4.4 Основні технологічні процеси великомасштабного фототопографічного знімання

На практиці великомасштабне картографування великих об'єктів при інженерно-геодезичних вишукуваннях здійсню­ють методом фототопографічного знімання за матеріалами аеро- і космознімання. При цьому, враховуючи технічні вимоги до точності створення топокарт і планів, космічні знімки Quick Bird з найвищою роздільністю 0,61 м, вже в наш час можна використовувати для оновлення планової частини основних топографічних карт і планів масштабів до 1:5 000 включно у рів­нинній та 1:10 000 - у горбистій та гірській місцевостях. Що стосується спеціальних вишукувальних планів, то навіть загальнодоступні матеріали космозйомки можуть використовуватись як растрова основа для векторизації при створенні цифрових планів масштабів навіть 1:2000. Більше того кольорові супутникові знімки GEOEye-1 з дозволяючою здатністю 0,5 м і монохромні супутникові стереопари Cartosat з роздільною здатністю 2,5м за умови виконання планово-висотної прив’язки дозволяють створювати в середовищі ОреnSceneGraph/Avango навіть 3D реалістичні цифрові моделі. Платформа ОреnSceneGraph/Avango(www.avango.org/wiki/Introduction‎;alex-bobkov.livejournal. com/ 41597. html‎ ) є безоплатним програмним забезпеченням з відкритим вихідним кодом, призначеним для розробки додатків “віртуальної реальності” з режимом стереовізуалізації. Одержані при цьому матеріали значно виграють, навіть в наглядності, в порівнянні з спеціально виконаною наземною кольоровою відеозйомкою. Ще більш доступною і економічною є технологія створення таких матеріалів з використанням загально доступної Інтернет версії в середовищі Google Earth.

Рис. 4.7 – Фрагмент супутникового зображення ( академ містечко ІФНТУНГ)

На відміну від аналогічних сервісів, які показують супутникові знімки в звичайному браузері (наприклад Google Maps) в цьому сервісі використовується спеціальна клієнтська програма Google Earth, яка встановлюється на Ваш комп’ютер. З 2005 р ця програма, яка є власністю компанії Google, загальнодоступна. Проте є можливість закупити платні версії Google Earth Рlus і Google Earth Pro( hdfile.ru/3109-google-planeta-zemlya-pro.html‎), які відрізняються підвищеною розлдільною здатністю роздруківок ( для прикладу в безкоштовній версії 1000 пікселів в Pro версії – 4800 пікселів), наявністю потужних засобів презентацій, підтримкою GPS навігації.

Для візуалізації зображення використовується трьохмірна модель всієї земної кулі ( в абсолютних висотах). Практично вся поверхня суші покрита зображеннями з дозволяючою здатністю 15м на піксель. Крупні міста світу, всі міста Європи покриті зображеннями з дозволяючою здатністю від 0,15 м/піксель до 0,6 м на піксель. Більшість міст США – з дозволяючою здатністю 0,15м/піксель. Прикладом може бути рис. 4.7 на якому зображено фрагмент академмістечка ІФНТУНГ. За детальністю це зображення не уступає навіть крупномасштабному плану масштаба 1:1000, а за можливостями візуалізації зображення, наглядності навіть переважає.

Практика останніх років свідчить, і це вже не є секретом, що при створені спеціалізованих вишукувальних планів навіть масштабу 1:2000 ідуть шляхом передачі растрового зображення з Google Earth в графічний редактор, який має функцію векторизації, частіше всього AutoCad або ПАНОРАМУ. Звичайно, додатково виконують планово-висотну прив’язку, деякі роботи з дозйомки і дешифрування.

Що стосується створення планів масштабів 1:1000 – 1:500, особливо на територію промислових підприємств, міст, то на даний час, як за рубежем, так і згідно вимог [4] цю роботу виконують на основі аерофотознімання і лазерного сканування.

Упродовж багатьох років в Україні [1] аерофотографування місцевості здійсню­валося аналоговими фотокамерами типу UMK Zeiss з фокусною відстанню об'єк­тива 152 мм. Зальоти велися з традиційними перекриттями: поздовжнє - 60 % і поперечне - 30 %. Технологія опрацювання аерофотознімків включала такі основні процеси: проявлення та сканування негативів, польове прив'язування контрольних точок, побудову мережі фототріангуляції (зі створенням наближеної цифрової моделі рельєфу), виготовлення ортофотопланів, цифрових або графічних планів.

Процес сканування негативів включав декілька етапів: 1) попереднє скану­вання; 2) опрацювання гістограми отриманого зображення для корекції його яскравості та контрастності; 3) остаточне сканування із заданою роздільністю (переважно 16-24 мкм). Для сканування аерофотознімків використовується фото­грамметричний сканер RM-4 і програмне забезпечення WinScan, розроблені ДНВП "Геосистема"( м.Вінниця).

Подальшим прогресом в цій області було створення у ДНВП "Геосистема" цифрової аерофотокамеру DAS-1, яка вперше була успішно впроваджена у виробництво в ДНВП "Укрінжгеодезія". Завдяки цьому було усунуто процес сканування і цифрові аерофотознімки безпосередньо передаються в комп'ютер для фотограмметричного опрацювання. Прилад складається з трьох камер - надирної, переднього і заднього огляду. Вісь першої спрямована в надир, а осі другої і третьої відхилені від осі першої відпо­відно на кути 26° і 16°. Фокусна відстань об'єктивів 110 мм, оптична роздільність не менше 50 ліній/мм. Час експозиції 1,3-2,6 мс. Висота польоту 660; 2 200 м, ширина смуги сканування місцевості 430÷1 440 м, швидкість польоту 120-400 км/год. Роздільність на місцевості 5,4÷18 см. Параметри сенсора: розмір піксела 9 мкм, кількість пікселів 8 000, максимальна тактова частота зчитування пікселів 6 МГц.

Камеру обладнано системами вимірювання кутів відхилення осі камери від вертикалі та GPS-прив'язки центрів фотографування в момент експозиції в кінема­тичному режимі. Антену одного приймача (повітряного ровера) закріплюють на зовнішній обшивці літака з прив'язкою елементів її ексцентриситету до осі літака і центра ЦФК, а основні приймачі (базові станції, переважно дві) встановлюють на пунктах ДГМ (у найближчому аеропорту) на відстані до 50 км. Така технологія аерофотознімання значно по­легшує навігацію літака, зменшує обсяг польового прив'язування розпізнавальних знаків і під­вищує точність побудови фотограмметричних мереж .

Для побудови фотограмметричних мереж використовується метод блочної фототріангуляції. Вимірювання координат точок ведеться в автоматичному та напівавтоматичному режимах з контролем залишкових паралаксів і похибок у зв’язуючих точках, допустимі величини яких не перевищують відповідно 10 і 100 мкм. Врівноваження мереж з оцінкою точності визначення координат точок згущення ведеться за програмою "Блок МСГ" професора С. Г. Могильного (м.Донецьк).

Цифрову модель рельєфу (ЦМР) створюють переважно на стереомоделі методом визначення позначок вузлів регулярної сітки кроком 2 мм та побудовою структурних ліній, які стереоскопічно наносяться в місцях різкого перепаду рельєфу (детальніше про ЦМР див. М2). Робота ведеться на цифрових фотограм­метричних станціях "Дельта" у програмі "Digitals". Якість побудови цифрової моделі рельєфу контролюється в стереоскопічному режимі на кожній стереопарі за пунктами ДГМ, контрольними точками і точками фототріангуляції.

Ортофотоплани виготовляють за матеріалами аерофотознімання, побудови фототріангуляції з використанням програмного забезпечення "Дельта-32" та згідно з Умовними знаками для топографічних планів масштабу 1:5 000, 1:2 000, 1:1 000, 1:500 .

Створення ортофотопланів технологічно поділяється на два етапи. Спочатку на основі вставки блока фототріангуляції створюється чорновий фотоплан низької роздільності, який разом із ЦМР використовується для вибору ліній порізу знімків між маршрутами та стереопарами. Для зменшення спотворень зображень, обумовлених впливом центральної проекції і рельєфом, лінії порізу вибирають уздовж доріг та вулиць, поза висотними спорудами, деревами та ін. Крім того, для створення кінцевого варіанту ортофотоплану використовують трансформовану центральну частину знімка. Точність створених ортофотопланів оцінюється за зміщеннями контурів на контрольних точках, лініях "зшивання" зображень та рамках суміжних планшетів, які не можуть перевищувати відповідно 0,2; 0,3 і 0,4 мм на ортофотоплані. Запис ортофотопланів на CD здійснюється у форматах *.DMF або *.TIF, а друкування - па кольорових плотерах ( наприклад, Desing Jet 5000 фірми "Hewlett Packard").

Графічні топографічні плани також створюють за матеріалами аерофото­знімання. Контурну частину і рельєф формують за стереомоделями на основі фототріан­гуляції, яка забезпечує масштаб плану. Для характеристики елементів плану вико­ристовують матеріали польового дешифрування. Інформаційна основа плану повинна відповідати вимогам Інструкції [4] та умовним знакам для даного масштабу. На малих територіях графічні плани економічно вигідніше складати за даними наземного знімання.