1. Технология создания цифровых карт на цифровых фотограмметрических станциях Цифровые топографические карты

В настоящее время при создании и обновлении топографических планов и карт широко используются достижения современной цифровой фотограмметрии и аэрофототопографии, развитие которых в значительной степени определяется прогрессом вычислительной техники, совершенствованием геодезического оборудования и соответствующего программного обеспечения.

Современные цифровые технологии, спутниковые навигационные системы и системы дистанционного сбора топографо-геодезических данных позволяют более полно и достоверно отображать картографическую информацию, совершенствуя способы ее представления и организацию доступа к ней. Современные цифровые фотограмметрические станции (ЦФС) позволяют, используя методы цифровой фотограмметрии, создавать цифровые ортофотопланы с наполнением векторными данными в виде пользовательских карт и привязкой к внешним базам данных, а современные высокоэффективные, автоматизированные аэрофотограмметрические технологии – замещать методы традиционной аэрофототопографии.

В настоящее время для определения пространственных координат точки фотографирования аэрофотоснимков используются системы спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС. Активно применяются интегральные навигационные комплексы типа IMU, с достаточной точностью определяющие значения шести параметров внешнего ориентирования каждого аэрофотоснимка (линейные и угловые). Наличие GPS/IMU-данных позволяет упростить и ускорить создание фототриангуляционной сети. Появилась возможность выполнять одновременно аэрофотографическую и лазернолокационную съемки. Практически все основные компоненты современной аэрофототопографии цифровые. За последние десять лет цифровые фотограмметрические технологии практически заместили все другие фотограмметрические методы и технологии. Неохваченной осталась только аэрофотосъемка. Аэрофотосъемка, несмотря на быстрое развитие методов дистанционного зондирования, остается одним из основных способов создания и обновления крупномасштабных карт и планов. В настоящее время наметился переход от получения изображений традиционными пленочными камерами к получению цифровых снимков в полете с использованием цифровых аэрофототопографических камер.Существует множество разработок ЦФС,например, система цифровой фотограмметрии PHOTOMOD. Данная ЦФС – одна из передовых российских разработок для создания цифровых планов, ортофотопланов и фотосхем,цифровой модели местности и векторизованных контуров объектов. Ее назначение – многофункциональная фотограмметрическая обработка данных дистанционного зондирования на персональном компьютере (ПК). Данные, полученные с PHOTOMOD, применяются для: создания и обновления топографических и тематических карт по аэро- и космическим снимкам; создания кадастровых планов и карт, инвентаризация земель и сооружений; создания ортофотопланов и крупномасштабных карт при строительстве трубопроводов, автомобильных и железнодорожных магистралей, экологического мониторинга и картографирования последствий катаклизмов; измерения рельефа и зданий при проектировании телекоммуникационных сетей и т. д.Главное преимущество системы заключается в ее модульности. В каждом модуле выполняются необходимые операций на соответствующем этапе обработки проекта, благодаря чему возможна настройка ее конфигурации под конкретное производство. Каждый модуль является одним из этапов технологической схемы и связан с другими модулями для обмена данными.Использование крупноформатных цифровых топографических аэрофотокамери цифровых фотограмметрических комплексов, не переделывая технологию создания карт и планов, позволяет внести в нее существенные изменения.Любой проект создания цифровой топографической карты (ЦТК) начинается с создания технического задания, в котором описаны стадии проекта, начиная от заказа полета и заканчивая оформлением результатов, учитывая их экономическую сторону. Техническое задание разрабатывается с учетом характера снимаемой территории и масштаба составляемых продуктов, требований к виду конечных материалов, сроков выполнения работ и дополнительных требований к топографическим материалам, проектируемой технологии аэрофототопографической съемки. Фотограмметрические работы по созданию ЦТК включают в себя организацию и проведение аэрофотосъемочных работ, обработку полученного материала (аэрофотоснимков), построение стереомодели местности, уравнивание блока изображений, стереовекторизацию объектов и рельефа, оформление. Создание ЦТК с использованием цифровой топографической камеры имеет некоторые особенности. Планово-высотная привязка выполняется полевым методом по материалам аэрофотосъемки. При создании планов крупных масштабов, когда масштаб съемки мельче масштаба плана и повышаются требования к точности опознавания на аэрофотоснимках точек геодезического обоснования, рекомендуется выполнять их маркировку. Она производится перед аэрофотосъемкой с минимальным разрывом по времени. Маркируются пункты геодезического обоснования и проектируемые опознаки. Изображения маркируемых точек не должны закрываться на снимках изображениями других объектов. Маркировочные знаки должны иметь форму креста со свободным пространством в центре в виде квадрата или круга. Их размеры зависят от масштаба фотографирования. На каждый маркировочный знак собирается набор документов с указанием местоположения замаркированной точки, абриса, размеров и формы маркировочного знака, высоты над поверхностью земли в см и материала, использованного для маркировки. После выполнения аэрофотосъемки проставляется номер аэрофотоснимка. При использовании цифровой камеры для производства аэрофотосъемки необходимо выполнять маркировку опорных точек постоянно, независимо от соотношения масштабов съемки и плана. Это возможно благодаря большей детальности и четкости цифровых снимков по сравнению с аналоговыми снимками. На создание ЦТК по данной технологии потребуется значительно меньше времени, так как геодезистам для выполнения последующей планово-высотной подготовки не нужно ждать аэрофотосъемки участка и обработки аэрофильма. По результатам выполненной аэрофотосъемки получаются уже намеченные на снимках опорные точки. На местности в это время могут выполняться геодезические измерения требуемых точек.

Полевые фотоработы по обработке данных аэрофотосъемки являются значимым этапом в технологии создания ЦТК, так как от качества аэроснимков зависит сложность их обработки. Процесс получения фотографического изображения состоит из нескольких этапов: съемочного, негативного и позитивного. Они связаны между собой, и погрешности, возникающие при их выполнении, влияют на качество снимков и их обработку. Несоблюдение параметров аэросъемки, колебания во время фотографирования, влияние погодных условий приводят к получению некачественного материала. Проявка аэрофильма считается настоящим искусством, так как несоблюдение пропорций используемых химических веществ, времени обработки фильма может привести к порче материала аэрофотосъемки. Поскольку сегодня фотограмметрическая обработка изображений происходит с помощью цифровых фотограмметрических систем, позитивный процесс выполняется путем сканирования негативов. На практике мы имеем дело с искаженным растром. Приблизить реальный растр к идеальному можно либо, совершенствуя конструкцию сканера, либо, создавая математическую модель искажений для последующей корректировки растра. Эти минусы фотограмметрической обработки исключаются с использованием при аэрофотосъемке цифровых съемочных систем. Кроме того, существует возможность получения элементов внешнего ориентирования при использовании GPS/IMU-систем в процессе аэрофотосъемки. Обработка информации производится в ПО AEROoffice автоматически с заданием требуемых параметров. Это исключает из процесса обработки данных на ЦФС стадию ориентирования и уравнивания фотограмметрической модели местности, используя прямое геопозиционирование. Если на борту самолета установлен дополнительно лазерный сканер, позволяющий получать рельеф местности в полете в виде облака точек, то фотограмметрическая обработка снимков упрощается еще более. Процесс создания стереомодели местности включает в себя внутреннее, взаимное, внешнее ориентирование модели и ее уравнивание. В ЦФС PHOTOMOD существует возможность расчета взаимного ориентирования и уравнивания модели по элементам внешнего ориентирования. Как свидетельствует практика, применение спутниковых измерений требуемой точности позволяет сократить количество опознаков для построения сети, а в некоторых случаях – отказаться от них или использовать только как контрольные точки. Это возможно, если данные внешнего ориентирования получены с требуемой точностью.

Разработанная методика создания цифровых топографических карт и планов с использованием цифровых технологий автоматизирует процессы обработки материалов аэрофотосъемки и планововысотной подготовки, процессы создания и уравнивания фотограмметрической модели местности, процессы создания цифровой модели местности, позволяет выполнять все этапы технологического процесса одним оператором, а также сокращает время обработки проекта и повышает его точность. Анализ определения элементов внешнего ориентирования снимков показал, что данные не являются равноточными, вследствие временного фактора и геометрии наблюдений. Поэтому для создания и обновления крупномасштабных топографических карт и планов (масштаб крупнее 1:2000) нельзя автоматически создавать и ориентировать в пространстве фотограмметрическую модель с использованием только элементов внешнего ориентирования. Необходимо определять геодезические координаты опорных точек на местности и выполнять аэрофототриангуляцию по традиционной технологии. Для более мелких масштабов разработанная методика дает точность, соответствующую инструкции по фотограмметрическим работам при соблюдении всех требуемых условий.