Парамонов Д.А., начальник группы ГИС, ЗАО «Аркон», г. Москва, тел.: (495) 780-07-88, E-mail: paramonov@ark-on.ru
Несмотря на появление воздушного лазерного сканирования и общее развитие технологий сбора информации о Земле, крупномасштабное (1:1000 – 1:5000) картографирование сравнительно небольших участков с размерами 1-30кв.км по-прежнему является проблемным. Причины заключаются в том, что данные такой точности пока не могут быть получены по результатам космических съемок, применение наземных съемок на участках более 1 кв. км не отвечает требованиям оперативности и требует вложения значительных средств, а использование метода воздушного лазерного сканирования для съемки участков до 10кв.км является экономически нецелесообразным.
В то же время, практика показывает, что часто аэрофотоснимки и картоматериалы небольших участков площадью до 30кв.км в масштабе крупнее 1:5000 являются востребованными, например, инвестиционными компаниями.
Как правило, перед компанией-инвестором стоит комплекс задач, таких как:
- Ландшафтное планирование
- Разработка архитектурных и экологических решений
- Оценка рентабельности
- Презентация проекта.
Решение подобных задач существенно упрощается при наличии крупномасштабной аэрофотосъемки. Получив возможность анализировать участок с высоты птичьего полета, заказчик убивает вышеперечисленных зайцев одним выстрелом.
Предлагаемое решение
В компании ЗАО «Аркон» уже несколько лет успешно развивается и используется метод, который позволяет произвести аэрофотосъемку, пригодную для фотограмметрической обработки. Этот метод основывается на использовании сверхлегких летательных аппаратов. В ходе длительных поисков оптимальным носителем был признан «паралет» (рис. 1).
Рис. 1. Двухместный паралет на взлете (спереди оператор за ним пилот).
Это, конечно, не единственный вариант. Для фотосъемки с воздуха в большей или меньшей мере пригодны все летательные аппараты. Однако задача аэрофотосъемки многопараметрическая: аппарат должен быть способен поднять в воздух калиброванную оптику, средства горизонтирования аппаратуры, средства аэровизуального контроля, навигационное оборудование. Если речь идет о беспилотных аппаратах, то возникает и задача обеспечения дистанционного контроля, радиосвязи, безопасности и т.д. Среди свободнолетающих аппаратов «паралет» по многим показателям является рекордсменом. Перечислим его преимущества:
- Полезный вес, который он может взять на борт, больше его массы. К «полезному весу» в первую очередь относятся пилот, оператор, фотоаппаратура и навигация (200-250кг).
- Небольшая взлетная и посадочная скорость: 50км/ч и 40км/ч, соответственно
- Большая площадь крыла позволяет аппарату уверенно планировать даже при выключенном моторе.
- Скорость полета (60км/ч) достаточно высока, чтобы «пробивать ветер» до 10м/с. Но она не настолько высокая, чтобы даже в условиях малой освещенности мы получали смазанные снимки.
Одним из основных козырей данного решения является относительно невысокая стоимость аэрофотосъемки. Стоимость летного часа используемого аппарата сопоставима со стоимостью керосина, который вертолет МИ 8 сжигает при раскрутке винтов еще до взлета.
Успешному выполнению задачи способствует наличие оператора на борту. Пилот не отвлекается на фотосъемку и занят исключительно пилотированием по заданной GPS траектории. Оператор же выполняет съемку, осуществляет контроль, горизонтирует камеру. Как правило, для покрытия снимками площади до 10кв.км хватает одного залета. Съемка осуществляется с 90% перекрытием, что позволяет нещадно отбраковывать некондиционные снимки. Наряду с вертикальной проводится и перспективная панорамная фотосъемка участка (рис. 2). Перспективная съемка производится в соответствии с требованием 100% покрытия участка панорамными изображениями. Заказчику дается возможность оценить ландшафтную эстетику в любой точке участка. Кроме того, панорамы используются для «встраивания» архитекторских решений в существующий пейзаж.
Рис. 2. Панорамные изображения окрестностей Солнечногорска.
Процедура обработки
Фотограмметрическая обработка аэрофотоснимков невозможна без планового высотного обоснования. Целью наземных полевых работ является создание равномерной сети опорных пунктов посредством закрепления опознанных на снимках точек фазовыми GPS приемниками (Trimble 5700, 4700).
Сами по себе необработанные аэрофотоснимки представляют небольшую ценность. В перечне работ задача обработки и ортфототрансформации результатов аэрофотосъемки является наиболее высокотехнологичной и требует современного мощного программного обеспечения, способного «переварить» сотни снимков, увязанных в единый блок фототриангуляции. На наш взгляд, программное обеспечение Leica Photogrammetry Suite (LPS) является оптимальным средством для ее решения. Оно обеспечивает возможность уравнивания блока в требуемых точностных пределах и позволяет автоматизировать извлечение ЦМР из стереопар (рис. 3).
Рис. 3. Пример рабочих окон LPS в ходе обработки участка площадью 6кв.км.
Процедура автоматического создания ЦМР базируется на корреляционном анализе, но, к сожалению, далеко не всегда «коррелятор» успешно справляется с поставленной задачей. Автоматически построенная ЦМР иногда выглядит жутковато и нуждается в чистке и корректуре. Имеющиеся в LPS средства редактирования позволяют вносить в нее единичные исправления, но, когда площади измеряются километрами, функциональности имеющихся инструментов не хватает. К тому же накапливающаяся с каждым часом «анаглифическая усталость» оператора быстро снижает скорость редактирования. И тут мы решили воспользоваться услугами «старой рабочей лошадки» в виде Avenue – объектно-ориентированного языка программирования, входящего в состав ArcView GIS 3.x. В рамках проекта ЗАО «Аркон» разработан программный модуль интерактивного исправления ошибок ЦМР. С его помощью оператор, не ломая глаза, может вырезать наземные объекты, выравнивать зашумленные поверхности, отрисовывать вручную элементы рельефа горизонталями или точками, вносить поправки в фоновую поверхность на основе данных контрольных измерений и т.д. Фоновый контроль редактируемого участка посредством анаглифов позволяет выделить неоднозначно опознаваемые ошибки.
Нашлось применение для Avenue и при создании панорам. Перепроецирование персперпективных снимков в условную гномоническую проекцию (рис. 4) позволяет сделать бесшовную склейку из четырех и более снимков с ровным прямым горизонтом. Попытки же склеить снимки с горизонтом без трансформации заканчиваются закручиванием панорамы в «бублик».
Рис. 4. Перспективный снимок: а) исходный; б) после перевода в условную гномоническую проекцию.
Результаты
В итоге комплекса работ заказчику передаются следующие материалы, призванные полностью утолить его потребности в информации:
- Мозаика ортотрансформированных аэрофотоснимков с разрешением 10-20см (рис. 5)
- ЦМР на незалесенные территории (размер ячейки 1м)
- Топографический план (1:1000-1:5000)
- Серия панорамных фотографий, накрывающих весь участок и прилегающие территории.
Подготовленный презентационный материал, обладающий высокой метрической точностью (0,5-1м в плане и 0,3м по высоте), пригоден для планирования земляных работ, разработки архитектурных проектов, оценочных исследований и других целей. Результаты работы являются конечным продуктом и, в то же время, служат основой для решения производных задач, связанных с картографированием, архитектурой и ландшафтным дизайном.
Рис. 5. Фрагмент мозаики ортотрансформированных аэрофотоснимков.
