Анализ технологии построения на цифровых фотограмметрических станциях

Оглавление
Введение 3
1. Из истории развития цифровой фотограмметрии 5
2. Обзор программных средств в области фотограмметрии 8
2.1. ЦФС «PHOTOMOD» 9
2.2. ЦФС «ТАЛКА» 11
2.3. Сравнительный анализ цифровых фотограмметрических станций «ТАЛКА» И «PHOTOMOD» 13
3. Совершенствование методики автоматического набора связующих точек в ПО «Геоматика-Фотосхема 0.0.1» 16
3.1. Алгоритмы автоматического расчета связующих точек в PHOTOMOD 16
3.1. Автоматический расчёт связующих точек в ЦФС «Геоматика-Фотосхема» 25
3.2. Экспериментальные исследования методики автоматического набора связующих точек на ЦФС «Геоматика-Фотосхема» 31
4. Упрощение технологии построения ортофотопланов на цифровых фотограмметрических станциях. 35
4.1. Технология создания ортофотопланов на ЦФС «ТАЛКА» 36
4.2. Технология создания ортофотопланов на ЦФС «PHOTOMOD» 38
4.2.1. Использование модуля PHOTOMOD Mosaic для построения качественных ортофотопланов 38
4.2.2. Рекомендуемая технологическая схема построения высококачественного ортофотоплана 43
4.3. Разработка упрощённой технологии построения ортофотопланов на ЦФС PHOTOMOD 46
Заключение 53
Библиографический список 55

1. Из истории развития цифровой фотограмметрии
Стремительное развитие цифровой аэрофотограмметрии за последние время привело к внедрению инноваций в технологическую цепочку производства основных фотограмметрических продуктов, таких как цифровые ортофотопланы, ЦМР и др.
...

2. Обзор программных средств в области фотограмметрии
Как говорилось выше, в настоящее время почти все фотограмметрические программные продукты позволяют практически в автоматизированном режиме выполнять основной комплекс фотограмметрических работ - от получения одиночного снимка до создания ортофотопланов. Основными целями данной работы, являются глубокий анализ, исследование одной из автоматических функций в ЦФС «Геоматика-Фотосхема», а также рассмотрение и изучение технологии построения ортофотопланов в двух цифровых фотограмметрических системах ТАЛКА и PHOTOMOD, с последующей разработкой новой технологически упрощённой цепочки этапов построения ортофотопланов в ЦФС PHOTOMOD.
Для успешного выполнения поставленных целей необходимо дать краткую характеристику основных ЦФС, провести сравнительный анализ ЦФС «ТАЛКА» и PHOTOMOD и выявить основные преимущества и недостатки в технологическом процессе.
...

2.1. ЦФС «PHOTOMOD»
Система PHOTOMOD появилась в 1994 году (PHOTOMOD SP) и постоянно развивалась. Ее последняя версия (PHOTOMOD 5.21) предназначена для решения полного комплекса задач от построения сети фототриангуляции и моделей рельефа, до создания цифровых карт местности и ортофотопланов. Используемые ею математические модели позволяют обрабатывать не только наземные и воздушные снимки центральной проекции, но и сканерные, радиолокационные изображения, а также снимки, полученные неметрическими камерами. Система PHOTOMOD обладает расширенными возможностями по обработке данных дистанционного зондирования различных типов и форматов. Это одна из немногих ЦФС в СНГ, позволяющая обрабатывать космические сканерные изображения, полученные с помощью различных сенсоров (SPOT 1-5, Terra/ASTER, IRS, IKONOS, QuickBird, Landsat, EROS, OrbView, Cartosat 1, Formosat 2). По возможностям обработки космоснимков PHOTOMOD значительно превосходит все остальные ЦФС [3].
...

2.3. Сравнительный анализ цифровых фотограмметрических станций «ТАЛКА» И «PHOTOMOD»
Проведем сравнительный анализ возможностей двух российских ЦФС («ТАЛКА» и «PHOTOMOD»).
1. Фотограмметрическое сгущение.
Для PHOTOMOD это:
• удобная модульная структура обработки с четким разделением на этапы;
• использование эпиполярных изображений при измерении точек;
• значительно более широкий выбор стереорежимов;
• более удобный интерфейс в части отображения стандартных зон на экране для взаимного ориентирования;
• широкие возможности нанесения и переноса фотограмметрических точек;
• возможность промежуточного контроля качества построения маршрутной сети путем объединения смежных моделей;
• интуитивно более понятный механизм уравнивания сети.
...

3.1. Алгоритмы автоматического расчета связующих точек в PHOTOMOD
Одним из трудоемких процессов в цифровых фотограмметрических системах является процесс измерения связующих точек, необходимых для уравнивания блоков аэро и космических снимков. Для повышения точности и скорости обработки измерения точек традиционно используется площадной коррелятор. Главной проблемой использования стандартного площадного коррелятора является необходимость задания приближенного положения связующей точки на разных снимках, что и производится оператором. Другим подходом к поиску связующих точек является нахождение одноименных особенностей на снимках - «особых» точек, линий, фигур. Такие алгоритмы называются обычно «feature based» [14]. В цифровой фотограмметрической системе PHOTOMOD реализован следующий подход, состоящий из 5 этапов:
1. Производится сегментация всех изображений - разбиение изображений на области с примерно одинаковыми фотометрическими характеристиками.
2.
...

3.1. Автоматический расчёт связующих точек в ЦФС «Геоматика-Фотосхема»
В настоящее время наблюдается значительный спрос на работы по созданию ортофотопланов. В связи с этим возникает необходимость оперативно обрабатывать материалы аэрофотосъёмки с минимальными трудозатратами.
Наиболее трудоёмким этапом, занимающим большое количество времени, является измерение связующих точек, без которых невозможно построить общую для блока снимков модель, а значит и цифровую модель, и ортофотоплан. Поэтому специалисты научно-производственной фирмы «Талка-ТДВ» разработали опцию «Расставить и пересчитать точки» для автоматической расстановки связующих точек на группе снимков проекта, которая работает при условии, что для всех обрабатываемых снимков задано положение в маршрутной схеме (в блоке). В дальнейшем эта функция была усовершенствована в ПО «Геоматика-Фотосхема», разработанном департаментом инновационных технологий «Технологического центра «Геоинформатика».
...

3.2. Экспериментальные исследования методики автоматического набора связующих точек на ЦФС «Геоматика-Фотосхема»
Для облегчения напряжённой работы фотограмметриста, избавления его от скучной повторяющейся «механической» работы необходимо, чтобы как можно больше производственных процессов было автоматизировано. К таким процессам относится автоматическая расстановка связующих точек в ПО ЦФС «Геоматика-Фотосхема» разработанная для увеличения эффективности работы оператора.
Во время производственной практики в аэрофотосъемочном предприятии ООО «Агентство «БАЛТАЭРОСЕРВИС» велась обработка двух проектов с целью создания ортофотопланов:
1) 250 снимков на территорию Красносельского р-на г. Санкт-Петербург полученных с помощью цифровой камеры Phase One 645 DF с цифровым задником Phase One P65+ и объективом Phase One Digital AF 80mm/2,8, f=79,755 Нист=2500 м;
2) 400 снимков на территорию Ленинградской обл.
...

4.1. Технология создания ортофотопланов на ЦФС «ТАЛКА»
Технология создания ортофотопланов на цифровой фотограмметрической станции (ЦФС) «ТАЛКА» сертифицирована в Госгисцентре (сертификат №РОСС RU.KP02.C00078 от 18 ноября 2004 г.). Данная технология предусматривает выполнение нескольких этапов работ параллельно, что позволяет создать продукцию в сжатые сроки и более гибко использовать производственные мощности.
Технология создания ортофотопланов состоит из следующих этапов:
- создание проекта и ввод исходных данных;
- выполнение внутреннего ориентирования снимков;
- измерение соответственных, связующих, характерных точек рельефа и др.;
- расстановка и измерение точек планово-высотной подготовки;
- расчёт и создание фотограмметрической модели;
- создание регулярной ЦМР;
- нанесение областей на снимки;
- расчёт ортофотопланов.
Порядок выполнения этапов представлен на технологической схеме на рис.12.

Рис. 12.
...

4.2.1. Использование модуля PHOTOMOD Mosaic для построения качественных ортофотопланов
Одним из основных продуктов, получаемых на выходе цифровых фотограмметрических систем (ЦФС) являются ортофотопланы. В процессе ортофототрансформирования (преобразования в ортогональную проекцию) на исходных снимках корректируются геометрические искажения, связанные с параметрами камеры, наклоном оптической оси, рельефом местности и т. п. Результат ортотрансформирования в виде единого непрерывного растра или набора листов представляется в какой либо картографической проекции.
В ЦФС PHOTOMOD для построения ортофотопланов используется программа PHOTOMOD Mosaic. Ортофотоплан строится с заданным пользователем разрешением на местности и привязывается к выбранной системе координат. Предусмотрены инструменты выравнивания яркости и создания областей трансформирования – фрагментов отдельных изображений, включаемых в выходную мозаику. Границы областей трансформирования называются порезами.
...

4.2.2. Рекомендуемая технологическая схема построения высококачественного ортофотоплана
Данная технологическая схема является рекомендуемой и многократно опробованной в рамках производственных отделов как фирмы «Ракурс», так и сторонних пользователей PHOTOMOD. При этом практически во всех случаях был получен требуемый результат - высококачественные ортофотопланы. Однако это не значит, что данная схема является обязательной к исполнению, т. к. невозможно предусмотреть все варианты входных данных и требований заказчика. Поэтому возможно (и приветствуется) проявление опытными пользователями творческого подхода. Начинающий же пользователь может целиком следовать приведенной схеме.
Чаще всего в качестве входных данных при построении ортофотоплан заказчик задает границы блока и размер листов, размер пиксела ортофотоплана, масштаб карты, а также формат выходного файла и тип геопривязки. Модель рельефа обычно строится в том же проекте.
...

4.3. Разработка упрощённой технологии построения ортофотопланов на ЦФС PHOTOMOD
Для построения качественного рельефа (нанесения горизонталей) требуется большое количество точек, такое число необходимо, чтобы обеспечить требуемую точность к их нанесению. С нашей точки зрения для составления ортофотопланов большого количества точек не требуется, а это означает, что от некоторых технологически сложных этапов можно отказаться (например, не выполнять специальные измерения для построения регулярной ЦМР). При этом точек должно быть ровно столько, и они должны быть расположены в таких местах, чтобы смещение точек за рельеф на ортофотоплане не превосходили инструктивных требований.
Поэтому предлагается использовать при составлении ортофотопланов только точки фототриангуляции (связующие, опорные и др.), добавив к каждой пары снимков точки с экстремальными высотами (собственно максимальные и минимальные высоты).
...

Заключение
Представленная дипломная работа содержит исследования и разработки, которые можно рассматривать как решение актуальной научной задачи, посвященной технологии построения ортофотопланов на цифровых фотограмметрических станциях.
В данной работе была сделана попытка дать краткую характеристику цифровых фотограмметрических систем, используемых на предприятиях – «ТАЛКА» (ныне «Геоматика-Фотосхема») и PHOTOMOD. Упор делается на сравнении и выявлении характерных особенностей, достоинств и недостатков двух наиболее распространенных российских ЦФС в процессе фотограмметрической обработки для создания ортофотопланов.
Практический аспект этой работы заключает в глубоком анализе технологий фотограмметрической обработки применяемых для построения ортофотопланов в современном картографо-геодезическом производстве, с нахождением новых более эффективных методик обработки аэросъёмочного материала.
...

Библиографический список
1. Алчинов А.И., Викторов А.В., Кекелидзе В.Б. Автоматизация взаимного ориентирования снимков в ПО ЦФС Талка 3.6. // «Геопрофи». - 2008. - № 4. – С. 47-49.
2. Алчинов А.И., Кекелидзе В.Б. Технология создания ортофотопланов на ЦФС «ТАЛКА» // «Геопрофи». - 2004. - № 6. – С. 19-21.
3. Антипов И. Т. Математические основы пространственной аналитиче-ской фототриангуляции. – М.: Картгеоцентр – Геодезиздат, 2003. – 296 с.
4. Гольдберг Г. Прошлое и настоящее цифровой фотограмметрии. ООО Metrum, Рига, Латвия, 2007.
5. Дракин М.А., Зеленский А.В., Елизаров А.Б., Сечин А.Ю. Алго-ритмы автоматического расчета связующих точек в PHOTOMOD 4.0. Геодезия и картография, № 5, 2006, стр. 37-41.
6. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании циф-ровых топографических карт и планов. М., 2002, 100 с. (Федеральная служба геодезии и картографии России)
7. Новоселов В.Г. Использование модуля PHOTOMOD Mosaic для по-строения качественных ортофотопланов. «Ракурс», Москва, Россия. 2005
8. Новоселов В.Г. Рекомендуемая технологическая схема построения высококачественного ортофотоплана. «Ракурс», Москва, Россия. 2005
9. Панасенкова Н.А. Точность построения ортофотопланов. Авторе-ферат.
10. Приложение к руководству пользователя ПО «Геоматика-Фотосхема». Описание утилит.-М.: ОАО ТЦ «Геоинформатика»,, 2011.-44с.
11. Пятый международный семинар пользователей системы PHOTO-MOD. Цифровые фотограмметрические технологии // Система PHOTOMOD: современные решения, перспективы развития. Тезисы докладов. - Юрмала, 2005. – 70 с.
12. Система PHOTOMOD 5.21. Руководство пользователя. - М.: ЗАО «Ракурс», 2011. – 821 с.
13. Система ТАЛКА. Руководство пользователя (версия 4.0.1) – М., 2010. – 250с.
14. Manual of Photogrammetry. Fifth Edition. Ed. J. Chris McGlone. ASPRS, 2004.
15. Adrov V.N., Chekurin A.D., Sechin A.Yu., Smirnov A.N., Adam-Guillaume J.-P., Quessete J.-P., "Program PHOTOMOD: digital photogrammetry and stereoscopic image synthesis on a personal computer", in Digital Photogrammetry and Remote Sensing'95, Eugeny A. Fedosov, Editor, Proc. SPIE, 2646, pp. 89-96, 1995