Обновление топографической карты с помощью фотоплана
Министерство образование и науки
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» Факультет среднего профессионального образования
(Колледж геодезии и картографии)
Допущено к защите
Зам директора по УПР
_______Ю. В. Гвоздева
«____»________20__г.
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Тема: «Обновление топографической карты с помощью фотоплана»
Специальность аэрофотогеодезия группа АФГ-10-42
Дипломник Афонина А.А.
Руководитель ВКР Удальцова Я.П.
2014
Оглавление
Введение……………………………………………………………………………
1. Современные средства, методы и технологии обновления топографических карт…………………………………………………………………………………
1.1 Сущность обновления карт……………………………………………………
1.2 Современные методы и технологии обновления топографических карт… ..
1.3 Подготовительные работы при обновлении карт…………………………….
1.4 Способы обновления топографических карт…………………………………
1.5 Существующие технологические схемы, технические средства и организация работ по обновлению топографических карт……………………………………..
2. ЦФС-… цифровая фотограмметрическая станция ……………………
2.1 Технологическая схема создания и обновления ЦТК с применением ЦФС………………………………………………………………………………….
2.2 Обновление карт с использованием цифровых методов…………………….
2.3 Обработка растровых изображений при обновлении топографических карт…………………………………………………………………………………..
2.4 Особенности топографического дешифрирования в цифровых технологиях обновления карт………………………………………………………………….…
3 Эксперимент по обновлению участка карты с использованием фотоплана 2012 года в программе ЦФС……………………………….
3.1 Технологическая схема обновления в программе ЦФС………………………………………………………………………………....
3.2 Методика проведения эксперимента……………………………………….
3.3 Анализ результатов эксперимента…………………………………………….
Заключение…………………………………………………………………………
Графическая часть………………………………………………………………….
Список литературы. ………………………………………………………………..
Введение
Топографические карты дают нам представление об окружающем нас мире и позволяют ориентироваться в нем, показывая все видимые элементы местности c одинаковой подробностью. На них отображаются: рельеф, гидрография, растительность, почвы и грунты, населенные пункты, дорожная сеть, социально-экономические и другие объекты, что позволяет комплексно оценивать территорию. Топографическими масштабами принято считать ряд 1:10 000–1:200 000.
На данный момент на карте мира практически не осталось белых пятен — топографические карты покрывают почти всю поверхность суши нашей планеты, хотя не все они одинаково детальные. Территория России к 1988 г. была полностью покрыта картами в масштабе 1:25 000, а около трети территории страны — в масштабе 1:10 000. Однако большая часть этих карт не обновляется систематически.
Между тем, современный мир очень изменчив: растут города, появляются новые поселения, строятся дороги, коммуникационные сети, инженерные сооружения, осваиваются новые районы добычи полезных
Поэтому постоянно возникает задача обновления топографических карт. Так как государственные топографические карты основных масштабов для России уже созданы, составление топографических карт заново требуется реже — только в случае кардинальных изменений, таких как строительство новых городов и крупных сооружений.
В качестве первичного материала для топографических карт традиционно используются аэрофотоснимки и в последнее время -космические снимки.
Актуальность темы заключается в том, что топографические карты обновляются с целью приведения их содержания в соответствие с современным состоянием местности и переиздания карт, в принятой системе координат и высот и в действующих условных знаках.
Цель дипломной работы.
Дипломная работа посвящается обновлению карт масштаба 1: 2000 по фотопланам 2012 года, созданного на базе современной техники и технологий по материалам аэрофотосъемки 2012 года.
В первой главе рассматриваются современные средства, методы и технологии обновления топографических карт.
Во второй главе рассматривается технология обновления топографических карт с применением современных цифровых методов.
Третья глава посвящена эксперименту.
Дипломная работа содержит 44 страниц текста, список литературы (источников) и приложения.
1.Современные средства, методы и технологии обновления топографических карт
1.1 Сущность обновления карт
Обновление карт - путь поддержания топографической изученности земной поверхности на современном уровне. При отсутствии современных
топографических карт информация о земной поверхности и о природных
антропогенных ландшафтах устаревает и теряет свою ценность.
Различают физическое и моральное старение карт.
Физическое старение связанно с динамикой объектов местности и их характеристик. Это старение происходит постепенно и неравномерно по различным элементам.
Физическое старение во многом зависит от экономического развития страны. Быстрее ландшафт меняется в экономически развитых районах. Строительство антропогенных объектов, прокладка дорог, сведение лесов может привести к тому, что карта перестанет быть современной через 2-3 года. Напротив, в малоосвоенных районах служба карты удлиняется на десятилетия. Различные элементы карты стареют с разной скоростью. Природные элементы ландшафта меняются медленнее культурных. Физические изменения местности различают по динамике:
одни могут происходить медленно и постепенно (миграции рек,
движение ледников), другие – быстро, катастрофически (сход селевых потоков, лавин, взрывы, карстовые обвалы).
Моральное старение карт связано с их несоответствием современному
научно-техническому уровню. В связи с непрерывным возрастанием
требований к картам и научно-техническим прогрессам в развитии топографо-геодезического производства меняются математическая основа, полнота содержания, оформление карт и методы их создания. Эти изменения
отражаются в новых инструкциях, условных знаках, руководящих технических материалах. Старение карт замедляет картографическую обеспеченность территории.
Под обновлением карт понимается приведение их в соответствие с
современным состоянием отображаемой местности и современными научно-
техническими требованиями.
Поскольку в большинстве случаев карта устаревает частично, при
обновлении выполняют не все процессы и в меньшем объеме, чем при создании карты. Обновление должно проходить быстрее и с меньшими затратами, чем создание карты заново. Следует отметить, что обновление процесс не бесконечный, и после 3-4х циклов карту необходимо создавать заново, чтобы исключить ошибки, вносимые при обновлении.
Обновление карт всегда является актуальной задачей и затрагивает многие вопросы.
Технологически обновление карты индивидуально для каждого района и зависит от характера, числа и значимости изменений. При планировании
технологии на первый план выходят задачи оценки качества обновляемой
карты и наличия исходных материалов для обновления в частности
космических или аэроснимков.
При обновлении карт необходимо решение следующих задач:
- изучение и анализ особенностей района обновления;
- сбор и анализ основных и дополнительных источников информации, а именно:
а) литературных, описательных материалов, географических карт и
атласов;
б) материалов топографических съемок: каталогов и координат точек
съемочной сети, материалов фотосъемок, технических документов к
созданным или обновленным картам (планам) предыдущего издания;
в) материалов специальных и специализированных крупномасштабных
съемок;
г) материалов государственного планирования;
- оценка степени старения карт с целью выбора оптимальной технологии
их обновления в зависимости от характера и числа изменений;
- выбор исходных материалов, основных и дополнительных источников
информации;
- детальное выявление изменений местности, получение координат и
характеристик изменившихся объектов, внесение изменений;
- проверка качества обновленной карты ( полевая, камеральная);
- подготовка карты к изданию.
Детальное выявление изменений местности и получение координат и
характеристик изменившихся объектов местности может проводиться
различными методами: непосредственно в полевых условиях с использованием геодезических приборов, в камеральных - с использованием современных карт более крупного масштаба, по аэрокосмическим изображениям местности.
Для полного обновления карт экономически выгодна технология обновления по космическим снимкам. Использование космической съемки по сравнению с аэросъемкой составляет удешевление работ в три раза. Применение космических снимков оправдано вплоть до обновления планов 1:500.
На данный момент самым крупным масштабом обновляемых по космическим снимкам карт является масштаб 1:25 000.
Работы в области космической съемки начались около 25 лет назад. За
это время были выполнены многочисленные исследования в этой области,
включая технологии обновления карт.
Последние 10 лет во многих областях картографического производства стали активно внедряться и использоваться электронно-вычислительные устройства, использование которых значительно сокращает долю ручного труда и повышает качество готового продукта. Переход на цифровые технологии ставит перед производством много технологических вопросов, связанных с точностью, содержанием и информативностью цифровых топографических карт.
При полном обновлении карт в цифровом виде с использованием аэрофотосъемки и космической съемки.
Технология в общем виде включает следующие этапы:
- обзор, изучение и анализ особенностей района обновления, анализ изданных топографических карт, разработка требований к космической съемке
- сбор материалов, включая имеющиеся современные материалы космических и аэрофотосъемок;
- предварительная оценка степени старения карт с целью выбора оптимальной технологии обновления;
- перевод рабочих материалов в цифровой вид (сканирование карт и снимков)
при отсутствии цифровых оригиналов;
- создание планово-высотного обоснования;
- векторизация содержания растровых карт;
- трансформирование растрового фотоизображения местности в проекцию карты;
- создание фотоплана по трансформированным аэрофотоснимкам;
- дешифрирование участков местности по новым, созданным фотопланам;
- проверка содержания обновленной цифровой карты;
- полевое обследование с проведением при необходимости съемочных работ;
- редактирование обновленной цифровой карты;
- подготовка карты к изданию.
Технологии обновления карт варьируют в зависимости от их назначения, масштаба, исходных материалов, объема работ, степени старения карт, программного обеспечения и технических средств.
Детальное выявление изменений местности и получение координат и
характеристик изменившихся объектов местности, может проводиться различными методами:
- непосредственно в полевых условиях с использованием геодезических приборов;
- в камеральных условиях с использованием современных карт более крупного масштаба, по аэро и космическим снимкам изображениям местности.
1.2 Современные методы и технологии обновления топографических карт
В зависимости от вида используемой информации об изменениях на местности различают три метода обновления карт:
- по космическим и аэрофотоснимкам с последующим полевым обследованием или без него;
- по современным топографическим картам, как правило, более крупного масштаба по сравнению с масштабом обновляемой карты;
- по фотопланам;
Основным методом является метод обновления карт по космическим снимкам и по фотопланам, созданным по аэрофотоснимкам последних лет.
Плановым обоснованием при обновлении карт служат пункты государственной триангуляции, полигонометрии, точки съемочной сети и полевой подготовки снимков, как использованные при создании обновляемой карты, так и полученные после ее создания. Кроме того, при обновлении карт масштабов 1 : 50 000 и 1 : 100 000 в качестве планового обоснования используются надежно опознаваемые на новых снимках четкие контуры, выбранные на обновляемой карте.
Высотным обоснованием служат реперы и марки нивелирования, пункты триангуляции и полигонометрии, точки съемочной сети и полевой подготовки снимков, а также отметки высот на обновляемой карте, опознанные на новых снимках.
Плановое и высотное обоснование используется как опора для переноса со снимков на карту изменений местности и для геодезического ориентирования фотограмметрических сетей.
Фотограмметрические сети строятся для решения следующих задач:
1) определение дополнительных опорных точек, необходимых для исправления карты по снимкам или для составления отдельных ее частей заново, а также для составления фотопланов;
2) проверка точности карт, подлежащих обновлению.
Фотограмметрические сети строятся, как правило, аналитическим способом или на универсальных стереоприборах.
Аэрофотосъемку производят не ранее, чем за один год до начала камеральных работ по обновлению карты.
Снимки, полученные основным аэрофотоаппаратом, используются для построения фотограмметрических сетей и исправления карты.
В зависимости от физико-географических условий местности, масштаба обновляемой карты и принятой технологии камерального исправления ее содержания для производства аэрофотосъемки применяются различные варианты.
В остальном требования к аэрофотосъемке не отличаются от тех, которые предъявляются при составлении топографических карт.
Для получения оригинала обновленной карты используются различные основы:
- фотопланы, составленные по новым снимкам;
- абрисные копии, изготовленные с издательских оригиналов обновляемой карты на прозрачном пластике;
- абрисные копии, изготовленные с издательских оригиналов обновляемых карт на чертежной бумаге или фотобумаге, наклеенной на жесткую основу;
- издательские оригиналы обновляемой карты.
Выбор основы зависит от количества изменений, происходивших на местности со времени создания карты, характера контуров и рельефа и точности их изображения на карте.
Фотопланы используются при обновлении карт равнинных районов с большим количеством контуров, когда изменения на местности превышают 40 %.
1.3 Подготовительные работы при обновлении карт
Подготовительные работы содержат:
- сбор и систематизацию материалов, необходимых для обновления карт, и определение степени и порядка их использования;
- проверку точности обновляемой карты и определение количества и характера изменений, происшедших на местности;
- разработку технического проекта обновления карт;
- изготовление основ для обновления карт.
Собирают и систематизируют следующие материалы:
- издательские или составительские оригиналы обновляемой карты и формуляры;
- каталоги координат геодезических пунктов, пунктов нивелирования и точек съемочной сети;
- материалы аэрофотосъемки, выполненной для обновления карт;
- тиражные оттиски обновляемой карты и карт более крупных масштабов;
- снимки с точками полевой подготовки, полученными для создания обновляемой карты или карт других масштабов, а также эталоны дешифрирования;
- кальки высот, если обновляемая карта создана по материалам мензульной съемки или комбинированным методом аэрофототопографической съемки;
- дежурные карты с данными об изменениях на местности;
- технические отчеты и проекты ранее выполненных в данном районе топогеодезических работ;
- специальные карты и планы – морские карты, планы городов и др.;
- литературно-справочные материалы – справочники административно-территориального деления, топографические и географические описания и др.
Основными материалами, из названных выше, служат материалы аэрофотосъемки, полученные для обновления карт, и новые топографические карты. Все остальные материалы – вспомогательные.
Точность обновляемой карты определяется в результате изучения и анализа собранных материалов или путем построения фотограмметрических сетей по новым снимкам.
Пригодными для обновления без дополнительной проверки точности карты по снимкам, как правило, являются следующие карты:
- карты, созданные в соответствии с действующими наставлениями и руководствами по производству топографических работ;
- карты, созданные комбинированным методом аэрофототопографической съемки;
- карты, созданные стереотопографическим методом аэрофототопографической съемки;
- карты, составленные по материалам крупномасштабных топографических съемок.
В необходимых случаях точность карт проверяется дополнительно путем построения фотограмметрических сетей, путем проектирования отдельного снимка на карту с помощью проектора и на стереофотограмметрических приборах.
В качестве точек фотограмметрических сетей выбирают геодезические пункты, точки съемочной сети и полевой подготовки снимков, а также контурные точки и характерные точки рельефа, камерально опознанные на снимках и карте. Эти же точки используют для геодезического ориентирования фотограмметрических сетей.
Карта считается пригодной для обновления, если предельные уклонения точек карты от соответствующих точек фотограмметрической сети не больше 0,6 мм в плане (для горных, высокогорных и пустынных районов – 1,0 мм), а по высоте для точек, высоты которых подписаны на карте, - не больше величин в метрах, указанных в таблице:
|
№ п/п
|
Районы обновления
|
Допустимые средние расхождения высот (м), подписанных на картах
|
|
|
|
1:10 000
|
1:25 000
|
1:50 000
|
|
1
|
Плоскоравнинные, высота сечения рельефа 1 м
То же, высота сечения 2,0 (2,5) м
|
0,4
1,2
|
-
1,2
|
-
-
|
|
2
|
Равнинные, пересеченные и всхолмленные с преобладающими углами наклона до 6
|
1,2
|
2,4
|
4,5
|
|
3
|
Горные и предгорные, песчаные пустыни
|
3,8
|
3,8
|
6,5
|
|
4
|
Высокогорные
|
-
|
7,5
|
13,0
|
Изображение рельефа на обновляемой карте проверяется путем сопоставления его форм, отображенных на карте, с формами, наблюдаемыми при стереоскопическом рассматривании новых снимков.
Если ошибки положения точек карты в плане и по высоте больше допустимых, то соответствующие участки карты должны быть сняты вновь в процессе обновления карты.
Технический проект составляется на карте. К проекту прилагается пояснительная записка.
На карте показываются разграфка листов обновляемой карты, границы района работ, намеченные методы обновления карт и другие данные.
В пояснительной записке излагаются:
- краткая характеристика физико-географических условий района работ и их влияние на выбор метода обновления карт;
- характеристика обновляемой карты;
- наличие и порядок использования планово-высотной основы;
- методы и технология обновления карты с указанием допусков для отдельных процессов;
- характеристика основных и вспомогательных материалов и порядок их использования при обновлении карты;
- перечень материалов, подлежащих сдаче после выполнения камеральных и полевых работ;
- организация контроля и приемки работ.
1.4 Способы обновления топографических карт
Способы обновления топографических карт зависят от следующих факторов:
- рельефа местности,
- насыщенности контуров,
- количества и характера изменений местности.
|
I.Обновление оригинала карты на основе нового фотоплана.
|
Применяют:
- в равнинных и всхолмлённых районах;
- при значительной контурной нагрузке;
- при изменениях на местности более 30-40% от общего числа контуров.
|
В равнинных районах со значительными изменениями ситуации плановая часть карты создается заново путем изготовления фотопланов [4]
Изготовление фотопланов производится по обычной технологии, состоящей:
- из планового фотограмметрического сгущения съемочного обоснования,
- трансформирования аэрофотоснимков по точкам сгущения,
- монтажа фотопланов.
При обновлении карт плоскоравнинных районов, где количество горизонталей невелико, перенос их на фотоплан может выполняться с помощью проектора или путём копирования. .[4]
Для копирования изображения рельефа горизонтали перечерчивают с оригинала на восковку. Эту восковку совмещают с фотопланом по координатной сетке и затем переносят горизонтали на фотоплан через копировальную бумагу или путём передавливания, после чего их вычерчивают.
Для проверки изображения рельефа фотоплан и соответствующий аэрофотоснимок рассматривают с помощью стереоскопа. Если на отдельных участках рельеф изменился или его изображение искажено, то производят исправление путем стереосъемки.
Дешифрирование изменений ситуации выполняется по фотоплану с использованием контактных отпечатков аэроснимков и карты, а также ведомственных материалов картографического значения.
При дешифрировании и вычерчивании контуров производится согласование их с гидрографией и изображением рельефа. В равнинных районах это согласование выполняют небольшим смещением положения горизонталей.
На фотоплане производится вычерчивание всех элементов ситуации и рельефа с соответствующими характеристиками и надписями. Контуры и объекты местности, отдешифрированные неуверенно, требующие проверки и уточнения в натуре, оставляют в карандаше и вычерчивают после полевого обследования.
|
II. Обновление оригинала карты по модели местности, построенной на универсальном стереоприборе.
|
Применяют :
- в горных районах.
|
Такое обновление обычно производится на копиях оригиналов карт, изготовленных на жесткой основе [4].
При значительных изменениях ситуации изготавливают двухцветные коричнево- голубоватые копии, на которых рельеф печатается коричневым, а ситуация голубым цветом; после внесения изменений вычерчивается вся ситуация. Если изменений немного, то изменившиеся контура и вычерчивание новых менее трудоемки, чем вычерчивание всей ситуации.
Для исправления карты на универсальном приборе производят взаимное и внешнее ориентирование аэроснимков. Масштабирование и горизонтирование модели выполняют по неизменившимся четким контурным точкам, а если их недостаточно, то по точкам фотограмметрического сгущения. Горизонтирование модели производят по точкам, высотные отметки которых подписаны на карте, расположенным в наиболее пологих местах.
Для масштабирования и ориентирования модели выбирают 6-8 четких контурных точек или характерных точек рельефа (узкие лощины, углы обрывов и хребтов, отдельные вершины), а при отсутствии четких точек- 10-12 « контурных линий » ситуации и рельефа. Расхождения в положении опорных точек и « контурных линий » модели и карты не должны превышать 0,5 мм.
После ориентирования модели производят исправление по ней копии карты.
Выявление изменений ситуации и их дешифрирование производят по модели или предварительно по аэрофотоснимкам.
Изменившиеся или новые контуры обводят по модели измерительной маркой прибора, а затем вычерчивают на копии карты, исчезнувшие элементы удаляют.
Удаление ненужного рисунка на совмещенных коричнево-голубых копиях производят снятием коричневой краски.
При обновлении карт на универсальном приборе может быть получена сразу гравюра изменений. Для этого после ориентирования модели на копию оригинала карты накладывают гравировальную основу на прозрачном пластике, совмещая углы рамки карты, пробитые пуансоном на этой основе.
На координатографе устанавливается гравировальная головка, отъюстированная там, чтобы оси гравировального резца и иглы совпадали. Маркой прибора обводят изменившиеся элементы карты, гравируя их на основе.
Полученная гравюра изменений после согласования новой ситуации с рельефом может быть впечатана в копию составительского оригинала, а после полевого обследования- в копию издательского оригинала карты, на которой предварительно удаляются ретушью утраченные элементы карты.
|
III. Обновление цифровых карт по аэро - и космическим снимкам.
|
Применяют:
- при средних и мелких масштабах карт (1 : 50 000 и мельче).
|
В качестве первичного материала для топографических карт традиционно использовались аэрофотоснимки.
Космические цифровые снимки открывают новые возможности:
-удешевление повторных съемок,
- увеличение площади охвата местности и снижение искажений, связанных с рельефом. Кроме того, упрощается генерализация изображения на мелкомасштабных картах: вместо трудоемкого упрощения крупномасштабных карт можно сразу использовать космические снимки среднего разрешения. Поэтому съемки из космоса используются все шире и шире, и в перспективе могут стать основным методом обновления топографических карт.
Космические снимки позволили не только ускорить составление
и обновление тематических карт, но и открыть новые явления, а также
создать новые типы карт. Например, только на космических снимках
видны системы облачности, оперативная съемка которых позволяет метеорологам уточнять прогнозы и следить за опасными стихийными явлениями, например ураганами. Геологи составляют по мелкомасштабным космическим снимкам карты линиментов и кольцевых структур, необходимые для разведки полезных ископаемых. На крупномасштабных аэроснимках эти структуры не видны.
1.5 Существующие технологические схемы, технические средства и организация работ по обновлению топографических карт
Обновление топографических карт включает следующие основные этапы работ:
Камеральные работы при обновлении топографических карт по фотоснимкам выполняется с целью создания оригиналов обновления и включает следующие основные процессы :
- фотограмметрическое сгущение сети опорных точек;
- трансформирование или ортофототрансформирование фотоснимков и изготовление при необходимости фотоплана или ортофотоплана;
- дешифрирование фотоснимков;
- создание оригиналов обновления;
- составление рабочего проекта полевого обследования;
- отработка и оформление оригиналов обновления и документации к ним.
Фотограмметрическое сгущение сети опорных точек производится для обеспечения планово-высотной основой трансформирования (ортофототрансформирования) фотоснимков и исправления абрисных копий издательских оригиналов.
Трансформирование фотоснимков выполняется в обычном порядке на фототрансформаторе. При количестве зон трансформирования более трёх и при наличие соответствующих приборов выполняется ортофототрансформирование. При необходимости монтируется фотоплан.
Камеральное дешифрирование фотоснимков выполняется с использованием стереоскопа, набора дешифровочных луп или непосредственно на универсальном фотограмметрическом приборе. При наличие используются эталоны дешифрирования.
Создание оригиналов обновления на абрисных копиях выполняется путём переноса на них изменений с отдешифрированных фотоснимков. Погрешности совмещения опорных точек на фотоснимке с соответствующими точками на абрисной копии при её исправлении не должна превышать 1,0 мм.
Перенос изменений с фотоснимков на абрисные копии издательских оригиналов непосредственным копированием на просвет выполняется на просветно-монтажном столе. Для этого на его стекло под абрисную копию укладывают трансформированный фотоснимок с отдешифрированным и вычерченными изменениями местности.
Перенос изменений на абрисные копии издательских оригиналов оптическим проектированием выполняется с помощью универсального топографического проектора или фототрансформатора. Рабочий проект полевого обследования карты составляется исполнителем на тиражном оттиске листа карты в процессе камеральных работ по исправлению абрисных копий и дешифрированию фотопланов.
Отработка и оформление оригиналов обновления и документации к ним при выполнении камеральных работ включает:
- отработку содержания оригиналов;
- вычерчивание изображений новых и изменившихся местных придметов и контуров;
- сводка по сторонам рамок трапеций;
- зарамочное оформление оригинала;
- заполнение формуляра;
- подготовку оригинала и документацию к сдаче.
Полевые работы при обновлении топографических карт выполняется с целью проверки полноты содержания и точности камерального исправления оригиналов обновления. Объём полевых работ зависит от характера местности, количество происшедших на ней изменений, принятой технологии исправления карты и определяется рабочим проектом полевого обследования.
Обследование пунктов государственной геодезической сети и знаков государственной нивелировочной сети выполняется с целью проверки их сохранности на местности.
Полевая инструментальная проверка точности карты выполняется, если при проверке точности обновляемой карты в камеральный период путём построения фотограмметрических сетей в качестве опорных точек для их геодезического ориентирования служили контурные точки.
Проверка значений склонений магнитной стрелки производятся на трёх – пяти геодезических пунктах или точках съёмочной сети, равномерно расположенных на площади трапеции.
Полевое обследование и исправление оригиналов обновления выполняется в соответствии с рабочим проектом полевого обследования.
По мере выполнения полевого обследования производится окончательная отработка оригиналов обновления.
2. «ЦФС»- цифровая фотограмметрическая станция
ЦФС предназначена для обработки материалов аэросъемки, космической съемки со спутников Ikonos, Quic k Bird, SPOT-5, Irs и др., а также любых космических снимков центральной проекции. Помимо одиночных космических снимков «ЦФС " обрабатывает космические стереопары. Программа обрабатывает снимки, полученные с цифровой камеры, данные наземной фототеодолитной съемки.
Выходной продукцией являются:
- фотосхемы, фотопланы, ортофотопланы;
- цифровые модели рельефа в виде горизонталей, матрицы высот, треугольников (TIN);
- электронные карты и планы;
Возможности программы:
- Максимальное количество снимков, которые одновременно были обработаны в программе " ЦФС ", составляет 13000 штук. Вообще же программа рассчитана на одновременную обработку 15000 снимков, при необходимости это ограничение может быть увеличено.
- В одном проекте могут быть обработаны разномасштабные снимки, снимки с различными фокусными расстояниями и форматами кадров.
- «ЦФС " позволяет обрабатывать сложные залеты, когда в проекте имеются "дыры", снимки с большими углами наклона и с величиной «елочки» до 45 градусов.
- При обработке материалов аэросъемки на протяженные линейные сооружения (дороги, трубопроводы) можно совместно уравнять все маршруты покрывающие объект, причем маршруты могут располагаться относительно друг друга под углом 90 градусов. Совместное уравнивание позволяет получить более точные результаты и сократить количество точек планово-высотной подготовки.
- убрать искажения на снимках вызванные дисторсией, ошибками сканирования;
- свободно переходить из одной системы координат в другую, при этом отрисованная карта тоже будет автоматически пересчитана в другую систему координат.
- автоматически создавать цифровую модель рельефа;
- автоматически создавать горизонтали, бергштрихи, отметки высот, подписи горизонталей и отметок высот;
- экспортировать созданную электронную карту вместе с семантикой и ортофотоплан в ПО «Панорама», ПО «Нева», ArcInfo , MapInfo , MicroStation , AutoCad и др.
2.1 Технологическая схема создания и обновления ЦТК с применением ЦФС
Технологическая схема включает комплекс полевых и камеральных работ по технологии практически идентичной технологии с применением АФП.
На этапах фотограмметрического сгущения и стереотопографической съемки рельефа используют ЦФС.
Фотограмметрическое сгущение опорной сети с использованием ЦФС требует наличия растровых изображений снимков или их фрагментов.
Растровое изображение может быть получено как в процессе аэро- или космической съемки цифровыми камерами, так и путем сканирования снимков.
Для измерения на ЦФС следует применять метод автоматического отождествления точек на смежных снимках. Автоматическое отождествление может выполняться для двух, трех и т.д. снимков, на которых изображается измеряемая точка.
Построение фотограмметрической модели на ЦФС, обеспечивается строгим математическим решением фотограмметрической засечки, полностью реализует геометрическую точность снимка с учетом его масштаба, фотографического и фотограмметрического качества и величины элемента сканирования.
2.2 Обновление карт с использованием цифровых методов
В качестве основных исходных материалов использованы материалы аэрофотосъемки, паспорта снимков, каталоги координат опорных точек, матрицы высот, созданные фотограмметрическим способом, либо построенные по картам других масштабов и удовлетворяющие по точности требованиям, предъявляемым к создаваемой электронной карте. В качестве вспомогательных исходных материалов использованы различные картографические и справочные материалы, с целью облегчить дешифрирование фотоизображения и идентификацию объектов электронной карты.
Определены основные требования к качеству исходных материалов:
- на исходном материале должны быть нанесены опорные точки, по которым будет производиться трансформирование растрового изображения или вместе с основным материалом должны использоваться увеличенные копии снимков на твердой основе с нанесенными на них опорными точками. Точки на фотоизображение наносятся путем накола диаметром не более 0.05 мм. Место накола обводится окружностью радиусом 3 мм черного цвета. В любом случае плановое положение опорной точки должно однозначно идентифицироваться на фотоизображении. Точность нанесения опорных точек должна соответствовать требованиям, предъявляемым к создаваемой карте:
- каждый снимок должен быть обеспечен не менее 5 опорными точками, равномерно расположенными на территории снимка;
- изображение должно быть однородным, не иметь дефектов механического или химического происхождения;
- оригинал дешифрирования (в случае использования предварительно отдешифрированного изображения) должен быть выполнен краской или тушью черного цвета одного типа, без варьирования в пределах одного оригинала оттенков, плотности изображения;
- на изображении не должно быть складок, потертостей, шероховатостей, исправлений, подчисток, жирных пятен.
Целью преобразования исходной информации в растровую форму явилось получение растрового представления исходных материалов в формате PCX, TIFF или BMP путем сканирования.
2.3 Обработка растровых изображений при обновлении топографических карт
Сканирование снимков осуществлялось с помощью программного обеспечения.
Для обеспечения качественных показателей работы технологии должен был выбран шаг дискретности сканирования (не менее 600 точек на дюйм) и порога бинаризации (от 16 до 48 бит). Порог бинаризации при сканировании определён, исходя из следующих критериев:
- на растровом представлении должны сохраниться все объекты, изображенные на исходном материале и не должно появляться никаких новых пятен;
- допускается появление шума (мелких пятен, отсутствующих на исходном материале), площадью не более 2 дискрет сканирования;
- растровое изображение должно быть сплошным, без микроразрывов.
Трансформирование аэрофотоснимков.
Трансформирование цифрового снимка – это процесс преобразования координат точек наклонного снимка в координаты точек горизонтального снимка. Трансформирование используется для совмещения растра снимка с векторной картой и предназначено для построения ортофотопланов, планов городов и т.п.
Для трансформирования по ЭВО необходимо знать следующие данные:
- теоретические координаты опорных точек (не менее пяти точек)
- тип снимка (аэрофотоснимок, центральный, панорамный, щелевой)
- фокус снимка.
Теоретические координаты опорных точек берутся из каталога теоретических координат. Фактические координаты опорных точек можно получить визуально по растру (то есть указывать фактическое положение точек на растре).
Трансформирование начинается с ориентирования и масштабирования
растрового изображения снимка в векторной топографической основе проекции Гаусса – Крюгера соответствующей зоны. Для ориентирования используется составленная на этапе подготовительных работ схема расположения космических снимков на объект картографирования. Как правило, на растровом изображении космического снимка выбираются два наиболее достоверно изобразившихся объекта, максимально удаленных друг от друга. Эти ориентиры лучше выбирать ближе к краям снимка, руководствуясь графиком дисторсии, на участках, где она минимальна.
Для трансформирования и последующего обновления карт в нашем случае использовались аэрофотоснимки съемки 2012 года.
2.4 Особенности топографического дешифрирования в цифровых
технологиях обновления (создания) карт
Топографическое дешифрирование является частью процесса создания
топографической карты и обеспечивает получение первичного оригинала
контурной нагрузки карты. Как и топографическая карта, топографическое
дешифрирование имеет целью интерпретацию и отображение в условных
знаках только внешних, видимых элементов ландшафта, основными из которых являются населенные пункты, дорожная сеть, гидрография, рельеф,
растительность, грунты. Как и топографическая карта, топографическое
дешифрирование комплексно, универсально по содержанию, так как задача его - охарактеризовать с равной полнотой все перечисленные элементы
ландшафта фотоснимков. Параметры фотоснимков, из которых извлекается
топографическая информация, должны быть усредненными для всех объектов местности, в отличие от специального дешифрирования, где параметры фотосъемки конкретизированы к избранным объектам. Как и топографическая карта, результаты топографического дешифрирования отражают летнюю картину земной поверхности с присущими этому периоду качественными и количественными характеристиками. И, наконец, топографическое дешифрирование, неразрывно связанное с комплексом геодезических, стереофотограмметрических и топографических работ, характеризуется дифференцированностью методики, базирующейся на сочетании камеральных и полевых работ и определенной формой регистрации (закрепления) результатов. Удельный вес дешифрирования в процессе создания и обновления топографических карт составляет от трети до половины стоимости трудовых затрат на весь комплекс работ.
При выборе рациональной организации и технологии работ по
топографическому дешифрированию исходят из анализа и учета следующих
условий:
1. Назначение и масштаб обновляемой карты.
2. Географические особенности района. Решающее значение имеют: тип
ландшафта, степень хозяйственной освоенности территории, плотность и
значимость объектов антропогенного характера, проходимость и
удаленность местности.
3. Топографо-геодезическая изученность объекта картографирования.
Наличие съемок прежних лет.
4. Обеспеченность материалами аэрокосмической съемки, их качество,
современность. Параметры, условия и время фотографирования.
5. Разрешающая способность аэро- и космических снимков
6. Обеспеченность материалами картографического значения других
ведомств, справочными данными.
7. Технические средства, которые могут быть использованы при обновлении
карт
8. Отчетные материалы, предусмотренные техническим проектом.
При выборе технологии дешифрирования необходим анализ и учет всех перечисленных факторов вместе. Они влияют на приемы и способы
дешифрирования, соотношение полевых и камеральных работ, их очередность.
Необходимость оперативного обновления большого числа листов карт
крупного масштаба, ставит задачи оптимизации процесса топографического
дешифрирования по космическим снимкам, с целью сокращения и удешевления цикла работ по сохранению топографической изученности местности.
Космические снимки дают некоторые преимущества по сравнению с
аэросъемкой. Они отличаются большим охватом территории, что позволяет
получить комплексное представление о районе работ, взаимосвязях между
объектами, облегчить сводку соседних листов карт, сократить объем работ
связанных с обработкой их изображений.
К преимуществам космической съемки можно отнести возможность повторной съемки через некоторый интервал времени. Это может быть полезным для выявления динамики изменения земной поверхности, повторной съемки участков местности, получения снимков с разными параметрами освещенности. Обновление карт экономически более выгодно по материалам космической съемки.
Топографическое дешифрирование в компьютерных технологиях
направленно на интерпретацию каждой элементарной ячейки изображения в
соответствии с масштабом создаваемой карты и условными знаками. Перечень отображаемых объектов строго регламентирован инструкциями [3].
Для теории и практики дешифрирования важное значение имеет
классификация распознаваемых объектов. В нашем случае дешифрирование
направленно на выделение топографических объектов и ландшафтное
районирование для правильной передачи местности условными знаками.
Происхождение объекта влияет на его внешний облик, положение среди
других объектов, методику дешифрирования. Объекты природного
происхождения характеризуются произвольностью формы, отсутствием
строгой упорядоченности в расположении на местности. Объекты
антропогенного происхождения отличаются специфическими, часто
стандартными формами, постоянством состава, типовыми размерами и четко
проявляющейся взаимосвязью с окружающей средой.
В зависимости от размеров на снимке объекты делятся на три группы:
компактные (точечные), линейные и площадные. Компактные объекты имеют малые размеры, сопоставимые с разрешением снимка. Интерпретировать сущность таких объектов возможно, если размер превышает 3х3 пикселя (строения, скважины).
К линейным объекта относят такие, у которых длина более чем в три раза
превосходит ширину (дороги, ручьи) и объект по своей сущности является
протяженным.
Площадные объекты имеют большие размеры (леса, степи).
По составу объекты делятся на простые и сложные. Сложный объект, по
сути, является группой простых объектов взаимосвязанных между собой.
Объекты относятся к той или иной группе в зависимости от масштаба
создаваемой карты. Например, квартал в масштабе 1:25 000 – сложный объект, в масштабе 1:200 000 простой.
В зависимости от отражающей способности объекты местности на снимке
имеют различный контраст с окружающим фоном и соответственно
разделяются на малоконтрастные, контрастные и высококонтрастные.
Длительность существования, постоянство объектов и их признаков позволяет разделить объекты на динамичные и стационарные. Первые меняют свои свойства, положение или вообще пропадают в сравнительно короткие сроки, вторые также меняют свои характеристики, но происходит это медленно в течение нескольких лет.
Формальная информация отражает связь объема сведений, зарегистрированных на снимке, с разрешающей способностью и
контрастностью снимка. Информация состоит из элементарных носителей и
передается скоплением отдельно различимых точек. Объем информации
зависит от размера пикселя и от числа различимых цветов.
3. Эксперимент по обновлению участка карты с использованием фотоплана 2012 года в программе ЦФС
Географическое описание района
Улица Подвойского — улица в Невском районе Санкт-Петербурга на территории Весёлого Посёлка. Она проходит отДальневосточного проспекта до улицы Лопатина. Движение двухполосное в обе стороны.
История:
Застройка этой территории жилыми домами началась в 70-е годыXX века. Магистраль получила своё имя в честь революционера Николая Ильича Подвойского[1].
Улица пересекает реку Оккервиль — через неё перекинут одноимённый с улицей мост.
В 2007 году улица Подвойского была продлена до Дальневосточного проспекта (ранее она оканчивалась на пересечении с улицей Белышева), что связано со строительством ряда гипермаркетов на территории пустыря, который ранее располагался между Дальневосточным проспектом и улицей Белышева[2].
Достопримечательности:
Храм Первоверховного Апостола Петра
Приход Храма Святого Первоверховного Апостола Петра в Весёлом Посёлке был зарегистрирован 10 марта 2005 года. Он возник на пересечении Искровского проспекта и улицы Подвойского, Дальневосточным проспектом и ул. Антонова-Овсеенко в зеленой зоне. Идея присвоения зеленой территории, имени Парка Строителей родилась одновременно с идеей создания самого храма, поскольку св. апостол Петр считается покровителем строительных профессий.
23 апреля 2005 г. По благословению Высокопреосвященнейшего Владимира митрополита Санкт-Петербургского и Ладожского Благочинный Невского района прот. Александр Будников и настоятель прот. Александр Воскобойников совершили закладку храма.
Благодаря расположению парка храм будет виден на большом расстоянии. Более того, 50-метровый храм с колокольней выше 60 м станет архитектурной доминантой застройки. Проект храмового комплекса разработан в 2005 г. Андреем Лебедевым. В его состав входит собственно храм с колокольней, которая примыкает к храмовому зданию, а также отдельные сооружения - дом причта, Западные ворота с часовней Св. Прпмц. Елизаветы, Северные и Южные ворота. Общая площадь комплекса составляет 5120 кв. м.
Храм Св. Апостола Петра спроектирован в ново-русском стиле со сложной многосводчатой архитектурой с общей внутренней площадью 910 кв. м будет иметь центральный большой купол, 4 малых и 2 боковых купола. Имеет три предела: центральный в честь апостола Петра, южный в честь Введения во храм пресвятой Богородицы и северный в честь священномученика Вениамина митрополита Петроградского. Все сооружения строятся из кирпича. Будет также изготовлена по специальному проекту оригинальная кирпично-кованная ограда
3.1 Технологическая схема обновления карты в программе ЦФС
1. Подготовительные работы
Наличие исходных материалов:
- старая векторизованная карта ; Санкт-Петербург – 15, 2331-02 – 1993г. (см.рис 8);
- фотоплан 2012 года (см.приложение 1);
- ввод паспортных данных (см.рис 2);
- выбор координат опорных точек для ориентирования планшета (см.рис.3); 2.Ориентирование фотоплана по опорным точкам
-выбор опорных точек;
-внешнее ориентирование фотоплана (см.рис 4);
3. Создание файла «Карта» (см.рис 5, 6)
4 Сбор цифровой информации на чистой основе или на векторизованной старой карте
- выбор растра (фотоплана) (см.рис 7, 8);
- сбор (дешифрирование) объектов, обновляемого участка.
- редактирование карты
3.2 Методика проведения эксперимента
1.Подготовительные работы:
- Ввод паспортных данных
Меню «Файл/Добавить из F3»
Открывается окно «Выбор файла камер»
Выделяем файл ЦФС/stereodsp/cameras.ini
Открыть
Открывается окно «Выберите камеры для копирования»
Выделяем нужную камеру (ТК-10/18)
ОК
В поле «Наименование» появилась выбранная камера
Вводим паспортные данные камеры
Меню «Файл/Выход»
Появится запрос на сохранение
YES
Рис.2
2.Ориентирование фотоплана по опорным точкам
- Выбор координат опорных точек для ориентирования планшета
Рис.3
Задаем номера углов трапеции, которые имеют координаты ( X,Y)
Вбиваем координаты соответствующих углов.
Выйти с сохранением.
- Внешнее ориентирование фотоплана
Рис.4
Вносим параметры внешнего ориентирования – координаты левого нижнего угла трапеции, масштаб карты.
3. Создание файла «Карта»
В главной панели инструментов нажимаем клавишу «Сбор»
Открывается окно «DIGITALS»
Меню «Файл/Открыть»
Находим файл шаблона D:ЦФС/MAPS/shabl 2.dmf
Открыть
Меню «Карта/Свойства»
Открывается окно «Свойства карты»
Ввести все данные.
Рис.5
Ок
Меню «Вид/Показать все»
Появится карта
Меню «Вставка/Сетка»
Открывается окно
Рис.6
В поля X иY заносим 200 (для масштаба 1:2000), поля Хm и Ym заполняются автоматически
ОК
Меню «Файл/Сохранить как» - под своим именем.
Например – D/ЦФС/41гр./ Афонина
Меню «Файл/Выход»
4. Сбор цифровой информации на чистой основе или на векторизованной старой карте
Выбор растра
Меню: Растр/Открыть
Открывается окно «Открытие растра»
Наводим и открываем фотоплан
Рис.7
Старая векторизованная карта – Санкт-Петербург – 15, 2331-02 – 1993г
Рис.8
4. Сбор цифровой информации (дешифрирование)
Дешифрированием называется - процесс опознавания по фотографическому изображению на снимке отдельных предметов и объектов местности, границ контуров, а также определение их количественных и качественных характеристик с обозначением их соответствующими условными знаками масштаба 1:2000.
Для этого в классификаторе выбираем нужный нам слой и топографический условный знак для вычерчивания нужного объекта, а также выбираем шаблон сбора.
Обновляем нужный нам участок, векторизуя все объекты.
Затем заходим в редактор карты, где вносим подписи и характеристики объектов.
Делаем сводки трапеции по рамкам, исправляем сематические ошибки.
Заключение
В соответствии с поставленной в дипломной работе целью - выполнить работу по обновлению карт масштаба 1: 2000 по фотопланам на базе современной техники и материалов аэрофотосъмки 2012 года.
Главный итог дипломной работы – изучение всех процессов при обновлении топографических карт.
Основные выводы и результаты работы состоят в следующем:
1. Выполнен обзор современных средств, методов и технологий обновления
топографических карт.
2. Предложена схема общей цифровой технологии обновления топографических карт масштабов 1:25 000, 1:100 000, 1:200 000 по материалам космических и аэрофотоснимков.
3. Выполнен эксперимент и разработаны рекомендации по методике обработки растровых изображений при обновлении топографических карт масштабов 1:2000 по фотопланам нового залета в программе ЦФС, для дальнейшего применения в учебном процессе.
Список литературы
1. Хрущ Р. М. Автоматизация фотограмметрической обработки фотоснимков при создании цифровых карт: Учеб. пособие (курс лекций). СПб.: С.-Петерб. филиал Военно-инженер. ун-та. 1999.
2. Инструкция по топографической съемке в масштабе 1:5000, 1:2000, 1:1000,
1:500. / Главное управление геодезии и картографии при совете министров
СССР. М., «Недра», 1978, 80с.
3. Аковецкий В.И. Дешифрирование снимков.
Учебник для вузов. М.: Недра, 1983. 374 с.
4.Руководство по обновлению топографических карт (Москва Недра, 1978г).
5. Условные знаки утверждены ГУГК при совете министров СССР 25 ноября 1986 года(Москва Недра).
.
Рис. 1 ЦФС «Дельта»
Обновление топографической карты с помощью фотоплана