Фотограмметрическая технология построения цифровой модели

Фотограмметрические методы ЦМР основаны на использовании полиномов, нерегулярной сети треугольников TIN и регулярной сети DEM. Непосредственно по аэроснимкам модель рельефа строится на сети треугольников, а для ортотрансформирования, проведения горизонталей и некоторых других операций она преобразуется в регулярную модель DEM. Обязательное условие создания ЦМР - наличие элементов взаимного и внешнего ориентирования снимков, полученных в процессе построения и уравнивания фототриангуляционной сети.

Некоторое представление о размере сторон (ребер) нерегулярной сети треугольников TIN и шаге регулярной сети DEM могут дать следующие данные: для правильного отображения рельефа на плане масштаба 1:2000 путем линейной интерполяции между точками с известными высотами необходимо, чтобы среднее расстояния между ними были не менее:

• 20 м - для плоскоравнинной местности со слабой расчлененностью;

• 10 м -для волнообразной поверхности с гладкими формами;

• 5м-для сильно расчлененной местности с большим числом оврагов, промоин.

Современные цифровые фотограмметрические системы реализуют несколько стратегий моделирования рельефа, каждая из которых используется в границах выбранной пользователем локальной зоны. В большинстве случаев модель создается на основе триангуляции Делоне, но в зависимости от конкретных условий и характера местности, могут применяться и другие:

• «гладкая» модель - построена с помощью полиномиальной функции вида.

• «адаптивная» или «регулярная» модели TIN, построенные по точкам в узлах сетки с заданным шагом с некоторыми дополнительными условиями;

• модель, построенная по векторным объектам, полученным путем оцифровки по стереоизображению структурных линий, точки которых определены в плане и по высоте.

Полученная перечисленными способами ЦМР может быть дополнена структурными линиями, что существенно повысит ее детальность, точность и надежность. Линии водоразделов, бровки оврагов, береговые линии, тальвеги и другие структурные линии, «встроенные» в триангуляцию Делоне приблизят поверхность к реальной, что скажется на качестве последующего ортотрансформирования.

С точки зрения фотограмметрии наибольший интерес представляет адаптивная и регулярная модели рельефа и модель по векторным объектам, построение которых требует автоматического отождествления точек с помощью коррелятора. Технология построения таких моделей может включать операции:

1. Определение границ области моделирования (глобальной области).

2.Определение границ подобластей моделирования, различающихся характером рельефа местности и возможностями применения того или иного метода построения ЦМР.

3. Построение регулярной сети со сторонами, параллельными осям X и У с шагом, зависящими от характера рельефа местности.

4. Присвоение всем узлам сетки высот, равных отметке средней плоскости снимка, номера

5. Идентификация узлов регулярной сети на правом и левом снимке с помощью коррелятора, определение их координат х_п, у_п и вычисление пространственных координат X, У, Z точек па формулам прямой фотограмметрической засечки.

6. Построение сети неперекрывающихся треугольников с вершинами в узлах регулярной сетки (модели TIN) на основе алгоритма Делоне с ограничениями.

Операции 3-6 выполняются в автоматическом режиме, без участия оператора.

Если в пределах области моделирования выбрано несколько локальных зон, объединяющих участки с различными формами рельефа, то для последующей их увязки в границах глобальной области и объединения в единую модель рельефа они должны перекрываться между собой или между ними не должно быть разрывов.

Положение узлов регулярной сетки и совпадающих с ними вершин сети треугольников намечается автоматически, без учета характера местности. В связи с этим узлы TIN могут оказаться на крышах домов, на крутых склонах, на водной поверхности, что предопределяет необходимость корректировки построенной сети треугольников путем изменения положения ее вершин в процессе стереоскопических наблюдений эпиполярных изображений.

Один из способов построения таких изображения заключается в трансформировании фрагментов левого и правого цифровых изображений, соответствующих зонам их продольного перекрытия, на плоскость SXY базисной координатной системы.

Эпиполярные изображения характеризуются отсутствием поперечных параллаксов наблюдаемых точек, что создает удобства для измерения стереомодели и повышает надежность работы коррелятора.

Современные средства построения ЦМР по цифровым изображениям обладают достаточно мощными технологическими средствами ее визуального и статистического контроля. Средствами такого контроля являются:

• преобразование элементов сети треугольников в пространственные объекты с последующим их вращением и визуальной оценкой локальных «выбросов»;

• расчет уклонов и анализ их экстремальных значений;

• статистический анализ экстремальных значений высот точек;

• оценка точности моделирования по уклонениям высот контрольных точек от аппроксимирующей поверхности.

В качестве контрольных точек используются опорные, связующие и другие точки, включенные в сеть фототриангуляции. С этой целью вычисляются их отметки по построенной модели поверхности и сравниваются с отметками, полученными из построения фотограмметрической сети или на основе полевых данных. Такие расхождения не должны приводить к смещениям точек, обусловленным влиянием рельефа местности, на величину, превышающую 0,3 мм в масштабе создаваемого плана.