Авторизация

Логин:
Пароль:
Восстановить пароль
Регистрация
  • Форум
  • Блоги
  • Контакты
  • Новости
  • Продукты
  • Отрасли
  • Обучение
  • Поддержка
  • События
  • О компании
  • 1 (40) | 2007 Картографирование линейных объектов с использованием легких летательных аппаратов

    Сергей Парахин, Ольга Бейчук, Наталья Бородина

    ЦЧФ ФГУП «Госземкадастрсъемка» ВИСХАГИ, г. Воронеж, parahin-sv@mail.ru, тел.: 89202107154

    Многие государственные и коммерческие организации, а также обычные люди нуждаются в достоверной и актуальной информации о протяженных линейных объектах, в первую очередь о дорожной сети. Для удовлетворения этих потребностей целесообразно в среде ГИС создавать интегрированные базы данных, которые в комплексе обеспечат постоянное управление дорожной сетью, обновление описательных характеристик и графических материалов. Основными направлениями применения ГИС в дорожном хозяйстве являются: планирование (совместный анализ транспортной нагрузки и состояния дорожного полотна), проектирование (выбор оптимальных коридоров для прокладки новых трасс), строительство (отображение состояния строительных проектов), эксплуатация, мониторинг грузо- и пассажиропотоков, маршрутизация и логистика, управление объектами инфраструктуры и непосредственно движением на дорогах.

    Для получения достоверной и актуальной информации по значительным территориям в настоящее время все шире используются материалы аэро- и космических съемок, а также технологии обработки первичной информации с целью картографирования. В то же время, для картографирования автодорог ввиду их небольшой площади и, одновременно, значительной линейной протяженности целесообразно также использовать легкие летательные аппараты, что позволит:

    • снизить общую стоимость работ и уменьшить производственные затраты времени;
    • повысить оперативность получения данных и выявления изменений на местности;
    • соблюсти необходимую периодичность съемки и возможность отслеживания динамики дорожной сети.

    Особо важное значение оперативность информации дистанционных съемок имеет в связи с динамичностью автодорожной сети: постоянным ростом, реконструкцией дорог, изменением инфраструктуры и состояния технических сооружений. Экономически оправданно и выгодно заменять многомесячные полевые геодезические обследования дорожной сети компьютерной обработкой данных аэросъемки.

    Кроме того, имеется ряд нерешенных моментов в методике кадастровой оценки земель промышленности, в том числе земельных участков четвертой группы, куда входят автомобильные дороги. Кадастровая и рыночная стоимость данных участков не является объективной по той, например, причине, что автодороги не разделяются по таким признакам, как класс дорог, материал покрытия, количество полос движения, ширина полосы отвода, грузонапряженность. Объективность результатов оценки участков автодорожной сети будет зависеть от оперативности и точности получения первичной картографической информации в системе ГИС, от использования цифровых аэросъемочных систем.

    На сегодняшний день существуют цифровые аэросъемочные комплексы, удовлетворяющие требованиям топографической съемки такого класса, например цифровой авиационный сенсор ADS 40 компании Leica Geosystems. В зависимости от объема и содержания задач дистанционного исследования территории они могут размещаться на тяжелых самолетах-лабораториях Ту-134, Ил-20, легких самолетах Ан-2, Ан-30, вертолетах Ми-8Т, Ка-26.

    Однако, парк аэросъемочных носителей неуклонно сокращается, высокие экономические затраты на обслуживание и заправку тяжелых летательных аппаратов приводят к повышению стоимости конечной продукции и делают нецелесообразным их использование в ряде работ, таких как съемка небольших по площади населенных пунктов и линейных объектов (газопроводов, автомобильных и железных дорог, лесополос).

    В связи с этим, весьма актуальной является разработка комплексов дистанционного зондирования на базе легкомоторных воздушных судов, обеспечивающих проведение работ на сверхмалых высотах и существенно более экономичных по сравнению с традиционными носителями. К моторным сверхлегким летательным аппаратам (СЛА) относятся: суда легкой и спортивной авиации, мотопарапланы, мотодельтапланы, гиролеты (автожиры), дистанционно пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА, рис. 1).


    Рис. 1.
    Дистанционно пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).

     

    К сожалению, на сверхлегких летательных аппаратах невозможно установить достаточно громоздкое съемочное оборудование. В качестве более экономичного и оперативного инструмента для аэросъемочных работ при осуществлении комплексной инвентаризации локальных территорий и отдельных земельных участков, например автодорог, возможно использование видеокамер или непрофессиональных цифровых фотокамер.

    Экспериментальный проект

    Для проработки вариантов решения подобных задач на базе института ЦЧФ ФГУП «Госземкадастрсъемка» ВИСХАГИ были проведены работы по созданию ортофотопланов участка автодорожной сети масштаба 1:2000 в границах Новоусманского района Воронежской области. Аэрофотосъёмка выполнена 7 сентября 2005 года с использованием автожира (рис. 2) и 6-ти мегапиксельной непрофессиональной цифровой камеры (размер кадра 2832?2128 точек, фокусное расстояние 35мм). Был отснят один маршрут протяженностью 10,81 км. К особенностям экспериментальной аэросъемки можно отнести следующие:

    • значительные перепады высоты: от 450 до 325 метров, при этом изменение размера пикселя составило от 17,5 до 14 см (рис. 3);
    • непрямолинейность маршрута составила 5,5%;
    • величина продольного перекрытия кадров колеблется от 42,6% до 27,1%;
    • непараллельность базиса фотографирования стороне снимка колеблется от 11 до 15 градусов.
      Сводная оценка параметров съемки с автожира данной камерой приведена в таблице 1. Табл. 1. Основные технические параметры фотосъёмки.


    Рис. 2.
    Использование для аэросъемки двухместного автожира.


    Рис. 3.
    График изменения высоты полета над автодорогой.

     

    Высота съемки, м

    300

    400

    450

    500

    600

    Разрешение на местности, м

    11,5

    15,5

    17,5

    19,5

    23,3

    Ширина обзора, м

    315

    420

    470

    525

    625

    Масштаб выходной продукции

    1300

    1700

    2000

    2200

    2500

    Таким образом, высота съемки в пределах 450-500 м является оптимальной для создания фотоизображений масштаба 1:2000.

    Обработка полученных данных проводилась на базе цифрового фотограмметрического комплекса LPS (Leica Photogrammetry Suite). Привязка аэроснимков осуществлялась с использованием двухчастотной спутниковой геодезической аппаратуры “Trimble 5700”. При этом были получены координаты 23 опорных точек, равномерно рассредоточенных по всей площади съёмки. В качестве опознаков служили естественные или искусственные ярко выраженные и хорошо различимые на материалах съемки точки местности. Полученные по результатам полевых работ геодезические координаты опознаков присваивались соответствующим точкам проекта. После расчета искажений (блочной фототриангуляции) выполнялось трансформирование растров в единое ортофотоизображение.

    В процессе обработки снимков были получены цветные цифровые ортофотопланы масштаба 1:2000, размер пикселя на местности 17,5 см (рис. 4). После этого геодезической бригадой с использованием электронного тахеометра «Trimble 3305DR» были выполнены контрольные промеры 13 линий протяженностью от 61 до 247 м. Оценка точности показала, что средняя квадратическая ошибка определения длины линий по ортофотоплану составила 0,7 м на местности или 0,35 мм в масштабе плана, при требуемом допуске 0,4 мм.


    Рис. 4.
    Фрагмент ортофотоплана М 1:2000 участка автодороги.

     

    При анализе результатов работ были отмечены следующие особенности, причиной которых, прежде всего, является отсутствие калибровки съемочной аппаратуры:

    • неравномерное распределение невязки по ортофотоплану;
    • точность конечной продукции сильно зависит от количества и расположения опорных точек;
    • резкое возрастание невязки при выходе за массив опорных точек, например, при удалении на 100 метров от массива опорных точек невязка выросла до 2,89 м, а при 200 метрах – до 4,11 м;
    • резкое увеличение ошибки построения цифровой модели местности при выходе за пределы массива опорных точек (5-7 метров на каждые 100 метров удаления).

    Экономическая эффективность

    Затраты на создание и обновление планово-картографического материала с использованием СЛА приведены в таблице 2.

    Табл. 2. Стоимость этапов работ при создании и обновлении цифрового топоплана м-ба 1:2000.

     

    №№

    Виды работ

    Объем работ

    Стоимость, руб. за 1 ед.

    1

    Плановая фотосъёмка с записью на магнитный носитель

    Час

    1 час – 10000

    до часа – 9000

    2

    Изготовление фотопланов М 1:2000 с полевой геодезической привязкой:

    а) линейные объекты (высота 500 м., захват 500 м.)

    б) площадные объекты (высота 500 м., захват 500 м.)

    км.

    кв. км.

    3000

    11400

    3

    Корректировка картографических материалов М 1:2000 (нанесение отснятых объектов на картографическую основу) (высота 500 м., захват 500 м.)

    кв. км.

    2400

    4

    Создание топографических планов М 1:2000 по цифровым ортофотопланам

    кв. км.

    16000

    5

    Создание цифровой матрицы рельефа с сечением рельефа 0,5 метра

    кв. км.

    10000

    Таким образом, стоимость картографических работ по созданию цифровых ортофотопланов участков автодорог на базе легких летательных аппаратов в 2-2.5 раза ниже стоимости аналогичных работ при классической аэрофотосъёмке.

    Выводы и рекомендации

    Использование малой авиации наряду с непрофессиональными цифровыми фотокамерами является на сегодняшний день наиболее оптимальным решением для выполнения сравнительно небольших объёмов картографических работ на линейных объектах, таких как автодорожная транспортная сеть. Анализ результатов съемки и общего комплекса аэрофототопографических работ позволил рекомендовать следующее:

    • применение в качестве летательного средства одно- или двухместного автожира;
    • обязательное использование бортовых GPS приборов в совокупности с КПК и установленной системой навигации, что позволит избежать значительных перепадов высот, соблюдать прямолинейность маршрутов, добиться рекомендуемых значений продольного и поперечного перекрытий снимков;
    • в качестве съёмочного оборудования возможно использовать 6-12-ти мегапиксельную цифровую фотокамеру, причём настоятельно рекомендуется ее откалибровать – это поможет значительно упростить обработку снимков и повысить точность выходной продукции в 1,5-2 раза;
    • обработку материалов съёмки рекомендуется проводить на базе LPS, в значительной мере интегрированной с ArcGIS для более эффективной разработки систем управления дорожной сетью.



    Версия для печати