Опыт создания цифровых ортофотопланов на территорию Кировской области по материалам съемки цифровой камерой ADS40
Камера ADS40 прекрасно подходит для оперативного создания ортофотопланов масштаба 1:2000 и может рассматриваться в качестве альтернативного космической съемке источника информации для создания ортофотопланов масштаба 1:10 000
ФГУП «Госземкадастрсъемка» — ВИСХАГИ является головной организацией в системе Росреестра в области картографо-геодезического обеспечения кадастра объектов недвижимости, мониторинга земель и землеустройства. Предприятие успешно решает задачи, сформулированные в подпрограмме «Создание системы кадастра недвижимости (2006–2011 годы)» ФЦП «Создание автоматизированной системы ведения государственного земельного кадастра и государственного учета объектов недвижимости (2002–2008 годы)».
В 2008 г. специалисты ФГУП «Госземкадастрсъемка» — ВИСХАГИ выполнили комплекс работ по созданию баз данных цифровой картографической основы для девяти муниципальных районов Кировской области. Отличительными чертами объекта работ были наличие значительного числа труднодоступных территорий и разрозненность небольших населенных пунктов. Поэтому в целях минимизации полевых работ было принято решение о выполнении аэросъемки цифровой камерой ADS40.
Цифровой сенсор ADS40 (Airborne Digital Sensor) компании Leica Geosystems (Швейцария) представляет собой сканерную съемочную систему. В фокальной плоскости камеры расположены несколько линеек, позволяющих проводить одновременную съемку в различных спектральных диапазонах, под разными углами отклонения от надира. Каждая линейка содержит 12 тыс. детекторов. Фокусное расстояние оптической системы составляет 62,5 мм, ширина поля зрения — 64°.
В отличие от снимков, получаемых кадровыми камерами, результаты аэросъемки ADS40 представляют собой протяженные панхроматические триплеты и мультиспектральные изображения, число строк которых достигает сотен тысяч.
В связи с необходимостью изготовления ортофотопланов в черно-белом исполнении, а также получения метрической информации при выполнении проекта в первую очередь рассматривались линейки, предназначенные для панхроматической съемки в каждом из трех независимых каналов. Один из них (forward) ориентирован на сканирование местности вперед по ходу движения самолета, другой (backward) — назад, а третий (nadir), являющийся основным, снимает местность непосредственно под самолетом. Таким образом каждый объект снимается тремя объективами.
Для камеры ADS40 угол отклонения от надира вперед составляет 28,4°, назад — 14,2° (рис. 1).
На первый взгляд, полное тройное перекрытие является избыточным, поскольку двойного вполне достаточно для построения стереоскопического изображения. Однако тройное перекрытие позволяет значительно повысить степень автоматизации процессов создания цифровых моделей рельефа (ЦМР). За счет сравнения матриц высот, построенных автоматически при помощи корреляции по стереопарам изображений из разных каналов, программным путем можно отбраковать недостоверные измерения и тем самым повысить точность и надежность результата.
Вследствие того, что ADS40 является сканерной съемочной системой, геометрия изображений существенно отличается от центральной проекции.
За счет движения летательного аппарата съемка каждой новой полосы местности ведется из собственного центра проектирования. И, в отличие от космических аппаратов, имеющих гладкую прогнозируемую траекторию, постоянные механические возмущения самолета в полете приводят к тому, что каждая отснятая полоса характеризуется уникальным углом наклона. Если в кадровых камерах проблема определения элементов внешнего ориентирования снимков блока успешно решается методом аналитической фототриангуляции, то определение подобным образом элементов ориентирования для каждой из сотен тысяч строк сканерного изображения не представляется возможным.
Обязательным компонентом при использовании сканерных изображений для метрических целей является система определения пространственных координат в режиме реального времени (direct geo-referencing — прямое геопозиционирование) с помощью интегрированной GPS/IMU-системы. Совместная обработка спутниковых измерений и данных инерциальной системы (IMU) позволяет воссоздать точную траекторию движения самолета и определить абсолютные углы наклона в каждый момент полета (не реже 200 раз в секунду).
В связи с тем, что выполнение данного контракта подразумевало изготовление ортофотопланов масштаба 1:2000 на территорию населенных пунктов и масштаба 1:10 000 на межселенные территории, аэросъемка была выполнена с пространственным разрешением 20 см с борта самолета Ан-30.
Объект работ площадью примерно 10 тыс. км2 был поделен на десять блоков, сформированных по дням съемки, на нем были размещены восемь базовых станций. Проектом были предусмотрены 94 съемочных маршрута средней протяженностью 60 км. Обработка осуществлялась в системе координат WGS–84.
Полученные изображения и траекторные данные подверглись первичной обработке с использованием программного обеспечение GPro, которое входит в комплект поставки съемочного комплекса ADS40. При переносе информации из бортового накопителя на станции обработки цифровых данных были созданы геометрически не преобразованные изображения Level 0 (рис. 2). Для дальнейшей фотограмметрической обработки необходимо было сформировать изображения Level 1 (рис. 3).
Рис. 2. Исходное изображение (Level 0)
Изображения Level 1 являются результатом проектирования снимков Level 0 на некоторую плоскость постоянной высоты, называемую плоскостью ректификации. При этом используются элементы внешнего ориентирования, измеренные в полете с помощью GPS/IMU. Плоскость ректификации фиксируется в системе координат LSR (Local Space Rectangular), которая является правой топоцентрической системой координат с началом отсчета, расположенным приблизительно в центре отснятого участка. Координаты x, y (в системе координат LSR) проекции точки местности на плоскость ректификации связаны с пиксельными координатами этой точки на изображении Level 1.
Рис. 3. Геометрически исправленное, ректифицированное изображение (Level 1)
С помощью специализированного программного модуля POSPac (Applanix Corp., Канада) была выполнена постобработка измерений GPS/IMU (рис. 4). Затем в программном комплексе GPro были сформированы изображения Level 1.
Так как маршрут записывается в виде единого изображения, процесс фототриангуляции значительно упрощается, поэтому было выполнено автоматическое измерение связующих точек без использования опорных. Ориентирование блока снимков ADS40 на территорию Кировской области было проведено с использованием программного обеспечения ORIMA (ERDAS, Inc., США), также входящего в комплект поставки съемочного комплекса. Средние квадратические погрешности (СКП) по десяти блокам составили mx = 0,27 м, my = 0,35 м, mH = 0,49 м.
Рис. 4. Постобработка измерений GPS/IMU в программном модуле POSPac
Необходимо также отметить, что были вычислены параметры перехода из системы координат WGS–84 в местную систему координат Кировской области — МСК–43. Для этого были использованы 50 геодезических пунктов на территории объекта, а также определены координаты 62 опознаков.
Следующим этапом обработки данных ADS40 стало создание ЦМР, которое выполнялось на фотограмметрических станциях Socet Set (BAE Systems, Великобритания) с использованием изображений Level 1, уравненных в программе ORIMA, и элементов внутреннего ориентирования (фокусное расстояние оптической системы и координаты детекторов в фокальной плоскости сенсора). Каждый набор элементов внешнего ориентирования (измеренных и уравненных) содержал три линейных и три угловых значения для каждой строки изображения Level 0, заданных относительно системы координат LSR.
Выбор изображений для построения модели рельефа — задача непростая. Из трех изображений, полученных под разными углами (+28,4; 0; –14,2°), можно составить три стереопары с различным отношением базиса съемки к ее высоте. Так, стереопара, включающая снимки под углами +28,4 и –14,2°, обеспечивает наибольшее значение отношения базиса к высоте и является предпочтительной с точки зрения точности решения прямой засечки. Однако эти изображения сильно отличаются друг от друга, что ухудшает надежность работы процедур автоматического сопоставления точек. Обратная ситуация складывается для стереопары, составленной из снимков, полученных под углами 0 и –14,2°. После оценки точности автоматического построения ЦМР для каждого маршрута в рассматриваемом проекте для обработки были выбраны стереопары, составленные из изображений с углами наклона 0 и –14,2° с целью минимизации редактирования оператором. После ручного редактирования ЦМР на каждой стереопаре была создана ЦМР на весь объект работ. Следующим шагом стало формирование матри ц высот с размером ячейки 2 м.
В случае построения панхроматического ортофотоизображения предпочтительным является использование изображений, полученных линейками, ориентированными в надир. Это позволяет минимизировать влияние погрешностей модели рельефа на точность ортофотоплана. В результате ортотрансформирования надирных изображений с использованием GPro получены изображения Level 2.
Рис. 5. Технологическая схема обработки цифровой съемки ADS40
Далее в программном комплексе ERDAS Imagine (ERDAS, Inc., США) было осуществлено переквантование ортоизображений по ключам перехода от WGS–84 к МСК–43. При этом 62 опознака были включены в проект как контрольные. СКП координат опознаков на результирующем изображении составили mX = 0,31 м, mY = 0,43 м, что удовлетворяет требованиям нормативных документов.
«Сшивка» изображений и формирование планшетов осуществлялись в автоматическом режиме в ПО OrthoVista (INPHO GmbH, Германия).
В результате выполненных работ созданы ортофотопланы — 2041 планшет масштаба 1:2000 и 655 трапеций масштаба 1:10 000, они переданы заказчику и успешно прошли приемку.
Правильность выбора камеры ADS40 для создания ортофотопланов на территорию Кировской области подтверждают и сжатые сроки проведения работ — на все, включая аэросъемку, потребовалось три месяца. Камера ADS40 наиболее эффективна, когда требуется создать ортофотопланы разных масштабов на одну и ту же территорию с пространственным разрешением 0,15–0,6 м и минимизировать полевые работы. Камера прекрасно подходит для оперативного создания ортофотопланов масштаба 1:2000 и может рассматриваться в качестве альтернативного космической съемке источника информации для создания ортофотопланов масштаба 1:10 00
Список литературы 1. Tempelmann U., Börner A., Chaplin B. et al. Photogrammetric software for the LH Systems ADS40 airborne digital sensor // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. — Vol. XXXIII. — Part B1. — P. 552–559. 2. Олейник С.В., Гайда В.Б. Цифровые камеры для аэрофотосъемки // Геопрофи. — 2006. — № 4. — С. 45–51.
RSS
Реклама
