Проект создания цифрового плана масштаба 1:2000 на город Санкт-Петербург

- неограниченное время хранения снимков.

- неограниченное копирование снимков без потери качества.

- отсутствие деформаций, присущих аналоговым снимкам, полная сохранность при хранении.

- большие объемы устройств оперативного хранения информации.

На сегодня цифровые фотокамеры классификацируют также и по размеру  одиночного кадра: малоформатные камеры (до 16 Мега пикселей), среднеформатные камеры (от 16 до 64 Мегапикселей), крупноформатные камеры (от 64 до 256 Мегапикселей). Несмотря на относительно высокую стоимость цифровых аэрофотосъемочных систем, их возможности, производительность и экономическая эффективность в эксплуатации (при наличии необходимых для них объемов работ) делает их привлекательными и интересными.

В нашей стране изготовителем  кадровых многоматричных цифровых аэрофотоаппаратов  «4/90» и «6/90» универсального назначения занимается НТЦ «Радар». Цифровые снимки, полученные этими камерами, ориентированы на создание и обновление топографических и специальных карт и планов городов масштабов до 1:500.

Аэрофотокамеры UltraCam D. Основной принцип камеры базируется на использовании множества распространенных и доступных ПЗС матриц, объединенных в единую 90 мегапиксельную координатную систему с единым центром перспективы. Принцип работы модульный. В сенсорном модуле находятся 8 объективов, 4 из которых отвечают за съемку четырех каналов цветного изображения, а 4 расположенных в один ряд объектива отвечают за формирование черно-белого изображения. Каждый объектив "срабатывает" с задержкой 1-2 миллисекунды (в зависимости от скорости полета) относительно предыдущего, что обеспечивает съемку из одной точки всех частей выходного изображения. Такой подход обеспечивает получение детального изображения с большим захватом и хорошей геометрией без дорогостоящего оборудования и трудоемких математических преобразований

Цифровая топографическая  камера DMC позволяет проводить крупномасштабную и мелкомасштабную съемки. Она  имеет модульную структуру и  состоит из 8 синхронно работающих съемных блоков (четырех панхроматических и четырех мультиспектральных). Каждый из них содержит ПЗС матрицу (7 000х4 000 пикселей у первых и 3 000х2 000 у вторых) и объектив. Итоговое изображение формируется из перекрывающихся изображений, создаваемых съемными блоками.

Цифровой топографический  аэрофотоаппарат TwinMapper, совместной разработки компаний «Геолидар», Rollei GmbH, IGI mbH, является цифровым аэрофотоаппаратом общего назначения,  используемым в качестве средства топографического картографирования  местности, выполнения инженерных изысканий, а также для решения специальных  задач, предполагающих сбор геопространственных  данных аэрофотосъемочными методами.

TwinMapper является полнофункциональным  метрическим аэрофотоаппаратом  кадрового типа, допускающим использование  GPS/ INS средств для автоматического определения элементов внешнего ориентирования, гироплатформы и системы управления аэросъемочным процессом. Они стали активно применяться только в конце XX века. Интегральные навигационные комплексы позволяют с достаточной точностью определять параметры всех 6 элементов внешнего ориентирования снимка.

В комплект программного обеспечения  наряду со средствами навигационной  поддержки, планирования аэросъемочного проекта и обработки GPS/INS данных входят специализированные программы, обеспечивающие формирование стандартного цифрового аэрофотоснимка прямоугольной формы 23х23 см с вполне определенными метрологическими свойствами.

Фотограмметрическая обработка  аэрофотосъемочных данных осуществляется стандартными средствами, например, с  помощью пакетов Erdas Imagine, Socket Set, Photomod, Талка и др.

Конфигурации TwinMapper:

- 1-ая конфигурация - «синхронное срабатывание». Обеспечивает одновременное срабатывание затворов обеих составляющих камер с ошибкой не более 0,15 мс.

- 2-ая конфигурация – «плановая». Обе составляющие камеры устанавливаются в плановое положение и производят фотографирование попеременно, тем самым обеспечивается двукратное увеличение производительности при выполнении маршрутной съемки за счет сокращения интервала фотографирования.

- 3-я конфигурация – «единый центр». Составляющие камеры устанавливаются в положение, при котором их центры проекций располагаются на одной оси вдоль вектора продольного перемещения. Камеры срабатывают с задержкой, зависящей от скорости движения, так чтобы положение центров проекций обоих снимков в моменты фотографирования совпадало.

Все это способствует получению  синтезированного аэрофотоснимка с  единым центром проекции, т.е. с максимально  высоким фотограмметрическим качеством. Технические характеристики АФА приведены в таблице 14.

Таблица 14 Технические характеристики АФА

Размер  результирующего кадра	до 75 мегапикселей
Взаимное  перекрытие синхронных кадров	задается  перед началом аэросъемочного проекта, 10% - 60%
Фокусное  расстояние объективов	от 40 до 300 мм, объективы сменные
Синхронность  срабатывания затворов	не хуже 0.15 мс
Калибровка	Фотограмметрическая калибровка каждой камеры Калибровка взаимного положения  камер (опционально)
Размеры сенсорного блока	460х460х370 мм
Размеры блока управления	500х500х300 мм

 

V-STARS – это система  для промышленной фотограмметрии. Она  включает одну или несколько  цифровых камер с фокусным  расстоянием 17 мм и углом поля зрения объектива - 56 56^о.  Камера   имеет размер матрицы - 18.2 18.4 мм, ее разрешение - 2 033 2 044 пикселей.  В комплект системы входит компьютер, программное обеспечение и аксессуары (набор марок, жезлы для масштабирования, камера, куда помещается фотоаппарат при работе в экстремальных условиях, и проч.). Система обеспечивает работу, как в режиме реального времени, так и в режиме off line. Измерение визирных целей на цифровых фотоснимках можно выполнять в автоматическом режиме.

Проектом предусмотрено  для маршрутной аэрофотосъемки использовать цифровой аэрофотоаппарат TwinMapper. Проанализировав его технические характеристики,  можно сделать вывод, что он подходит для топографической съемки масштаба 1:2000. Выше указывалось, что использование системы прямого позиционирования позволяет с высокой точностью определить  координаты центров проекций снимков и углы их наклона, что позволяет строить пространственную модель местности во внешней системе координат.

3.4 Применение  цифровых фотограмметрических станций при создании цифровых моделей рельефа и ортофотопланов

Рис. 13 Цифровая фотограмметрическая станция

Важным  этапом при проведении картографо-геодезических  и фотограмметрических работ  является перевод аналоговых материалов на различных носителях в цифровой вид. Первичным этапом обработки аналоговой аэрофотографии является сканирование – преобразование аналоговой аэрофотографии в цифровой вид, выполняемый на сканере.  Фотограмметрические и картографические сканеры являются устройствами, обеспечивающими ЦФС исходной информацией, от качества которой зависит эффективность всей последующей обработки цифровой информации.

Для сканирования материалов аэро- и космосъемки будут применяться фотограмметрические сканеры. Фотограмметрические сканеры бывают следующих видов:

- для сканирования рулонных материалов;

- для сканирования отдельных кадров;

- комбинированные (для работы как с рулонами, так и с отдельными кадрами).

Процесс сканирования одиночных снимков  не автоматизирован -  их будут закладывать в сканер каждый снимок вручную. Сканирование рулонных материалов бывает с ручным управлением - пленка будет перематываться вручную, с автоматическим-ручным -  перемотка при помощи пульта дистанционного управления, и полностью автоматическим - оператор задаст программу, а сканирование и перемотка пройдут без его участия. (Рис.14).

 

Рис. 14 Высокоточный фотограмметрический сканер с автоматической подачей пленки

Геометрическая  точность позиционирования сканера  находиться в пределах 0,25 – 0,5 величины элемента разрешения.

Чувствительный  элемент сканера воспринимает диапазон оптических плотностей для черно-белых  аэрофотоснимков в пределах 0,1 – 2,2 D, цветных – 0,1 – 3,2 D.

Профессиональные  сканеры будут сохранять изображения  в форматах Tiled TIFF (включая TIFF, JPEG). Для работы в ЦФС «Талка» результаты сканирования сохранят именно в этих форматах.

ЦФС «Талка» может автоматически распознавать координатные метки на отсканированных аэрофотоснимках. Однако этот процесс будет выполняться надёжнее и быстрее, если будут использовать автоматический сканер. Такой сканер «не смещает» изображения для разных кадров, т.е. пиксельные координаты координатных меток от снимка к снимку примерно одинаковы. ЦФС «Талка», распознав кресты на одном снимке, будет использовать их как начальный прогноз для другого снимка (рис.14).

 

Рис. 15 Автоматическое измерение крестов (меток) в ПО ЦФС Талка

Одной из сильных сторон «ЦФС Талка» является возможность эффективной обработки  проектов с большим объёмом материалов. И именно в больших проектах особенно ярко проявляется эффективность  профессиональных сканеров.

Рис.16 Пример фотомозаики                       Рис.17 Пример фотомазаики,

                                                                цветом показаны отдельные кадры                                                                                   

3.5 ЦФС Photomod 3.8

Обработку полученных цифровых снимков предусмотрено выполнять  в ЦФС Photomod. Photomod - программное обеспечение для персональных компьютеров по цифровой обработке снимков, которое было разработано компанией Ракурс (Москва). Одним из первых ее продуктов был Photomod SP, который ориентировался, прежде всего, на обработку наземным снимков. Затем появился Photomod АТ, обеспечивающий обработку блока снимков, состоящего из нескольких маршрутов.

Последняя версия Photomod 3.8 обеспечивает:

- Обработку снимков центральной  проекции и сканерных изображений.

- Выполнение блочной фототриангуляции.

- Создание цифровых моделей  рельефа.

- Создание ортофотоплана.

- Векторизацию в стереорежиме и по ортофотоплану.

- Создание и печать  электронных карт.

- Калибровку планшетных  полиграфических сканеров.

Благодаря гибкой модульной  структуре и сетевым возможностям Photomod может использоваться как:

- Локальная полнофункциональная  цифровая фотограмметрическая 

           станция

- Распределенная сетевая  среда для реализации больших  проектов

- Дополнительные рабочие  места к имеющимся фотограмметрическим  системам типа Helava, Integraf для выполнения наиболее трудоемких операций (стереовекторизации, построения и редактирования ЦМР).

Программный модуль Photomod AT служит для выполнения комплекса работ по построению и уравниванию маршрутных и блочных сетей пространственной фототриангуляции.

Если фототриангуляция выполняется для определения координат и высот точек, используемых как опорные при последующей фотограмметрической обработке одиночных и стереопар снимков, то эти точки необходимо выбирать на изображениях четких контуров местности.

Программный модуль Photomod AT состоит из 2-х блоков: Менеджер проектов и Фототриангуляция.

Диалоговое окно Менеджера  проектов имеет 2 закладки: Проекты; Камеры.

Диалоговое окно проектов содержит список проектов, созданных  на данной станции с указанием  уникального имени и даты создания. Список проектов можно сортировать  по имени или дате создания нажатием на соответствующий заголовок.

Закладка Камеры предназначена  для создания и редактирования каталога съемочных камер.

Основные этапы фототриангуляции:

- Формирование блока.

- Внутреннее ориентирование.

- Создание каталога опорных  точек.

- Измерение опорных точек  на снимках.

- Ввод межмаршрутных связей и измерение точек сети.

- Ввода связующих точек  на перекрывающихся снимках соседних  маршрутов (Межмаршрутные связи).

- Измерение точек сети.

- Работа со схемой сети.

- Построение и уравнивание  сети фототриангуляции.

Конечной целью работ  по построению и уравниванию сетей  фототриангуляции является определение  значений элементов внешнего ориентирования снимков, которые используются при  последующей фотограмметрической  обработке стереопар снимков  в программных модулях Photomod DTM и Photomod StereoDraw.

^{Для создания и редактирования в стереорежиме трёхмерных векторных объектов используют Photomod StereoDraw . Они в дальнейшем могут использоваться для создания цифровых карт, а также как элементы модели рельефа при загрузке в модуль Photomod DTM. Непосредственно в модуле Photomod StereoDraw предусмотрен также импорт векторных объектов из популярных форматов. Модуль предоставляет пользователю необходимый набор инструментов редактирования 3D векторов, их топологического согласования, деления на тематические слои, привязки атрибутов и записей в таблице кодов. Система Photomod хранит 3D вектора в специальных файлах – ресурсах, так же как и любые другие типы объектов.}