Макаров А. П. (зам. директора СибРКЦ «Земля»),
Быков Л. В. (глав. специалист),
Ессин А. С. (ведущий специалист),
Шумилов М. А. (специалист II категории)
Организация локального мониторинга земель на основе материалов аэровидеосъемки.
Под локальным мониторингом территорий подразумевается получение и нанесение на дежурную карту оперативной информации о выборочных участках местности в период сезонных периодических или эпизодических изменений. Например, в период весеннего паводка, в случае аварий, экологических катастроф, при оценке состояния дорог, трубопроводов и иных объектов, при локальном обновлении планов и карт.
Современные методы аэрокосмической съемки отличаются высокой оперативностью и высоким уровнем автоматизации, что позволяет получать видеоинформацию на большую территорию в короткое время. Эти методы эффективны при картографировании территорий, при сплошном обновлении планов и карт. Согласно действующим нормативам обновление планов и карт выполняется через 5-7 лет на застроенных и через 10-15 лет на иных территориях. За этот период на местности происходят существенные изменения, которые приходится оценивать не только количественно, как процент изменившихся контуров, но и учитывать существенность связанных с этими изменениями событий. Наземные методы съемки не всегда эффективны, так как менее оперативны и не достаточно информативны.
Промежуточное положение между наземными и аэрокосмическими съемками в целях локального мониторинга территорий может занять аэровидеосъемка (АВС), которая выполняется практически с любого летательного аппарата, не требует специального оборудования, может обрабатываться в реальном времени.
Вопросам использования материалов АВС в целях мониторинга земель посвящены работы многих ученых и практиков. Первые работы по телерепортажной съемке сельскохозяйственных угодий были выполнены под руководством проф. Б.Н.Родионова [1]. Известно большое количество публикаций по экологическому мониторингу с использованием АВС [2]. Ряд работ посвящен методике создания ортофотопланов по материалам АВС [3]. В предприятии УралНИИГИПРОЗЕМ ведутся производственные работы по созданию ортофотопланов сельских населенных пунктов.
Предлагаемая методика создания ортофотопланов по материалам АВС отличается тем, что обработка материалов съемки может выполняться в автоматическом режиме, а в перспективе, при соответствующей аппаратной поддержке, - в реальном времени.
На различных этапах обработки видеоинформации формируются промежуточные материалы, обеспечивающие оперативное поступление данных для решения задач различной степени срочности. Наиболее оперативной информацией, поступающей в реальном времени, является видеофильм, который позволяет визуально отследить явления и события, происходящие на местности. Положительные свойства АВС – это высокий уровень автоматизации съемочного процесса, высокая светочувствительность, возможность изменения увеличения в процессе съемки, высокая скорость записи, доступность аппаратуры для широкого круга пользователей. С точки зрения обработки материалов АВС имеется ряд недостатков: низкая разрешающая способность изображения, нестабильные элементы внутреннего ориентирования. Учитывая особенности АВС и цель работы – создание ортофотопланов, приняты следующие основные положения: АВС выполняется с большой высоты с большим увеличением изображения, малый захват территории одним кадром компенсируется качанием камеры в вертикальной плоскости, перпендикулярной направлению полета. Увеличение изображение достигается за счет увеличения фокусного расстояния (f). Съемка с больших высот с большим значением f предпочтительна при трансформировании снимков. Геометрическое отношение фокусного расстояния к диагонали кадра достигает 6-7. Эти геометрические параметры позволяют существенно уменьшить смещения точек, вызванные влиянием рельефа местности. Увеличение f улучшает ортоскопические свойства изображения. Для съемки местности мы используем как пилотируемые летательные аппараты: самолеты, вертолеты, дельталеты,- так и беспилотные радиоуправляемые модели, оснащенные съемочной аппаратурой и устройствами для передачи изображений на расстоянии. Применяются видеокамеры с форматом записи S-VHS, Digital 8, MiniDV, имеющие ПЗС-матрицу с диагонвлью от 0.33 дюйма, с количеством элементов от 810 000. Видеофильмы, полученные в процессе съемки, позволяют оценить оперативную обстановку, скорректировать маршруты облета территории для получения наиболее полной информации о событиях и явлениях на местности.
На рис. 1 представлена технологическая схема формирования ортофотопланов. По этой схеме можно отследить процесс получения других видеоматериалов, используемых в при локальном мониторинге территорий.
Рис. 1. Технологическая схема обработки материалов аэровидеосъемки
В пункте 1 технологической схемы показано формирование банка данных видеоинформации. Видеофильм преобразуется в цифровой вид и ориентируется относительно обзорной карты местности. На каждый маршрут заполняется формуляр, в который заносится необходимая информация. Таким образом, формируется своеобразная видеолетопись территории и связанных с нею событий. Программное обеспечение позволяет просматривать видеоматериалы в привязке ко времени и к местности.
В пункте 2 технологической схемы предусматривается создание электронного накидного монтажа. Этот процесс автоматизирован. Программа автомотического совмещения изображений анализирует композицию цветов последовательных кадров фильма и определяет параметры, необходимые для приближенного совмещения изображений. В результате получается непрерывное видеоизображение, составленное из снимков одного маршрута. Программное обеспечение позволяет обрабатывать фильмы, полученные не только прямолинейными маршрутами, но и так называемым Z – методом, когда камера в процессе съемки качается в вертикальной плоскости, перпендикулярной направлению полета. Возможен монтаж нескольких перекрывающихся маршрутов. В технологической линии электронные накидные монтажи используются для автоматического проектирования фототриангуляционной сети. В других приложениях электронные накидные монтажи необходимы при проектировании работ на местности, включая проектирование привязки снимков, оценочные и другие землеустроительные работы. Оперативность их получения может составлять от нескольких часов, до нескольких суток, в зависимости от площади снимаемого участка местности.
Фотограмметрическая обработка видематериалов представлена в пунктах 3-6 технологической схемы. В качестве опорных данных используется цифровой векторный план местности. При отсутствии планов может быть выполнена полевая привязка снимков. Для привязки прямолинейных маршрутов могут использоваться GPS - координаты центров фотографирования в сочетании с разреженным плановым обоснованием. Измерение и обработка стереопар выполняется в автоматическом режиме с помощью программы автоматической фототриангуляции. Программа включает режимы измерения снимков, фотограмметрической обработки измерений, диагностики и отбраковки грубых измерений, построения и уравнивания блоков фототриангуляции. По результатам фотограмметрической обработки снимков формируется база ориентированных моделей, в которой хранится информация, необходимая для ортофототрансформирования снимков. Монтаж ортофотопланов производится в автоматическом режиме, путем трансформирования каждого снимка блока. Контроль ортофотоплана производится с помощью коррелятора, обеспечивающего автоматическое измерение координат идентичных точек перекрывающихся трансформированных изображений. Таким образом, формируется ортофотоплан местности. Сроки получения ортофотопланов по материалам аэровидеосъемки могут составлять от одних суток до нескольких месяцев, в зависимости от площади снимаемого объекта. На основании опытно-производственных работ установлено, что для целей создания ортофотопланов в масштабе 1:2000 использование видеосъемки целесообразно при площади объекта до 1000 га.
На основании материалов аэровидеосъемки возможна организация локального мониторинга земель. В первую очередь это касается обновления и корректировки кадастровых планов населенных пунктов, промышленных и иных площадок, в период между аэросъемками. Информация в виде видеофильмов, электронных накидных монтажей и ортофотопланов может использоваться в целях оперативного отслеживания обстановки в случаях возникновения чрезвычайных ситуаций, а также при планировании и проектировании строительных, ремонтных работ на автодорогах, трубопроводах и других инженерных объектах.
1. Родионов Б. Н. Телерепортажная аэрокосмическая съемка //Геодезия и картография. - 1992. - №2. - С. 21-25.
2. Гельман Р. Н., Никитин М. Ю., Констандогло Ю. В. Аэровидеосъемка: область применения, методика фотограмметрической обработки//Геодезия и картография.-1999. - №3. - С. 39-45.
3. Система локального мониторинга «Биосфера ТМ» / А. Г. Топчиев, Б. Ф. Бородин, А. В. Антипов // Геодезия и картография. – 1997. - №6. – С. 29-33
