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

– позиционировать группу на опору или блок опор и др.

Панель работы с проводами и точками подвески находится справа, в верхнем ряду инструментов в таблице опор. Инструменты

данной панели предназначены для работы с проводами (и точками подвески) (рис. 115).

На панели собраны инструменты для выполнения следующих операций:

–автоматической и ручной навески проводов;

–для удаления проводов;

–процедуры их идентификации и стыковки с образованием точек подвес-

ки;

– для задания механических параметров провода и для расчета габаритов. Линию электропередачи можно экспортировать в векторный формат для внешних ГИС приложений. В качестве базового формата был выбран формат

Shapefile. Основными экспортируемыми объектами ЛЭП являются опоры и провода. Объект «линия» и «точка» подвески включены в «шейп файлы» проводов

и опор опосредованно. Точки подвеса (если они присутствуют в экспортируемой линии) становятся концами провода, а принадлежность линии прописывается

как атрибутивная информация. В качестве атрибутивной информации передается вся соответствующая информация по каждому типу объектов.

Таблица семантики

«Semantic Table» является удобным и эффективным средством навигации и экспорта векторных топографических объектов.

ппы в точку первого вертекса выбра-

нного объекта;

– позиционирование центра группы и подбор масштаба таким образом, чтобы в область видимости группы вписался весь объект целиком.

171

Нажатие кнопки вызывает переход на первый вертекс выбранного объекта. При этом выполняются следующие действия:

–центр группы устанавливается в соответствии с координатами X, Y, Z первого вертекса активного объекта;

–размеры области видимости, а также все прочие установки сохраняются неизменными.

При нажатии кнопки группа позиционируется на выбранный объект, с учетом его экстента.

Размер экстента группы рассчитывается таким образом, чтобы в него оказался вписан весь объект целиком. Центр группы определяется как центр объекта. Масштаб данных, угол планового поворота и прочие настройки визуализа-

ции не меняются.

В ALTEXIS возможна работа с полигональными векторными топографичес-

кими объектами, созданными в любом внешнем приложении (ГИС пакетах Arc-

View, Панорама, MapInfo, CAD пакетах и пр.). Для этого в него встроено универсальное средство импорта векторных топографических объектов из обменного

формата MIF-MID. Это текстовый (ASCII) формат, поэтому файлы в таком формате можно редактировать, достаточно легко генерировать, причем они будут

работать в любых поддерживающих его системах. Для того, чтобы импортиро-

вать файлы формата MIF-MID, можно воспользоваться инструментом .

Климатическое моделирование

Врезультате выполнения лазерно-локационной съемки определяется фактическое положение проводов и тросов, которые они занимали в момент съем-

ки. По данным съемки осуществляется аппроксимация проводов, определение

значений стрел провеса, координат точек подвески и габаритов. В некоторых случаях при создании ALTEXIS проекта требуется оценить возможное изменение положения снятых проводов и тросов, которое может случиться в результате воздействия следующих факторов:

– изменение электрической нагрузки и как следствие изменение темпера-

туры провода;

– климатические воздействия, такие, как появление гололеда и ветра.

Впрограммном комплексе ALTEXIS имеется инструмент моделирования, который позволяет пересчитать положение провода в пространстве при изме-

нении упомянутых выше факторов.

Изменение положения провода по результатам моделирования может кон-

тролироваться визуально. Кроме того, появляется возможность пересчитать все стандартные интерфейсные таблицы, в которых используется информация

оположении провода, а также выполнять операции по поиску критически близких фрагментов растительности с учетом возможного изменения пространстве-

нного положения проводов.

Впрограммной среде ALTEXIS изменение положения провода (троса) по результатам моделирования выражается в следующих формах:

– изменение величины стрелы провеса;

– бокового отклонения плоскости провода.

Для каждого провода специфицируются значения, показанные в таблице

35.

172

Таблица 35. Спецификации параметров проводов

При выполнении моделирования в программной среде ALTEXIS предполагается, что в ходе выполнения аэросъемочных работ прямым или косвенным

методом была замерена температура проводов и тросов в момент съемки «T real». В ходе моделирования может быть установлено новое значение «T model», для которого и будет выполнено моделирование. Значение «T model» может быть установлено большим, меньшим или равным «T real». Специфицируются значения климатических условий, показанные в таблице 36.

Таблица 36. Спецификации климатических условий

Для выполнения моделирования необходимо задать параметры проводов и тросов и климатические условия. Задание параметров моделирования в программной среде ALTEXIS осуществляется перед запуском расчета по кнопке . После этого появляется диалоговое окно, в котором пользователю предлагается заполнить климатические параметры, для которых будет произведен расчет (рис. 118). Все остальные операции будут выполнены автоматически.

Провода и тросы, для которых полностью определены параметры и заданы кли-

матические условия, будут изображаться дважды – в первоначальном виде и в виде

пунктирной линии, соответствующей положе-

нию провода по результатам моделирования.

Оценка качества пилотирования

Рис. 118. Диалоговое окно запол- Навигационные марки строятся на осно-

нения климатических параметров. ве файла, содержащего сглаженную траекторию, полученную в результате совместной

обработки данных бортового приемника, базовых станций и инерциальной сис-

темы. Траектория определяется для блока IMU (инерциальной системы) и

173

включает информацию о времени, положении, углах поворота, скорости и уско-

рения носителя.

При задании диапазона допустимых изменений пилотажно-навигационных параметров используется диалоговое окно, изоб-

Рис. 120. Отображение навигационных марок и блоков лазерных точек по качеству пилотирования.

Диалоговое окно сохраняет значения параметров последней осуществленной операции поиска. По результатам выполнения процедуры оценки качества пилотирования формируется отчет. В отчет выводятся результаты последней операции оценки качества пилотирования. В начале приводится шапка с указа-

174

нием названия отчета и имени проекта. Далее для каждого использованного в

процессе поиска пилотажного параметра выводятся граничные значения, а также таблица записей, в которой содержится информация временных интервалов, внутри которых имеет место выход данного параметра за заданные грани-

цы (табл. 37).

Таблица 37. Отчет последней операции оценки качества пилотирования

Пример отчета:

Navigation Quality Report

Source file: D:NavigateTestnavical.ALX

Condition: H > 200.000

Time H North East Roll Wander

*********No Items*********

Condition: -1.500 < Roll < 1.500

Time H North East Roll Wander Velocity

379171.312 637.153 4987028.861 38376730.111 -0.006 -0.420 38.347

379173.692 635.737 4986966.608 38376796.808 -0.008 -0.420 38.364

Maximal deviation: -1.618

379174.447 635.467 4986947.079 38376818.203 -0.002 -0.420 38.399

379174.447 635.467 4986947.079 38376818.203 -0.002 -0.420 38.399 Maximal deviation: -1.502

379189.547 637.411 4986568.571 38377244.321 -0.012 -0.420 36.624

379192.267 636.179 4986503.518 38377319.434 -0.001 -0.420 36.546 Maximal deviation: 1.725

На рисунке 121 показан пример создания в ALTEXIS карты распределения лесной растительности по высотам на основе лазерно-локационных данных.

Рис. 121. Лазерно-локационная карта распределения лесной растительности по высотам.

175

8. ЛАЗЕРНО-ЛОКАЦИОННЫЙ МЕТОД В ТОПОГРАФИИ И СИСТЕМЫ КАРТОГРАФИРОВАНИЯ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

Концепция лазерно-локационного метода в топографии уже обсуждалась

во вводной главе (1.5). Настало время обсудить этот и связанные с ним вопросы более детально с учетом информации, полученной читателем в предыду-

щих главах. Уже много раз по ходу изложения было отмечено, что применение лазерно-локационной технологии позволяет предложить принципиально новые методики топографо-геодезической и инженерно-изыскательской деятельности,

и вообще всех прикладных дисциплин, связанных со сбором и обработкой геопространственных данных. В том числе, впервые появляется возможность ра-

дикально интенсифицировать все составляющие технологического цикла производства топографических карт и планов крупных масштабов. Это позволило некоторым авторам говорить о появлении на базе лазерно-локационного мето-

да систем картографирования реального времени. Этот термин, конечно, ну-

ждается в уточнении, так как категорию реального времени не следует пони-

мать буквально – топографический план не появляется непосредственно в ходе проведения лазерно-локационной съемки. Однако этот термин выражает глав-

ную отличительную черту используемой технологии и программно-аппаратных систем, которые эту технологию реализуют – переход на методы картографиро-

вания, при которых продолжительность этапов камеральной обработки аэро-

съемочных данных сравнима с продолжительностью сбора данных, т.е. выполнения собственно аэросъемочных работ. Перед тем как продолжить обсуждение, необходимо отметить, что современный лазерно-локационный метод в топографии предполагает использование не только собственно лазерных локато-

ров, но и других средств сбора геопространственных данных, прежде всего ци-

фровых аэрофотоаппаратов, а также массу других аппаратных и программных средств. Однако мы находим, что название «лазерно-локационный» правильно отражает существо метода, так как именно наличие этого специфического вида данных в наибольшей степени отличает его от других топографо-геодезических

методов (Медведев, 2005).

8.1. Технологическая основа лазерно-локационного метода

Говоря о технологической основе, мы имеем в виду, прежде всего, совокупность базовых технологий сбора и обработки геопространственных данных,

лежащих в основе метода. Такими технологиями являются:

1)собственно лазерно-локационная съемка;

2)цифровая аэрофототопография;

3)технология прямого геопозиционирования аэросъемочных данных.

Каждая из перечисленных базовых технологий представляет собой сово-

купность типовых аппаратных и программных средств и методик их использования. Можно также сказать, что каждая из таких технологий предполагает на-

личие одного основного средства сбора данных (прибора), который в наибольшей степени определяет как содержание, так и логику работы всей технологии.

Так в лазерной локации, как следует из самого названия технологии, таким прибором является лазерный локатор или лидар. В цифровой аэрофототопогра-

фии это аэрофотоаппарат, а в технологии прямого геопозиционирования – гибридные GPS/INS системы.

Обратимся к рисунку 122, представляющему роль каждой технологической

составляющей лазерно-локационного метода.

176

фективными. Возможно поэтому, эти самые методы

как в чисто топографических, так и в «околотопографических» приложениях, безраздельно доминировали в течение всего 20 века. И в 21 веке их доминиро-

вание пока сохраняется.

Обстоятельство №2: аэрофотоаппарат (т.е. в простейшем случае любой

фотоаппарат, устанавливаемый на летательный аппарат с целью съемки Зем-

ли) является во многом определяющим компонентом всего аэрофототопогра-

177

фического процесса. Речь идет не только о чисто этимологической близости

терминов: аэрофотоаппарат – аэротопография. В геодезии масса подобных примеров – теодолитная или тахометрическая, а также мензульная, лазернолокационная и, конечно, GPS-съемки. Здесь, как и в случае с аэрофототопо-

графией, существенно наличие главного средства измерения или сбора данных, которое не только дает имя методу, но и, исходя из своей собственной ло-

гики, во многом определяет логику всего этого метода. Последнее обстоятельство чрезвычайно важно. И поэтому, коль скоро нашей целью является познание современной аэрофототопографии, наибольшее внимание нам придется

уделить именно аэрофотоаппарату, его функциональности, логике практического использования, фотографическому и фотограмметрическому качеству и, ко-

нечно же, стоимости.

Обстоятельство №3, возникшее по результатам анализа предложенных канонических определений аэрофототопографии, перед началом рассмотрения

дела по существу. Аэрофототопография – это такой вид человеческой деятельности, в которой правильным считается начать с установки фотоаппарата

на борт летательного аппарата, а закончить производством полноценной топографической карты.

Признание этого факта позволяет изобразить «технологический каркас»

аэрофототопографии следующим образом: оптическое приборостроение аэ-

рофотосъемка и фотограмметрия геодезия картография.

Как следует из приведенной выше схемы, исследование современного состояния и перспектив развития современной аэрофототопографии не сводится к оценке исключительно аэрофотоаппаратов – обособленно от тех задач,

для решения которых их создают и потом покупают.

Классический подход и его носители

Классический подход к аэрофототопографии представлен фундаментальным трудом А.Н. Лобанова (1983). Приведем несколько классических положе-

ний, весьма существенных для правильного усвоения современного взгляда на

аэрофототопографию:

–считающийся базовым в классической аэрофототопографии, т.н. стереотопографический метод, предполагает использование аэросъемочных данных (то есть аэрофотоснимков) для создания как рельефной, так и контурной части

карты;

–масштаб создаваемой топографической карты (плана) и морфология объекта съемки – два главных обстоятельства, оказывающих наиболее суще-

ственное влияние как на выбор аэрофотоаппарата (в частности, величины фо-

кусного расстояния), так и режима съемки (высота, скорость, величина перекрытий);

–достижение нормативной точности выходного топографического мате-

риала в значительной степени зависит от качества наземных геодезических работ по планово-высотному обоснованию (определению координат опознаков) и

развития фототриангуляционной сети. А последнее, в свою очередь, находится

вочень сильной зависимости от качества пилотирования и выполнения аэросъемки в целом.

О текущем моменте

Что же нового произошло в аэрофототопографии за последние 20 лет, и не

нашло своего отражения в трудах классиков? Перечислим основные тенденции:

178

1) обязательным стало использование систем спутниковой навигации

GPS/GLONASS как для определения пространственных координат точки фотографирования каждого аэрофотоснимка, так и для контроля пилотажно-навига- ционных параметров и управления аэрофотосъемочным процессом в целом;

2)активно стали применяться так называемые интегральные навигационные комплексы типа GPS/IMU, которые позволяют с достаточной точностью оп-

ределять значения всех шести параметров внешнего ориентирования каждого аэрофотоснимка, как линейных, так и угловых. В некоторых случаях это позволяет полностью отказаться от работ по абсолютному пространственному ориен-

тированию аэрофотоснимков, которое, как известно, выполняется с целью их последующего ортотрансформирования и геопозиционирования. В большинст-

ве случаев наличие GPS/IMU данных позволяет существенно упростить и убыстрить процедуру создания фототриангуляционной сети;

3)чрезвычайно существенным обстоятельством является возможность

выполнять одновременно аэрофотографическую и лазерно-локационную съемку;

4)Ну, и наконец, нельзя не отметить то, что практически все основные компоненты современной аэрофототопографии уже де-факто являются цифро-

выми. «Цифровизация» началась с картографии и фотограмметрии и, на сегодняшний день, можно сказать, победила окончательно. Цифровые методы доми-

нируют и в геодезии, как в полевой, так и в камеральной фазе. В настоящее

время разворачивается активный процесс перехода с аналоговых на цифровые аэрофотоаппараты.

8.3.Аналоговые и цифровые аэрофотоаппараты

Сравнение аналоговых и цифровых аэрофотоаппаратов предварим двумя

замечаниями, соответствующими точке зрения авторов на эту проблему:

•практически по всем параметрам цифровые камеры превосходят анало-

говые;

•даже неискушенный в аэрофотографии читатель из своего повседневного жизненного опыта хорошо представляет, чем бытовые цифровые камеры отличаются от аналоговых. И это обстоятельство значительно облегчает задачу

авторов.

Таким образом, агитацию в пользу внедрения цифровых методов аэрофотосъемки можно вести на двух уровнях:

1. «Обывательском» – почти дословно повторяя аргументы, приводимые ведущими производителями цифровой фототехники. Все эти аргументы

вполной мере справедливы и в нашем случае.

2.«Профессиональном». Этот уровень агитации требует большего учета специфики метода использования фотоаппаратов для решения топо-

графо-геодезических задач.

Традиционно главным доводом в пользу использования цифровых топографических аэрофотокамер является их технологичность. Считается, что:

– цифровые камеры более надежны в работе по сравнению с аналоговы-

ми;

–данные, поставляемые цифровыми камерами, т.е. цифровые аэрофотоснимки достовернее аналоговых в информационном отношении (рис. 123);

–использование цифровых камер значительно сокращает длительность

технологического цикла аэрофототопографического производства, т.к. при производстве цифровых аэрофотоснимков исключаются «мокрые» процессы, свя-

179

180