Создание и пополнение топографических планов и карт с использованием результатов дистанционного зондирования Земли

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Тульский государственный  университет»

Кафедра Геоинженерии и Кадастра

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине аэрокосмические съемки на тему:

"Создание и пополнение  топографических планов и карт  с использованием результатов  дистанционного зондирования Земли"

 

 

 

 

 

Выполнил:ст.гр.321681

Великородный Д.А.

Руководитель работы: проф. ГиК

 Басова И.А.

 

 

 

 

Тула 2012

Реферат

 

Курсовая работа по дисциплине аэрокосмические съемки на тему:

"Создание и пополнение  топографических планов и карт  с использованием результатов  дистанционного зондирования Земли". 40 листов.

Объектом работы является  аэроснимки, элементы внутреннего и внешнего ориентирования, программное обеспечение ERDAS Imagine.

    Цель – создание ортофотоплана, с последующим созданием цифровой карты.

    В настоящее  время актуальность данной работы  велика, поскольку на топографических  планах и картах отображается  рельеф, гидрография, растительность, населенные пункты, дорожная сеть  и много другой информации, которая  дает нам полное представление  об окружающем мире,   позволяет  нам ориентироваться на местности  и прочее. Но окружающий нас  мир не постоянен: растут города, появляются новые населенные  пункты, строятся новые здания  и сооружения, дороги, прокладываются  коммуникации, в связи с этим  меняется рельеф, ситуация. Что в  свою очередь ведет к утрачиванию  ценности созданных ранее топографических  планов и карт. Чтобы устранить  это планы и карты пополняются  и создаются новые. Для этого  существует много способов, одним  из которых является использование  результатов дистанционного зондирования  Земли.

   

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………………  4

1 Фотограмметрическая обработка  маршрута аэросъемки……………………  5

  1.1 Создание нового  проекта ……………………………………………………… 5  

  1.2 Добавление снимков  в проект  …………………………………………………7

  1.3 Внутреннее ориентирование  снимков и задание модели аэрофото-аппарата……………………………………………………………………………………8

  1.4 Внешнее ориентирование  снимков (определение опорных  точек и точек проверки на  снимках; определение связующих  точек автоматически и вручную;  пространственная фототриангуляция)…………………………………11

  1.5 Ортотрансформирование  снимков ……………………………………………19

2 Создание ортофотоплана ……………………………………………………………26

  2.1 Отображение ортофотоснимков  в Viewer ……………………………………26

  2.2 Установление активной  области и ее параметров  …………………………27

  2.3 Выбор способа пересечение  снимков, задание параметров ………………27

  2.4 Определение границ  результирующего изображения   ……………………28

  2.5 Задание параметров, определяющих вид выходного файла………………28

3 Топографическое дешифрирование……………………………………………… 29

Заключение ………………………………………………………………………… ……31

Список литературы  …………………………………………………………………… 32

 

Введение

    В настоящее  время актуальность данной работы  велика, поскольку на топографических  планах и картах отображается  рельеф, гидрография, растительность, населенные пункты, дорожная сеть  и много другой информации, которая  дает нам полное представление  об окружающем мире,   позволяет  нам ориентироваться на местности  и прочее. Но окружающий нас  мир не постоянен: растут города, появляются новые населенные  пункты, строятся новые здания  и сооружения, дороги, прокладываются  коммуникации, в связи с этим  меняется рельеф, ситуация. Что в  свою очередь ведет к утрачиванию  ценности созданных ранее топографических  планов и карт. Чтобы устранить  это планы и карты пополняются  и создаются новые. Для этого  существует много способов, одним  из которых является использование  результатов дистанционного зондирования  Земли.

    Целью данной  работы является создание цифрового  ортофотоплана в процессе внутреннего  и внешнего ориентирования, ортотрансформирования,  дешифрирования и векторизации  объектов местности. 

 

 

 

1 Фотограмметрическая  обработка маршрута аэросъемки

 

    Основная задача  фотограмметрии – определение  формы, размеров и пространственного  положение объектов местности  – при использовании цифровых  изображений решается путем определения  координат этих объектов или  их элементов с применением  аналитических способов. Важнейшей  их особенностью является объединение  вычислительной обработки (внутреннее, взаимное, внешнее ориентирование  и т.д.) со сбором нужной для  этого информации – автоматической  идентификацией на смежных снимках  необходимых точек и измерением  их координат. Это обстоятельство  в сочетании с максимальной  автоматизацией технологических  процессов делают цифровую фотограмметрическую  обработку высокоэффективной и  технологичной, не требующей высокой  квалификации исполнителей.

 

1.1 Создание  нового проекта

    Загружаем модуль LPS (Leica Photogrammetry Suite) ERDAS Imagine. Затем File→New→ на диске D в папке Pg-05 создаем проект: D: /Pg-05/Velikorodnyy.blk → Enter. После чего появится окно Model Setup(настройка моделей), в котором указывается модель аэрофотоаппарата, параметры аэрофотосъемки:

      Geometric Model Category- Camera

      Geometric Model- Frame Camera (кадровая фотокамера) → OK.

    Далее в  окне Block Property Setup (настройка свойств проекта); в закладке Standard выбираем следующее:

      Categories - US State Plane-NAD 27- Old USGS (DO 154) Zone Numbers     

      Projection- Colorado Central (3476) → OK. 

    В закладке Custom ничего не меняем:

      State Plane Zone 3476

      Zone Type Old USGS (DO 154)

      NAO NAD 27→ OK.

    Далее приступаем к заданию параметров проекта:

      Horizontal→ set → standard

      Categories→ US State Plane NAD 27- Old

      Projection→ COLORADO CENTRAL (3476)

     Horizontal Units – Meters → OK.

      Vertical→ set→ окно Elevation Info Chooser:

      Spheroid Name (модель эллипсоидa) - Clarke 1866

      Datum Name (система координат) - NAD 27 (West Central America)

      Elevation Units: Meters

      Elevation Type:  height→ OK→ Next.

    Информация о системе углов вращения снимков:

       Rotating System (система углов разворота снимка): Omega, Phi, Kappa

      Angle Units (единицы измерения углов): Degrees

      Photo Direction (направление оси фотографирования): Z-axis for normal images

Average Flying Height (средняя высота полета): 7000 м. OK→ Next.

    Нажимаем New Camera→ окно Camera Information; в закладке General (основные) вводится тип камеры, фокусное расстояние, координаты главной точки:

      Camera Name: Zeiss RMK A 15/23

      Description (описание)

      Focal Length: 153,124

      Principal Point x0 (mm): -0,002

      Principal Point y0 (mm): 0,002.

    В закладке Number of fiducials  вводим значения координатных меток в мм из исходных данных. (Приложение А)

    В закладке Radial Lens Distortion указывается значение дисторсии - искажение хода лучей на краях линзы. Мы считаем, что наша линза идеальна, поэтому значение дисторсии не учитываем.

    Все внесенные  изменения сохраняем: Save→ OK.

1.2 Добавление  снимков в проект

Для выполнения требуемого необходимо через Edit или с помощью пиктограммы Add frame to the list, и указав путь к снимкам: D:/Pg-05/Karlova/frame, выбрать снимки col90p1, col91p1, col92p1→ OK.

    После добавления снимков в рабочем окне появится таблица со столбцами:

  Row □

  Image ID (порядковый номер снимка)

  Description (описание)

  > (текущий  кадр)

  Image Name – (путь и имя файла)

  Active (активность)

  Pyramid layer (Pyr. - пирамидальный слой)

  Interior (Int. - внутреннее ориентирование снимков)

  Exterior (Ext. - внешнее ориентирование снимков)          этапы работы

  DTM – (цифровая модель рельефа)

  Ortho – (ортотрансформирование)

  Online – (снимок есть на месте)

    Пирамидальным слоем является уменьшенная копия исходного изображения, необходимая для ускорения отображения снимка на экране (количество пикселей влияет на качество изображения). Edit→ Compute Pyramid Layers: выбираем для All Images without Pyramids→ OK. 

 

1.3 Внутреннее  ориентирование и задание модели  аэрофотоаппарата

Рис. 1. Элементы

внутреннего

ориентирования снимка

Элементами внутреннего ориентирования называют величины, определяющие положение центра проекции относительно плоскости аэроснимка. К ним относят (рис. 1) фокусное расстояние f и координаты х_о, у_о главной точки аэроснимка о' в системе оху, которые определяют при калибровке съемочной камеры, заносят в ее технический паспорт и используют для восстановления связки проектирующих лучей, существовавших во время съемки. Фокусным расстоянием называется расстояние от внутреннего центра проекции до плоскости прикладной рамки.

    Внутреннее  ориентирование цифровых изображений  (снимков) выполняется с целью установления соответствия между координатными системами растра и снимка оху (рис.2).[6]

 

Рис. 2. Координатные

системы снимка и растра

Математическая  модель внутреннего ориентирования цифрового изображения аналогична применяемой при аналитическом построении сетей фототриангуляции и предполагает определение параметров ортогонального, аффинного или проективного преобразования по избыточному числу измерений, методом наименьших квадратов. Так, наиболее часто применяемые аффинные преобразования основаны на использовании следующих формул связи исходных (х_Р, у_Р) и преобразованных (х, у) координат:

  ,

где a_i и b_i (i=0, 1, 2) - коэффициенты аффинного преобразования, определяемые из решения системы уравнений поправок, составленных по результатам измерения координат оптических меток снимка; х_Р, у_Р - физические координаты координатных меток, найденные по их растровым координатам и геометрическому разрешению изображения Δ.

Порядок отыскания параметров a_i и b_i аналогичен используемому при аналитической фототриангуляции.

Для обратного  преобразования координат точек  из системы оху в систему растра используются формулы:

  ,

где Р и Р^-1 - прямая и обратная матрицы аффинного преобразования.

Последовательность  внутреннего ориентирования в современных  цифровых фотограмметрических системах сводится к следующему.

Оператор выполняет  идентификацию первых двух координатных меток (крестов), для чего наводит на них измерительную марку и выполняет регистрацию координат в системе . После этого программа выполняет расчет положения последующих координатных меток и подводит к ним измерительную марку, а оператор выполняет необходимые уточнения и регистрацию координат точки. После измерения всех меток программа запрашивает метод преобразований, выполняет расчет параметров и выводит расхождения между эталонными и вычисленными координатами меток (крестов). При несоответствии полученных расхождений требуемым нормативными документами оператор может повторить все выполненные измерений или их часть.

Внутреннее ориентирование остальных снимков выполняется  в автоматическом режиме, для чего оператор определяет прямоугольную область метки, область ее поиска, допустимый коэффициент корреляции и величину расхождения эталонных и вычисленных координат.

Снимки, для которых  автоматическое внутреннее ориентирование завершилось неудовлетворительно, обрабатываются оператором вручную.[6]

    Для того чтобы  выполнить процесс внутреннего  ориентирования необходимо  сделать  следующее:

    в Edit выбрать Frame, появиться окно Frame Editor с закладками Sensor, Interior Orientation, Exterior Information. В первой закладке указываем Image File Name: Edit All Images, Block Model Type: Frame Camera, Sensor Name: Ziess RMK A 15/23; во второй, нажав пиктограмму Open Viewer for image fiducial measurement, появится панель Viewer Fiducial Locator, в которой наносим метки с помощью пиктограммы Start point measurement tool.     После нанесения координатных меток рассчитывается RMSE (СКО нанесения координатных меток). На третьем снимке координатные метки нанесем автоматически (для автоматического поиска координатных меток необходимо один снимок определить вручную): Auto Locate→ окно Automatic Interior Orientation, в котором выбираем текущий снимок, указываем коэффициент корреляции 0,85, затем Run.

1.4 Внешнее  ориентирование снимков (определение  опорных точек и точек проверки  на снимках; определение связующих  точек автоматически и вручную;  пространственная фототриангуляция)