Logo GenDocs.ru


Поиск по сайту:  


Курсовая работа - Создание и пополнение топографических планов и карт с использованием результатов дистанционного зондирования Земли - файл 1.doc


Курсовая работа - Создание и пополнение топографических планов и карт с использованием результатов дистанционного зондирования Земли
скачать (12873 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc12873kb.16.11.2011 10:44скачать

содержание

1.doc

  1   2   3
Реклама MarketGid:
Реферат


Курсовая работа по дисциплине «Фотограмметрия» 78 стр., 9 рис., 1 схему, 11 источников, 2 приложения.

Объектом работы является 3 аэроснимка 1:40000, результаты калибровки аэросъемочной аппаратуры, элементы внутреннего и внешнего ориентирования, программное обеспечение ERDAS Imagine.

Цель проекта – создание ортофотоплана, с последующим созданием цифровой карты.

Курсовой проект содержит требования к содержанию и точности плана, описание технологии ведения работ, содержание камеральных работ.

Содержание


Введение………………………………………………………………………………… 4

1 Фотограмметрическая обработка маршрута аэросъемки…………………… 5

1.1 Создание нового проекта ……………………………………………………… 6

1.2 Добавление снимков в проект …………………………………………………8

1.3 Внутреннее ориентирование снимков и задание модели аэрофото-аппарата……………………………………………………………………………………9

1.4 Внешнее ориентирование снимков (определение опорных точек и точек проверки на снимках; определение связующих точек автоматически и вручную; пространственная фототриангуляция)…………………………………12

1.5 Ортотрансформирование снимков ……………………………………………25

1.6 Просмотр и визуальный анализ ортофотоснимков…………………………38

2 Создание ортофотоплана ……………………………………………………………40

2.1 Отображение ортофотоснимков в Viewer ……………………………………41

2.2 Установление активной области и ее параметров …………………………42

2.3 Выбор способа пересечение снимков, задание параметров ………………43

2.4 Определение границ результирующего изображения ……………………44

2.5 Задание параметров, определяющих вид выходного файла………………45

2.6 Просмотр и визуальный анализ ортофотоплана ……………………………46

3 Топографическое дешифрирование……………………………………………… 47

4 Цифровая векторизация объектов местности по результатам дешифрирования…………………………………………………………………………57

5 Оформление цифровых топографических карт………………………………… 61

6 Технологическая схема фотограмметрической обработки и получения топографической карты ……………………………………………………………… 68

Заключение ………………………………………………………………………… ……69

Список литературы …………………………………………………………………… 70

Приложение А. Исходные данные ………………………………………………… 72

Приложение Б. Отчет о триангуляции …………………………………………… 74

Введение


В настоящее время актуальность данной работы велика, поскольку на топографических планах и картах отображается рельеф, гидрография, растительность, населенные пункты, дорожная сеть и много другой информации, которая дает нам полное представление об окружающем мире, позволяет нам ориентироваться на местности и прочее. Но окружающий нас мир не постоянен: растут города, появляются новые населенные пункты, строятся новые здания и сооружения, дороги, прокладываются коммуникации, в связи с этим меняется рельеф, ситуация. Что в свою очередь ведет к утрачиванию ценности созданных ранее топографических планов и карт. Чтобы устранить это планы и карты пополняются и создаются новые. Для этого существует много способов, одним из которых является использование результатов дистанционного зондирования Земли.

Целью данной работы является создание цифрового ортофотоплана в процессе внутреннего и внешнего ориентирования, ортотрансформирования, дешифрирования и векторизации объектов местности. Исходными данными послужили параметры камеры, опорные пункты (их координаты).


^ 1 Фотограмметрическая обработка маршрута аэросъемки


Основная задача фотограмметрии – определение формы, размеров и пространственного положение объектов местности – при использовании цифровых изображений решается путем определения координат этих объектов или их элементов с применением аналитических способов. Важнейшей их особенностью является объединение вычислительной обработки (внутреннее, взаимное, внешнее ориентирование и т.д.) со сбором нужной для этого информации – автоматической идентификацией на смежных снимках необходимых точек и измерением их координат. Это обстоятельство в сочетании с максимальной автоматизацией технологических процессов делают цифровую фотограмметрическую обработку высокоэффективной и технологичной, не требующей высокой квалификации исполнителей.


^ 1.1 Создание нового проекта


Загружаем модуль LPS (Leica Photogrammetry Suite) ERDAS Imagine. Затем FileNewна диске D в папке Pg-05 создаем проект: D: /Pg-05/Karlova.blk → Enter. После чего появится окно Model Setup(настройка моделей), в котором указывается модель аэрофотоаппарата, параметры аэрофотосъемки:

Geometric Model Category- ^ Camera

Geometric Model- Frame Camera (кадровая фотокамера) → OK.

Далее в окне Block Property Setup (настройка свойств проекта); в закладке Standard выбираем следующее:

Categories - US State Plane-NAD 27- Old USGS (DO 154) Zone Numbers

Projection- Colorado Central (3476) OK.

В закладке Custom ничего не меняем:

State Plane Zone 3476

Zone Type Old USGS (DO 154)

NAO NAD 27→ OK.

Далее приступаем к заданию параметров проекта:

Horizontal→ set → standard

Categories→ US State Plane NAD 27- Old

Projection→ COLORADO CENTRAL (3476)

Horizontal UnitsMeters → OK.

Vertical→ set→ окно Elevation Info Chooser:

Spheroid Name (модель эллипсоидa) - Clarke 1866

Datum Name (система координат) - NAD 27 (West Central America)

Elevation Units: Meters

Elevation Type: height→ OK→ Next.

Информация о системе углов вращения снимков:

Rotating System (система углов разворота снимка): Omega, Phi, Kappa

Angle Units (единицы измерения углов): Degrees

Photo Direction (направление оси фотографирования): Z-axis for normal images

Average Flying Height (средняя высота полета): 7000 м. OK→ Next.

Нажимаем New Camera→ окно Camera Information; в закладке General (основные) вводится тип камеры, фокусное расстояние, координаты главной точки:

Camera Name: Zeiss RMK A 15/23

Description (описание)

Focal Length: 153,124

Principal Point x0 (mm): -0,002

Principal Point y0 (mm): 0,002.

В закладке Number of fiducials вводим значения координатных меток в мм из исходных данных. (Приложение А)

В закладке Radial Lens Distortion указывается значение дисторсии - искажение хода лучей на краях линзы. Мы считаем, что наша линза идеальна, поэтому значение дисторсии не учитываем.

Все внесенные изменения сохраняем: SaveOK.


1.2 Добавление снимков в проект


Для выполнения требуемого необходимо через Edit или с помощью пиктограммы Add frame to the list, и указав путь к снимкам: D:/Pg-05/Karlova/frame, выбрать снимки col90p1, col91p1, col92p1OK.

После добавления снимков в рабочем окне появится таблица со столбцами:

Row

Image ID (порядковый номер снимка)

Description (описание)

> (текущий кадр)

Image Name – (путь и имя файла)

Active (активность)

Pyramid layer (Pyr. - пирамидальный слой)

Interior (Int. - внутреннее ориентирование снимков)

Exterior (Ext. - внешнее ориентирование снимков) этапы работы

DTM – (цифровая модель рельефа)

Ortho – (ортотрансформирование)

Online – (снимок есть на месте)

Пирамидальным слоем является уменьшенная копия исходного изображения, необходимая для ускорения отображения снимка на экране (количество пикселей влияет на качество изображения). EditCompute Pyramid Layers: выбираем для All Images without Pyramids OK.


1.3 Внутреннее ориентирование и задание модели аэрофотоаппарата



Рис. 1. Элементы

внутреннего

ориентирования снимка
Э лементами внутреннего ори­ентирования называют величины, опре­деляющие положение центра проекции от­носительно плоскости аэроснимка. К ним от­носят (рис. 1) фокусное расстояние f и ко­ординаты хо, уо главной точки аэроснимка о' в системе оху, которые определяют при ка­либровке съемочной камеры, заносят в ее технический паспорт и используют для восстановления связки проектирующих лу­чей, существовавших во время съемки. Фокусным расстоянием называется расстояние от внутреннего центра проекции до плоскости прикладной рамки.

Внутреннее ориентирование цифровых изображений (снимков) вы­полняется с целью установления соответствия между координатными системами растра и снимка оху (рис.2).[6]






Рис. 2. Координатные

системы снимка и растра
Математическая модель внутреннего ориентирования цифрового изображения аналогична применяемой при аналитическом построении сетей фототриангуляции и предполагает определение парамет­ров ортогонального, аффинного или проективного преобразования по избыточному числу измерений, методом наименьших квадратов. Так, наиболее часто применяемые аффинные преобразования основаны на использовании следующих формул связи исходных Р, уР) и преобра­зованных (х, у) координат:

,

где ai и bi (i=0, 1, 2) - коэффициенты аффинного преобразования, определяемые из решения системы уравнений поправок, составлен­ных по результатам измерения координат опти­ческих меток снимка; хР, уР - физические коор­динаты координатных меток, найденные по их растровым координатам и геометрическо­му разрешению изображения Δ.

Порядок отыскания параметров ai и bi ана­логичен используемому при аналитической фототриангуляции.

Для обратного преобразования координат точек из системы оху в систему растра используются формулы:

,

где Р и Р-1 - прямая и обратная матрицы аффинного преобразования.

Последовательность внутреннего ориентирования в современных цифровых фотограмметрических системах сводится к следующему.

Оператор выполняет идентификацию первых двух координатных меток (крестов), для чего наводит на них измерительную марку и вы­полняет регистрацию координат в системе . После этого про­грамма выполняет расчет положения последующих координатных меток и подводит к ним измерительную марку, а оператор выполняет необходи­мые уточнения и регистрацию координат точки. После измерения всех меток программа запрашивает метод преобразований, выполняет рас­чет параметров и выводит расхождения между эталонными и вычис­ленными координатами меток (крестов). При несоответствии получен­ных расхождений требуемым нормативными документами оператор может повторить все выполненные измерений или их часть.

Внутреннее ориентирование остальных снимков выполняется в авто­матическом режиме, для чего оператор определяет прямоугольную об­ласть метки, область ее поиска, допустимый коэффициент кор­реляции и величину расхождения эталонных и вычисленных координат.

Снимки, для которых автоматическое внутреннее ориентирование за­вершилось неудовлетворительно, обрабатываются оператором вручную.[6]

Для того чтобы выполнить процесс внутреннего ориентирования необходимо сделать следующее:

в ^ Edit выбрать Frame, появиться окно Frame Editor с закладками Sensor, Interior Orientation, Exterior Information. В первой закладке указываем Image File Name: Edit All Images, Block Model Type: Frame Camera, Sensor Name: Ziess RMK A 15/23; во второй, нажав пиктограмму Open Viewer for image fiducial measurement, появится панель Viewer Fiducial Locator, в которой наносим метки с помощью пиктограммы Start point measurement tool.

После нанесения координатных меток рассчитывается RMSE (СКО нанесения координатных меток). В моей работе она составила 0,22 пикселя или 22,22 микрона, что меньше допустимой (0,33 пикселя). Если СКО не удовлетворяет допустимой точности, то точка с наибольшей RMSE переносится с помощью пиктограммы place image fiducial. Аналогично поступаем со вторым снимком, для чего надо нажать Next.

На третьем снимке координатные метки нанесем автоматически (для автоматического поиска координатных меток необходимо один снимок определить вручную): Auto Locateокно Automatic Interior Orientation, в котором выбираем текущий снимок, указываем коэффициент корреляции 0,85, затем Run. Для того чтобы просмотреть отчет определения координатных меток необходимо нажать Report, принять- AcceptOK.

На этом процесс внутреннего ориентирования завершен.


1.4 Внешнее ориентирование снимков (определение опорных точек и точек проверки на снимках; определение связующих точек автоматически и вручную; пространственная фототриангуляция)


Элементами внешнего ориентирования называют величины, определяющие положение плоскости аэроснимка в момент фотографирования относительно системы координат местности. В фо­тограмметрии используются три таких системы, различающиеся вы­бором секущей плоскости и системой отсчета углов.

Во всех трех системах по шесть элементов внешнего ориенти­рования, из которых три (Xs, Ys, Zs) определяют пространственное положение центра фотографирования S относительно фотограмметри­ческой системы координат местности OXYZ и называются линейны­ми. Три оставшихся элемента называются угловыми, поскольку они определяют положение плоскости снимка относительно той же фото­грамметрической координатной системы, или, иначе, взаимное поло­жение двух промежуточных координатных систем SXYZ и Sxyz.




Рис. 3. Первая, вторая, третья система

элементов ориентирования (соответственно)


^ В первой системе элементов внешнего ориентирования (рис. 3) секущая плоскость проводится через главную оптическую ось So и ось SY фотограмметрической системы SXYZ. Угловыми элементами внешнего ориентирования в этой системе являются:

- продольный угол наклона, отсчитываемый в отвесной плоскости SXZ между осью SZ и проекцией главного оптического луча So на плоскость SXZ;

ω- поперечный угол наклона, лежащий в наклонной плоскости SoY между главным оптическим лучом So и его проекцией на плос­кость SXZ;

- угол поворота в плоскости снимка между осью у и следом сечения

плоскости SoY.

Во второй системе элементов внешнего ориентирования (рис. 3) секущая плоскость проводится через главную оптическую ось So и ось SX фотограмметрической системы SXYZ. Линейные элементы внешнего ориентирования в этой системе аналогичны принятым в первой системе, а в качестве угловых элементов используются вели­чины:

 - продольный угол наклона, отсчитываемый в наклонной плоскости SoX между главным оптическим лучом So и его проекцией на плоскость SYZ;

 - поперечный угол наклона, отсчитываемый в отвесной плоскости SYZ между осью SZ и проекцией главного оптического луча So на плоскость SYZ; - угол поворота в плоскости снимка между осью х и следом сечения плоскости SoX.

В третьей системе элементов внешнего ориентирования (рис. 3) секущая плоскость проводится через главную оптическую ось So и ось SZ фотограмметрической системы SXYZ. Линейные элементы внешнего ориентирования аналогичны принятым в первых двух сис­темах, а к угловым элементам относятся:

с – суммарный угол наклона, отсчитываемый в отвесной плоскости главного вертикала SoZ между осью SZ и главным оптическим лучом So;

t – дирекционный угол проекции главной вертикали, отсчитываемый в плоскости OXY между осью X и проекцией главной вертикали;

 - угол поворота снимка, отсчитываемый в плоскости снимка между осью x и главной вертикалью.

Связь угловых элементов названных систем описывается следующими приближенными зависимостями:

.

Угол поворота  не соответствует ни , ни , так как не связан ни с осью SX, ни с осью SY.

При построении фотограмметрической модели после внутреннего ориентирования снимков выполняют:

  • перенос на снимки опорных точек с известными координатами
    X, Y, Z в системе местности;

  • ввод элементов внешнего ориентирования снимков Хs, Ys, Zs,
    , , (при их наличии);

  • выбор связующих точек в зоне поперечного и тройного про­дольного перекрытий, необходимых для связи смежных марш­рутов и смежных моделей маршрута соответственно;

  • выбор точек для подписи на карте высот, урезов-вод и др., со­гласно требованиям действующих нормативных документов;

• выбор дополнительных точек в шести стандартных зонах для повышения точности взаимного ориентирования и соединения смежных моделей.

Все точки, (опорные, связующие, урезы вод и др.), намечают на одном снимке; а перенос их на другие снимки того же или смежного маршрута выполняют в стереорежиме или с помощью коррелятора. Если, например, часть точек для взаимного ориентирования уже наме­чена, то для облегчения стереоскопических наблюдений возможно построение эпиполярных изображений, на которых отсутствуют попе­речные параллаксы, и измерения выполняются увереннее.

Точки, положение которых на снимке не является жестким (напри­мер, дополнительные точки в стандартных зонах для определения эле­ментов взаимного ориентирования, или в зонах тройного продольного перекрытия для связи смежных моделей) могут быть нанесены на снимки автоматически, по заданному размеру стандартной зоны и чис­ло точек в ней.

^ Настройка параметров коррелятора является одним из важных элементом фотограмметрической обработки. При этом определяют размер корреляционной матрицы (образа) в пикселях, возможность его автоматической подстройки при малом числе контуров, а также гео­метрической коррекции положения искомой точки в случае рельефной местности. Контроль работы коррелятора в стереорежиме является обязательным элементом фотограмметрической обработки любых снимков, поскольку качество отождествления точек определяет каче­ство выполнения всех последующих операций.

Растровые координаты (ix, iy) избранных точек преобразуются в физические координаты хРР по формулам: , а затем - по пара­метрам аффинного преобразования - в систему координат плоскости прикладной рамки аэрокамеры оху и исправляются поправками, учитывающими влияние:

  • атмосферной рефракции по формулам ;

  • дисторсии объектива съемочной камеры путем интерполяции
    соответствующих величин по точкам ее определения или при­менением соответствующего полинома;

  • искажений сканера путем интерполяции поправок по данным
    поля его искажений.

После выбора точек выполняют взаимное ориентирование сним­ков строгим способом, с применением метода наименьших квадратов. Критерием качества отождествления точек на смежных сним­ках является среднее квадратическое значение остаточного попереч­ного параллакса, величина которого не может превышать 10 мкм. Более значительные расхождения свидетельствуют о наличии ошибок, прежде всего, в отождествлении точек. Их устранение требует про­верки качества отождествления и измерения точек в стереорежиме. Менее вероятны ошибки внутреннего ориентирования изображений и паспортных данных съемочной камеры (фокусного расстояния, коор­динат главной точки или оптических меток и др.).


Рис. 4. Стандартная схема размещения точек
Д ля повышения точности взаимного ориентирования и надежно­сти определения неизвестных в каждой стандартной зоне намечают по две - четыре точки (желательно контурных, надежность измерения которых несколько выше); часть таких точек должна рас­полагаться в зонах тройного продольного и поперечного перекрытий. Важным условием достижения оптимальной точности взаимного ори­ентирования является одинаковое число точек в стандартных зонах.

Перечисленные операции завершаются построением одиночной модели и подориентированием ее к предыдущей. Полученные при этом разности координат связующих точек смежных моделей маршрута позволяют судить о качестве их измерения и отождествления. Величины таких расхожде­ний не должны превышать 15 мкм в плане и 15(f/b) мкм по высоте.[6]

Пространственной фототриангуляцией называют метод камерального сгущения съемочного обоснования путем по­строения и уравнивания фотограмметрической сети. Координаты то­чек, получаемые в результате уравнивания сети, используются для составления топографических карт, планов, фотопланов и иных доку­ментов. Основной целью пространственной фототриангуляции являет­ся максимальное сокращение объема полевых геодезических работ.

Сущность метода заключается в следующем.

Пусть из точек S1, S2, S3 и S4 (рис. 5) получены снимки Р1, Р2, Р3 и Р4.Установим эти снимки в то положение, которое они занимали в момент фотографирования и обратим внимание на следующее.

1. Все проектирующие лучи проходят через центры фотографиро­вания и точки аэроснимков. Значит, связки внутренне ориентированы.

2. Пары соответственных проектирующих лучей S121 и S221,
S201 и S201, S222 и S322, и др., пересекаются в точках 01, 02, ..., 24,
т. е. все они компланарны, лежат в базисных плоскостях. Следовательно, пары снимков взаимно ориентированы.

3. Тройки проектирующих лучей S102, S202 и S302; S112, S212,
S312 и др. пересекаются в точках 02, 12, 22, ..., 04, 14, 24. Значит, построенные по стереопарам Р1 и Р2, Р2 и Р3, Р3 и Р4 и др. фото­грамметрические модели имеют единый масштаб и представляют еди­ную модель маршрута в свободной системе координат.

Нужно отметить, что до сих пор информации о системе координат мест­ности

не востребована, и свободная модель маршрута (маршрутная сеть) построена только по фотограмметрическим данным.

4. Проектирующие лучи S101, S121, S404 и S424 проходят через
опорные точки 01, 21, 04 и 24. Значит, фотограмметрическая система
координат совмещена с геодезической, и маршрутная сеть ориен­тирована по опорным точкам.




Рис. 5. Сеть фототриангуляции

Таким образом, можно сделать вывод о том, что для построения фототриангуляционной сети нужно выполнить следующие операции:

  • внутреннее ориентирование снимков;

  • взаимное ориентирование снимков исходя из условия ком­планарности соответственных векторов;

  • определение фотограмметрических координат точек модели
    (построение начального звена);

  • построение следующего звена (взаимное ориентирование, опре­деление фотограмметрических координат точек) и объединение
    его с предыдущим по точкам связи в зоне тройного про­
    дольного перекрытия;

  • внешнее (геодезическое) ориентирование маршрутной сети по
    опорным точкам и перевычисление фотограмметрических ко­ординат точек в систему местности, которое выпол­няется после построения сети в свободной системе координат.

Методы построения фототриангуляционных сетей могут быть классифицированы по нескольким основаниям.

В зависимости от назначения различают два вида фо­тотриангуляции: заполняющая и каркасная. Заполняющая фототриан­гуляция строится по снимкам площадной аэрофотосъемки, а каждый маршрут обеспечивается опорными точками. Каркасная фототриангу­ляция строится по снимкам каркасных маршрутов, представляющих собой одиночные маршруты по краям основных и обеспечивающих заполняющую фототриангуляцию, построенную по снимкам площад­ной аэрофотосъемки, опорными точками.

В зависимости от количества маршрутов, исполь­зуемых для построения фототриангуляционной сети, различают фото­триангуляцию маршрутную и блочную.

^ Маршрутная фототриангуляция строится по снимкам одного маршрута, обеспеченного опорными точками для его внешнего (гео­дезического) ориентирования и учета систематической деформации.

^ Блочная фототриангуляция строится одновременно по двум и бо­лее маршрутам. В этом случае нет необходимости обеспечивать опор­ными точками каждый маршрут, и достаточно иметь несколько точек на весь блок. Это обстоятельство, а также использование межмар­шрутных связей для совместного уравнивания с другими измерениями повышает точность получения окончательных результатов.

В зависимости от применяемых технических средств, различают фототриангуляцию аналоговую и аналитическую.

^ Аналоговая фототриангуляция основана на применении универ­сальных стереофотограмметрических приборов, с помощью которых можно создавать общую модель маршрута. С этой целью строятся от­дельные модели и объединяются в общую сеть по связующим точкам в зоне тройного продольного перекрытия, измерение которых выпол­нено в процессе построения моделей.

^ Аналитическая фототриангуляция основана на использований строгих математических зависимостей между координатами точек аэроснимка и местности. Ее построению предшествует измерение координат и параллаксов точек снимков на высокоточных стереокомпаторах, а использование ЭВМ для их обработки открывает возможности как учета всех искажений точек, выражающихся математическими зависимостями, так и применения строгих методов уравнивания результатов измерений методом наименьших квадратов.

Методы аналитической фототриангуляции можно разделить на сколько групп в зависимости от математической формулировки задач построения фототриангуляционной сети.

^ В способах полузависимых моделей сеть создается путем передач элементов внешнего ориентирования от левого снимка стереопары правому, а масштабного коэффициента по связующим точкам.

^ В способах независимых моделей каждое звено строится в локаль­ной системе координат, после чего выполняется их объединение в фо­тограмметрическую сеть по связующим точкам.

^ В способах зависимых моделей каждое звено строится в зависимо­сти от масштаба и ориентирования предыдущего, а их последователь­ность создает маршрутную сеть.

Завершающим этапом построения маршрутной сети указанными способами является ее внешнее ориентирование по опорным точкам.

^ Способы построения блока из отдельных маршрутов или моделей предусматривают построение маршрутных сетей или независимых моделей, объединение их в блок по связующим точкам и последующее ориентирование всего блока по опорным точкам.

^ Способы уравнивания связок проектирующих лучей предусматри­вают построение маршрутной или блочной сети непосредственно в системе координат местности с использованием условия коллинеарно­сти соответствующих векторов.

С точки зрения точности и производительности фотограмметриче­ского сгущения наиболее эффективными являются способы аналити­ческой пространственной фототриангуляции, особенно при уравнивании связок проектирующих лучей и использовании бортовых измерений.

В общем случае построение фотограмметрической сети включает последовательное выполнение ряда этапов, в частности:

• техническое проектирование фототриангуляции;

• подготовительные работы;

• измерение аэроснимков;

• вычислительные операции, связанные с обработкой результатов измерений;

• заключительные операции.

Программы аналитического построения и уравнивания фотограм­метрических сетей, в соответствии с требованиями действующих нор­мативных документов, должны базироваться на строгих математиче­ских зависимостях (где они существуют), реализовывать всю геомет­рическую точность исходных аэроснимков или иных изображений и гарантировать решение задачи во всех случаях, где оно теоретически возможно. Эти программы должны обеспечивать:

• максимальную автоматизацию всех основных процессов внутреннего, взаимного, внешнего ориентирования, построения сети и т. п. по произвольному числу точек;

  • использование опорных точек, заданных в различных системах координат, а также представление в этих системах результатов обработки данных;

  • обработку результатов неравноточных измерений;

  • построение одномаршрутных и многомаршрутных сетей раз­личными способами;

  • использование данных, полученных в результате уравнивания, для дальнейшей обработки снимков с помощью любых обраба­тывающих приборов и систем;

  • построение фототриангуляционных сетей любых размеров;

  • получение возможно более полных протоколов обработки ре­зультатов измерений снимков и диагностики ошибок данных;

  • получение стабильных результатов при построении сетей неза­висимо от масштаба снимков, физико-географических условий района и условий аэрофотосъемки.

Точность фотограмметрического сгущения должна определяться только геометрией уравниваемой сети и погрешностями исходных данных.[6]


Внешнее ориентирование выполняется следующим образом:

  1. определение опорных точек

EditPoint MeasurementClassicOK, после чего внизу появляются 2 поля: пространственные координаты, в правом окне – координаты на растре.

Пользуясь функцией ^ Add, добавляем 7 точек: 2 контрольные (Check 2001, 2002) и 5 опорных (Control: 1002, 1003, 1004, 1005, 1006), указав Type - Full (известны все координаты точки). Вводя координаты X,Y,Z данных точек (Прил. А), далее «накладываем» их на снимок. Для облегчения работы, после того, как были нанесены две или три точки, можно воспользоваться функцией автоматического ориентирования automatic tie properties.

  1. Определение связующих точек автоматически и вручную

Связующими точками понимают точки, задающие связь между двумя снимками и более. Связующие точки находятся в области перекрытия снимков, нужны для взаимного ориентирования снимков, используются в пространственной фототриангуляции.

Связующие точки можно нанести вручную, выбрав функцию ^ Add и пиктограмму Create Point. Так же можно воспользоваться автоматической функцией определения связующих точек Automatic Tie Point Generation Properties: Edit→ Point Measurement→ OK. Нажав пиктограмму Automatic tie properties, задают свойства функции: Images Used: All Available

Initial Type: Exterior/Header/GCP

Image Layer.

Strategy (размеры окон корреляции и поиска): correlation size 7х7pxl

search size 21х21pxl.

Distribution (расположение) Find Point With: Default Distribution

Intended Number of Point/Image: 25→ Run

При автоматическом определении связующих точек программа находит какую-либо точку в области перекрытия с высокой пространственной частотой (резкая смена контраста). Далее программа вокруг точки формирует окно корреляции, в нем запоминаются яркостные значения. Затем на втором снимке появляется окно поиска, в котором окно корреляции начинает перемещаться с шагом в 1 пиксель. Если пространственные частоты совпадут или коэффициент корреляции будет больше или равен 0,8, то программа связующая точка найдена.

Такая функция хорошо работает на мелкомасштабных аэроснимках. При крупном масштабе необходимо вручную проверять нанесение связующих точек.

Точность автоматического определения координат производится с помощью пиктограммы Triangulation Summary, и если она будет превышать допустимую, необходимо смещение точки.

  1. Пространственная фототриангуляция

LPS Core позволяет задать взаимосвязь между снимками проекта, моделью сенсора и земной поверхностью. После проведения триангуляции можно провести дополнительную обработку данных, например, извлечение и редактирование рельефа, ортотрансформирование и дешифрирование.

При нажатии пиктограммы ^ Triangulation properties→ окно Aerial triangulation с закладками:

а) General(общие)

Max iterations: 10 (Количество приближений или итераций; при первом приближении используются три точки, при втором добавляется еще одна и снова пересчитывается);

Convergence value (значение конвергенции) – разница между приближениями (0,001м);

б) Point

Ошибка (точность) определения координат (в пикселях);

Стандартные отклонения – ошибка определения координат опорных точек.

Если имеются ошибки внутреннего или внешнего ориентирования, то для учета их вносят в следующих закладках:

в) Interior

г) Exterior

д) Advanced Option(дополнительные опции).Run

Triangulation Summary

Triangulation Iteration Convergence: Yes

Total Image Unit-Weight RMSE: 0,4003.(меньше теоретической)→ Report(отчет о триангуляции). Сохраняем полученный отчет: File Save asD: / Pg-05/Karlova ReportAccept Save.

Теоретически допустимая СКО пространственной триангуляции (в пикселях) 0,5, в данной работе – 0,4.

В отчете можно посмотреть список точек на снимках, аффинные координаты преобразования плоской системы координат снимка в растровую, количество приближений. Также приведены все параметры внешнего ориентирования, ошибка каждой точки.

У каждой связующей точки после триангуляции были определены координаты в пространстве

^ 1.5 Ортотрансформирование снимков


Применяемый в фотограмметрии принцип учета влияния рельефа местности при изготовлении плана (фотоплана) местности остается незыблемым уже около 100 лет, и заключается в делении изображения на отдельные участки, называемые зонами трансформирования, в со­ответствии с их положением по высоте, и последующем установлении для каждой такой зоны своего индивидуального масштаба проек­тирования. Причем колебание рельефа в пределах такой зоны не мо­жет превышать расчетного Q=2h при заданных масштабе плана М, фокусном расстоянии аэрокамеры f, допустимом искажения точек под влиянием рельефа на плане и расстоянии rсн от центра снимка до угла рабочей площади, определяемого по формуле:

.

Развитие фотограмметрической мысли, совершенствование техно­логии и соответствующих технических средств лишь корректировали понятие о зонах трансформирования и принципах их формирования, но не более.

До 1970-х гг. понятие «зона трансформирования» отождествлялось с фрагментами изображения, которым соответствовали участки мест­ности между расчетными горизонталями. Преобразование таких зон выполнялось фотомеханическим способом с помощью фототрансфор­маторов. Для изменения масштаба проектирования зон использовалась информация о рельефе местности, представленная в виде горизонта­лей.

С 1973 г., с серийным выпуском ортофотопроекторов, зону транс­формирования стали отождествлять с щелью, через которую фрагмен­ты изображения снимка проектируются на план в масштабе, согласо­ванном с профилем местности. Такое трансформирование, называемое дифференциальным (щелевым или, реже, ортогональным), требовало наличия ориентированной в плане и по высоте модели местности, сте­реоскопическое наблюдение которой обеспечивало возможность из­менения высоты щели и тем самым получения информации о рельефе местности в конкретной точке.

С середины 1980-х гг., с появлением и массовым внедрением циф­ровых фотограмметрических систем (ЦФС), зону трансформирования стали отождествлять с фрагментом изображения - с пикселом или группой пикселов. Размер такого фрагмента может быть установлен так же, как и ширина щели при дифференциальном трансформирова­нии, однако, учитывая технические возможности современных ЭВМ, чаще всего он соответствует одному пикселу. Такое преобразование изображения, называемое ортотрансформированием, требу­ет наличия цифровой модели рельефа DEM со сторонами, параллель­ными осям X и Y координатной системы местности.

Построение цифровой модели рельефа

Для преобразования снимка в план, изготовления ортофотоплана, создания оригинала топографической карты, решения других задач необходимы сведения о рельефе местности, получение которых тре­бует определения координат и высот большого числа точек - измере­ния их координат в системе снимков, параллаксов и последующего вычисления пространственных координат. Именно такое решение ис­пользуется при обработке фотоснимков с помощью аналоговых и ана­литических стереофотограмметрических приборов.

Автоматизация технологических процессов, ставшая реальной с применением методов обработки цифровых изображений, требует применения более общего подхода к решению названных выше задач, основанного на математическом моделировании процессов. Этот под­ход не может быть реализован без создания цифровой модели обраба­тываемой территории, и в частности цифровой модели рельефа.

Известно, что топографическая поверхность в общем случае может быть представлена как в аналоговой форме, так и в цифровой. В пер­вом случае имеют в виду изображение поверхности горизонталями или отмывками, а во втором - каталог координат определенным обра­зом упорядоченных точек, описание связей между ними и алгоритм определения высот точек в зависимости от их местоположения. С уче­том этого можно дать следующее определение цифровой модели рель­ефа (поверхности):

^ Цифровая модель рельефа (ЦМР) представляет собой математи­ческое описание земной поверхности как совокупности расположен­ных на ней точек, связей между ними, а также метода определения высот произвольных точек, принадлежащих области моделирования, по их плановым - координатам.

Применяемые в настоящее время способы построения цифровой модели рельефа, в зависимости от принятой схемы размещения точек и типа математической модели, можно условно разделить на две группы.

Первая группа объединяет способы, основанные на нелиней­ной интерполяции высот с использованием полиномов, сплайнов, кор­реляционных функций и т. п., различающиеся видом используемой функции, способом отбора исходных пунктов и пр.

Параметры применяемой математической модели вычисляют по опорным точкам, а затем используют для интерполяции высот произ­вольных точек области моделирования по их плановым координатам.

^ Полиномиальные способы предполагают представление модели­руемой поверхности полиномом второй - пятой степени вида



^ Кусочно-полиномиальные способы предполагают деление области моделирования на участки, подбор для каждого участка своего локального полинома.

Сходные по характеру решения используют способы, основанные на применении рядов Фурье, различного рода сплайнов.

Вторая группа объединяет способы, основанные на построении геометрически упорядоченной модели, элементами которой являются либо определенным образом упорядоченные линии, либо поверхности различных многогранников: структурная модель, цифровая модель рельефа на треугольниках (модель TIN или модель на нерегулярной сетке), модель на регулярной сетке со сторонами, параллельными координатным осям X и Y (модель DEM или матрица высот).

Рассмотрим фотограмметрическую технологию построения цифровой модели рельефа.

Фотограмметрические методы цифрового моделирования рельефа основаны на использовании полиномов нерегулярной сети треуголь­ников TIN и регулярной сети DEM. Причем, непосредственно по аэро­снимкам модель рельефа строится на сети треугольников, а для ортотрансформирования, проведения горизонталей и некоторых других операций она преобразуется в регулярную модель DEM. Обяза­тельным условием создания ЦМР является наличие элементов взаим­ного и внешнего ориентирования снимков, полученных в процессе построения и уравнивания фототриангуляционной сети.

Некоторое представление о размере сторон (ребер) нерегулярной сети треугольников TIN и шаге регулярной сети DEM могут дать сле­дующие данные, имеющиеся в специальной литературе: для пра­вильного отображения рельефа на плане масштаба 1:2000 путем ли­нейной интерполяции между точками с известными высотами необхо­димо, чтобы среднее расстояния между ними были не менее [4]:

20 м - для плоскоравнинной местности со слабой расчлененностью;

10 м - для волнообразной поверхности с гладкими формами;

5м - для сильно расчлененной местности с большим числом овра­гов и промоин.

Современные цифровые фотограмметрические системы реализуют несколько стратегий моделирования рельефа, каждая из которых ис­пользуется в границах выбранной пользователем локальной зоны. В большинстве случаев модель создается на основе триангуляции Дело­не, но, в зависимости от конкретных условий и характера местности, могут применяться и другие, в частности:

  • «гладкая» модель, построенная с использованием полиноми­альной функции;

  • «адаптивная» или «регулярная» модели TIN, построенные по очкам в узлах сетки с заданным шагом с некоторыми дополни­тельными условиями;

  • модель, построенная по векторным объектам, полученным путем оцифровки по стереоизображению структурных линий: тальвегов, водоразделов, береговых линий, бровок оврагов и иных элемен­тов, точки которых определены в плане и по высоте.

Полученная перечисленными способами цифровая модель рельефа может быть дополнена структурными линиями, что существенно повы­сит ее детальность, точность и надежность. Линии водоразделов, бровки оврагов, береговые линии, тальвеги и другие структурные линии, «встроенные» в триангуляцию Делоне в качестве ребер треугольников, приблизят аппроксимирующую поверхность к реальной, что несомнен­но скажется на качестве последующего ортотрансформирования.

С точки зрения фотограмметрии наибольший интерес представля­ет адаптивная, регулярная модели рельефа и модель по векторным объектам, построение которых требует автоматического отождествле­ния точек с помощью коррелятора. Технология построения таких мо­делей может включать, например, следующие основные операции:

1. Определение границ области моделирования (глобальной области).

2. Определение границ подобластей моделирования, различаю­щихся характером рельефа местности и возможностями приме­нения того или иного метода построения ЦМР.

  1. Построение регулярной сети со сторонами, параллельными осям X и Y координатной системы местности и с шагом, зависящим от характера рельефа местности.

  2. Присвоение всем узлам регулярной сетки высот, равных отметке средней плоскости снимка, и вычисление их координат хЛ, уЛ на левом снимке стереопары по формулам связи координат точек наклонного снимка и местности.

  3. Идентификация узлов регулярной сети на правом снимке с по­мощью коррелятора, определение их координат хП, уП и вычисление пространственных координат X, Y, Z точек по формулам прямой фотограмметрической засечки.

  4. Построение сети неперекрывающихся треугольников с верши­нами в узлах регулярной сетки (модели TIN) на основе алгоритма Делоне с ограничениями.

Операции 3-6 выполняются в автоматическом режиме, без участия оператора.

Если в пределах области моделирования выбрано несколько ло­кальных зон, объединяющих участки с различными формами рельефа, то для последующей их увязки в границах глобальной области и объе­динения в единую модель рельефа обрабатываемой территории они должны перекрываться между собой, или, по крайней мере, между ними не должно быть разрывов.

Положение узлов регулярной сетки и совпадающих с ними вершин сети треугольников намечается автоматически, без учета характера местности. В связи с этим узлы TIN могут оказаться на крышах до­мов, на крутых склонах, на водной поверхности и т. д., что предопре­деляет необходимость корректировки построенной сети треугольни­ков путем изменения положения ее вершин в процессе стереоскопиче­ских наблюдений эпиполярных изображений.

Современные средства построения ЦМР по цифровым изображе­ниям обладают достаточно мощными технологическими средствами ее визуального и статистического контроля. Средствами такого кон­троля являются:

  • преобразование элементов сети треугольников в пространст­венные объекты с последующим их вращением и визуальной
    оценкой локальных «выбросов»;

  • расчет уклонов и анализ их экстремальных значений;

  • статистический анализ экстремальных значений высот точек;

  • оценка точности моделирования по уклонениям высот конт­рольных точек от аппроксимирующей поверхности.

В качестве контрольных точек используются опорные, связующие и другие точки, включенные в сеть фототриангуляции. С этой целью вычисляются их отметки по построенной модели поверхности и сравниваются с отметками, полученными из построения фотограммет­рической сети или на основе полевых данных. Такие расхождения не должны приводить к смещениям точек, обусловленным влиянием рельефа местности, на величину, превышающую 0,3 мм в масштабе создаваемого плана.

Построение цифровой модели завершается увязкой локальных мо­делей TIN по их границам и формированием общей модели в границах обработки, созданием регулярной модели DEM, интерполированием горизонталей с заданным шагом и редактированием их положения по эпиполярным изображениям.[6]

Мы использовали уже готовую цифровую модель (DTM/DEM).

Во^ Viewer: File→ Open→ Raster Layer D: / Pg-05/Karlova colspr_dem.

Видим изображение трех снимков с наложениями. В центре растра более детальная проработка деталей, чем по краям (при уменьшении размера пикселя детальность увеличивается). Наблюдается градация серого цвета: светлый – возвышенности, темный – низменности.

Закрываем Viewer, открываем проект и добавляем готовый DEM в проект: DTMAddcolspr_demOK.

Технология ортотрансформирования

Сущность ортотрансформирования сводится к следующему.

Пусть известны элементы внешнего ориентирования аэроснимка Хs, Ys, Zs, , , имеется цифровая модель рельефа DEM со сто­ронами, параллельными осям координат, и требуется выполнить трансформирование исходного снимка путем преобразования каждого пиксела с учетом его положения по высоте.

Прежде всего, строится матрица ортоизображения на всю обра­батываемую территорию, ограниченную минимальными и макси­мальными координатами углов рамок создаваемых топографических карт (планов); стороны матрицы должны быть параллельны осям X и Y координатной системы местности (рис. 6-8).

В соответствии с требованиями инструкции по фотограмметриче­ским работам, размер элементарного участка трансформирования (гео­метрическое разрешение матрицы ортоизображения Δр) на местности, как правило, выбирается равным величине:

,

где Δ- геометрическое разрешение исходного цифрового снимка; т - знаменатель масштаба снимка.

Если цифровой фотоплан готовится в виде твердой копии, то раз­мер элементарного участка на местности не должен быть больше

,

где 0,07 (мм) - графическое разрешение, соответствующее фотогра­фической разрешающей способности изображения 7 л/мм.


При изготовлении ортофотоплана масштаба 1:2000 по цифровым снимкам масштаба 1:10000, полученным путем сканирования аэронегативов с геометрическим разрешением Δ=10 мкм, размер элементарного участка трансформирования в общем случае будет равен 0,010 х 10000 = 0,10 м, а при изготовлении фотоплана в графической форме 0,07 х 2000 = 0,14 м.

Задача решается путем «обратного» трансформирования и включает следующие операции (рис. 6):


Рис.6. Схема «обратного» ортотрансформирования

рабочей площади




  • вычисление координат X, Y центра формируемого пиксела ортоизображения Δ в системе координат местности OXY;

  • определение отметки Z центра пиксела ортоизображения Δ по его плановым координатам и цифровой модели рельефа DEM;

  • вычисление по формулам ко­ординат х, у изображения а опреде­ляемой точки А на снимке по ее ко­ординатам на местности X, Y, Z и
    элементам внешнего ориентирова­ния Xs, Ys, Zs, , , :



  • расчет физических координат хр, ур в системе opiXiY по ее координатам х, у в системе оху и параметрам внутреннего ориен­тирования аэроснимка;

  • определение рас­тровых координат iX, iY точки по ее физическим координатам хр, ур;

  • идентификация пиксела с точкой а исходного снимка и расчет яркости  пиксела ортоизображения с точ­кой Δ методом билинейной или би­кубической интерполяции.

Однако ортоизображение должно фор­мироваться в границах рабочей площади снимка, образованной средними линиями его продольного и поперечного перекрытий. Поэтому реализации рассмотренной схемы вычислений должно предшествовать нанесение на трансформируемый снимок границ рабочей площади (будущих «линий пореза») в виде полилинии и определение положения ее вершин на ортоизображении (точки 1, 2, 3, 4, рис. 6). Положение «линии пореза» может быть намечено авто­матически или выбрано в соответствии с требованиями, предъявляемым к линии по­реза фотосхем и фотопланов, изготавливаемых методом совместной об­резки.

Для определения на ортоизображении границ рабочей площади нужно решить за­дачу, обратную рассмотренной выше: найти пространственные координаты X, Y, Z точ­ки по координатам ее изображения на аэро­снимке х, у, элементам внешнего ориентиро­вания снимка и цифровой модели рельефа. Решается она следующим образом.

На рис. 7 показана точка местности ^ А, ее изображение на снимке а, профиль цифровой модели рельефа в плоскости, проходя­щей через точку надира и проектирующий луч SaA, и матрица ортои­зображения.

Допустим, что искомая точка ^ А лежит на средней плоскости сним­ка Е. Примем Za=Ze и найдем ее координаты X, Y, Z по формулам:



В результате получим точку А'0 с координатами Х'A, Y'A, лежа­щую в пересечении проектирующего луча SaA'0 с плоскостью Е (рис. 7). Но плановым координатам Х'A, Y'A соответствует точка цифровой модели А', лежащая в плоскости Е' с отметкой Z'AZE, не принадлежащая проектирующему лучу SaA.


Рис.7. Схема ортотрансформирования

границы рабочей

площади снимка
Для установления проективного соответствия между точками S, а и А' нужно вновь воспользоваться данными формулами, подставляя в них элементы внешнего ориентирования аэроснимка, координаты х, у точки а на снимке и уточненную отметку искомой точки Z'A. В ре­зультате будет найдена новая точка А"о с координатами Х"А, Y"a, которым соответствует точка цифровой модели А" с отметкой Z"A, не лежащая на проектирующем луче SaA. Это потребует выполнения второго, третьего и т. д. приближений, пока изменение отметки точки в двух последовательных приближениях не будет пренебрегаемо ма­лым. Теперь пикселу ортоизображения с координатами центра ХA и YA можно присвоить яркость пиксела исходного аэроснимка, содер­жащего точку а.

Рассмотренная схема используется для расчета плановых ко­ординат вершин полилинии («линии пореза»), определяющей границу рабочей площади трансформируемого снимка. Полученные в последнем при­ближении координаты ХА и YA определяют положение центра транс­формируемого пиксела в системе координат местности, в соответст­вии с которыми на ортоизображении (рис. 8) формируются грани­цы рабочей площади обрабатываемого снимка. И только после этого выполняется «обратное» трансформирование - заполнение матрицы ортоизображения значениями яркостей соответствующих им пикселов исходного снимка в соответствии с рассмотренной выше схемой, представленной на рис. 6.

Таким образом, ортоизображение формируется в результате не­сложных вычислений с использованием данных зависимостей и последующих геометрических и фотометрических преобразований.

На основе изложенного можно наметить такую последователь­ность выполнения операций по изготовлению ортофотоплана.



Рис.8. Ортотрансформирование снимка





  1. Построение и уравнивание фотограмметрической сети.

  2. Определение элементов внешнего ориентирования снимков фотограмметрической сети.

  3. Построение цифровой модели рельефа TIN в границах локаль­ных зон и объединение их в единую «глобальную» модель в
    границах ортотрансформирования.

  4. Преобразование нерегулярной модели рельефа TIN в регуляр­ную модель DEM с шагом, равным или пропорциональным
    геометрическому разрешению ортоизображения.

  5. Разметка на снимках границ формируемых по ним ортоизоб­ражений, соответствующих рабочим площадям этих снимков.

  6. Ортотрансформирование поворотных точек границы рабочей площади 1-2-3-4-5-6-7-8 (рис. 8) в соответствии со схе­мой преобразований на рис.7:

  • определение растровых координат (iX, iY) точек границы рабочей площади и преобразование их в физические р, ур);

  • вычисление координат х, у точек гра­ницы рабочей площади в системе координат снимка оху по их физическим координатам хр, ур;

  • определение методом последователь­ных приближений по координатам х, у и цифровой модели рельефа плановых координат X, Y центра пиксела ортои­зображения в системе местности;

  • присвоение пикселу ортоизображения с координатами цен­тра X, Y яркости соответствующего ему пиксела снимка.

  1. «Обратное» ортотрансформирование каждого пиксела исход­ного снимка, расположенного в границах рабочей площади, в рассмотренном выше порядке, согласно схеме на рис. 6.

  2. Фотометрическая коррекция сформированного ортоизображе­ния по границам снимков (выравнивание яркостей по грани­цам зон трансформирования).

  3. Нарезка ортоизображений на планшеты заданного масштаба по координатам их углов и их зарамочное оформление.

Все операции, за исключением определения границ локальных, гло­бальных зон моделирования и границ рабочих площадей, выполняются в автоматическом режиме, по заданным параметрам обработки.[6]

LPS может корректировать искажения масштаба, возникающие из-за положения сенсора на момент съемки, смещение за рельеф и систематические ошибки снимка. В результате получаются точные изображения, аналогичные картам, на которых наземные объекты представлены в правильных координатах X и Y. Ортотрансформированные снимки можно использовать как идеальную подложку для создания и поддержки географической информации, содержащейся в базе геоданных ГИС.

Нажав пиктограмму ^ Start ortho resampling process, File→ Open→ Raster layer→ D: /Pg - 05/ Karlova.

General: Add Multiple (добавление снимков), необходимо указать путь к директории, где надо сохранить ортофотоснимки.

Output File Name (имя выходного файла): *img

DTM Source (модель рельефа): DEM

Vertical Units: Meters

Output Cell Size (размер пиксела в метрах):

Экстремумы выходного файла

Output rows (количество строк и столбцов в выходном файле):

Active Area (100% - активная площадь трансформирования): DTM Source (DEM).

К процессу ортотрансформирования все готово→ OK
  1   2   3

Реклама:





Скачать файл (12873 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru