Методы фотограмметрического проектирования цм

ГИС в своей основе использует различные подходы и методы, свойственные другим автоматизированным системам. Поэтому встает практическая задача интеграции этих технологий в единый цикл. Такой технологией, порожденной концепцией ГИС, явилось фотограмметрическое проектирование - новый метод обработки пространственно-временных данных и построения цифровых моделей.

Фотограмметрические методы сбора и обработки информации - одна из информационных технологий ГИС. Результатом сбора данных фотограмметрическими методами являются, как правило, точечные цифровые модели с большим числом связей между точками, что определяет значительный объем семантического моделирования. При этом в фотограмметрических технологиях приходится иметь дело с информацией, содержащей погрешности, что требует проведения дополнительной статистической обработки.

Использование методологии автоматизированного проектирования, применение общей теории систем, фотограмметрических методов обработки данных и специальной методики цифрового моделирования позволило разработать новую технологию построения и конструирования моделей объектов, изображенных на фотоснимках, - технологию фотограмметрического проектирования.

Ее реализация возможна только с использованием развитых информационных ресурсов, включая базу данных и систему моделей данных.

Главная цель фотограмметрического проектирования - оптимальное построение проектного решения на основе фотограмметрической и проектной информации.

Основными технологическими этапами фотограмметрического проектирования являются: распознавание (дешифрирование), классификация по признакам (декомпозиция), предварительная коррекция, унификация входных данных, цифровое моделирование, коррекция моделей, представление информации.

Реализация такой технологии позволяет получать проектные решения, основанные на построении цифровых моделей с использованием фотограмметрической информации и проектного задания.

Модели данных

При организации системы моделей в технологии фотограмметрического проектирования было выбрано четыре модели данных: базисная, агрегативная, обобщенная, объектная.

Базисная модель. Подход основан на использовании базы данных, в которой хранятся наборы базисных (атомарных) моделей данных. Набор, или библиотека базисных моделей, создается до начала фотограмметрического проектирования.

Базисные модели можно определить как группы точек (точка входит как частный случай), обладающих характерной структурой и пропорциями. В терминологии САПР такие базисные модели называются примитивами.

Базисные модели не несут самостоятельной информации о конкретном объекте. Неполными аналогами таких моделей в картографии мо гут служить условные знаки, которые в совокупности с дополнительной информацией дают картину, описывающую реальный объект. Базисные модели характеризуются наличием в них свободных параметров, которые определяются в процессе измерений.

Базисными эти модели называются еще и потому, что играют роль базиса разложения исходных моделей объектов для последующего по строения цифровых моделей.

Важная особенность этих моделей, которая часто ускользает от многих специалистов, состоит в том, что они являются не только набором (данных) графических файлов. Они определены на множестве как типов данных, так и правил преобразования этих моделей и построения на их основе сложных моделей.

В большинстве фотограмметрических систем обработки данных роль базовых информационных единиц играет логическая запись, за даваемая только кодом и координатами точки трехмерного пространства. Набор структур базисных моделей и какая-либо топология отсутствуют.

В силу произвольного расположения точек подобные технологии требуют при каждом построении модели определения и кодирования связей между точками. В свою очередь, это увеличивает объем семантического моделирования и затрудняет типизацию данных.

В отличие от примитивов типа «точка» базисные модели обладают элементарной структурой (топологией) и связями между точками, образующими базовую модель. Перед началом измерений масштаб их не установлен.

Применение базисных моделей требует дополнительной классификации объектов на этапе дешифрирования снимков. При обработке снимков измеряется не каждая точка объекта, как в традиционной технологии, а только ограниченное количество точек и параметров (новый вид измерений) объектов, состоящих из базисных моделей. Делается это для определения местоположения групп точек, образующих базисные модели, и для определения их масштабов или пропорций.

Агрегативная модель. На первом и втором этапах фотограмметрического проектирования исходная модель (изображение на снимке) представляется как агрегативный комплекс (составная модель), построенный на основе абстракции типа "агрегация". С использованием метода по шаговой детализации эта сложная модель разлагается на более мелкие до тех пор, пока не будет представлена набором заданных в БД базисных моделей.

Полное разложение объекта на составляющие базовые модели и установление связей между ними определяет агрегативную модель. Другими словами, агрегативная модель - совокупность базисных моделей с набором связей, описывающих реальный объект на логическом уровне.

Агрегативная модель представляет собой «каркас», или схему, объекта. Она несет в себе индивидуальные топологические характеристики объекта, но не имеет полной метрической нагрузки.

Поскольку агрегативная модель организована на основе известных (типовых) базисных моделей, которые определены на множестве типов данных и правил преобразования, то с организацией ее струк туры одновременно определяется набор правил ее построения и пре образования как подкласс общего класса преобразований базисных моделей.

Итак, агрегативная модель определяется как совокупность базисных моделей с набором связей между ними и набором правил построения и преобразования некоего подкласса ( а не одного) объектов.

Важная технологическая особенность фотограмметрического проектирования состоит в том, что процесс индивидуального измерения координат точек в традиционных технологиях заменяется процессом измерения параметров классифицированных групп точек.

Этот подход обеспечивает два заметных преимущества при сборе данных:

• использование базисных моделей значительно уменьшает объем семантического моделирования при сборе информации об объекте и объем измерения координат точек;

• повышается надежность измерений, так как наличие известной структуры позволяет корректировать измеренные координаты точек снимков до этапа вычисления по ним пространственных координат точек объектов.

Такой подход применим для всех геообъектов, имеющих структуру, которая может быть определена через набор структур базовых моделей.

На этапе цифрового моделирования при таком подходе используются преимущества типового проектирования (на основе базисных моде лей) перед индивидуальным проектированием (с применением множества отдельных точек).

Дальнейший процесс проектирования происходит на третьем, четвертом и частично на пятом этапах.

На основе измерений снимка агрегативная модель дополняется необходимыми параметрами.

Целью первых четырех этапов проектирования является построение цифровой модели (местности или объекта). Цифровая модель должна быть организована так, чтобы ее можно было многократно использовать при решении различных технологических задач, что потребует большего объема данных, чем для решения одной.

Обобщенная модель. Цифровая модель, сформированная на основе агрегативной модели и множества измерений, должна обладать ин формационной избыточностью по отношению к модели одиночного объекта. В ней должны храниться избыточные координатные данные и характерные для баз данных метаданные.

В процессе фотограмметрического проектирования создается избы точная цифровая модель.

Обобщенная модель - информационно переопределенная (по от ношению к одиночной) модель, построенная на основе агрегативной модели и множества измерений и определенная на множестве моделей представления и множестве правил построения.

Обобщенность модели выражается в том, что она, хотя и содержит все индивидуальные признаки объекта, изображенного на снимке, рас полагает дополнительной информацией для описания и построения ряда подобных или близких моделей.

Объектная модель. На этапе представления информации создается объектная модель, которая является описанием конкретного объекта моделирования или проектирования. Объектная модель определяется как форма реализации или представления обобщенной модели в цифровом, графическом или другом виде на основе задания на построение модели объекта.