов. Визуальный контроль монтажа ортопланов позволяет объективно оценивать качество построения. Результаты обработки с применением блочного метода показаны на рис. 8.
Перспективы разработки. Одним из направлений совершенствования видеотехнологии является отработка методики аэросъемки со сверхлегких (СЛА) и радиоуправляемых летательных аппаратов. Из СЛА наиболее перспективными остаются дельталеты и дистанционно управляемые дирижабли.
Особое место занимают беспилотные радиоуправляемые модели. В СибРКЦ «Земля» ведутся работы с моделями самолета и вертолета и исследуются варианты съемки с различной съемочной аппаратурой. Модели снабжены радиоуправляемым боксом для видеокамеры, транслирующей системой, позволяющей передавать изображение на землю, приемником GPS. Транслирующая система заменяет собой видеокамеру. Кроме того, транслятор изображения в сочетании с приемником GPS обеспечивает управление моделью на большом удалении, и даже при потере визуального контакта.
В ближайших планах – работы по созданию универсальной подвески, предназначенной для установки видеокамеры на самолетах, вертолетах и др. летательных аппаратах. Система программного управления подвески предусматривает стабилизацию конструктивной оси в заданном положении, обеспечивает наклоны камеры с различной скоростью, амплитудой и периодичностью, поддерживает обмен данными с приемником GPS. Это позволяет автоматически регистрировать фильмы на цифровой карте и создавать базу видеофильмов.
Разрабатывается методика полевой привязки снимков с использованием цифровой аппаратуры. В комплект входит портативный цифровой видеомагнитофон, позволяющий просматривать и маркировать изображения. В процессе привязки на видеокадрах опознаются опорные точки и создаются видеоабрисы. Это позволяет отказаться от распечатки снимков, что существенно повышает оперативность обработки информации.
Для обучения специалистов и студентов в компьютерном классе СибРКЦ «Земля» создается действующий макет, имитирующий процесс видеосъемки. Макет территории ОмГАУ представлен в масштабе 1:1000. Над макетом подвешена модель самолета, оборудованная транслирующей системой. Изображение макета местности передается на все компьютеры учебного класса. Задачей обучающихся является освоение технологии получения и обработки видеоинформации.
Одним из перспективных приложений видеосъемки является архитектурная съемка фасадов и интерьеров зданий и сооружений. Методы фотограмметрической обработки изображений и разработанное программное обеспечение позволяют связывать систему координат фасадов и интерьеров зданий, создавать 2D панорамы и преобразовывать их в 3D модели.
В развитии математического обеспечения намечается переход к методам построения пространственных моделей. При обработке изображений используются алгоритмы плоскостного преобразования, которые позволяют игнорировать многие ограничения, присущие методам «классической» фотограмметрии. Разработаны методы, позволяющие строить трехмерные модели без нарушения общности и принципов плоскостного решения. Переход к пространственным моделям позволяет перейти от создания 3D моделей к разработке систем виртуальной реальности.
Наиболее общий взгляд на проблему обработки изображений открывает интересные возможности в системе коммуникации. В муниципальных образованьях и субъектах Федерации многие организации, являются обладателями определенной информации о территориях. Например, управление архитектуры является держателем топографической информации, санитарно-эпидемическая служба (СЭС) накапливает статистические данные о заболеваниях среди населения и о распределении их на территории города, управление внутренних дел (УВД) концентрирует информацию о правонарушениях и дорожно-транспортных происшествиях и т. д. Рано или поздно, но возникает объективная необходимость в обмене информацией. Традиционные условия и способы обмена информацией часто ставят обладателей баз данных в невыгодные условия. На основе системы обработки изображений создается интернет-система совмещения графических данных. При этом обладатель информации предоставляет свои данные в растровом виде на портал обмена. Программное обеспечение позволяет совместить полученное изображение с данными потребителя информации. В результате данные партнеров совмещаются в едином растре. Таким образом, отпадает необходимость в централизации информации в едином архиве. Передача данных происходит без посредников. Решаются проблемы секретности. Обеспечивается целостность баз данных обладателей и потребителей информации.
Литература
1. Быков Л. В., Макаров А. П. Как обновить цифровую карту города/ ГИС ассоциация// Информационный бюллетень.- 1998.-№1(13).-С. 76-77.
2. Быков Л. В. Мониторинг кадастровых баз данных городских территорий ( на примере г. Омска)/ Омск. гос. аграрный ун-т.- Омск, 1998.- 65 с.- Деп в ВНИИТЭИ агропрома 27.03.98, №17468.
