Медведев Е.М., Данилин И.М., Мельников С.Р., 2007 - Лазерная локация земли и леса. Учебное пособие

пользования, объективную оценку параметров состояния и динамики лесных

насаждений, включая их биомассу, моделирование развития и распространения катастрофических лесных пожаров и оценку различных природных рисков.

Дальнейшее продолжение исследований в данном направлении будет спо-

собствовать получению новых знаний и выявлению закономерностей структур- но-функциональной организации и биологической продуктивности лесных эко-

систем бореальной зоны и окажет существенное воздействие на развитие различных областей науки и новых технологий. Полученные результаты послужат основой для развития принципиально новой методологии и технологии дистан-

ционного зондирования лесного покрова и формирования геоинформационных систем природно-ресурсного и природоохранного содержания и, в перспективе

имеют высокую потенциальную коммерческую ценность на рынке дистанционного зондирования и геоинформационных услуг.

7.3. Программный комплекс ALTEXIS

Программный комплекс ALTEXIS разрабатывается компанией «Геокосмос»

и предназначен для обработки данных комбинированной воздушной лазернолокационной и цифровой аэрофотографической съемки, а также для метроло-

гического обеспечения аэросъемочных работ с использованием лазерно-лока- ционной аппаратуры. Летом 2006 года вышла новая версия 2.0 программного

комплекса ALTEXIS. Версия 2.0 является дальнейшим развитием линейки про-

граммных продуктов семейства ALTEXIS компании «Геокосмос», используемой в качестве базового программного средства обработки геопространственных данных как элемента геоинформационной технологии крупномасштабного картирования реального времени, предложенной и активно развиваемой компа-

нииями «Геокосмос» в последние годы (Медведев, 2005, Пестов, 2005).

Программный комплекс ALTEXIS выполняет задачи по метрологическому обеспечению аэросъемочного комплекса, в частности по проведению калибровочной процедуры лазерного локатора и цифрового аэрофотоаппарата, он может быть использован для контроля качества пилотирования и оценки степени

достоверности собранных аэросъемочных данных. Кроме того, ALTEXIS реали-

зует широкий набор алгоритмов камеральной обработки аэросъемочных данных: геоморфологический анализ и выделение рельефа, создание ортофотокарт, автоматическая селекция лазерных точек, выделение географических объектов, моделирование ЛЭП, оценка лесотехнических параметров и многое

другое.

Новая версия программного комплекса ALTEXIS обладает рядом сущест-

венных преимуществ по сравнению c предыдущими версиями:

используется принципиально новая схема организации интерфейса пользователя, в значительно большей степени приближенная к устоявшимся нор-

мам интерфейса программ обработки геопространственных данных;

внесены значительные коррективы в файловую структуру хранения дан-

ных, причем как первичных аэросъемочных данных, так и данных, прошедших определенные стадии программной обработки. Это позволяет более экономно

распоряжаться дисковым пространством, что крайне актуально, принимая во внимание значительно возросшую производительность авиационных лазерно-

локационных систем и увеличение формата цифровых аэрофотоснимков;

используются обновленные алгоритмы выделения истинного рельефа по

лазерно-локационным данным, что значительно повышает качество геоморфо-

логического анализа сцены наблюдения;

161

реализована новая технология совместного накопления и обработки ла-

зерно-локационных и аэрофотографических данных. Значительно возросла точность автоматического геопозиционирования аэрофотоснимков;

обеспечена полная совместимость с предыдущими версиями ALTEXIS на

уровне форматов данных и используемого математического аппарата. Использование в программной среде ALTEXIS Constellation режима визуа-

лизации с различными типами цветовых шкал позволяет добиться высокой наглядности и создать условия для качественного камерального дешифрирования даже без использования аэрофотографических данных.

В программном комплексе ALTEXIS поддерживается многооконный режим манипулирования данными, обеспечивающий максимальную эффективность

всех видов контроля и обработки. Используется иерархический принцип структурирования данных. Поддерживается набор растровых векторных и трехмерных (3D) слоев, адекватно отображающих весь комплекс данных, получаемых в

ходе проведения аэросъемочных работ. Используются слои первичных и регуляризованных лазерно-локационных данных, растровые топографические кар-

ты, ортофотомозаика, пилотажно-навигационные данные, набор векторных слоев, представляющих объектовую ситуацию, слой поверхности истинного рельефа в TIN и GRID представлении, слой растительности, а также модели ЛЭП.

Особое внимание при разработке программного комплекса ALTEXIS версии 2.0 было уделено вопросам совместной обработки лазерно-локационных и аэрофотосъемочных данных. Средствами ALTEXIS обеспечивается автоматическое ортотрансформирование и геопривязка аэрофотоснимков с точностями до 0.2 м. В программной среде ALTEXIS Constellation предусмотрен широкий набор инструментов для автоматического и ручного выделения географических

объектов, используя обоих видов данных.

Работа с точками лазерного сканирования

Программный комплекс ALTEXIS обеспечивает возможность обработки ла- зерно-локационных данных, поставляемых аппаратурой всех ведущих мировых

производителей – Optech, Leica, TopoSys и др. Для этой цели разработан гиб-

кий интерфейс импорта ASCII данных, обеспечивающий ручную настройку на любой формат представления результатов лазерно-локационной съемки. Так,

могут быть подгружены данные с произвольным количеством откликов для каж-

дого зондирующего импульса, а каждая используемая лазерная точка может быть обеспечена как координатами, так и значением интенсивности отраженного импульса. Предусмотрена возможность подгрузки данных только на выбран-

ную территорию, или только данных, полученных в определенном временном интервале.

Возможна подгрузка данных с прореживанием, а также с некоторым постоянным сдвигом на произвольный, заданный оператором вектор в пространстве. Также предусмотрено большое количество настраиваемых фильтров, решаю-

щих две основные задачи – исключение неинформативных лазерных точек и преодоление возможных ошибок в формате представления исходных данных

(оборванные или склеенные строки, недопустимые значения координат, немонотонность временного представления и др.).

Имеется возможность импорта данных, представленных в формате международного стандарта LAS. В результате выполнения операции импорта пер-

вичные лазерно-локационные данные преобразуются к внутреннему формату

162

ALTEXIS – бинарному файлу ALX типа, который, как правило, в 5–7 раз ком-

пактнее соответствующего файла с исходными данными.

При импорте первичных лазерно-локационных данных, равно как и в дальнейшей работе, могут быть использованы различные геодезические системы

координат (СК). ALTEXIS штатно поддерживает СК двух референц-эллипсоидов WGS-84, Красовского и две картографические проекции Гаусса-Крюгера и UTM.

Задание любых других СК осуществляется пользователями в специальном окне настройки.

Навигация с помощью окна траектории

Для обеспечения наибольшего удобства манипулирования с аэросъемоч-

ными данными проекта, который может быть значительного объема, используются навигационные данные. Эти данные определят положение летательного аппарата в процессе съемки на фоне растровой топографической карты района

выполнения аэросъемочных работ. С их помощью можно быстро перейти к нужному фрагменту данных, например с помощью простого щелка мыши в нужной

точке траектории. Другой альтернативой при перемещении по данным является прямое указание требуемых геодезических координат либо момента времени,

когда была выполнена съемка нужного фрагмента. В ALTEXIS предусмотрен широкий набор инструментов перемещения по данным, который наряду с тра-

диционными включает имитацию пролета над данными, круговой облет выбра-

нного фрагмента и ряд других средств, призванных обеспечить максимум удобства и информативности для пользователя.

Аэросъемочные данные проекта разбиты на проходы. Каждый проход соответствует набору лазерно-локационных данных, накопленных за одно вклю-

чение лазерного сканера. Как правило, проход соответствует законченному

фрагменту данных – отдельному маршруту, одному анкерному пролету ЛЭП и т.д. Программная среда ALTEXIS обеспечивает возможность раздельной индикации траекторных данных, принадлежащих различным проходам, т.е. возможность выбора цвета, которым изображаются точки того или иного прохода, а

также включения/выключения индикации всего прохода в целом. Кроме того,

поддерживается режим индикации уровня качества пилотирования для того или иного фрагмента траектории. Под качеством пилотирования понимается выполнение заданных условий выполнения аэросъемочного полета – истинной скорости, величины бокового крена и др. пилотажно-навигационных параметров.

Таким образом, роль навигационных данных в Altexis может быть опреде-

лена как:

–визуализация траекторных маркеров (соответствующих секундным GPS отметкам) в плановом и профильном видах;

–цветовая индикация траекторных маркеров в соответствии с выполнением (невыполнением) заданных условий съемки;

–информационно-поисковые операции по обнаружению фрагментов дан-

ных с определенными значениями пилотажных параметров;

–подготовка отчетов;

–динамическая визуализация.

Создание групп. Типы данных и способы их представления

Группой называется совокупность связанных окон. Группа может состоять

из одного и более плановых окон и связанных с ними профильного окна, 3D ок-

на и окон таблиц. Все окна группы имеют общую центральную точку и угол пла-

163

нового поворота. При перемещении или повороте какого-либо из окон группы

центральная точка группы или угол поворота изменяется и, соответственно, все окна группы перерисовываются с новыми параметрами.

Каждое окно группы может быть использовано для представления любых

видов данных, поддерживаемых Altexis. Для диспетчеризирования работы с данными различных видов используется менеджер слоев.

Программный комплекс ALTEXIS ориентирован на обработку двух основных видов данных:

лазерно-локационные данные в виде дискретного множества лазерных

точек;

растровые двумерные прямоугольные изображения (в первую очередь

цифровые аэрофотоснимки), с выраженными фотограмметрическими свойствами, т.е. для которых возможно выполнить абсолютное ориентирование в геодезическом пространстве и геопозиционирование. Кроме аэрофотоснимков, мо-

гут быть использованы тепловизионные (ИК) и спектрозональные изображения,

ив принципе любые другие изображения.

Кроме основных видов данных, в ALTEXIS могут быть загружены и обработаны данные дополнительных видов. Полная информация по всем видам данных, поддерживаемых программным комплексом ALTEXIS, сведена в таблицу

31.

Таблица 31. Виды данных, поддерживаемых программным комплексом

ALTEXIS

164

Благодаря использованию менеджера слоев возможно изменить режим ви-

зуализации различных видов данных. Например, имеются следующие способы отображения POINT данных:

–«Height» = по высоте. Все точки красятся вне зависимости от семантиче-

ских кодов в градации серого. Шкала подбирается автоматически по текущей рабочей области.

–«Pass» = по проходам. Блоки точек получают цвет согласно своей принадлежности к проходу. Цвет прохода в пространственных окнах совпадает с цветом, назначенном в окне траектории.

–«Scale» = градации цвета по высоте с учетом семантического кода точки. Каждый элемент слоя имеет свой цвет. Элементы слоя, для которых градация

по высоте не предусмотрена, рисуются одним цветом.

–«Range» = элементы слоя с градацией по высоте рисуются в шкале заданных цветов. Шкала высот элемента слоя определяется для всего проекта.

Элементы слоя, для которых градация по высоте не предусмотрена, рисуются одним цветом.

–«Pseudo colored intensity» = по величине интенсивности отражения сигнала. В псевдоцвете.

–«Code» = по семантическому коду точек. Цвета не зависят от высоты.

–«Time» = отбор точек по времени.

В менеджере слоев предусмотрены специальные режимы визуализации

для всех других видов данных.

Управление группой

В каждом окне активной группы обеспечивается индикация геодезических

координат текущего положения курсора (для плановых окон) либо геодезиче-

ской высоты точки, на которую указывает курсор (для профильных окон). Это позволяет определять геодезические координаты любого объекта, который может быть идентифицирован по лазерно-локационным или аэрофотографическим данным. Также может использоваться режим, при котором индицируется

отклонение текущего положения курсора от центра активного окна.

Для выполнения перемещений (browsing) по данным используется несколько инструментов:

–Инструмент «шагомер» позволяет перемещаться («шагать») по любо-

му из пространственных окон. Для перепозиционирования группы достаточно щелкнуть инструментом в произвольном месте любого из плановых окон группы. После этого точка щелчка становится центром окон группы и все открытые окна группы перерисовываются. Размер окна, масштаб и географическая ориентация данных, а также все прочие установки полностью сохраняются. Совершенно аналогично можно выполнить перепозиционирование с помощью

щелчка в окне траектории. По щелчку в профильном окне программа определяет значение геодезической высоты, соответствующей точке щелчка. Профиль-

ное окно позиционируется таким образом, что центр окна оказывается на уровне определенной таким образом высоты.

–Инструмент «рука» сдвигает изображение в направлении движения курсора. Инструмент позволяет перемещаться по любому из пространственных

окон. Горизонтальное перемещение инструментом рука в профильном окне приводит к перепозиционированию группы в плоскости планового окна.

–Инструмент «вертолет» позволяет «пролететь» над данными в заданном направлении и с заданной скоростью. Это удобный способ быстрого про-

165

смотра любого типа данных в плановом и профильном пространственных ок-

нах.

– Кнопка «автопилот» активирует режим автоматического «облета» данных. В этом режиме данные открытого окна/группы окон плавно перерисовыва-

ются согласно траектории, в порядке возрастания времени съемки. Программа автоматически перерисовывает открытое пространственное окно/окна руководствуясь навигационными марками. Когда программа доходит до последней мар-

ки/блока, показ продолжается в обратном порядке.

Зумирование окон, плановые и фронтальные повороты и наклоны

ALTEXIS поддерживает разнообразные процедуры зуммирования (изменения масштаба) плановых и профильных окон, а также выполнения поворотов

инаклонов данных для изменения режима визуализации:

–Инструмент «Zoom In» (увеличить) приближает к точке, где произве-

ден щелчок, или растягивает область, которую захватывает растягиваемый прямоугольник, на все окно;

–Инструмент «Zoom Out» (уменьшить) отодвигает от точки, где произведен щелчок, или вписывает текущий экстент данных окна в область, которую захватывает растягиваемый прямоугольник. Текущий масштаб непрерывно показывается в шапке окна. Изменение масштаба одного окна не влияет на связанные с ним окна, если центр окна остался неизменным.

Применение инструментов масштабирования в окне траектории и про-

фильном окне происходит аналогично. В профильном окне они меняют коэффициент масштабирования по оси Z, который также показывается в шапке профильного окна.

Инструмент задания угла поворота данных работает следующим образом.

Ориентацию (угол планового поворота) группы можно изменить, задав в преде-

лах планового окна линию поворота при помощи инструмента . В результате выполнения этой операции данные во всех окнах группы будут повернуты на заданный угол. Изменение положения планового окна будет отражено при по-

мощи значка компаса в плановых и профильных окнах. Чтобы восстановить

первоначальное положение север-юг, необходимо воспользоваться пунктом контекстного меню планового окна: «zero angle».

Если активен инструмент задания планового поворота и нажата клавиша «Ctrl», можно поворачивать данные по часовой или против часовой стрелки с

шагом 5.0 при помощи колесика мыши, вращая его соответственно на себя или

от себя. Если вместо клавиши «Ctrl» нажата «Shift», шаг увеличится до 10.0.

Выйти из режима приближения (при повороте колесиком перерисовка данных,

как правило, немного запаздывает), можно по клавише «Esc».

Изменение угла поворота любого планового окна группы влияет на связанные с ним окна. Инструмент поворота неприменим к окну траектории. Из про-

фильного окна можно менять угол планового поворота группы так же, как из планового окна при помощи колесика мыши. В заголовке каждого планового или

профильного окна содержится информация по имени группы, типу окна, значение текущего масштаба.

Настройки проекта

Имеется ряд изменяемых параметров, которые относятся не к конкретным

проектам, а к работе ALTEXIS в целом. Параметры, выставляемые в диалоговом окне, приводятся в таблице 32.

166

Таблица 32. Параметры, выставляемые в диалоговом окне ALTEXIS

167

Автоматическое перемещение (browse, navigate) по данным

Наряду с традиционными методами перемещения по данным используются специальные режимы «автопилот» и «карусель».

Врежиме «автопилот» данные открытого окна/группы окон плавно пере-

рисовываются согласно траектории, в порядке возрастания времени съемки. Программа автоматически перерисовывает открытое пространственное окно/ окна, руководствуясь навигационными марками.

Врежиме «карусель» данные открытого окна/группы окон плавно пере-

рисовываются, поворачиваясь по часовой стрелке вокруг центральной точки окна.

Пространственная селекция

Инструмент «GL» (коридор) используется для «отсечения» данных по

местоположению. Его можно применять к плановому (в дальнейшем «плановый коридор») и к профильному окну (в дальнейшем «профильный коридор»). В

проекте может быть задан только один плановый и один профильный коридор. Ввод нового коридора того же типа отменяет прежний коридор.

При активном плановом коридоре плановое окно будет визуализироваться

в обычном режиме с изображением заданного коридора двумя зелеными линиями. В профильном окне, в зависимости от типа отображаемых данных, будут появляться только данные следующих типов, находящиеся внутри заданно-

го планового коридора.

При активной профильной «GL» профильное окно будет визуализироваться в обычном режиме с изображением заданного коридора двумя зелеными линиями. В каждом плановом окне данной группы, в зависимости от типа отображаемых данных, будут появляться данные следующих типов, находящиеся вну-

три заданного профильного коридора.

Настройки остаются в силе для последующих запусков программы.

К плановому коридору можно перейти по опции «Go to GL» контекстного меню планового окна. При этом программа перерисовывает окно таким образом, что первый вертекс оси планового коридора оказывается в центре окна.

Масштаб и прочие настройки не меняются.

Также для пространственной селекции используется инструмент «Полигон», который можно применять к плановому и к профильному окну. «Полигон» может быть произвольной формы. Действие «Полигона» аналогично GL.

Способы отображения объектов в ALTEXIS

Способы отображения объектов в ALTEXIS рассмотрим на примере опор линий электропередач, поскольку эти опции на сегодняшний день разработаны

и реализованы программными средствами наиболее полно.

Опоры ЛЭП в ALTEXIS изображаются каркасными моделями, которые дол-

жны быть предварительно определены. Все численные параметры определяются относительно внутренней системы координат опоры (рис. 109).

Если на данную модель опоры существует каркасная модель, опора изоб-

ражается в виде соответствующей трехмерной конструкции, если же такой модели нет, то она показывается в виде столбика.

168

169

Таблица 33. Информация по составляющим модели ЛЭП

Далее выводится строчка с информацией по текущей LINE, содержимое которой отображается в данный момент. Инструменты панели работы с линия-

ми предназначены для работы с

линией как совокупностью опор

дующие операции:

–добавить/импортировать/переименовать/удалить линию;

–ориентировать опоры согласно направлению линии;

–создать коридор;

–перекодировать точки;

–провести моделирование погодных условий;

–экспортировать объекты ЛЭП и таблицы;

–а также сохранить текущую версию модели линии в файл. Панель работы с опорами находится в

–добавлять опоры в конец линии или в указанный пролет;

–удалять опоры;

–редактировать опору или их блок;

170