Конспект до лекції 6

Тема 6. Технології цифрової фотограмметрії.

Тематичний план

6.1.Цифрові фотограмметричні станції.

6.2.Технології побудови цифрової моделі рельєфу (ЦМР) з цифрових аерознімків

6.3.Технологія побудови мереж аеротріангуляції з цифрових знімків

6.4.Цифрові ортофотокарти

6.1. Цифрові фотограмметричні станції.

Основним технічним засобом в фотограмметрії для опрацювання цифрових зображень є цифрова фотограмметрична станція (ЦФС).

Всучасному представленні - це система технічних та програмних засобів, яка дозволяє отримувати кінцеву фотограмметричну та картографічну продукцію. На сучасних ЦФС можна опрацьовувати всі види зображень - чорно-білі і кольорові, кадрові і сканерні, наземні, аерота космічні.

Базовим технічним засобом є потужний персональний комп’ютер (іноді два), на якому ведеться обробка цифрових знімків. До комп’ютера ставляться високі вимоги стосовно оперативної та зовнішньої пам’яті, швидкодії, розміру графічного екрана, його роздільної здатності тощо.

Вкомплекс технічних засобів входять система стереоспостереження, маніпулятор типу мишки та інші ( в залежності від типу ЦФС).

Системи стереостереження

Раніне перераховані та коротко описані пособи отримання стереоефекту.і стереоспостереження. В ЦФС найчастіше використовують наступні: оптичний, анагліфічний, поляроїдний, миготіння.

Програмне забезпечення Це серцевина роботи ЦФС. Його умовно можна поділити на такі блоки: розв*язок фотограмметричних задач, опрацювання зображень (покращення яскравості, контрасту тощо), автоматизація процесів опрацювання даних, ''cпівпраця'' з класичними програмами, наприклад, комп* ютерної графіки, експорту-імпорту даних та багатьох інших. Чим розгалуженішим і потужнішим є програмний комплекс, тим більші технологічні можливості має станція. Що стосується фотограмметричних задач, то повинні використовуватись строгі методи їх розв*язання (відомості про них подано в Розділі 4). Кожна фотограмметрична задача, що розв*язується в автоматичному режимі, повинна мати розвинений апарат контролю за ходом опрацювання даних та необхідної точності. Вважається, що типова фотограмметрична станція дозволяє реалізувати такі фотограмметричні та картографічні процеси і отримати відповідну продукцію. Сюди належать:

- ортофототрансформування,

-створення ортофотокарт карт та планів,

-побудова мереж аеротріангуляції,

-побудова цифрової моделі місцевості,

-побудова цифрової моделі рельєфу,

-побудова цифрової моделі покриття території.

Втаблиці 6.1 [ Geodeta Marek Pudlo ] подано відомості про три ЦФС різних виробників. Читач зможе зорієнтуватись, які технічні засоби і програмне забезпечення входять до ЦФС, які їхні можливості.

Таблиця 6.1 Відомості про деякі цифрові фотограмметричні станції

В Україні широко використовується цифрова фотограмметрична станція "Дельта" , створена в Державному науково-виробничому підприємстві ''ГЕОСИСТЕМА'' (м.Вінниця). Вона призначена для отримання вищезгаданої фотограмметричної та картографічної продукції і функціонує на базі стандартного комп’ютера класу РС, призначена для створення топографічних матеріалів (карт і планів), для побудови ортофото, створення мереж фототріангуляції. До 2000 р. стереоспостереження велось за допомогою стереоскопа, прилаштованого до корпусу комп’ютера, а з 2000 р. - з використанням поляризаційних фільтрів. Переміщення просторової марки - або за допомогою штурвалів, або "мишкою". Перші варіанти ЦФС були зорієнтовані на використання операційної системи Windows 98/NT/2000.

Характерною рисою всіх ЦФС є постійне поліпшення як технічних параметрів (за рахунок використання потужніших комп’ютерів), так і програмного забезпечення (за рахунок нарощування нових технологічних можливостей). Тому наведені дані носять лише оглядовий

характер і не претендують на всю повноту і детальність опису ЦФС. 6.1. Цифрові фотограмметричні станції.

6.2. Технології побудови цифрової моделі рельєфу (ЦМР) з цифрових аерознімків

Технологічною схемою побудови ЦМР передбачено виконання таких етапів:

–підготовчі роботи і контроль вихідних даних;

–збирання даних;

–контроль якості;

–візуалізація.

Підготовчі роботи включають приготування знімків та стереопар, відбір необхідних даних з аеротріангуляції. На цьому етапі виконується контроль всіх вихідних даних.

Елементами контролю є:

–виміри контрольних точок на всіх стереопарах;

–контроль правильного стикування сусідніх стереопар;

–контроль якості зображень (наявність хмар, дефектів тощо);

–контроль покриття всієї території стереопарами.

Результатом контрольних дій є рапорт до осіб, що приготували аерознімки та побудували мережу аеротріангуляції, а також допуск до виконання вимірювальних робіт з побудови ЦМР.

Збирання даних виконується на ЦФС і полягає в отриманні:

–сітки точок, розміщених регулярно, GRID (доволі часто до такої сітки додаються точки

знерегулярним розміщенням, для підвищення точності ЦМР);

–скелетних ліній та інших ліній, що визначають особливості рельєфу поверхні (обриви, насипи, канави, рови тощо);

–висотних точок (пікетів), що відображають характерні місця поверхні (вершини, сідловини, западини тощо);

–елементів гідрології – водостоки, ріки (що відрисовуються двома береговими лініями), водойми (зокрема озера, ставки);

–елементів інфраструктури (мости, віадуки, труби для перепускання води тощо);

–границь тих частин поверхні, для яких не можна отримати потрібну точність побудови ЦМР з об’єктивних причин (наприклад, територія покрита високою рослинністю).

Збирання даних може здійснюватися у режимі автоматичному, напівавтоматичному або ручному. Вибір методу залежить від кількох факторів, серед яких домінують необхідна точність побудови ЦМР, тип території, ступінь забудови та покриття рослинами чи деревами. Великий вплив мають фактори часу та коштів. Відомо, що ручний збір є істотно дорожчим від автоматичного отримання даних, але в першому випадку точність є вищою.

У методиці автоматичного збирання даних використовується спеціальна програма

(наприклад, ImageStation Automatic Elevation в комплексі від INTERGRAPH).

Побудована ЦМР візуалізується на екрані у вигляді регулярної сітки з певним кроком, із вказанням висот пікетних точок. Цей процес є керованим і “наглядовим”. Ключове значення тут має підбір параметрів побудови ЦМР, які залежать від типу місцевості та масштабу картографування. Кожного разу необхідне тестування заданих параметрів, щоб досягти оптимальних результатів.

За напівавтоматичною методикою збирання даних використовують побудовану автоматично ЦМР з подальшою корекцією отриманих даних, і цей процес виконує оператор на ЦФС. Під час такого опрацювання помилкові пікети усуваються або ж їхні висоти виправляються з тим, щоб вони відповідали заданій точності. Додатково оператор відрисовує елементи гідрології та структурні лінії рельєфу (рис.6.1).

Рис. 6.1. Сітка точок, побудована автоматично, візуалізована на стереомоделі, доповнена дорогами та гідрологією, а також скелетними лініями (тобто всіма елементами,

що вимагається для ЦМР)

Ручне збирання даних виконує оператор на ЦФС. Здійснюється вимірювання всіх елементів ЦМР у такій послідовності: елементи гідрології, елементи інфраструктури, структурні лінії, пікети у вигляді регулярної сітки, пікети у характерних місцях рельєфу, границі (обриси) учасників з пониженою точністю вимірювань (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Ручне вимірювання ЦМР – гідрологія, скелетні лінії, регулярнa сіткa пікетних точок, точки на лініях та об’єктах гідрології опущені.Це вигляд вікна на ЦФС

Після закінчення збирання даних здійснюється контроль якості за такими елементами:

–контроль топологічний; контролюється правильність атрибутивної частини всіх елементів, перетинів, з’єднань, понижень;

–візуальний контроль даних на стереомоделі: ЦМР, візуалізована у вигляді горизонталей (рис. 6.3), спостерігається стереоскопічно – горизонталі повинні лежати на поверхні моделі;

–контроль на підставі контрольних опорних точок, висоти яких визначені незалежно (польові роботи, аеротріангуляція, окремі вимірювання).

Рис. 6.3. Візуалізація ЦМР у вигляді горизонталей

На підставі об’єктивної оцінки точності робиться висновок про придатність побудованої ЦМР для подальшого використання або ж про необхідність повторних вимірювань.

Візуалізація (рис.6.3) може здійснюватись у вигляді:

–горизонталей, які генеруються при заданій висоті перетину рельєфу, відповідно згладжені та доопрацьовані (додані атрибути, берг-штрихи тощо);

–регулярної сітки GRID;

–нерегулярної сітки TIN.

Тепер декілька слів про точність побудови ЦМР.

Точність визначення висоти точки шляхом інтерполювання з ЦМР можна описати

де mA - середня квадратична похибка визначення висот точки з ЦМР,

Рис. 6.5. Вікно з розміщенням зв’язкових точок у блочній мережі Про точність побудови фототріангуляції сказано раніше.

6.4. Цифрові ортофотокарти

Цифрова ортофотокарта – це растрове зображення, побудоване за вимогами топографічної карти точно визначеного масштабу, часто доповнене умовними знаками та зображенням рельєфу у вигляді горизонталей. Основною геометричною задачею під час створення ортофотокарти є перетворення знімка (найчастіше центральної проекції) в ортогональну проекцію – це зображення у заданому масштабі, вільне від спотворень за кути нахилу знімка та з мінімальними (допустимими) спотвореннями за рельєф місцевості. Цей процес у вітчизняній літературі називають ортотрансформуванням, а в західній – орторектифікацією.

Якщо йдеться про виправлення цифрового зображення, то його називають цифровим ортотрансформуванням.

Окрім геометричної задачі, в орторектифікації існує і радіометричне завдання – створеному під час геометричного виправлення новому пікселу необхідно надати оптичну щільність (колір) у такий спосіб, щоб оригінал-знімок та створене ортозображення були максимально ідентичними.

Геометрична інтерпретація побудови ортозображення показана на рис. 6.6.