Разработка методов определения элементов внешнего ориентирования аэрофотоснимков из фотограмметрического сгущения и использование их в автоматизированной системе составления и обновления карт

Важнейшая задача экономической политики партии — необходимость быстрого роста производительности труда за счет резкого сокращения доли ручного труда, комплексной механизации производства без привлечения дополнительной рабочей силы, распространяется и на топографо-геодезичес-кое производство.

В программном документе:" О развитии народного хозяйства СССР на 1981;1985 гг. и до 1990 года" поставлены большие задачи по разведке и освоению месторождений полезных ископаемых, проектированию и вводу в действие крупных промышленных и энергетических комплексов, проведению на больших площадях мероприятий по мелиорации и освоению земель, значительному расширению городского и сельского строительства, увеличению дорожной сети и других линейных инженерных сооружений,.

В связи с интенсивным освоением природных ресурсов нашей страны существенно возрастает роль топографо-геоде-зической продукции, без которой невозможно решение большинства плановых и экономических задач. Развитие современного топографо-геодезического производства должными темпами возможно лишь путем постоянного совершенствования техники, технологии, широкого внедрения ЭВМ во все производственные процессы.

Таким путем и обеспечивается в топографо-геодезичес-ком производстве рост производительности труда, что позволяет в основном, своевременно и с высоким качеством решать возникающие задачи. Однако существует еще целый ред проблем, требующих достаточно срочного решения. Среди этих проблем и проблема обновления картографических материалов, 9Собенно существенная для обновления карт и планов крупного масштаба, большая часть которых идёт в дело сразу же после их изготовления.

Интенсивное промышленное и гражданское строительство во многих городах и посёлках приводит к тому, что крупномасштабные картографические материалы на соответствующие территории быстро стареют. Так по результатам обследования ряда городов Дальнего Востока установлено, что ежегодно на на 30−40% их площади следует выполнить обновление 10−15% контуров. Через три года на 25−30% устаревает ситуации почти на половине площадей, а через 5 лет практически весь картографический материал нуждается в серьёзной и полной корректуре.

В связи с указанными обстоятельствами вполне понятна сложность практической реализации задачи поддержания крупномасштабного картографического материала на современном уровне. Действительно, каждое из отдельных изменений может быть нанесено на оригиналы ранее созданных карт множеством различных (хорошо известных) топографических способов, однако массу этих отдельных изменений этими способами достаточно быстро не отобразить.

Следовательно, помочь в решении задачи может только периодическая аэрофотосъемка и наиболее совершенные методы её обработки, интерпретации и соотнесения к картографаческим оригиналам.

Учитывая необходимость выполнения работ по обновлению карт в сжатые сроки и некоторые особенности работы (локальность, замкнутость зон изменения, их сравнительно незначительные площади, максимальный объём изменений в плановых элементах местности, и т. д.), а также наличие на обновляемые территории ранее выполненных залётов и как правило высокоточных картографических материалов, методика использования аэрофотосъёмки для обновления может значительно отличаться от обычной методики картогра<|ирования в сторону большей эффективности и экономичности.

Базой для соответствующих решений могут стать ранее выполненные залёты и расчленённые оригиналы карт, выполненные на пластиках, а для отображения изменений могут быть использованы стереофотограмметрические приборы с передачей данных на графопостроители.

Однако, пока ещё задачи обновления не решаются подобным образом в силу ряда причин, основные из которых таковы: — существующие методы фотограмметрического сгущения предназначены для создания временных каталогов фотограмметрических точек, котррые используются однократно в процессе картографирования. По завершении этого процесса диапозитивы и аэроснимки с каталогами фотограмметрических точек уничтожаются. Это обосновывается различными причинами, в том числе и отсутствием для хранения материалов значительных производственных площадей.

Таким образом, при необходимости получения дополнительных или повторных координат точек, все фотограмметрическое сгущение выполняется заново, что ни технически, ни экономически нецелесообразно. Старые залеты для обновления крупномасштабных карт обычно не используются.

Возможности использования имеющихся крупномасштабных топографических планов вместо полевой подготовки для фотограмметрического сгущения по новым залетам недостаточно изучены и не проверены в широкой производственной практике, хотя в последние годы появилось много различных предложений и разработок. В основном все эти разработки применяются для обновления карт средних и мелких масштабов.

К этому следует добавить, что технологии, которая позволяла бы решать задачу повторного использования аэрофотосъемочных залетов, выполняемых для целей крупномасштабного картографирования, практически пока еще не отлажена и требует своих разработок.

Это вызывает необходимость при обновлении по аэрофотоматериалам в значительных объемах полевых работ, в излишне больших затратах на повторное фотограмметрическре сгущение, приводит к потере темпа, а отчасти и качества работ. Предполагается, что проблема эта может быть решена с использованием современных достижений аналитической фотограмметрии на базе имеющегося в производственных предприятиях оборудования для обработки аэрофотоснимков и быстродействующих ЭВМ с большими объемами оперативной и внешней памяти.

Представляемая к защите диссертация посвящена теоретическому и практическому рассмотрению совокупности вопросов повторного использования материалов фотограмметрического сгущения, а также анализу возможности выполнения сгущения без полевой подготовки — с использованием в качестве опоры контурных точек крупномасштабных карт и элементов внешнего ориентирования ранее выполненных залётов.

Суть рассмотренной в диссертации, опробованной и внедрённой в производство технологии заключается в следующем:

В ходе фотограмметрического сгущения определяются элементы взаимного и внешнего ориентирования каждой из стерео-моделей, совркупность которых составляет паспортные данные стереомодели. Эти данные вместе с идентификаторами залёта и модели составляют базу всех дальнейших работ и хранятся постоянно на внешних носителях информации.

При необходимости выполнения фотограмметрического сгущения по вновь выполненному залёту, площадь которого перекрывает ранее проложенные и сгущенные маршруты аэрофотосъёмки, проект сгущения составляется в обычном порядке, а ряд общих точек на аэрофотоснимке нового и ранее выполненного залётов переносятся на последний.

Для стереопар старого залёта, на которые попали выбранные при проектировании точки нового залёта, выполняются фотограмметрические измерения на стерео (или моно) компараторах, при этом измеряются лишь координаты меток и отображённых новых точек, выбранных в произвольном порядке для определения элементов взаимного ориентирования. Таким образом никаких дополнительных работ по проектированию, наколу точек и сгущению точек старого залёта не производится.

С известными элементами внешнего ориентирования старого залёта определяются координаты точек нового залёта, которые и служат аналогом точек полевой подготовки.

При отсутствии необходимости выполнения фотограмметрического сгущения (обновляемые элементы расположены в пределах одной стереопары) более целесообразным может оказаться восстановление стереомодели по контурным точкам карты (плана) — при невозможности использования старых залётов (утрата, потеря качества, и т. д.) сгущение может быть выполнено с использованием контурных точек карт и планов вместо точек полевой подготовки.

Результатом обработки материалов нового залёта должны стать элементы внешнего ориентирования стереомоделей и определённые по ним установочные данные фотограмметрических приборов или семантически-цифровой каталог обновляемых элементов, записанный на внешнем носителе информации в виде, пригодном для отображения этих элементов на графопостроителях или полутоновых дисплеях.

Предлагаемая технология может быть использована не только для обновления, но и для решения других задач, таких как подсчёт объёмов земляных работ из периодических съёмок, контроль разного рода протяжённых в пространстве инженерных сооружений, построение цифровых моделей для целей геологии, геофизики, и т. д.

Достоинства предлагаемой методики заключаются не только в её экономичности, но и в том, что практически координаты новых точек будут определены в ранее принятой системе, то есть относительная точность и надёжность результатов окажутся достаточно высокими.

— 10.

Кроме того, поскольку основу системы составляют аналитические методы, создаются предпосылки для автоматизации производственных процессов, для все более интенсивного и полного внедрения в производство современных ЭВМ и средств машинного сервиса (графопостроители, дисплеи, микро-ЭВМ, и т. д.).

Таким образом, предлагаемую систему можно рассматривать как одну из ступеней решения задачи автоматизации картографических работ.

В ходе разработки, отладки и внедрения предлагаемой методики возникла необходимость в решении ряда научно-производственных задач для выбора оптимальных технологических решений. К их числу относятся:

I) Анализ точности и надежности построения относительной стерео-модели в зависимости от точности измерений и топологических характеристик точек, на которых измеряются координаты и параллаксы.

Решению этой задачи неоднократно уделялось самое серьезное внимание (в работах И. Т. Антипова, В. Б. Дубиновского и др.). Однако в автоматизированной системе обработки информации вопросы надежности, то есть защиты результатов от влияния грубых ошибок, приобретают особую остроту и требуют для принятия производственных решений значительных объемов дополнительных исследований.

2) Анализ точности и надежности определения элементов внешнего ориентирования в зависимости от точности фото.

Модель, созданная по элементам взаимного ориентирования аэрофотоснимков.

— 11 грамметрических измерений, от топологии расположения точек с исходными координатами, от точности относительной модели, от точности определения элементов взаимного ориентирования, от методов определения координат точек*.

Эти вопросы сравнительно слабо освещены в отечественной литературе, поэтому их исследование занимает важное место в диссертации.

3). Анализ зависимостей между точностью исходных данных и точностью результатов сгущения на базе разработанной к.т.н. В. А. Шульманом апостериорной оценки точности фотограмметрического сгущения.

Этот анализ позволил вывести соотношения между масштабами обновляемой карты и аэрофотосъёмки, между основными параметрами старых и новых залётов, позволили определить возможность использования различных карт и планов для внешнего ориентирования фотограмметрических сетей.

Результаты исследований изложены в 1У главах.

В I главе дана краткая характеристика современного состояния вопроса составления и обновления карт. В частности, уделяется внимание анализу современного состояния картографических материалов на территорию Дальнего Востока в связи с тем, что апробация и внедрение предлагаемой технологической схемы было проведено по материалам аэрофотосъёмок Дальнего Востока, где в настоящий момент ведётся интенсивное строительство, особенно в зоне БАМа, требующее и столь же интенсивного обновления и составления карт и планов на эти.

— 12 участки. Даётся также анализ использования существующих материалов для последующих работ. Указывается на возникающую при этом проблему хранения аэрофотосъёмочных данных с целью их дальнейшего использования. Кратко рассмотрен вопрос определения установочных данных для фотограмметрических приборов.

Во II главе выполнен анализ точности и надёжности построения относительной и абсолютной стереомоделей по паре аэрофотоснимков в зависимости от всех факторов, перечисленных в постановке задачи.

В III главе рассмотрен вопрос возможности использования существующих топографических материалов для фотограмметрического сгущения новых аэрофотосъёмок. Выполнен анализ влияния исходных данных на точность фотограмметрического сгущения.

В 1У главе рассмотрены вопросы подготовки установочных данных для фотограмметрических и етереофотограмметри-ческих приборов по элементам внешнего ориентирования аэрофотоснимков, полученных аналитическим путём.

Результатом диссертационной работы является разработанная методика использования аэросъёмочных и топографических данных для целей ускоренного составления и обновления карт (планов) крупных масштабов. Необходимой частью предлагаемой методики служит подпрограмма «Модель», являющаяся одной из составных частей комплекса программ для технологической обработки фотограмметрических измерений на ЭВМ ЕС, внедрённой в Предприятии Р 2 ГУГК.

— 13.

Основные результаты также доложены на научно-технических конференциях: Таллин, ТЛИ, апрель 1982 г., Благовещенск, КНИИ ДВНЦ АН СССР, октябрь 1982 г, Хабаровск, ХПИ, каф. Геодезии, 1980 г., 1981 г., 1982 г., 1983 г.

— 166.

Ожидаемая экономическая эффективность разработанного метода определения элементов внешнего ориентирования аэрофотоснимков из фотограмметрического сгущения и использование их в автоматизированной системе составления и обновления карт.

Выполненная работа была внедрена на Предприятии № 2 ГУГК, г. Хабаровска путём опытной эксплуатации разработанной технологии.

Испытания внедрённой технологии проводились на обширном производственном материале с использованием, имеющихся на предприятии фотограмметрических приборов. Выполнен анализ результатов испытаний на возможность реализации предлагаемой технологии в реальное производство на данном этапе, с целью частичной автоматизации процесса составления и обновления карт.

Достоинством внедрённой технологии является возможность использования существующих аэротопографических материалов на обновляемый участок местности, что позволяет частично или вовсе исключить полевую привязку аэроснимков. Кроме того, разработанные методы определения элементов внешнего ориентирования сокращают время обработки информации на ФМ и предусмотренный в программе процесс вычисления установочных данных по элементам внешнего ориентирования аэроснимков даёт возможность сократить время восстановления модели местности на фотограмметрических приборах.

Выполнение работ по данной технологии на графопостроителе ЕС-7054, имеющегося на Предприятии № 2, позволяет.

— 167 не только сократить время на получение обновлённого оригинала карты, но и сократить число исполнителей.

В результате внедрения данных предложений будет получен экономический эффект (в пересчёте на один год эксплуатации только одного прибора графопостроителя ЕС-7054 по данной технологии) в размере 30−35 тыс. руб.

Расчёты были выполнены с использованием методики, рекомендованной для предприятий и организаций ГУГО [45]. При подсчёте экономической эффективности за основную единицу принята стоимость полевых и камеральных работ по производству стереотопографической съёмки 1 км^ местности. При этом сравнивалась общепринятая методика обработки аэроснимков при составлении и обновлении топографических карт крупного масштаба с разработанной, основанной на использовании существующих аэротопографических материалов. Экономический эффект определялся по формуле.

Э = (ZyZy)rirF, 1.

• •, // гдеZy и Zy — удельные приведенные затраты по сравниваемым вариантам,.

F — коэффициент суммирования годовых эффектов (при сроке равном одному году F =0.969), Пг — годовая производительность.

Рас^чёт удельных затрат определялся соответственно.

JL Л Zy = пг пк, где S — сумма текущих затрат, связанных с эксплуатацией техники,.

К — капвложения, приведенные к периоду года при помощи.

— 168 нормативного коэффициента эффективности (Е = 0.17).

К — У, + Уа.

У, — оптовая цена прибора, Угзатраты на модернизацию.

Производительность прибора Ппр в период эксплуатации, для ЕС-7054 составляет.

П = 10 ориг/смену. Сумма текущих затрат, связанных с эксплуатацией техники, определяется следующим образом.

S = S' Мг Пер. где S — затраты на эксплуатацию, отнесённые к единице измерения,.

Ыг — число единиц, П Ср. — средняя эксплуатационная производительность прибора.

Выполним рас^чёты по представленным формулам:

— для графопостроителя ЕС-7054: z'= 15 * 1 * 280 12 + 0Л 7 80 000 т 22>86 (руб#) У 280−10 280−10 где 5' = 15, N (r = 1, К = 80 000, Пср = 12 (280 дн.), Пг = 10 (280 дн.).

— а для СПР,.

2* 24 111 2801I + 0a7 50000f =36−24 (руб#).

280−1,5 280*1,5 где S^=24, Мг = 1, Пср>=1(280 дн.), Пр =1,5(280 дн.),.

К=50 000 Отсюда следует: ' ' .

Э = (36,24 — 22,86)-280−10'0.969=36 303 руб.

АКТ о внедрении в производство научно-исследовательской работы «Разработка методов определения элементов внешнего ориентирования аэрофотоснимков из фотограмметрического сгущения и использование их з автоматизированной системе составления и обновления карт», выполяенной в процессе подготовки диссертационной работы Ыурашевой А.А.

Работа А. А. Мурашевой является актуальной и своевременной, поскольку в настоящее время ведутся интенсивные разработки вопросов использования в массовом, производстве различных элементов машинной графики. Эдним из важных направлений в этой работе является то, которое связано с непосредственным преобразованием результатов аэрос" емок в различные отчетные графические документы /карты, планы, цифровые карты и т. д./-именно это направление и рассмотрено в диссертации А. А" ¦лурашевой.

В настоящее время основные положения работы реализованы на ЕС-ЭВМ и в-основном внедрены в практику работы Предприятия J32. В соответствии с производственным планом Предприятия ожидаемый экономический эффект от внедрения определяется в сумме 30−35 тысяч рублей в год.

Положительные результаты опытно-производственных проверок позволяют рекомендовать предложенную методику для более широкого и всестороннего внедрения ее в различные технологические схемы работ, связанных с использованием аэрофотос" емок.

Главны щриятия В2 ^S^f /Гнатишин Б.Н./.

Началij шятия 1Ъ'г (Щии*^? /Норенков Г. А./.

1баровск, 30 июля 1984 г. тшъш^ъг /^tXVSmm^ о>- о-ог.-ге Звутогоолитель 'предприятия.

ХПИ&bdquo- - -Л .И-ЛСкшнекпй- /1 ^Рг^^—, fS. if-'ЧУ'. v-fec6oHa>n) 1Сгербовая печать) • ' л'/ 4/?Av rp &bdquo-А Т ¦ I .S Н s чл,. А" п :]Нг-:Хабаровскш лсшгаежшеотьднотнтутш алгоришов. автоматизированного програ^шого-ко^шлекса——¦ пЕС.т.(Т)0Т0граглгле!15>ш^—-.———————————"——-——.

-•¦-су^-.-'- пп"я. тьтс. руб, —————————-33 336—/тр1рда?]у^——;

• ¦ ос то on —:: ггппн?" оу.^{углзчиксш} к внедрению в — .— г, н-1' г та внедрения,.

Е ¦ ДО^едви-в^деВствуюищеБнро програглыдлпшооовоготр^юр

Г 1 производства фотограмметрического сгущения — —.

У '•.'• ' ¦ •¦¦ материала.

•r-cs сотки. научнъ’е о. Vро. -ЦОЛучещ^пелОШТ^ твенные результаты .г" «И Др. V. X Г г;

— кшцщдатокаядиссертация.———————————————————.-——-«—.

So Эффект от внедрения 7ЖР^ЩЮИЩЗШж. Тэкономия материальных ресурсов, рост проивкачества водительности труда, — повышение качества продукции, окупаемоетигул-ушение условии труда, механизация, оздоровление окружающей сд)8ды :•.' т.д. ' ' ' '.

— октическик годовой экономический зфФект в целом по работе руб. цифрами и прописью' руб./год о) долевое участие: наименование вуз<�яв общей (расчетной) величине фондов поощренияРУСь и прописью).

П р и л о к е н и е: Расчет эффекта.

От предприятия:

Начальник план ово-экономической с—/а Л дата).

Ответственней за внедрение.

01.1, дата) чес кого годового вконом^чел:-: от—? km&h.

М /7, А.

ШЛИTi’j дата).

Ответственный за t/xt.

Тй. О/Фамилиядата.

— 171 Утввржтгятп! <Г.

Яа^акьник ПрЬ^приятпя Ш Л —: >Ь.|1.Бшштенко \/л Расчет экономической эффективности по совместной.

Чч^^работе Предприятия Вг ГЯК и каф. Инженерной геодезии dlM по теме 1У/а 1 за 19Ы — Ь2 гг. В 1УЬ1 году завершена разработкой и внедрена в производство система корректировки исходной информации.

Экономический эффект от ее внедрения обусловлен сокращением затрат времени использования ЭВМ на производственный счет.

Расчет затрат за два года работы.

Существовавший вариант. Предложенный вариант.

1.06″ ем работ по фото-граммсгущению, сетей 5592 5592.

2.Затраты времени ЭВМ на обработку I сети, в часах ЭВМ.

3.Суммарные затраты в часах.

4.Стоимость I часа.

5.Общая стоимость 6.Экономия.

0,31 1733,52.

92 руб.

0,24 1342,08.

I2347I.

Начальник Цеха Шевченко A.M.

Начальник ИВЦ Кириенко А.П.

Начальник ЛП0 Норенков Г. А.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Одной из важнейших задач современного топографо-гео-дезического производства является проблема комплексной автоматизации работ с использованием ЭВМ, прецезионных приборов, средств отображения и корректировки графической информации. Поскольку при обновлении все работы выполняются как правило над плановой частью карт, то сложная и до конца не исследованная проблема преобразования точек в непрерывную модель, что характерно для математических методов построения рельефа, может при этом не приниматься во внимание. Следовательно, комплексная автоматизация обновления карт может рассматриваться как задача сегодняшнего времени, доступная решению при существующем уровне технического оснащения производства. Представляемая к защите диссертация есть один из этапов решения поставленной задачи.

Совокупность исследований, экспериментов и результатов производственных испытаний позволяют сделать следующие выводы:

1) наиболее рациональным способом хранения и последующего использования аэрофотосъёмочных залётов является определение элементов внешнего ориентирования аэроснимков;

2) в силу специфики математического преобразования совокупности фотограмметрических и геодезических измерений определение элементов внешнего ориентирования для одиночных снимков не может, как правило, выполняться с надлежащей точностью- ,.

3) определение элементов внешнего ориентирования для отдельных стереомоделей может быть выполнено всегда вполне надёжно и с точностью, соответствующей точности фотограмметрических и геодезических измерений, а поскольку и элементы взаимного ориентирования определяются столь же точно и надёжно, то > проблема определения элементов внешнего ориентирования вполне доступна решению;

4) специфика фотограмметрического сгущения позволяет использовать координаты точек карт и планов вместо полевых опорных точек. Это не приводит к снижению точности и позволяет получать координаты обновляемых точек в системе координат ранее созданной карты;

5) предлагаемая на основе выполненных исследований технология определения и использования элементов внешнего ориентирования имеет значение не только для процесса обновления карт и планов. Она может быть использована в качестве элемента решения проблемы изучения динамики изменения окружающей среды обитания с использованием методов дистанционного зондирования, поскольку аэросъёмка и космическая съёмка содержат максимальный объём объективной информации о сфотографированных участках местности.

6) Возможно автоматизировать процесс обновления, поскольку полученная новая информация с использованием графопостроителей может быть сразу же перенесена на обновляемые оригиналы карт.