Курсовая работа: Определение возможностей фотограмметрии и дистанционного зондирования в кадастровой деятельности

В соответствии с требованиями отраслевых инструкций , для получения топокарт масштаба 1:2000 необходима фотооснова, имеющая разрешение 15 см/пикс и имеющая погрешность определения координат в каждой точке не выше 60 см. Такое разрешение легко обеспечивается при съемке с БПЛА с использованием компактных фотоаппаратов. Например, съемка камерами типа Canon S-95 или Sony NEX-5 (с объективом SEL30M35) с высоты порядка 200-300 м дает снимки, имеющие разрешение 5 см/пикс.

Привязка требуемой точности достигается измерением координат центров фотографирования с использованием высокоточных GNSS-приемников в пределах референцной сети, или задействованием наземной опорной сети, точки которой привязаны с погрешностью не выше 30 см.

Получение карт на основе ортофотопланов в ГИС Панорама

ГИС "Панорама" - это универсальная геоинформационная система, имеющая средства создания и редактирования цифровых карт и планов городов, обработки данных ДЗЗ, выполнения различных измерений и расчетов, оверлейных операций, построения 3D моделей, обработки растровых данных, средства подготовки графических документов в цифровом и печатном виде, а также инструментальные средства для работы с базами данных. фотограмметрия дистанционный зондирование кадастр

Важным признаком ГИС является географическая привязка объектов, что дает возможность пользоваться единым координатным пространством. Обычно выделяют целый ряд признаков, которые позволяют отличать цифровые карты для ГИС от САПР.

Комплекс автоматизированного дешифрирования и векторизации по данным ДЗЗ, разработанный на базе ГИС "Карта 2011", предназначен для автоматической векторизации линейных и площадных объектов по цветным растровым изображениям земной поверхности.

Процесс автоматической векторизации состоит из следующих основных этапов:

· предварительная обработка растра;

· классификация;

· обработка растра классификации;

· преобразование растра в вектор;

· векторная обработка.

Предварительная обработка является необязательным этапом, включает масштабирование и фильтрацию растра. Масштабирование позволяет значительно ускорить обработку при избыточном разрешении снимка. Фильтрация уменьшает шумы изображения, что положительно влияет на результаты распознавания. Вычисление статистических дешифровочных характеристик при обучении и классификации выполняется для скользящего окна. При обучении окно перемещается в пределах обучающих выборок, при классификации на всем остальном снимке. В качестве статистических дешифровочных характеристик используется спектральные (средний цвет) и текстурные характеристики (контраст, энергия, корреляция).

Рис. 4 К загруженному ортофотоплану в формате GeoTiff применяется технология классификации и распознования

Классификация - процесс определения принадлежности отдельных пикселей исходного растра тому или иному распознаваемому объекту. На первом этапе пользователь определяет обучающие выборки - указывает области на снимке, однозначно принадлежащие распознаваемым объектам. Затем происходит обучение классификатора - процесс выявления и запоминания статистических дешифровочных характеристик, присущих распознаваемым объектам.

Результатом классификации является растр классификации - растр принадлежности пикселей исходного растра тому или иному распознаваемому объекту.

Рис.5 На следующем этапе производиться фильтрация лишней информации, ее сглаживание и перевод в линейный и площадной вид

Для этого используются морфологические операции - изменение бинарного состояния пикселя на основе анализа состояния его соседей. К таким операциям относятся:

· эрозия - замена на ноль единичных пикселей, если рядом есть хоть один нулевой пиксель;

· наращивание - замена на единицу нулевого пикселя, если рядом есть хоть один единичный пиксель;

· удаление небольших областей - замена восьмисвязных локальных групп единичных пикселей на нули, если количество пикселей меньше допуска;

· заливка небольших дырок - замена восьмисвязных локальных групп нулевых пикселей на единицы, если количество пикселей меньше допуска;

Рис.6 Результат автоматизированного дешифрирования и векторизации ортофотопланов можно посмотреть и отредактировать в ГИС "Карта 2011"

После обработки растр классификации преобразуется в набор векторных объектов - линий или площадей. В процессе преобразования в линии создаются непересекающиеся линейные объекты. При преобразовании в площади создаются площадные объекты, имеющие общие части контура. На окончательном этапе распознанные объекты объединяются или удаляются на основе анализа их взаимного расположения. Объединенная сеть объектов совместно сглаживается и фильтруется перед сохранением в создаваемую карту.

При обновлении цифровых карт имеющиеся контура объектов используются для автоматического обучения программы дешифрирования и векторизации. При необходимости оператор может выбрать отдельные участки, которые попадают на наиболее характерные изображения дешифрируемых объектов.

Программа сопоставляет контура объектов и соответствующие им области снимков, запоминает свойства изображения и выполняет уточнение контуров объектов по реальным границам областей с подобными свойствами изображения. При этом создаются и новые объекты в тех местах снимка, где будут найдены близкие по изобразительным свойствам области.

5.3 Базово-геометрические построения

При проектировании карты, с которой будут работать в разных масштабах, необходимо учесть два момента. Во-первых, нужно знать, в каком масштабе был произведен сбор данных, или когда данные были созданы. Геометрия и положение географических объектов имеют точность и разрешение, соответствующие масштабу их источников. Если данные показываются на карте в конкретном масштабе, будет сохранена подходящая плотность объектов и точность. Отображение данных в более мелких масштабах, по сравнению с исходным, является допустимым, а в более крупных масштабах - нет, т.к. карты больших масштабов требуют наличия более полных и точных данных, чем имеющиеся.

Во-вторых, поскольку данные могут отображаться на масштабах, меньших масштаба из создания, отображение на мелких масштабах слишком большого объема данных может быть избыточным и может привести к ухудшению производительности. Отдельные объекты или их особенности могут оказаться нечитаемыми на масштабах более мелких, чем масштаб исходных данных. В хорошей мультимасштабной карте используются технологии прореживания данных и другие методы генерализации, которые позволят отобразить необходимые объемы данных в каждом из масштабов. Эти методы не только сделают вашу карту более читаемой, она будет меньше по размеру и, следовательно, быстрее прорисовываться.

Существуют три основных подхода к умному и эффективному ограничению отображаемой на карте информации на каждом масштабе. Во-первых, можно применить генерализацию, изменяя используемую на карте геометрию объектов. Во-вторых, можно задать свойства слоев карты, чтобы ограничить, какие объекты будут отображаться в разных масштабах просмотра. Наконец, можно использовать разные символы слоя в разных масштабах просмотра. В разделе описаны все три этих подхода. Обычно при разработке мультимасштабных карт применяют все три этих подхода.

5.4 Построение ЦММ и ЦМР

Цифровые модели рельефа и инженерно-геологического строения местности формируют на основе использования материалов наземных и аэрокосмических изысканий. Целесообразно использовать те методы топографических съемок, которые обеспечивают получение информации о местности в электронном виде, что позволяет максимально автоматизировать процесс подготовки топографических планов и ЦММ.

Тахеометрические съемки особенно эффективны, если их выполняют с использованием электронных тахеометров или компьютерных геодезических станций с регистрацией снимаемой информации непосредственно на магнитные носители в режиме реального времени или последующем ее вводе в память базового компьютера.

Фототеодолитные съемки . Обработку результатов фототеодолитных съемок целесообразно выполнять на универсальных стереофотограмметрических приборах с автоматической регистрацией измеряемых координат точек местности или выполнять системную компьютерную обработку, используя для этой цели автоматизированные системы типа « Fotomod ».

Наземное лазерное сканирование трехмерным лазерным сканером, измеряющим трехмерные координаты точек впередилежащей местности с помощью лазерного импульсного безотражательного дальномера, который поворачивается по вертикали и горизонтали с получением плотного массива точек. Это современный оперативный вид съемки местности, который вобрал в себя последние достижения компьютерных технологий. Применение лазерного сканирования местности в настоящее время оказывается особенно эффективным в связи с большими объемами полевых работ по сбору информации для разработки проектов реконструкции и капитального ремонта существующих автомобильных дорог.

Аэрофотосъемки. Определение координат точек местности при обработке стереопар целесообразно производить на универсальных стереофотограмметрических приборах с автоматической регистрацией измеряемых координат на магнитных носителях, либо производить системную компьютерную обработку, используя для этой цели автоматизированные системы типа « Fotomod », предварительно сканировав стереопары или используя для этой цели электронные фотографии.

Наземно-космические съемки с использованием систем спутниковой навигации « GPS » наилучшим образом подходят для создания ЦММ, поскольку обеспечивают получение информации о местности непосредственно в электронном виде на магнитных носителях, что позволяет максимально автоматизировать процесс подготовки моделей.

Инженерно-геологические изыскания выполняют комплексно с использованием методов традиционной инженерно-геологической разведки (механическое бурение, шурфование, устройство расчисток и т.д.), аэрогеологической разведки (цветные, спектрозональные, тепловые аэросъемки) и методов воздушной и наземной геофизики с автоматической регистрацией измерений на магнитные носители (вертикальное электрозондирование, электропрофилирование, сейсморазведка, статическое и динамическое зондирование и т.д.). Использование средств автоматизации и компьютерной обработки данных инженерно-геологических изысканий является совершенно обязательным.

Цифровые и математические модели, представляемые в геодезических прямоугольных координатах без искажения масштабов, тем не менее, могут характеризоваться различной точностью и степенью детализации элементов рельефа, ситуации и геологического строения местности, что связано с категорией рельефа, ситуационными особенностями аппроксимируемого участка местности, масштабами используемых для построения ЦММ топографических планов и материалов аэросъемок, принятым типом цифровой модели, плотностью исходных точек и методикой аппроксимации поверхности.

При использовании для построения ЦММ материалов традиционных топографических съемок точность ситуационных контуров принимают в соответствии с точностью выполняемых топографических съемок равной 1 мм в масштабе плана. Точность представления рельефа не должна выходить за пределы ј высоты сечения горизонталей в равнинной местности, Ѕ высоты сечения -- в пересеченной местности и 1 высоты сечения -- в горной. Точность ЦММ при использовании материалов топографических съемок, выполняемых с помощью электронных тахеометров или приемников спутниковой навигации « GPS », учитывая, что запись информации ведется безошибочно на магнитные носители, зависит главным образом от точности используемых приборов.

При построении ЦММ по существующим топографическим планам и картам характерные точки местности снимают с точностью, принимаемой равной: 0,5 мм -- для отображения ситуационных особенностей местности и 0,2, 0,3 и 0,5 высоты сечения -- для отображения соответственно равнинного, пересеченного и горного рельефов.