Глава 13. ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ ГОРОДА

Технологическое отставание России от передовых стран в области современного использования геопространственной информации является одним из серьёзных препятствий для динамичного развития страны, что заставляет искать пути и способы выхода из данного кризиса. На проблему плохой обеспеченности городов картографической и градостроительной документацией начинают обращать внимание. Так, в новой редакции Градостроительного кодекса появились статьи, не допускающие финансирование градостроительной деятельности на территориях, не обеспеченных актуальными генеральными планами. В связи с этим во многих субъектах Российской Федерации приняты собственные программы, предусматривающие обновление картогра-

Одной из первоочередных задач ХХI в. в РоссииИявляется современное геоинформационное обеспечение территорий городов, ко-

фической основы и градостроительной документации.

Динамичное развитие территорииДостро нуждается во всё более точных картографических продуктах. Возникает парадоксальная ситуация, когда стоимость создания таких материалов растёт по мере

торое включает создание единого координатно-временного пространства и современной цифровой картографической основы.

Комплекс аэрофотогеодезических и картографических работ для современного геоинформационного обеспечения территории города включает следующее:

1) создание единого поля координатно-временной информа-

ции на территории города и его окрестностей с целью согласованной увязки и решения различных задач необходимого комплекса работ;

170

2)аэрофотосъемку и лазерное сканирование городской территории со спутниковой навигацией и определением элементов внешнего ориентирования для создания современного цифрового картографического материала в средних и крупных масштабах, а также для целей реального 3D-моделирования объектов городской инфраструктуры;

3)создание цифрового планово-картографическогоИматериалаформационного обеспечения, так и приДвыполнении строительных,

планировочных, геодезических, топографических, кадастровых, землеустроительных, маркшейдерских и управленческих работ, а также высокоточной навигации и диспетчеризации необходимо создать единое поле координатно-временной информации.

С этой целью на городской территории создаётся сеть, как пра-

171

•координатно-временное обеспечение поисково-спасательных работ служб МЧС, скорой помощи, ГИБДД и др.;

•определение координат пунктов ГГС, центров фотографирования фотоснимков, опорных межевых сетей, поворотных точек границ участков;

•геодезическое обеспечение управлением строительнымиИмашинами в реальном масштабе времени.

Современная геодезическая основа города создаётся по спутниковой технологии в местной системе координат, установленной стро-

го относительно Государственной геодезической системы координат (ГСК-95), что регламентируется постановлениямиДПравительства Российской Федерации.

Для создания такой сети и установления местной системы коор-

динат (МСК) необходимо выдержать следующие основополагающие условия: Аб

Смасштабные съёмки терр тории города, одновременно с этим необход мо обеспеч ть высокую однородную точность городской геоде- з ческой сети для всего комплекса задач.

геодезиче− главным услов ем является необходимость сохранения городской с стемы коорд нат, в которой ранее были выполнены крупно-

Геодез ческая пр вязка сети базовых станций осуществляется в два этапа. На первом этапе выполняется привязка всех пунктов спутниковой ской сети к общеземной системе координат WGS84. На втором этапе определяются координаты базовых станций и нивелирных пунктов в ГСК-95 и Балтийской системе высот.

Например, в г. Омске создана сеть из пяти базовых станций (рис. 13.1). Базовая станция ВИСХАГИ определена из пятисуточных сеансов наблюдений относительно пяти постоянно действующих пунктов мировой геодезической сети с использованием точных эфе-

172

мерид. В результате уравнивания сети получены координаты базовой станции в WGS-84 с точностью 3 см в плане и 10 см по высоте. Определение координат остальных базовых станций в WGS-84 было выполнено уравниванием от базовой станции ВИСХАГИ.

СсеансамиПосле пр бвязки спутн ковой геодезической сети к общеземной с стеме коорд нат определяются координаты в государственной си-

стеме коорд нат 1995 г. Для этого выполняются спутниковые измере- н я сетевым методом от пунктов государственной геодезической сети. На пунктах ГГС выполнялись синхронные спутниковые наблюдения четырьмя с изменением высот антенн между сеансами. Длительность одного сеанса спутниковых наблюдений составляет 4 ч.

На нивелирных пунктах выполняются синхронные спутниковые наблюдения двумя сеансами с изменением высот антенн между сеансами. Длительность одного сеанса спутниковых наблюдений также составляет 4 ч.

173

Весь комплекс полевых и камеральных геодезических работ по определению координат базовых станций в системе координат ГСК95 и Балтийской системе высот 1977 г. завершается уравниванием

стему координат МСК-55, то г. Омск находится в ней на стыке двух 3о координатных зон (рис. 13.2), поэтому искажения площадей в этом случае максимальные. Минимальными искажения будут только в том случае, когда центр города будет максимально приближен к новому осевому меридиану 73,5о (рис. 13.3), что легло в основу системы координат МСК-Омск-2008.

174

175

определения параметров преобразования между геодезической общеземной координатной системой, государственной и городской геодезическими системами координат, а также возможность формировать каталоги координат пунктов во всех используемых в городе коорди-

обеспечивает многоцелевое использование сети различных городских служб, в том числе для работы в режиме RTK. Режим RTK позволяет в реальном масштабе времени с высокой точностью осуществлять координирование, вынос проектов в натуру и съёмку для различного целевого назначения, в том числе создать геодезическое обеспечение управлением современными строительными машинами.

ниям проекта. GPS+ГЛОН СС-приемникД, например 9901/9902, обеспечивает определение координат двух антенн GPS+, например, закрепленных на корпусе экскаватора, для последующего их пересчета

Новейшая система управления строительной техникой, используя базовые станции в режиме RTK, обеспечивает оператора всей необходимой информацией о положении машины при выполнении любых земляных работ. В отличие от лазерных систем управления, например экскаваторами, 3D-система позволяет оператору видеть точное положение своей машины на рабочем объекте в пространстве с точной координатной привязкой к характерным линиям и направле-

на режущую кромку ковша. Приёмник имеет защищенный от вибра-

13.2. Аэрофотосъемка со спутниковой навигацией лазерным скан рованием городской территории

САэросъемка городов, как правило, выполняется с целью оптимизац затрат (цена – качество) при создании и обновлении топографических планов крупных масштабов и ближних к ним средних по масштабному ряду карт. Съёмка наземными геодезическими методами больших территорий в крупных масштабах требует в 1,5–2 раза больших затрат, средств и времени по сравнению с современными аэрофотогеодезическими методами.

Аэросъемка выполняется современными аэросъемочными системами, например на базе аэрофотоаппарата RC-30 (фирма Leica, Швейцария, рис. 13.5) со спутниковой навигацией и спутниковыми

176

определениями координат центров фотографирования с использованием двухчастотных приемников 9500 фирмы Leica или цифровыми камерами с определением всех шести элементов внешнего ориентирования интегрированной системой прямого геопозиционирования

жения более 100 лин/мм, компенсациюДлинейного и угловых сдвигов изображения. Качество материалов аэрофотосъемки позволяет обра-

батывать аэрофотоснимки с коэффициентами увеличения R = 8–10 крат, что значительно уменьшает количество обрабатываемых сним-

СДвухчастотные приемники и программы обработки обеспечивают необходимую точность координат центров фотографирования, которые являются геодезическим съемочным обоснованием, полученным практически одновременно с материалами аэрофотосъемки. Это значитель-

177

но сокращает объем полевых геодезических работ по созданию съемочного обоснования и сроки выпуска готовой продукции.

Спутниковая навигация в реальном масштабе времени позволяет высококачественно выполнять аэрофотосъемку по компьютерной

технологии и заданному проекту, то есть практически получать фото- И

графии в заданных координатах и надежно контролировать во время фотосъемки положение носителя.

Одним из современных методов сбора и обработки данных о местоположении объектов и рельефе местности, а также их качественных и количественных характеристиках является метод на основе ла-

• Инерциальная система. На основанииДданных этой подсистемы можно вычислить параметры ориентации летательного аппарата (датчиков инерциальной системы, лазерного сканера и фотоаппарата)

зерной локации и цифровой аэрофотосъёмки.

В основе технологии лежит выполнение синхронного маршрутного лазерно-локационного сканирования местности и цифровой

аэрофотосъемки в составе следующего комплекта оборудования:

можно вычислить расстояние между излучателем и объектом отражения, а также угол (фазу) в плоскости сканирования, куда был направлен луч в момент излучения.

относительно определенной системы координат.

С(рис. 13.6). Поскольку в состав комплекса, выполняющего лазернолокационную съемку и цифровое картографирование, входит инерциальная подсистема, то геодезическая привязка фотографий осуществляется программным способом автоматически, учитывая траекторию полёта и угловую ориентацию фотоаппарата и летательного аппарата

178

в момент экспозиции снимка. То есть в конечном счёте вычисляются линейные X, Y, Z и угловые , , элементы внешнего ориентирования снимка, необходимые для трансформирования изображений в заданный масштаб.

количеству сканеров.

Лазерное сканирование как средство получения цифровых моделей рельефа для аэрогеодезического производства является наиболее быстро разв вающейся о ластью приложения.

13.3. Создан е планово-картографического материала

179

1:1000, как правило, осуществляется стереовекторизация дешифрированных контуров на цифровых фотограмметрических станциях.

Одним из важнейших направлений эффективного экономического развития города является рациональная организация территории, которая невозможна без наличия единой актуализированной цифровой планово-картографической основы. Первым шагом в деле обновления картографических материалов города является создание цифровых топографических планов, например в масштабе 1:10 000 для целей обеспечения разработки генерального плана.

Планово-картографическая основа создается в городской системе координат. Хранение, классифицирование и использование всего массива топографической информации реализуется, как правило, в среде ГИС, например MAPINFO. Сведения об объектах хранятся в виде двух логически связанных классов данных – графическая ин-

не дожидаясь материалов аэрофотосъёмки, которые достаточно долго проходят процедуры приёмки и специальной цензуры. Такой элемент технологии реализован при картографировании территории г. Омска

180

(рис. 13.8). Растр высокого пространственного разрешения совмещался с реальным проектом аэрофотосъёмки и границей обработки в мировой географической системе координат. Это позволяет реально ускорить процессы проектирования и выполнения полевого комплек-

Синхронно с лазерным сканированием, как правило, выполняется цифровая цветная АФС. На омском объекте цифровая фотосъёмка выполнена в масштабе 1:10 000 с фокусным расстоянием 60 мм и раз-

м над средней плоскостью, плотность лазерных точек составляет 6 на 1 м2 при частоте сканирования 150 кГц и средней скорости носителя 140 км/ч. Обработка материалов воздушного лазерного сканирования выполняется по автоматизированным и автоматическим алгоритмам, по которым, в частности, выделяются поверхность земли, здания и сооружения, растительность.

являемым к сечен ю рельефаА0,5 м.

Точность построения ЦМР, полученной по данным ВЛС, контролировалась по материалам полевой инструментальной съёмки. С использованием спутниковых приёмников и электронных тахеометров определялись плановые координаты и высоты идентичных точек. Расхождения между полевыми отметками и отметками, полученными по результатам ВЛС, не превысили 10 см. Точность построения ЦМР по результатам ВЛС соответствует требованиям инструкций, предъ-

1:4000. Цветныемасштабасн 1:10 000, полученные синхронно с лазерным скан рован ем, спользуются при дешифрировании, так

Скак обладаютмкиещё одн м прямым дешифровочным признаком – цветом. Кроме того, по этим снимкам достаточно просто изготовить цветные ортофотопланы масштабов 1:1000 и 1:2000 для различного целевого назначения, учитывая то, что для каждого снимка есть исходные данные в виде элементов внешнего ориентирования и ЦМР.

Деш фр рован е для создания ЦТП масштаба 1:500 выполняет-

ся на увел ченных до масшта а 1:500 фрагментах центральных частей аэрофотосн мков панхроматической аэрофотосъёмки масштаба

Планово-высотная подготовка снимков городской территории выполняется более производительно по GPS-технологии относительно базовых станций. Режим измерения для определения координат планововысотных опознаков − «Быстрая статика». Координаты каждого опо-

181

знака определяются не менее чем от двух базовых станций городской сети. Например, для городской территории Омска точность координат опознаков в плане составила 3 см, по высоте – 4 см.

Фотограмметрическое сгущение опорной геодезической сети, включающей наземные опознаки и центры фотографирования, выполнялось на цифровой фотограмметрической станции Z/I фирмы Intergraph строгим способом уравнивания связок. Для создания цифровых топографических планов использовался специальный классификатор для ЦТП масштаба 1:500.

На основе крупномасштабных топографических съёмок создаются различные геоинформационные (ГИС) и земельно-информационные (ЗИС) системы. В качестве примера можно привести «Концепцию слоев ЗИС», которая приведена на семинаре в Швейцарии на примере г. Регенсдорфа (прил. 3).

съёмки разл чныхобеспечиваютстро тельных организаций выполнялись и сдавались в ц фровом стандартном в де, то есть классификатор, перечень и со-

Сдержание слоёв ЦТП должны строго соответствовать установленному для города стандарту.

В целом современные цифровые технологии обновления картографических материалов строятся на широком использовании фотографических изображений местности, полученных как с космических аппаратов, так и с самолетов и других носителей, а также материалах воздушного и наземного мобильного лазерного сканирования. На основе этих изображений создаются цифровые ортофотопланы, векторные планы и суперсовременные 3D-информационные системы.

182

Дальнейшее поддержание картографической и кадастровой информации всего масштабного ряда на современном уровне осуществляется в зависимости от необходимой оперативности, технических требований и экономической эффективности различными методами:

•Обновление карт средних масштабов осуществляется с использованием материалов космической съемки высокого Иразрешения и материалов съёмок прежних лет.

•Оперативное обновление планов крупных масштабов линейно протяженных объектов, например улиц, эффективно осуществлять с использованием наземных мобильных сканирующих систем.

•Современное периодическое обновлениеДкрупномасштабных съемок производится по материалам аэрофотосъемки с лазерным сканированием территории через 5–15 лет в зависимости от интенсивности изменений.

•Текущее дежурное Аобъектовое обновление осуществляется по результатам исполнительных геодезических съемок, которые должны быть представлены по соответствующим слоям в цифровой форме и в городской системе координат.планов ортофотоплановб, что позволяет проектировать и решать дру-

г е задачи не только на плоскости, но и в трёхмерном, и четырёхмерном пространствах.

Сже здания (наклонный и плановый фотоснимки), что значительно повышает эффективность принятия решений;

Основные деи достоинства современных технологий:

• использование концепции пространственной привязки пикселей изображений.

183

•существующие перспективные информационные технологии:

−Geokosmos 3DModeller;

−информационная система Skyline Software systems;

−информационная система Pictometry;

−3D Image или XYZRGB Image;

−информационная система Multivision. ИД

Рис. 13.11. Примеры изображений Pictometry

184

Например, Pictometry (рис. 13.11) – информационная система, которая обеспечивает пользователям быстрый и лёгкий доступ к изображениям (до 12-ти различных ракурсов) любого объекта: земельного участка, здания, автострады и др. Используя Pictometry, можно получать точные географические координаты каждого пиксе-

•возможность наблюдать объект с любого ракурсаИ, меняя точку

инаправление обзора, возможность «летатьД» над моделью;

•возможность выполнения трёхмерных измерений (по сравнению с ортофотопланом, где все измерения относятся к плоскости);

•более высокие изобразительные (дешифровочные) свойства; Недостаток при рассматриванииАплановых аэро и космических снимков объекта в перспективе (3D) – фотоизображение верти-б

▪ в гражданском проектировании и планировании;

185

в службе безопасности, службе спасения, пожарных службах;

в территориальных администрациях различного уровня (управление, планирование);

Достоинства 3D Image:

простота решения и реализации;оперативность получения геоинформационного продукта,

позволяющего определять пространственные координаты и векторы (расстояния);

186

сочетание высокой точности пространственных данных с детальным качественным изображением (точность зависит от разрешения изображения, плотности точек и точности привязки данных).

Выводы:

age, сочетают в себе лучшие свойства цифрового фото и данных лазерного сканирования (рис. 13.16 и 13.17).

• Направление быстро развивается ввиду высокой наглядности,

стемы.

Первая проблема заключается, как правило, в несведомлённости потребителей о возможностях, способах применения и преимуществах комплексной технологии.

Вторая проблема технологическая. Большой объём информации, которым необходимо манипулировать, требует современной техники и программного обеспечения, т.е. переподготовки специалистов.

187

Рис. 13.17. Информационная система MultiVision

13. Перечислите преимущества 3D-информационных систем.

188