Фотограмметрические работы при создании и обновлении ЗИС

Актуальность темы:
Использование в современном картосоставительском производстве преимущественно цифровых фотограмметрических методов обработки изображений
Нет единообразия используемых на предприятиях республики ЦФС

Актуальность темы:
Отсутствие материалов по сравнительному анализу ЦФС «ТАЛКА» и PHOTOMOD в литературных источниках
Широкое использование фотограмметрических методов при создании и обновлении векторных ЗИС на производстве

Цель работы:
Дать комплексную характеристику, в том числе и сравнительный анализ, наиболее распространенных на предприятиях республики ЦФС («ТАЛКА» и PhotoMod), а также рассмотреть их специфику при создании и обновлении векторных ЗИС

Задачи:
1. Рассмотреть основные принципы работы ЦФС с учетом специфики цифрового представления изображения
2. Описать технологию фотограмметрической обработки цифровых снимков
3. Дать краткую характеристику основных ЦФС, используемых в картографо-геодезическом производстве в Республике Беларусь (ЦФС «ТАЛКА» и PhotoMod), указать особенности операций, выполняемых на каждом этапе обработки (фотограммсгущение, построение ЦМР, векторизация, ортотрансформирование и др.)
4. Провести сравнительный анализ ЦФС «ТАЛКА» и PhotoMod и выявить их основные преимущества и недостатки в технологическом процессе
5. Привести данные по работам, выполненным в ходе производственных практик, в ключе осуществленного ранее теоретического исследования

Основные принципы работы цифровых фотограмметрических систем

Специфика цифрового представления изображения
В фотограмметрии под цифровым изображением понимают его растровую форму, полученную непосредственно в процессе съемки с помощью цифровой камеры, либо путем сканирования аэронегатива.
Выделены 6 основных специфических особенностей цифрового изображения по сравнению с аналоговым
система координат растра

Характеристики и способы преобразования цифровых изображений
Характер преобразований определяется решаемыми задачами и заключается в улучшении тех или иных характеристик изображения, трансформировании его в заданную проекцию, выявлении объектов требуемых типов, получении характеристики местности и др.
Алгоритмы, по которым выполняется компьютерное трансформирование, решают по существу две задачи: геометрическую и яркостную
график фотометрической коррекции изображения

Основные элементы цифровой технологии
Подробно рассмотрены автоматическая идентификация соответственных точек на снимках, орто- и эпиполярное трансформирование изображений
Это «сердце» современных ЦФС
Схемы ортотрансформирования и «обратного» трансформирования

Характеристика и сравнительный анализ ЦФС «ТАЛКА» и PHOTOMOD

PHOTOMOD
Структура системы
На предприятиях Государственного комитета по имущества эксплуатируются только ЦФС «ТАЛКА» (РСХАУП «БелПСХАГИ») и ЦФС «PHOTOMOD», причем по числу рабочих мест лидирует последняя (44 установки на 2006 год)
Под цифровой фотограмметрической системой понимается совокупность программных и технических средств, связанных общей функцией и обеспечивающих выполнение комплекса технологических процессов и операций, необходимых для получения продукции аэрофототопографической съемки в цифровом виде по цифровым изображениям

PHOTOMOD
К основным достоинствам системы можно отнести:
замкнутый технологический цикл получения всех видов конечной продукции; удобная модульная структура;
поддержка максимального количества съемочных систем; возможность строить из сканерных снимков стереопары и блоки, а также обработка данных неметрических съемочных камер;
широкий набор обменных форматов, обеспечивающий совместимость с другими ГИС и ЦФС;

PHOTOMOD
поддержка большого числа систем координат (более 1000), а также возможность задания собственной системы координат (в «Талке» проект может быть задан лишь в одной из 4-х систем координат: местная (плановая), СК-42, СК-63 и WGS-84);
максимально используются возможности эпиполярных изображений;
поддержка модели геопотенциала (геоида) EGM-96 (важно при обработке космических снимков);
повышение разрешения цветного изображения с использованием черно-белого ("Pan-sharpening").

ТАЛКА
К особенностям системы можно отнести:
глубже проработанную математическую основу;
использование «сжатых» изображений, состоящих из точных фрагментов («фотоабрисов») с изображениями точек и пространств между ними с 10-кратным прореживанием (образы снимков);
возможность обработки больших изображений объемом до 4 Гб;
полную автоматизацию стереоизмерений, включая нанесение необходимых точек с использованием четырех режимов автоматической идентификации;
улучшенные возможности фотометрической коррекции изображения

Выделены следующие этапы обработки:
Подготовительные работы (формирование проекта)
Фотограмметрическое сгущение сети
Построение ЦМР
Ортотрансформирование
На каждом из них определены достоинства и недостатки обеих ЦФС

Производственные работы

ТАЛКА
Все работы производились в РСХАУП «БелПСХАГИ»
На примере конкретного объекта (гп. Плещеницы) проведена фотограмметрическая обработка блока из 23-х снимков масштаба 1:10 000 для изготовления листов ортофотоплана масштаба 1:2 000 с выполнением большинства основных производственных нормативов

ТАЛКА
Схема расположения снимков (этап формирования сети)
I.

ТАЛКА
Внутреннее ориентирование снимков
Добавление соответственных точек
II.
(этап измерения сети)

ТАЛКА
Нарезка блока на листы ортофотоплана с расставленными пикетами
III.
Горизонтали, построенные по свободной ЦМР
(этап построения цифровой модели рельефа)

ТАЛКА
Листы ортофотоплана
Области трансформирования на снимках
IV.
(этап построения ортофотопланов)

PHOTOMOD
Место прохождения преддипломной производственной практики - ДУП «Проектный институт Витебскгипрозем»
Работы носили именно производственный характер и во многом выполнялись на данном предприятии впервые
Была сделана попытка провести полную фотограмметрическую обработку блока из 1012 снимков масштаба 1:15 000 на территорию района для изготовления листов ортофотоплана масштаба 1:10 000 с выполнением основных производственных допусков. В дальнейшем ортофотопланы будут использоваться в качестве основы для наполнения базы данных создаваемой ЗИС Сенненского района

Этап формирования сети
Особенности этапа:
огромный размер снимков (около 400 Гб), что потребовало формирования сборного жесткого диска общей емкостью 1 250 Гб, состоящего из нескольких винчестеров
для каждой камеры создавался свой проект, обрабатываемый отдельно; в последующем выполнено их объединение

Этап формирования сети
Объединение снимков, полученных двумя камерами в несколько залетов, в единый блок

Этап измерения сети
Особенности этапа:
индивидуальный подход к порядку расстановки координатных меток и использованию показателя дисторсии камеры для прямого и обратного маршрутов
импорт результатов взаимного ориентирования и уравнивания сети из внешних программ (ТАЛКА – иллюстрация интеграции двух систем) для ускорения обработки

Этап измерения сети
Приблизительный накидной монтаж аэрофотоснимков
Измерение координат оптических меток

Этап уравнивания сети
Измерение точек и уравнивание сети во внешних программах осуществлялось в системе координат 42-го года, зона 5 (в ней представлены координаты опорных точек); в то время как основная часть производственных работ по созданию ЗИС выполняется в СК-63 (зона 3 для Сенненского района), изначально отсутствующей в среде PHOTOMOD. Таким образом, обработка осуществлялась в обеих системах координат, что, однако, потребовало задания параметров СК-63

Этап построения ЦМР
Оптимальным путем построения цифровой модели рельефа выбран следующий:
1) импорт предварительно полученных во внешних программах горизонталей и отметок,
2) построение структурных линий в PHOTOMOD,
3) построение на их основе глобального TIN, который используется в дальнейшем для создания матрицы высот
Фрагмент исходной информации о рельефе

Этап построения ЦМР
Матрица высот (модель DEM)
в листах планшетов масштаба 1:10 000

Этап построения ортофотопланов
Особенности этапа:
расчет разрешения матрицы высот
подбор оптимальных параметров выравнивания яркости изображений
задание нарезки ортофотопланов на листы в границах рамок трапеций
сравнение нескольких способов задания областей трансформирования
Оптимальная технология изготовления ортофотопланов находится в стадии разработки

Этап построения ортофотопланов
Ортофотоплан с отображением областей, взятых с каждого снимка

Векторизация
Оцифровка структурных линий
Классификатор в ЦФС «PHOTOMOD»

Выводы:
Таким образом, более широкое распространение PhotoMod на предприятиях республики несомненно связано с рядом его объективных преимуществ: удобная модульная структура, большая технологичность и приспособляемость к условиям конкретного производства, интуитивно понятный интерфейс, удобство для пользователя.
Комплекс постоянно обновляется, а в условиях создания национальной космической системы и более широкого использования материалов дистанционного зондирования преимущества PhotoMod по обработки космических снимков очевидны.
Определенные удобства системы при ортотрансформировании и построении ЦМР также представляются достаточно значительными.

Выводы:
Тем не менее, по своим технологическим возможностям «ТАЛКА» не уступает, а по степени автоматизации технологических процессов и проработанности математической основы даже превосходит PhotoMod, что было проиллюстрировано в данной работе.
В конце концов, если на предприятии изготавливают в срок фотограмметрическую продукцию, удовлетворяющую всем точностным критериям, то выбор конкретной ЦФС не так уж и важен.