МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ СБОРА ДАННЫХ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ МЕСТНОСТИ ПРИ АЭРОФОТОСЪЕМКЕ

МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ СБОРА ДАННЫХ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ МЕСТНОСТИ ПРИ АЭРОФОТОСЪЕМКЕ. Аэрофототопография — раздел топографии, изучающий методы создания топографических карт по материалам авиационных съемок». В данной главе описывается одна из наиболее значимых проблем технологических тенденций последнего времени в геодезии и картографии — практически полный отказ от аналоговых методов в аэрофототопографии в пользу цифровых.

Аэрофотоаппарат (т. е. в простейшем случае любой фотоаппарат, устанавливаемый на летательный аппарат с целью съемки земной поверхности) является во многом определяющим компонентом аэрофототопографического процесса.

Следует отметить, что в геодезии масса подобных примеров — теодолитная или тахеометрическая, а также мензульная, лазерно-локационная и, конечно, GPS-съемка. Везде, как и в случае с аэрофототопографией, существенно наличие главного средства измерения или сбора данных, которое не только дает методу имя, но и, исходя из собственной логики, во многом определяет логику этого метода.

Последнее обстоятельство чрезвычайно важно. И поэтому, коль скоро нашей целью является познание современной аэрофототопографии, наибольшее внимание придется уделить именно аэрофотоаппарату, его функциональности, логике практического использования, фотографическому и фотограмметрическому качеству и, конечно же, стоимости. Классический подход и его носители Классический подход к аэрофототопографии представлен в следующих положениях: — считающийся базовым в классической аэрофототопографии так называемый стереотопографический метод, предполагает использование аэросъемочных данных (т. е. аэрофотоснимков) для создания как рельефной (высотной), так и контурной (плановой) частей карты; — масштаб создаваемой топографической карты (плана) и морфология объекта съемки —главные обстоятельства, оказывающие наиболее существенное влияние как собственно на выбор аэрофотоаппарата (в частности, величины фокусного расстояния), так и режима съемки (высота, скорость, величина перекрытий); — достижение нормативной точности выходного топографического материала в значительной степени зависит от качества наземных геодезических работ по планово-высотному обоснованию (определению координат опознаков) и развития фототриангуляционной сети. А последнее, в свою очередь, находится в сильной зависимости от качества пилотирования и выполнения аэросъемки в целом.

За последние 20 лет в аэротопографии произошли значительные изменения, а именно: 1) Обязательным стало использование систем спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС как для определения пространственных координат точки фотографирования каждого аэрофотоснимка, так и для контроля пилотажно-навигационных параметров и управления аэрофотосъемочным процессом в целом. 2) Активно стали применятся так называемые интегральные навигационные комплексы типа GPS/IMU, которые позволяют с достаточной точностью определять значения шести параметров внешнего ориентирования каждого аэрофотоснимка, как линейных, так и угловых.

В некоторых случаях это позволяет полностью отказаться от работ по абсолютному пространственному ориентированию аэрофотоснимков, которое, как известно, выполняется с целью их последующего ортотрансформирования и геодезической привязки.

В большинстве случаев наличие GPS/IMU-данных позволяет существенно упростить и ускорить процедуру создания фототриангуляционной сети. 3) Чрезвычайно важным обстоятельством является возможность выполнять одновременно аэрофотографическую и лазерно-локационную съемки. 4) И, наконец, в качестве приметы времени нельзя не отметить то, что практически все основные компоненты современной аэрофототопографии уже де-факто являются цифровыми.

Цифровые методы пришли в картографию и фотограмметрию и, в настоящее время, можно сказать, победили окончательно и бесповоротно.

Они доминируют и в геодезии как в полевой, так и в камеральной фазе. Неохваченной осталась, как раз, только аэрофотосъемка.

И вот теперь, страны Европы и Америки чуть раньше, а Россия только-только, начинают увлекательный и полный «открытий чудных» путь перехода с аналоговых аэрфотокамер на цифровые. Исторически первыми на рынке появились цифровые камеры известной компании Eastman Kodak (США), с оптикой не менее известных и уважаемых компаний Nikon и Canon. Несколько позже Kodak разработал собственную цифровую камеру, которая тоже начала активно применяться в аэрофотосъемочной практике. Первый опыт использования цифровой камеры для аэросъемочных целей в России был осуществлен компанией Opten Limited.

Познание цифровых аэрофотоаппаратов начато со сравнения с пленочными (аналоговыми). Традиционно главным доводом в пользу использования цифровых топографических аэрофотокамер является их технологичность. Считается, что: — цифровые камеры надежнее в работе; — данные, поставляемые цифровыми камерами, т. е. цифровые аэрофотоснимки, достовернее аналоговых в информационном отношении; — использование цифровых камер значительно сокращает длительность технологического цикла аэрофототопографического производства; — использование цифровых топографических аэрофотокамер более экономично, несмотря на их высокую стоимость.

Обратимся к аэрофотоснимкам, т. е. к главному продукту. Сравним фрагменты аналогового и цифрового аэрофотоснимков одного масштаба (рис.1). Рисунок 1 - Фрагменты аналогового и цифрового аэрофотоснимков одного масштаба Цифровые аэрофотоснимки по сравнению с аналоговыми полностью свободны от так называемой «зернистости» (рис. 2). Рисунок 2 - Фрагменты аналогового и цифрового аэрофотоснимков одного масштаба Преимущество цифровых аэрофотоаппаратов начинает сказываться уже «в воздухе». Оператор видит, что он снимает, т. е. качество аэрофотосъемочных данных может быть оценено уже в ходе съемки.

При получении цифровых аэрофотоснимков полностью исключаются «мокрые» процессы, связанные с проявлением, закреплением, сенситометрическим контролем и т. п т. е. наиболее трудоемкие и «неприятные» в аэрофототопографии.

Совершенно исключается процедура перевода негативов в цифровой вид: сканирование и оцифровка. Это не может не сказаться положительно на увеличении производительности аэрофототопографического процесса. Широкий фотометрический динамический диапазон современных цифровых аэрофотоаппаратов обычно составляет 12–14 бит и позволяет уверенно дешифровать как интенсивно освещенные объекты, так и объекты, находящиеся в глубокой тени (рис.3). Рисунок 3 – Фрагменты цифровых аэроснимков Но есть и некоторые недостатки у цифровых камер.

Так современные цифровые аппараты имеют матрицы, позволяющие получать снимки размером около 40 Мпикселей. То есть, чтобы заснять местность цифровым аппаратом потребуется сделать в 10–20 раз больше снимков, чем обычным аэрофотоаппаратом. В итоге на больших площадях оказывается выгоднее использовать специализированные аэросъемочные самолеты АН-30, на которых установлены АФА, чем легкие летательные аппараты с цифровыми камерами.

Еще одним недостатком цифровых камер является то, что снятые цифровые снимки должны быть перезаписаны на накопитель, а это требует некоторого времени, в итоге интервал между кадрами может быть таким большим, что перекрытие между снимками окажется менее 50%, т. е. образуются фотограмметрические разрывы. Для решения данной проблемы можно для аэросъемки использовать две одинаковые цифровые камеры (невысокая цена камер позволяет это сделать), которые будут снимать по очереди, тем самым время для сброса информации на накопитель увеличивается в два раза. Применение АФА нерентабельно при аэрофотосъемке небольших площадей в связи с тем, что стоимость эксплуатации самолетов АН-30 достаточно высока, и если объект съемки находится далеко от места базирования самолета, то стоимость квадратного километра съемки становится просто астрономической.

Поэтому при съемке небольших участков целесообразно использовать цифровые камеры, устанавливаемые на легкие летательные аппараты, которые легко разбираются и могут быть доставлены к месту работ на грузовом автомобиле (автожиры, мотодельтапланы, мотопарапланы и др.). Для таких аппаратов не требуется специально подготовленная взлетно-посадочная полоса, так как они могут взлетать с автодорог, ровных грунтовых площадок, полей и т. д. При этом должны быть использованы цифровые камеры, у которых не изменяется фокусное расстояние.

Это связано с тем, что для фотограмметрической обработки полученных снимков необходимо знать внутренние параметры камеры, а если фокусное расстояние будет переменным, то внутренние параметры каждый раз будут различными.

Перед обработкой снимков цифровая камера должна быть откалибрована. Должны быть определены следующие параметры: фокусное расстояние, дисторсия, разность масштабов по осям X и Y, координаты главной точки. Как правило, после калибровки камер выдается программное обеспечение, которое автоматически исправляет ошибки снимков, вызванные дисторсией, разностью масштабов по осям X и Y. После того, как на снимках будет исправлена ошибка за дисторсию, можно приступать к созданию проекта.

Проект для цифровых снимков создается так же, как и для обычных аэроснимков. В проект добавляются снимки, которые затем расставляются в маршрутной схеме, и вводятся внутренние параметры. Таким образом, имеются все основания считать, что давно предсказываемый перелом в пользу цифровых аэрофотосъемочных средств, наконец, произошел и что цифровая аэрофотосъемочная революция занимает лидирующее место во всем мире. 2