Конспект лекций ДЗЗ. 1. Введение. Дистанционное зондирование Земли. 1 Основы дистанционного зондирования Земли
 Скачать 1.51 Mb.
|
|
7.2 Цифровое ортотрансформирование снимков Описание методики цифрового ортотрансформирования снимков. Ортотрансформирование снимков При ортотрансформировании снимков происходит исправления снимков за угол наклона, за рельеф и приведение к заданному масштабу. Ортотрансформирование выполняется если смещение точек за рельеф на трансформированном снимке масштаба t 1 будет превышать допустимое значение доп h h r Ht rhm r 74 После выполнения внутреннего ориентирования снимков, выполняется ортотрансформирование. Здесь также как и при обратном трансформировании задается пустая матрица, представляющая собой ортотрансформированное изображение. Далее для элементов данной матрицы с координатами 0 0 y x вычисляются координаты XY точки местности по формулам: f y Z Z Y Y f x Z Z X X S S S S 0 0 Первоначально в данных формулах будет использоваться Z среднее. По полученным координатам XY определяется координата Z элементарного участка местности соответствующая пикселю цифрового снимка с координатами 0 0 y x Z определяется на основе цифровой модели рельефа. Затем получив Z заново вычисляют координаты XY точки местности и снова уточняется Z , таким образом выполняется несколько итераций, до тех пор пока разница между двумя последними итерациями не будет в допуске. После определения координат XYZ точки местности, соответствующей элементу ортотрансформированного снимка с координатами 0 0 y x , вычисляют плоские координаты xy точки на исходном изображении по формулам: * * 0 Z X f x x , * * 0 Z Y f y y , ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 3 3 3 2 2 2 1 1 1 S S S S S S S S S Z Z c Y Y b X X a Z Z Z c Y Y b X X a Y Z Z c Y Y b X X a X Затем элементу цифрового ортотрансформированного снимка с координатами 0 0 y x присваивается значение яркости с координатами xy исходного изображения. Аналогичным образом, выполняются вычисления для каждого пикселя. 8. Технологии создания карт 8.1. Комбинированный метод создания карт Технологические варианты комбинированного метода создания карт. Главное отличие комбинированного метода от стереотопографического заключается в том, что при комбинированном методе аэрофотосъемка используется только для составления контурной части планов. Это вызвано тем, что требования к аэрофотосъемке, используемой для рисовки рельефа и составления контуров различны. При комбинированном методе важно уменьшить смещение точек на фотоплане, вызванное рельефом местности которое, как известно, определяется по формулам: H h r r h или f m h r r h , 75 где h - превышение точки местности над начальной горизонтальной плоскостью; m - знаменатель масштаба аэросъемки; r - радиус-вектор, соединяющий точку снимка с точкой надира; f - фокусное расстояние фотокамеры; H - высота фотографирования; Из формулы следует, что смещение точки на снимке (фотоплане) тем меньше, чем больше фокусное расстояние АФА и высота фотографирования, а превышения точек незначительны. При стереотопографическом методе материалы аэрофотосъемки должны обеспечивать заданную точность определения высот точек, которая может быть определена по формулам: p b H h или P p f m h , где b - базис фотографирования; p - средняя погрешность определения разности продольных параллаксов; ∆h- средняя погрешность, допустимая при определении высот. Анализируя эти формулы и сопоставляя их с формулами видим, что точность определения высот тем выше, чем меньше высота фотографирования и чем меньше фокусное расстояние АФА, т.е. требования к выбору масштаба аэросъемки и фокусному расстоянию АФА для стереотопографического и комбинированного методов находятся в противоречии. На практике выполнить аэросъемку, удовлетворяющую точность определения точек, как в плане, так и по высоте, особенно в крупных масштабах, не всегда представляется возможным. Поэтому в этих случаях приходится выполнять две аэрофотосъемки с различными параметрами. Одна из них используется для изготовления фотоплана, другая для рисовки рельефа. При проектировании технологий создания карт и планов основными критериями являются экономичность и точность. В свою очередь экономичность зависит от параметров аэрофотосъемки, чем мельче масштаб залета по отношению к масштабу создаваемой карты, тем меньше будут затраты средств и труда на ее создание. 76 8.2. Стереотопографический метод создания карт Технологические варианты стереотопографического метода создания карт. Техническое проектирование Расчет параметров аэросъемки или космической съемки Маркировка Аэросъемка Сканирование негативов Космическая съемка Планово-высотная подготовка Дешифрирование Фотограмметрическое сгущение Создание цифровых фотопланов / ортофотопланов Создание цифровой карты Редакционные работы Техническое проектирование Расчет параметров аэросъемки или космической съемки Маркировка Аэросъемка Сканирование негативов Космическая съемка Планово- высотная подготовка Дешифрирование Фотограмметрическое сгущение Создание цифровых фотопланов / ортофотопланов Создание цифровой карты Редакционные работы Съемка рельефа в поле 77 При использовании стереотопографического метода создания карт все процессы по обработке снимков выполняются на универсальных фотограмметрических приборах (УП, АУП, стереоплоттеры). Сначала необходимо построить геометрическую модель местности. Исходные данные для этого: 1. аналоговые или цифровые снимки. 2. паспортные данные АФА (,,,,,,,) 3. каталог координат опорных точек или элементы внешнего ориентирования снимков 4. результаты дешифрирования Техническое проектирование. Расчет параметров а/с. На этом этапе дается характеристика участка работ. В зависимости от масштаба создаваемой карты и сечения рельефа на карте, задается точность планового положения контуров на местности. Определяется объектный состав, который нужно отобразить на карте и изучаются дополнительные условия определяемые заказчиком. Дается физико-географическое описание района работ (климат, топографическая изученность, дорожная сеть, гидрография и т.п.) Планирование летносъемочных работ. Планирование полевых работ (геодезические, полевое дешифрирование: сплошное или частичное). Планирование камеральных работ: выбор метода создания карт, программного обеспечения и др. Аэрофотосъемка Основным документом для выполнения аэрофотосъемки является технический проект, которым определяются основные параметры аэрофотосъемки (высота фотографирования, продольное и поперечное перекрытия, базис фотографирования, расстояние между маршрутами, количество требуемых фотоматериалов). На первом этапе определяются границы съемочных участков. Для этого по заданным значениям масштаба аэрофотосъемки и фокусного расстояния вычисляется высота фотографирования и по формуле (1) проверяют, удовлетворяют ли характеристики рельефа местности требованиям аэрофотосъемки. (h max -h min )/H<0.2, (1) Если условие не выполняется, то объект разбивается на отдельные съемочные участки, для каждого из которых вычисляются свои параметры, кроме того размер съемочного участка не должен быть слишком большим, чтобы аэрофотосъемка была выполнена в один полет. Границами съемочных участков служат, как правило, рамки топографических трапеций, но можно использовать и другой подход. Для каждого съемочного участка вычисляются величины, приведенные в таблице. Основными параметрами аэрофотосъёмки являются: масштаб фотографирования (m), высота фотографирования (Н Ф ), фокусное расстояние АФА (f), а также продольное и поперечное перекрытия аэрофотоснимков (P x и P y ). Первые три параметра связаны соотношением: Высоту фотографирования относительно средней плоскости участка аэрофотосъемки Н Ф найдем по формуле: Продольные и поперечные перекрытия снимков, определяются в соответствии с “Основными положениями по аэрофотосъемке”, выполняемой для создания и обновления карт. ф H f m 1 f m H 78 Рисунок 9 – Продольное и поперечное перекрытие снимков Продольное перекрытие определяется в соответствие с таблицей 5. Таблица 5 – Таблица расчета продольного перекрытия снимков Заданное Р х % Минимальное Р о % Максимальное Р x % h:H<0,2 h:H>0,2 60 56 66 70 80 78 83 85 90 89 92 93 Продольное перекрытие снимков рассчитывается по формуле: (16) где – минимальное заданное продольное перекрытие снимков, – поправка за рельеф местности вычисляется по формуле: (17) – наибольшее превышение точек местности над средней плоскостью съемочного участка, – навигационная поправка, которая согласно основных положений по аэрофотосъемке составляет 4-6% и зависит от масштаба аэрофотосъемки. Поперечное перекрытие снимков определяется по таблице 6. Таблица 6 – Таблица расчета поперечного перекрытия снимков Масштаб аэрофотосъемки Поперечное перекрытие % Расчетное Минимальное Максимальное Мельче 1:25000 30+70 20 +10 1:25000-1:10000 35+65 20 +15 Крупнее 1:10000 40+60 20 +20 Расчет базиса фотографирования на местности производится по формуле: , (18) Расчет расстояния между осями маршрутов рассчитывается по формуле: H h X P P P P 0 0 P h P 0 100 P H h P Ф h h H P Ф H h Ф H h Ф H h f H P l B Ф x x X ) 100 1 ( + + + P x P x + + P y 79 , (19) где – формат кадра в миллиметрах. Оценка фотографического и фотограмметрического качества Оценка фотографического и фотограмметрического качества фотоматериалов выполняется в соответствии с нормами, приведенными в «Основном положении по аэрофотосъемке, выполненной для создания и обновления топографических карт и планов». Фотографическое качество, влияющее на точность распознавания объектов местности, на точность визирования на точку изображения, на качество алгоритмов автоматической идентификации соответственных точек, а также на качество карт и планов, определяется следующими параметрами: -наличие облачности; -присутствие на изображении дымов и теней от них, бликов, ореолов; -резкость изображения; -наличие механических повреждений. Фотограмметрическое качество, влияющее на точность определения геометрических характеристик объектов по изображениям (на точность построения сети ПФТ, в дальнейшем на точность создания карты или плана) определяется следующими параметрами: -масштаб снимков; -разномасштабность снимков; -оценка продольного и поперечного перекрытий снимков; -непараллельность базиса фотографирования стороне аэрофотоснимка; -максимальный угол наклона снимков. Накидной монтаж необходим для оценивания качества лётно-съёмочного процесса: точность покрытия аэрофотосъёмкой заданной площади, соблюдения перекрытия и масштаба фотографирования, прямолинейности маршрутов, выравнивание плёнки, резкости изображения, работы АФА. Изготовление накидного монтажа производится на планшетах, соответствующих размеру снимаемого участка. При продольном перекрытии до 60% монтируются все снимки, при перекрытии 80% - монтаж производится через один снимок, а при перекрытии 90% - через три аэроснимка. Крайние снимки маршрутов монтируются обязательно, независимо от величины перекрытия. Аэроснимки монтируются так, чтобы были видны их номера. Накидной монтаж начинают выполнять с первого (северного) маршрута участка, причём снимки раскладываются по маршрутам с севера на юг. Монтаж начинают с крайнего первого снимка маршрута, к нему подсоединяют соседний левый снимок путём тщательного совмещения идентичных контуров. Подобным образом присоединяются все снимки маршрута до крайнего левого. К первому маршруту подсоединяется следующий маршрут. При этом должны быть совмещены идентичные контура, как в продольном перекрытии, так и в поперечном. При монтаже обращается внимание на следующее: - изображение контуров, расположенных около начальных направлений, должны строго совмещаться; - монтаж аэрофотоснимков горных районов должен тщательно выполняться по границам участка и рамкам сдаточных трапеций, что достигается распределением смещения за счёт рельефа в центральной части участка; - рамки трапеций должны быть прямолинейными; - линейные контуры при монтаже горных районов (реки, дороги, долины, складки рельефа) должны изображаться без нарушения основной конфигурации. Схема накидного монтажа представлена на рисунке 1. f H P l B Ф y y Y ) 100 1 ( y , l l x 80 Рисунок 1 1. Изменение высоты фотографирования приводит к разномасштабности снимков, которая может быть определена формулой: % 100 * % 2 1 ср l l l m где 1 l , 2 l - длины одноименных отрезков в области перекрытия снимков; ср l - средняя длина отрезков. В соответствии с положением по аэрофотосъемке % m не должна превышать 3% если местность равнинная и 5% если горная. 2. Определение величины продольного перекрытия снимков производится по формуле: % 100 * сн общ P l l X где общ l - размер перекрытия снимков в мм вдоль оси х; сн l - размер кадра по оси х. В соответствии с положением по аэрофотосъемке минимальное продольное перекрытие снимков должно составлять 56%, максимальное продольное перекрытие снимков выбирается в соответствии с коэффициентом: H h k , где h – наибольшее превышение точки местности над средней плоскостью съемочного участка; H – высота полета над средней плоскостью участка. 2 max h h где max h - перепад высот. f m H * Определение величины поперечного перекрытия снимков выполняется аналогично продольному перекрытию. В соответствии с положением по аэрофотосъемки минимальное продольное перекрытие снимков должно составлять 20% (max=35%). 3. Определение непараллельности базиса фотографирования 81 Контроль поворота АФА на угол сноса, выражающийся в непараллельности базиса фотографирования стороне снимка и называемый в практике «ёлочка», ведётся по смонтированным по начальному направлению снимка. Угол, образованный базисом фотографирования и осью х аэрофотоснимка называется «ёлочкой». Измерение «ёлочки» производится в следующем порядке: на каждом аэроснимке накладывается центр, затем центр правого снимка переносится на левый. Центр левого снимка совмещается с правой координатной меткой и центром правого снимка. Полученный угол – «ёлочка» измеряется фотограмметрической линейкой. Грубо «ёлочку» можно определить путём измерения угла между стороной одного снимка и линией, соединяющей одноимённые углы соседних аэроснимков. Допустимое значение «ёлочки» - 5 0 4. Прямолинейность маршрута Контроль прямолинейности маршрутов при аэрофотосъёмке равнинных районов производится по накидному монтажу всего района, а при аэрофотосъёмке горных районов по каждому маршруту. На крайних снимках маршрута находятся главные точки А и Б, их соединяют линией (обычно ниткой), находят максимальное отклонение снимка в месте прогиба ∆h мм. Замеряют длину маршрута L мм. Прогиб вычисляется по формуле: Если на маршруте имеется несколько искривлений, то уклонения определяются для каждого отрезка. Величина прогиба не должна быть более 2% при высоте фотографирования свыше 750 м и 3% при меньших высотах. 5. Определение углов наклона снимков Определение углов наклона снимков, полученных нестабилизированным АФА производится по показаниям круглого уровня. Смещение пузырька уровня не даёт возможности определить истинные углы наклона снимков, но позволяет судить о режиме полёта и о средних углах наклона снимков в маршруте. При этом предполагается, что уровень отрегулирован, то есть при горизонтальном положении прикладной рамки отсчёт по уровню равен 0 0 . Цена деления уровня АФА составляет 1 0 . Систематические отклонения пузырька уровня в одном направлении свидетельствует о систематическом наклоне. При съёмке без стабилизации углы наклонов не должны быть более 3 0 , причём количество снимков с такими углами не должно быть более 10% от общего числа снимков. Максимальные углы наклона аэрофотоснимков, полученных стабилизированным АФА не должны превышать 5 , 1 , без стабилизации АФА < 3 . Создание планово-высотного обоснования Этот процесс выполняется с целью обеспечения снимков необходимым количество опознаков. Количество и расположение опознаков выбирается так, чтобы обеспечить заданную точность фототриангуляции. Для расчета расстояний между опознаками используют формулы СКО определения планового положения L m и h m из фототриангуляции. Например, pq L m n n f H m 2 8 3 в зависимости от точности создания карты pq h m n n b H m 2 8 3 в зависимости от точности создания карты вычисляем L n – расстояние между плановыми опознаками h n – расстояние между высотными опознаками pq m – зависит от прибора (0,01-0,02 мм) Но как правило высотные и плановые опознаки совмещают, после разметки их по всему блоку определяют их геодезические координаты в поле. 82 Точность определения координат опознаков должна быть в два 2,5 раза выше точности определения координат точек из ПФТ. В результате планово-высотного обоснования получим: схема расположения опознаков на репродукции накидного монтажа снимки с наколами опознаков и абрисами расположения опознаков каталог геодезичсеких координат опознаков В районах, где невозможно обеспечить опознавание характерных точек местности, планируют маркировку опознаков. При выборе способа маркировки стремятся, чтобы затраты на сооружение маркировочного знака были мин. Но размер, форма и цвет должны обеспечивать их надежное опознавание. В настоящее время практически всегда в качестве опознаков выбирают контура на местности. Полевое и камеральное дешифрирование Дешифрирование снимков заключается в распознавании объектов местности на снимках, установлении их численных и качественных характеристик и в вычерчивании их на снимках в условных знаках. Как правило, стараются сочетать камеральное дешифрирование с полевым. При камеральном дешифрировании отображаются все уверенно распознаваемые объекты и отмечаются места, где необходимо полевое дешифрирование. Сплошное полевое дешифрирование применяется в крупномасштабном картографировании (много объектов таких как ЛЭП, столбы, колодцы и др.), а также может быть эталоном: на снимках выбираются характерные участки и выполняется их сплоное полевое дешифрирование, потом они используются при автоматизированном дешифрировании. Сканирование аэроснимков Чтобы преобразовать аналоговое изображение в цифровое нужно выполнить его сканирование. Суть сканирования заключается в следующем: световой луч ограниченного размера, отражается от изображения и это отраженное излучение фиксируется как яркость изображения в цифровой форме. Движение лампы осуществляется по двум осям xy. Чем меньше размер светового луча, тем меньше размер пиксела, а соответственно их больше, но и объем информации увеличится. На цифровых изображениях координаты измеряются в пикселах, а значит точность измерений будет зависеть от размера пиксела. Размер пиксела – разрешающая способность цифрового изображения. Кроме размера пиксела на точность влияют ошибки сканирования, которые зависят от прямолинейности и взаимной перпендикулярности, а также точности позиционирования (время фиксации между двумя соседними пикселями). При высокоточных работах эти ошибки могут быть учтены путем эталонирования сканера. Суть которого в следующем: сканируют высокоточную контрольную сетку, координаты крестов этой сетки известны, изображение сетки выводят на экран монитора и выполняют измерения координат узлов. Разница координат цифрового и аналогового изображения дает величину ошибки вносимой сканером. Фотограмметрическое сгущение на ЦФС В основе пространственной фототриангуляции (ПФТ) – идея построения модели по группе снимков, принадлежащих одному или нескольким маршрутам. Это позволит использовать минимальное число опорных точек, что приведет к снижению затрат на полевые работы. Построение блочных сетей фототриангуляции методом связок Наиболее строгим методом построения блочных сетей пространственной фототриангуляции аналитическим и цифровым способами по сравнению с методом независимых моделей является метод связок. В основе метода связок лежат уравнения коллинеарности проектирующих лучей: * * 0 Z X f x x 83 * * 0 Z Y f y y ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 3 3 3 2 2 2 1 1 1 S S S S S S S S S Z Z c Y Y b X X a Z Z Z c Y Y b X X a Y Z Z c Y Y b X X a X В уравнении будут известны f, x0, y0, x, y. Неизвестны элементы внешнего ориентирования снимков S S S Z Y X , а также X, Y, Z – координаты точек сети ПФТ. Достоинством метода связок является то, что сеть строится и уравнивается одновременно для всех точек, входящих в блок, а также поправки находятся непосредственно к измеренным величинам, что обеспечивает более высокую точность построения сети. Недостатками этого метода являются: сложность задания приближённых значений неизвестных (для решения этой проблемы можно предварительно уровнять сеть менее строгим методом, а её результаты использовать в качестве приближённых значений), должны отсутствовать грубые ошибки, должны быть исключены систематические ошибки (или сведены к минимуму). Создание цифровых фотопланов на ЦФС Существуют два основных способа трансформирования: снимки исправляются только за угол наклона и приводятся к заданному масштабу; снимки исправляются за угол наклона, приводятся к заданному масштабу и исправляются за влияние рельефа. Теоретически первый способ применим, когда местность плоская и горизонтальная. В действительности такой местности не бывает и практически первый способ применим, когда смещение точек за рельеф не превышает заданного допуска. Например, в масштабе карты. Так как масштаб аэроснимков как правило в 2-3 раза мельче масштаба карты, следовательно допуск на снимке должен быть меньше в раз. Если смещение за рельеф превышает допуск, то выполняют ортотрансформирование. Способы трансформирования: по установочным элементам по опорным точкам цифровой Способы ортотрансформирования: по зонам цифровой Цифровые снимки получают, либо цифровой камерой, либо сканируют снимки, полученные аналоговым способом. Цифровая камера имеет конструкцию аналогичную фотокамере, только в плоскости прикладной рамки находится матрица ПЗС. Эта матрица состоит из микроэлементов принимающих световую энергию. Далее световая энергия преобразуется в цифровой код. Цифровое изображение – это матрица чисел, каждый элемент которой соответствует значению яркости объекта на местности. Чтобы преобразовать аналоговое изображение в цифровое нужно выполнить его сканирование. Суть сканирования заключается в следующем: световой луч ограниченного размера, отражается от изображения и это отраженное излучение фиксируется как яркость изображения в цифровой форме. Движение лампы осуществляется по двум осям xy. Чем меньше размер светового луча, тем меньше размер пиксела, а соответственно их больше, но и объем информации увеличится. мм r h 3 0 M m k 84 На цифровых изображениях координаты измеряются в пикселах, а значит точность измерений будет зависеть от размера пиксела. Размер пиксела – разрешающая способность цифрового изображения. Цифровые модели рельефа Цифровая модель рельефа (ЦМР) – это метрическая информация о поверхности земли и правила обращения с этой информацией. При построении ЦМР должна быть обеспечена заданная точность моделирования рельефа в зависимости от назначения ЦМР. Точность построения зависит от плотности и расположения исходных точек, размера элементарного участка моделирования, используемых алгоритмов для построения ЦМР, а также от точности определния высот исходных точек. Ортотрансформирование снимков При ортотрансформировании снимков происходит исправления снимков за угол наклона, за рельеф и приведение к заданному масштабу. Ортотрансформирование выполняется если смещение точек за рельеф на трансформированном снимке масштаба t 1 будет превышать допустимое значение доп h h r Ht rhm r Правила проведения порезов: Области трансформирования должны находиться как можно ближе к главной точке снимка (вблизи его геометрического центра). Порезы не должны пересекать объекты, возвышающиеся над рельефом (мосты, здания, опоры ЛЭП и т.п.). Порезы не должны проходить по границе протяжённых объектов, отличающихся по яркости от основного фона (кромка леса, дорога и т.п.). Сбор информации о рельефе Определяются отметки характерных точек, которые должны быть подписаны на плане (карте); Выполняется рисовка горизонталей; Определяются численные характеристики элементов рельефа; Сбор информации о контурах В соответствии с требованиями к масштабу; В стереорежиме или по ортофотоплану; Цифровая информация собирается по слоям; Одновременно с метрической информацией выполняется сбор семантической информации; Обязательно используется классификатор; Содержание и качество цифровых топографических карт определяется показателями: Полнота информации; Точность; Правильность идентификации объектов; Логическая согласованность структуры и представления объектов; Согласование информации. |