2437

171

172

каталоги координат пунктов во всех используемых в городе координатных системах.

Сеть постоянно действующих спутниковых базовых станций обеспечивает многоцелевое использование сети различных городских служб, в том числе для работы в режиме RTK. Режим RTK позволяет в реальном масштабе времени с высокой точностью осуществлять координирование, вынос проектов в натуру и съёмку для различного целевого назначения, в том числе создать геодезическое обеспечение управлением современными строительными машинами.

Новейшая система управления строительной техникой, используя базовые станции в режиме RTK, обеспечивает оператора всей необходимой информацией о положении машины при выполнении любых земляных работ. В отличие от лазерных систем управления, например, экскаваторами, 3D система позволяет оператору видеть точное положение своей машины на рабочем объекте в пространстве с точной координатной привязкой к характерным линиям и направлениям проекта. GPS+ГЛОНАСС приемник, например 9901/9902, обеспечивает определение координат двух антенн GPS+, например, закрепленных на корпусе экскаватора, для последующего их пересчета на режущую кромку ковша. Приёмник имеет защищенный от вибрации корпус с магнитными креплениями и встроенный радио модем для работы в режиме RTK с сантиметровой точностью.

13.2.Аэрофотосъемка со спутниковой навигацией

илазерным сканированием городской территории

Аэросъемка городов, как правило, выполняется с целью оптимизации затрат (цена – качество) при создании и обновлении топографических планов крупных масштабов и ближних к ним средних по масштабному ряду карт. Съёмка наземными геодезическими методами больших территорий в крупных масштабах требует в 1,5-2 раза больших затрат и средств, и времени по сравнению с современными аэрофотогеодезическими методами.

Аэросъемка выполняется современными аэросъемочными системами, например на базе аэрофотоаппарата RC-30 (фирма Leica, Швейцария, рис. 13.5) со спутниковой навигацией и спутниковыми определениями координат центров фотографирования с использованием двухчастотных приемников 9500 фирмы Leica или цифровыми камерами с определением всех шести элементов внешнего ориенти-

173

рования интегрированной системой прямого геопозиционирования

GPS/IMU.

На рис. 13.5 показаны:

Компьютер с монитором и визуализацией проекта АФС.

Визир, одна из функций которого позволяет реализовать компенсацию линейного сдвига изображения, вызванного скоро-

Рис.13.5. Аэрофотосъёмочный

стью носителя.

комплекс RC-30 АФА с гироскопической установкой, с помощью

которой осуществляется горизонтирование снимков и компенсация угловых сдвигов изображения.

Аэрофотоаппарат RC-30 имеет высококачественную оптику с дисторсией не более 3 мкм и с разрешением по всему полю изображения более 100 лин/мм, компенсацию линейного и угловых сдвигов изображения. Качество материалов аэрофотосъемки позволяет обрабатывать аэрофотоснимки с коэффициентами увеличения R = 8-10 крат, что значительно уменьшает количество обрабатываемых снимков (стереопар) по сравнению с традиционной аэрофотосъёмкой (R<2-4). Отсюда сокращение затрат и более производительное выполнение комплекса работ с заданной точностью, в соответствии с требованиями «Инструкции по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов, ГКИНП (ГНТА)-02- 036-02, Москва, ЦНИИГАиК, 2002». Инструкция подготовлена с учётом достижений науки и техники в области фотограмметрии. В новой инструкции регламентировано создание топографических карт и планов масштабов от 1:25000 до 1:500 по материалам аэрофотосъёмки в цифровой форме с использованием аналитических и цифровых фотограмметрических приборов.

Двухчастотные приемники и программы обработки обеспечивают необходимую точность координат центров фотографирования, которые являются геодезическим съемочным обоснованием, полученным практически одновременно с материалами аэрофотосъемки. Это значительно сокращает объем полевых геодезических работ по

174

созданию съемочного обоснования и сокращает сроки выпуска готовой продукции.

Спутниковая навигация в реальном масштабе времени позволяет высококачественно выполнять аэрофотосъемку по компьютерной технологии и заданному проекту, то есть практически получать фотографии в заданных координатах и надежно контролировать во время фотосъемки положение носителя.

Одним из современных методов сбора и обработки данных о местоположении объектов и рельефе местности, а также их качественных и количественных характеристиках, является метод на основе лазерной локации и цифровой аэрофотосъёмки. В основе технологии лежит выполнение синхронного маршрутного лазерно-локационного сканирования местности и цифровой аэрофотосъемки в составе следующего комплекта оборудования:

Лазерный сканер. На основании данных этой подсистемы можно вычислить расстояние между излучателем и объектом отражения, а также угол (фазу) в плоскости сканирования, куда был направлен луч в момент излучения.

Инерциальная система. На основании данных этой подсистемы можно вычислить параметры ориентации летательного аппарата (датчиков инерциальной системы, лазерного сканера и фотоаппарата) относительно определенной системы координат.

GPS-приемник. На основе данных которого, осуществляется синхронизация времени работы всех подсистем, а также вводится единая система координат и совместно с данными инер-

циальной системы рассчитывается траектория полета летательного аппарата.

Для определения траектории летательного аппарата и уточнения угловых данных инерциальной системы применяется метод совместной обработки GPS-данных и данных инерциальной системы. Применение такого метода расчета повышает как точность определения угловых параметров, так и координат местоположения сканера.

Кроме прибора, выполняющего лазерно-локационное сканирование местности, на борту летательного аппарата устанавливается цифровая фотокамера для получения цветных аэрофотоснимков (рис.13.6). Поскольку в составе комплекса, выполняющего лазернолокационную съемку и цифровое картографирование, входит инерциальная подсистема, то геодезическая привязка фотографий осуществляется программным способом автоматически, учитывая траекторию

175

полёта и угловую ориентацию фотоаппарата и летательного аппарата в момент экспозиции снимка. То есть, в конечном счёте, вычисляются линейные X, Y, Z и угловые , , элементы внешнего ориентирования снимка, необходимые для трансформирования изображений в заданный масштаб.

Впередовых странах, например США, проекты аэрофотосъёмки

содновременным получением данных с помощью лидара становятся общепринятой практикой. Россия занимает третье место в мире по объёму рынка услуг воздушного лазерного сканирования, а также по количеству сканеров.

Лазерное сканирование как средство получения цифровых моделей рельефа для аэрогеодезического производства является наиболее быстро развивающейся областью приложения.

13.3.Создание планово-картографического материала

имониторинг

Технологические линии аэрофотогеодезического производства в современных предприятиях базируются на методах цифрового картографирования, например: технологическая линия отечественного производства (программные продукты PHOTOMOD, ПАНОРАМА), зарубежная технологическая линия США фирмы INTERGRAPH. В технологиях крупномасштабного картографирования используются материалы аэрофотосъёмки и спутниковая геодезическая привязка аэрофотоснимков. Для выпуска векторных планов масштабов 1:500 и 1:1000, как правило, осуществляется стереовекторизация дешифрированных контуров на цифровых фотограмметрических станциях.

176

Одним из важнейших направлений эффективного экономического развития города является рациональная организация территории, которая невозможна без наличия единой актуализированной цифровой планово-картографической основы. Первым шагом в деле обновления картографических материалов города является создание цифровых топографических планов, например в масштабе 1:10000 для целей обеспечения разработки Генерального плана.

Планово-картографическая основа создается в городской системе координат. Хранение, классифицирование и использование всего массива топографической информации реализуется, как правило, в среде ГИС, например MAPINFO. Сведения об объектах хранятся в виде двух логически связанных классов данных - графическая информация, которая в свою очередь подразделяется на растровые и векторные данные и семантическую информацию. При необходимости вся информация конвертируется в АВТОКАД.

Создание ЦТП города в масштабе 1:500 выполняется с целью оптимизации затрат и сроков по современной аэрофотогеодезической технологии (см. прил. 2). В качестве исходных материалов для ускоренной технологии используется аэрофотосъёмка (АФС) городской территории в крупном масштабе, например масштаба 1:4000, и воздушное лазерное сканирование (ВЛС). Например, АФС и ВЛС города Омска выполнены с использованием пяти базовых станций для определения элементов внешнего ориентирования аэрофотоснимков и сканерного блока.

не дожидаясь материалов аэрофотосъёмки, которые достаточно долго проходят процедуры приёмки и специальной цензуры. Такой элемент технологии реализован при картографировании территории города Омска (рис.13.8). Растр высокого пространственного разрешения

177

совмещался с реальным проектом аэрофотосъёмки и границей обработки в мировой географической системе координат. Это позволяет реально ускорить процессы проектирования и выполнения полевого комплекса аэрофотогеодезических работ по привязке наземных пла- ново-высотных опознаков.

Синхронно с лазерным сканированием, как правило, выполняется цифровая цветная АФС. На Омском объекте цифровая фотосъёмка выполнена в масштабе 1:10000 с фокусным расстоянием 60 мм и разрешением в пикселе фотоснимка 7 см.

Воздушное лазерное сканирование осуществлялось с высоты 600 м над средней плоскостью, плотность лазерных точек составляет 6 на 1 квадратный метр при частоте сканирования 150 кГц и средней скорости носителя 140 км/час. Обработка материалов воздушного лазерного сканирования выполняется по автоматизированным и автоматическим алгоритмам, по которым, в частности, выделяются поверхность земли, здания и сооружения, растительность.

Точность построения ЦМР, полученной по данным ВЛС, контролировалась по материалам полевой инструментальной съёмки. С использованием спутниковых приёмников и электронных тахеометров определялись плановые координаты и высоты идентичных точек. Расхождения между полевыми отметками и отметками, полученными по результатам ВЛС, не превысили 10 см. Точность построения ЦМР по результатам ВЛС соответствует требованиям инструкций, предъявляемым к сечению рельефа 0,5 м.

Дешифрирование для создания ЦТП масштаба 1:500 выполняется на увеличенных до масштаба 1:500 фрагментах центральных частей аэрофотоснимков панхроматической аэрофотосъёмки масштаба 1:4000. Цветные снимки масштаба 1:10000, полученные синхронно с лазерным сканированием, используются при дешифрировании, так как обладают ещё одним прямым дешифровочным признаком – цветом. Кроме того, по этим снимкам достаточно просто изготовить цветные ортофотопланы масштабов 1:1000 и 1:2000 для различного целевого назначения, учитывая то, что для каждого снимка есть исходные данные в виде элементов внешнего ориентирования и ЦМР.

Планово-высотная подготовка снимков городской территории выполняется более производительно по GPS-технологии относительно базовых станций. Режим измерения для определения координат планово-высотных опознаков «Быстрая статика». Координаты каждого опознака определяются не менее чем от двух базовых станций

178

городской сети. Например, для городской территории Омска точность координат опознаков в плане составила 3 см, по высоте – 4 см.

Фотограмметрическое сгущение опорной геодезической сети, включающей наземные опознаки и центры фотографирования, выполнялось на цифровой фотограмметрической станции Z/I фирмы Intergraph строгим способом уравнивания связок.Для создания цифровых топографических планов используется специальный классификатор для ЦТП масштаба 1:500.

На основе крупномасштабных топографических съёмок создаются различные геоинформационные (ГИС) и земельноинформационные (ЗИС) системы. В качестве примера можно привести «Концепцию слоев ЗИС», которая приведена на семинаре в Швейцарии на примере города Регенсдорфа (см. прил. 3)

Готовая продукция в виде ЦТП масштаба 1:500 выдаётся в цифровой форме на DVD дисках. Блок-схема технологии создания цифровых топографических планов города по материалам цифровой фотосъёмки и воздушного лазерного сканирования дана в прил. 2.

Материалы цифровой цветной аэрофотосъёмки и воздушного лазерного сканирования обеспечивают переход от плоской векторной формы представления цифровой информации в ГИС к суперсовременному трехмерному документированию объектов города в 3D - информационных системах. Это открывает принципиально новые возможности для детального, достоверного и динамичного отображения и модернизации всех аспектов жизни города в трёхмерном пространстве.

С целью упорядоченного подхода к системному обновлению

(мониторингу) информации необходимо обязать, чтобы все вновь

создаваемые и обновляемые планы масштаба 1:500 и новые исполнительные съёмки различных строительных организаций выполнялись и сдавались в цифровом стандартном виде. То есть,

классификатор, перечень и содержание слоёв ЦТП должны строго соответствовать установленному для города стандарту.

В целом, современные цифровые технологии обновления картографических материалов строятся на широком использовании фотографических изображений местности, полученных как с космических аппаратов, так и с самолетов и других носителей, а также материалы воздушного и наземного мобильного лазерного сканирования. На основе этих изображений создаются цифровые ортофотопланы, векторные планы и суперсовременные 3D Информационные системы.

179

Дальнейшее поддержание картографической и кадастровой информации всего масштабного ряда на современном уровне осуществляется, в зависимости от необходимой оперативности, технических требований и экономической эффективности, различными методами:

Обновление карт средних масштабов осуществляется с использованием материалов космической съемки высокого разрешения и материалов съёмок прежних лет.

Оперативное обновление планов крупных масштабов линейно протяженных объектов, например улиц, эффективно осуществлять сиспользованием наземныхмобильных сканирующих систем.

Современное периодическое обновление крупномасштабных съемок производится по материалам аэрофотосъемки с лазерным сканированием территории через 5-15 лет в зависимости от интенсивности изменений.

Текущее дежурное объектовое обновление осуществляется по результатам исполнительных геодезических съемок, которые должны быть представлены по соответствующим слоям в цифровой форме и в городской системе координат.

13.4. Перспективы развития суперсовременных технологий

Технологии основаны на использовании цифровых изображений и пространственных данных лазерного сканирования, кроются в создании реальных пространственных 3D фотомоделей объектов и территорий. Реалистичные 3Dмодели приходят на смену векторных планов и ортофотопланов, что позволяет проектировать и решать другие задачи не только на плоскости,