Дмитрий Парамонов, руководитель группы ГИС, ЗАО «Аркон», г. Москва,
тел.: (495) 104-89-15, тел./факс: 780-07-88, e-mail: paramonovdima@bk.ru
На данный момент практически не осталось летательных аппаратов, не опробованных в качестве носителя аэрофотокамеры, – начиная от воздушных змеев и заканчивая искусственными спутниками Земли. При этом, как и при практическом внедрении многих других технологий и методик, во главу угла положен поиск компромисса между ценностью результата и стоимостью его достижения.
Сейчас на рынке данных дистанционного зондирования основные позиции занимают сканирующие системы, установленные на космических аппаратах. Они все более и более оттесняют на второй план классические методы аэрофотосъемки. Пожалуй, единственной нишей, где аэрофотосъемка по сей день чувствует себя уверенно, – это масштабные уровни 1:5000 и крупнее. Но и здесь ее массовое использование сдерживает один существенный фактор – стоимость. Основной вклад в дороговизну привносит авиация. На больших площадях стоимость остается в пределах разумного. Но что делать, если требуется снять участок площадью в несколько квадратных километров и менее? В данном случае использование самолета или вертолета чаще всего является неоправданным. Наземные методы позволяют решить базовые картографические и топографо-геодезические задачи, но с какой бы детальностью ни проводились эти работы, результаты съемки не могут в полной мере заменить аэрофотоснимки. В то же время потенциальных пользователей, заинтересованных в локальной аэрофотосъемке, достаточно много в разных сферах деятельности: инженерных изысканиях, топографии, архитектуре, строительстве, ландшафтном дизайне, рекламе, экологии и др.
Данную проблему можно решить путем удешевления съемки за счет использования альтернативных воздушных носителей. На настоящий момент разработаны и опробованы методики съемки с применением широкого спектра малых летательных аппаратов.
Самым легким летательным аппаратом, способным длительное время удерживать в воздухе вес пилота, является параплан. Основная особенность параплана заключается в отсутствии жестких элементов каркаса. Аппарат представляет собой летающее крыло из специальной ткани, жесткость которому придает давление набегающего потока воздуха.
В безмоторном варианте аппарат малопригоден для аэрофотосъемки, однако оснащение двигателем позволяет существенно расширить область его применения. Параплан с мотором (паралет) базируется на трехколесной «телеге». Двигатель, расположенный сзади, создает тягу 50-150 кг. Особенности конструкции паралета позволяют осуществлять взлет с 1-2 пассажирами (рис. 1).
Рис. 1. Паралет в ходе проведения аэрофотосъемки.
Паралет имеет достаточно высокие летные характеристики. Относительно большая грузоподъемность (до 400 кг) позволяет установить на нем практически любое съемочное оборудование и производить съемку с участием оператора. Малая взлетная дистанция позволяет осуществлять взлет и посадку с любой ровной поверхности (дороги, луга). Конструкция аппарата позволяет транспортировать его в прицепе легковой автомашины или в фургоне. Стоимость аппарата несоизмеримо меньше чем легких самолетов и составляет 10-15 тысяч долларов. Мобильность и функциональность обеспечивают целесообразность его применения как для аэрофотосъемки, так и для визуального мониторинга различных, в том числе потенциально опасных, объектов, что уже доказано на примере проектов, выполненных ЗАО «Аркон».
В процессе реализации ряда пилотных проектов ЗАО «Аркон» была выполнена аэрофотосъемка пяти участков общей площадью более 30 кв.км. Столь масштабные исследования обусловлены серьезностью поставленных задач: оценить рентабельность и толерантность метода к различным условиям съемки, произвести оценку геометрической точности и особенностей использования результатов, отработать технологию аэрофотосъемки до стадии производства.
В ходе тестовых полетов использованный тип паралета доказал надежность и неприхотливость к погодным условиям и, что главное, к условиям взлета и посадки. Полеты осуществлялись как в солнечную, так и в пасмурную погоду при силе ветра от штиля до 9 мс с пашни, полевой дороги или луга. Успешное выполнение работ во многом обеспечивалось разделением функций: оператор, занимающий пассажирское место, осуществляет исключительно работу с камерой; пилот же, в свою очередь, выполняет полет по траектории на заданной высоте, позиционируясь на основе навигационных приборов (GPS, вариометр). Съемка обычно производится с высот от 200 до 700 метров, хотя в принципе диапазон высот может варьироваться от 100 до 1500 метров. Цифровая камера, установленная на аппарате, имеет систему горизонтирования, что позволяет выдерживать угол отклонения оси съемки от вертикали в пределах 10 градусов. Результатом полета является серия цифровых снимков размером 12мгп с разрешением на местности 5-25см (рис. 2). Следует также отметить, что полный цикл работ от момента подписания договора до сдачи материалов заказчику составляет не более месяца, а при небольших объемах можно уложиться в две недели.
Рис. 2. Фрагмент мозаики из полученных ортотрансформированных снимков (разрешение 25 см).
Одним из ключевых требований к производимым работам являлось обеспечение геометрической точности и уровня детализации в соответствии с масштабами 1:500 — 1:2000, а также получение цифровой модели рельефа автоматизированными методами. Соответствие данным требованиям достигается только при выполнении фотограмметрической обработки аэрофотоснимков. В настоящее время одним из наиболее передовых программных комплексов, обеспечивающих фотограмметрическую обработку аэрофотоснимков с последующим автоматизированным получением ЦМР, является используемая нами система Leica Photogrammetry Suite (LPS). Существенным плюсом программы является отсутствие заданных в явной форме ограничений по количеству снимков в блоке и возможность обработки аэроснимков, в том числе полученных посредством неспециализированных зеркальных цифровых камер. Для построения сети фототриангуляции недостаточно одних снимков и сведений о параметрах дисторсии объектива, требуется также проведение работ по планово-высотному обоснованию снимаемого участка. Для данных целей наилучшим образом подходят фазовые GPS-приемники.
В результате выполнения комплекса фотограмметрических работ, в который входит корректировка цифровой модели рельефа, исправление яркости для бесшовного совмещения снимков, создание мозаики ортотрансформированных снимков и построение изолиний рельефа, мы получаем данные, дальнейшее использование которых зависит от поставленной задачи.
Мозаика аэрофотоснимков, цифровая модель рельефа и перспективные фотографии позволяют решить широкий спектр картографических и геоинформационных задач: создание виртуальных моделей местности, составление топографических планов масштабов 1:500-1:5000, осуществление мониторинга, разработка экологических карт (рис. 3).
Рис. 3. Фрагмент виртуальной модели местности.
Возможность получения высотных характеристик объектов позволяет отображать при виртуальном моделировании здания, сооружения и растительность. В итоге, после насыщения виртуальной модели трехмерными объектами удается достичь высокого уровня реалистичности и использовать эту модель в целях архитектурного дизайна и ландшафтного планирования. Высокая детализация снимков (до 5 см в пикселе) позволяет достоверно отображать ландшафт и сохранять высокое качество текстур виртуальной модели даже в режиме эмуляции передвижения на автотранспорте и, тем более, при пролете над земной поверхностью.
Получаемые данные пригодны также для составления топографических планов масштаба 1:500-1:5000 в формате CAD в полном соответствии с принятыми условными знаками. В ходе работ на основе ЦМР формируются изогипсы и высотные отметки. Для дешифрирования объектов на местности используется мозаика ортотрансформированных снимков в комплексе с перспективными аэрофотографиями участка работ, позволяющими определить этажность и тип построек, уточнить характеристики сооружений и растительности. Полученные планы пригодны для использования в целях городского планирования, реконструкции и комплексного строительства (рис. 4).
Рис. 4. Фрагмент топографического плана масштаба 1:2000.
Доступность метода позволяет реализовывать мониторинг объектов посредством регулярной съемки, что особенно востребовано для решения задач управления территориями. Наличие разновременных данных делает возможным проведение не только оценки динамики площадей и положения объектов, но и изменения поверхности, объемов выемки или насыпки материала. На данный момент механизм автоматизированных расчетов объемов привносимого или изымаемого материала прошел апробацию и находится в стадии внедрения как для технических статистических целей, так и для анализа экологической обстановки.
Разработанный метод весьма перспективен, открыт для дальнейших усовершенствований и направлен на расширение областей применения аэрофотоснимков высокого и сверхвысокого разрешения в комплексе с ЦМР для решения многих актуальных прикладных задач. Он основан на инновационных решениях и является, на наш взгляд, искомым компромиссом между ценностью данных и стоимостью их получения.
