Обработка материала беспилотной аэрофотосъемки

После проведения измерений точек в области двойного перекрытия стереопары необходимо перенение на соседние модели точек, попадающих в зону тройного перекрытия. На данных этих точек проводятся рассчёты ошибок определений координат соседних моделей.Они находятся в окне «Измерение точек» в таблице «Точки триангуляции» (рис. 3.6).Размер средних ошибок в плане не должен превышать произведения √2 на половину размера пиксела, а по высоте – произведения средней ошибки, на отношение фокусного расстояния камеры к базису съемки:Рис. 3.6. Контроль качества измерений связующих точек триангуляции в окне «Измерение точек».Для расчёта приблизительного значения базиса фотографирования можно использовать формулы:1)где– базис фотографирования в масштабе снимка (мм);– размер снимка вдоль оси X (мм);– продольное перекрытие в % (в общем случае 60%).2)где – координаты связующей точки на левом и правом снимке,мм (рис. 3.7). Рис. 3.7. Координаты соответствующей точки на левом и правом изображениях.В таблице 3.1. приводятся допустимые средние ошибки в триплетах для изображений формата 23×23 см, полученных с использованием аналоговой камеры, с размером пиксела сканирования 12 мкм, продольным перекрытием, составляющим 60%, для трёхфокусных расстояний, стандартных для аналоговых камер.f,ммСредняя ошибка, ммВ планеПо высоте900,0080,0081500,0080,0143000,0080,028Таб. 3.1. Допуски на средние ошибки в триплетах для аналоговых изображений.Далее словосочетанием «размер пиксела» обозначается размер пиксела сканирования для аналоговых камер и размер пиксела матрицы для цифровых камерВ таблице 3.2. приводятсяразмеры допустимых средних ошибок в триплетах для изображений, полученных с различных цифровых камер, с перекрытием 60%.КамераФокусное расстояние f, ммРазмер пиксела (мм)Формат кадра (пикс)(мм)Базис (мм)(мм)(мм)DMC1200,0127680x13824 92,2x165,936,90,0080,028DSS550,0094092x4077 36,8x36,714,80,0060,024UltraCamD1000,0097500x11500 67,5x103,527,00,0060,024UltraCamX1000,0079420x14430 67,8x103,927,10,0050,019Таб. 3.2. Допуски на средние ошибки в триплетах для цифровых изображений.Зачастую съёмки с использованием цифровых камер производятся с использованием продольного перекрытия в 80-90%, что приводит к увеличению соотношения f/b, и, как следствие, и значения ошибок в триплетах по высоте тожеувеличиваются.По окончании выполнения взаимного ориентирования снимков внутри маршрутов, выполняют измерения межмаршрутных точек.Рекомендуется следующая технология проведения ручного измерения межмаршрутных точек: 1) проведениеизмерений 2-3 точек на каждой межмаршрутной стереопаре (оптимальное размещение точек находится в верхней и нижней частях поперечного перекрытия); 2) перенесение каждой точки на одно соседнее изображение в каждом маршруте, с проведением контроля значений остаточных поперечных параллаксов на точках внутри каждой стереопары, в которой добавилась новая точка (окно «Измерение точек», таблица «Точки триангуляции»).Сводная статистика открытых изображений запускается соответствующей кнопкой панели инструментов «Отчет по взаимному ориентированию» в окне «Измерение точек».По окончании измерений межмаршрутных точек нужно провести контроль взаимного ориентирования снимков всего блока.При автоматическом измерении связующих точек по окончании работы алгоритма производится выдачаотчёта по взаимному ориентированию, с приведённой статистикой внутримаршрутных и межмаршрутных измерений всего блока. Также этот отчёт может быть запущен из основного окна проекта в соответствующем пункте меню «Ориентирование», или соответствующей кнопкой на панели инструментов «Триангуляция».Первоначально открывается окно «Параметры отчета по взаимному ориентированию», в которомнужноввести допустимые значения для остаточного поперечного параллакса и ошибок в триплетах с указанием единиц измерения.Затем выводится отчет, в котором цветом отмечаются превышения допусков.В случае возникновения необходимости в этом окневозможно открытие проблемной стереопары или триплета и редактированиеизмерений.Затем, еслиошибки не превышают заданных допусков, переходят к уравниванию блока.Уравнивание блока (PHOTOMOD Solver)На этом этапе проводится уравнивание блочных и маршрутных сетей фототриангуляции. Сначала проводится уравнивание без участия опорных точек, то есть уравнивание в свободной модели.При проведении уравнивания определяются ошибки по связи, характеризующие качество выполнения фотограмметрических измерений.Рис. 3.8. Уравнивание в свободной модели.Для оценки ожидаемой точности при проведении уравнивания с использованием опорных точек, нужо задать значение базиса фотографирования в метрах в окне Параметры закладки Уравнивание. В нём же производится выбор метода уравнивания.В случае, когда полученные при проведении уравнивания в свободной модели результаты удовлетворяют заданной точности, можно переходить к уравниванию с использованием опорных точек.Ожидаемая точность этого уравнивания будет не выше точности, полученной при уравнивании свободной модели. Ниже приведены допуски на те или иные ошибки уравнивания в зависимости от конечного продукта обработки - топографические карты, ортофотопланы.Точность уравнивания при создании топографических картОпорные точки Значение средней ошибки на опорных точках после выполнения внешнего ориентирования должна быть не выше 0,2 мм в масштабе карты (плана) в плане и 0,15 ×hсечпо высоте, где hсеч - высота сечения рельефа в масштабе карты.Контрольные точки Значение средней ошибки планового положения составляет 0,3 мм в масштабе карты (плана). Средняя ошибка по высоте:1) 0,2 × hсеч при проведении съемки с сечением рельефа 1 м, и при проведении съемки с сечением рельефа 0,5 м в масштабах 1:500 и 1:1000;2) 0,25× hсеч при проведении съемки с сечением рельефа 2,5 м, и при проведении съемки с сечением рельефа 0,5 м в масштабе 1:2000;3) 0,25× hсеч – при проведении съемки с сечением рельефа 5 м и 10 м.МасштабhсечДопуск (м)опорныеконтрольныев планепо высотев планепо высоте1:200010,40,150,60,21:100002,520,3830,6251:25000550,757,51,75Таб. 3.3. Допуски на средние ошибки уравнивания на опорных и контрольных точках.Рис. 3.9. Контроль средних ошибок уравнивания на опорных и контрольных точках.Точность уравнивания при создании ортофотоплановОпорные точки Значение средней ошибки в плане 0,2 мм в масштабе карты (плана). Средняя ошибка по высоте равна 1/3 ∆hЦМР, где ∆hЦМР – средняя ошибка ЦМР.Контрольные точки Значение средней ошибки в плане 0,2 мм в масштабе карты (плана). Средняя ошибка по высоте равна 1/3 ∆hЦМР, где ∆hЦМР – средняя ошибка ЦМР.В таблице 3.4 приводятся допуски средних ошибок уравнивания опорных и контрольных точекпри создании ортофотопланов с использованием аналоговых снимков формата 23×23 см.Масштабf (мм)Допуск (м)опорныеконтрольныев планепо высотев планепо высоте1:2000900,40,130,60,131500,220,223000,450,451:100009020,6730,671501,121,123002,242,241:250009051,687,51,681502,802,803005,595,59Таб. 3.4. Допуски средних ошибок уравнивания при созданииортофотоплановс использованием аналоговых снимков формата 23×23 см.Допуски средних ошибок опорных и контрольных точек после уравниванияпри создании ортофотопланов с использованиемцифровых снимков.МасштабКамераДопуск (м)опорныеконтрольныев планепо высотев планепо высоте1:2000DMC0,40,270,60,27DSS0,510,51UltraCamD0,360,36UltraCamX0,360,361:10000DMC21,3731,37DSS2,572,57UltraCamD1,801,80UltraCamX1,791,791:25000DMC53,437,53,43DSS6,426,42UltraCamD4,504,50UltraCamX4,484,48Таб. 3.5. Допуски средних ошибок уравнивания при созданииортофотоплановс использованиемцифровых снимков.Построение ЦМР Цифровую модель рельефа (ЦМР) характеризует ошибка по оси Z, с допуском, зависящим от выходного продуктафотограмметрической обработки. Ниже приводятся таблицы допусков исходя из зависимостей от масштабов выходных ортофотопланов и параметров съемочных систем.Рассчёт допуска на среднюю ошибку ЦМР при построении ортофотоплана производится по следующей формуле:где 0,3мм – значение графической точности топографической карты (плана); f – фокусное расстояние используемой камеры (мм); M – знаменатель масштаба карты (плана); r – максимальное удаление между точками снимка и надира (мм), равно половине диагонали рабочей зоны.У аналоговых снимков формата 23×23 см при размере продольного перекрытия, составляющего 60%, размеры области перекрытия составляют 13,8 ×23 см, радиус r равняется приблизительно 134 мм. В таблице 3.6 приводятся допуски средних ошибок (м) для радиуса рабочих площадей аналоговых снимков, равного 134 мм, в зависимости от масштаба создаваемых карт и фокусных расстояний.МасштабФокусное расстояние (мм)901503001:20000,40,71,31:100002,03,46,71:250005,08,416,8Таб. 3.6. Допуски на средние ошибки ЦМР для r =134 мм аналоговых снимков.В таблице 3.7. приводятся значения радиусов рабочих зон цифровых снимков, полученных с различных камер при провелении съемки сперекрытием 60%.КамераФормат кадра (пикс)(мм)Базис (мм)Радиус рабочей зоны (мм)DMC7680x13824 92,2x165,936,987,4DSS4092x4077 36,8x36,714,821,4UltraCamD7500x11500 67,5x103,527,055,6UltraCamX9420x14430 67,8x103,927,155,8Таб. 3.7. Значения радиусов рабочих зон цифровых снимков при проведении съемки сперекрытием 60%.В таблице 3.8 приводятся допуски средних ошибок (м) цифровых снимков сперекрытием 60%, выполненных разными камерами, в зависимости от масштаба получаемого ортофотоплана.МасштабКамераDMCDSSUltraCamDUltraCamX1:20000,821,541,081,081:100004,127,705,405,381:2500010,2919,2513,5013,44Таб. 3.8. Допуски средних ошибок ЦМР цифровых снимков при перекрытии 60%.Рис. 3.10. ЦМР в виде TIN и матрицы высот.Построение ортофотоплана (PHOTOMOD Mosaic)Контроль точности ортофотоплана осуществляется по опорным/контрольным точкам и по линиям совмещения фрагментов (порезам). Допуск на ошибку в плановом положении опорных и контрольных точек составляет 0,5 мм в масштабе фотоплана для равнинных и всхолмленных районов и 0,7 мм - для горных. Допуски на несовмещение контуров по порезам составляют 0,7 мм и 1 мм в масштабе создаваемого фотоплана для равнинных и горных районов соответственно.Рис. 3.11. Несовмещение контуров по порезам.PHOTOMOD Mosaic позволяет осуществить контроль фотоплана по опорным и контрольным точкам автоматически (кнопка Контроль точности). Ниже приведены допуски на ошибки в плановом положении опорных и контрольных точек в зависимости от масштаба ортофотоплана.МасштабСредняя ошибка (м)Равнинная местностьГорная местность1:200011,41:10000571:2500012,517,5Таб. 3.9. Допуски на ошибки в плановом положении опорных и контрольных точек в зависимости от масштаба ортофотоплана.Рис. 3.12. Автоматический контроль точности по точкам сети фототриангуляции.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ настоящей работе был проведён обзор возможностей использования БПЛА для выполнения аэрофотосъёмочных работ, рассмотрены виды и этапы обработки результатов аэрофотосъёмочных работ, сделан анализ обработки материалов, полученных при данных работах с использованием программы PHOTOMOD.Выполненные по результатам аэрофотосъёмок с использованием БПЛА картографические материалы применяются в самых различных областях, таких как рекламные съемки объектов недвижимости, различные виды мониторингов (экологические, сельскохозяйственные) и т.д.Выполнение аэрофотосъёмочных работ длякартографических целей требует высокого качества выходных данных, в частности выдерживания заданных геометрических параметров съемки.Небольшие по размерам БПЛА недорого обходятся в эксплуатации,имеют маленькие размеры, однако по этой причине являются менее стабильными.В результате полученные с использованием БПЛА блоки снимков, обладающие высокой детализацией икачеством изображениязачастую имеют низкое фотограмметрическое качество с точки зрения используемых традиционно фотограмметрических пакетов.Использование беспилотных аппаратов в качестве аэрофотосъёмочной платформы даёт большие перспективы для съёмкималеньких по протяженности площадных объектов,а также при проведении съёмок линейных объектов.Данные, получаемые с БПЛА, дают возможность получения качественных картографических материалов (пространственных данных) при следующих условиях:-  выполнение определенных (вполне осуществимых) требований к применяемой в процессе съемочной аппаратуре и процессу ведения работ (гарантия достаточности перекрытий); -  строгой фотограмметрической обработке. Точность в таком случаеувеличивается в много раз и может составлять около GSD, аналогично обычной аэрофотосъёмки и космическим снимкам.Рекомендации для получения максимальной точности результатов съемки предназначены как для пользователей, эксплуатирующих БПЛА, так и для конструкторов, устанавливающих оборудование на беспилотники, и состоят в следующем:- использовать на БПЛА калиброванные камеры;- производить съёмку с выдержкой не длиннее 1/250с;- использовать объективы с фиксированным фокусным расстоянием. Если это невозможно, следует фиксировать увеличение (Zoom). Съемка должна производиться с фокусировкой на бесконечность и с отключенным режимом автофокусировки;- проектировать съемку с увеличенными перекрытиями (80% вдоль, 40% поперек маршрута);- желательно использовать камеры с центральным затвором;- желательно использование двухдиапазонных GPS приемников на борту и дифференциального режима измерений;- желательно использование на борту IMU, пусть и не имеющего высокой точности.В настоящее время имеется большой выбор автоматизированных систем цифровой обработки аэрокосмических снимков для создания и обновления карт и планов, такие как: PHOTOMOD, ERDAS IMAGINE, ENVI и другие программы. В качестве программы для обработки полученных данных в настоящей работе была рассмотрена цифровая фотограмметрическая станция (ЦФС) PHOTOMOD 5.2. Данный программный комплекс позволяет производить весь цикл фотограмметрических работ вплоть до получения цифровых моделей рельефа и ортофотоплана. ЦФС PHOTOMOD позволяет осуществлять распределенную обработку с использованием нескольких компьютеров. Рассмотреная фотограмметрическая обработка проводилась в следующей последовательности: получение исходных данных из Департамента дистанционного зондирования; создание блока (фотограмметрического проекта); измерение связующих точек и точек планово-высотного обоснования; уравнивание блока; создание ЦМР; создание и нарезка ортофотоплана; проверка качества.Список литературы:Чибуничев А.Г., Михайлов А.П., Говоров А.В. Калибровка цифровых фотокамер: Вторая научно-практическая конференция РОФДЗ. Тезисы докладов. М., 2001 г. сc. 38-39.Скубиев С.И., Научно-производственный институт земельно-информационных технологий Государственного университета по землеустройству «Земинформ» (Россия), Использование беспилотных летательных аппаратов для целей картографии. Тезисы X Юбилейной международной научно-технической конференции «От снимка к карте: цифровые фотограмметрические технологии». Гаета, Италия, 2010 г. Результаты полевых исследований БПЛА «Птеро».Гребенников А. Г., Мялица А. К., Парфенюк В. В. Общие виды и характеристики беспилотных летательных аппаратов: справ. пособие – Х.: Нац. Аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2008г.Ласкутников А. А., Сенюшкин Н. С., Парамонов В.В. Системы автоматического управления БПЛА // Молодой ученый, 2011 №9(32)Назаров А. С. Фотограмметрия: учебное пособие для студентов вузов – Мн.: ТетраСистемс, 2006г.Савиных В. П., Кучко А. С., Стеценко А. Ф. Аэрокосмическая фотосъемка. – М.: «Картогеоцентр» - «Геодезиздат», 1997Бабашкин Н. М., Кадничанский С. А., Нехин С. С. Сравнение эффективности аэрофототопографической съемки с использованием беспилотных и пилотируемых авиационных систем // Геопрофи, 2017. №1. С. 14 – 19.