Технологии получения, создания, ведения ДДЗ в Томске. ГИС-лаборатория в действии

В мае 2014г., компания ГК "Геоскан" (г.Санкт-Петербург), по заказу администрации г.Томска, выполнила аэрофотосъемку территории Томска. Были оформлены все необходимые разрешения. Съемка производилась с БПЛА "Геоскан-101" (самолет), "Геоскан-401" (мультикоптер). Площадь съемки составила более 320 кв.км., всего сделано около 190000 снимков с разрешением 3-5 см на местности (высота съемки - 200-250м). Поперечное и продольное перекрытия снимков - 70% и более. Для высокоточного уравнивания материалов было подготовлено на местности около 1400 опознаков (маркеров).. Все работы по созданию съемочного обоснования, уравниванию элементов ориентирования снимков производились с использованием сети базовых референцных станций г.Томска.

Для производства съемки было отдано предпочтение БПЛА "Геоскан-101", из соображений :
- безопасность в условиях полетов над застроенной территорией. Этот БПЛА отличается малым весом (взлетный вес 2.3 кг), планер собран из легких деформируемых материалов (по сути - фотокамера, обернутая в "пенопласт" - специальный прочный пенный полимер), в промышленной эксплуатации 4 года, с хорошо функционирующими системами нештатного завершения полета в случае возникновения любых рисков и форс мажоров (возвращение в безопасную точку приземления, автоматический останов двигателей и плавное приземление на парашюте). Ни одно техническое устройство (включая и "большую" авиацию, и БПЛА) не застраховано от технических отказов. Среди рисков также сильный порывистый ветер, термоворонки, низкая температура, которые значительно "удлиняют" маршрут полета и, к примеру, ускоряют разряд батарей. Поэтому возможность прекратить полет с минимальными для окружающих рисками для нас являлось наиболее важной.
- БПЛА "Геоскан-101" оборудован достаточным набором технических средств, обеспечивающих нужное качество материалов съемки. На борту: спутниковый приемник и инерциальная система профессионального уровня, бортовой микрокомпьютер с автопилотом, радиопередающее устройство для связи в реальном времени с наземным комплексом, фотокамера с разрешением матрицы 24Mp.

Взлет БПЛА "Геоскан-101", аэросъемочные работы в Томске, май 2014г.


"ГИС-лаборатория" продолжается! Наземный пункт управления полетом


Создание съемочного обоснования (маркеров)


Один из 190000 снимков (можно увеличить):



Обработка материалов съемки также производилась ГК "Геоскан" (г.Санкт-Птербург), на программном комплексе Agisoft PhotoScan.
Технология обработки (которая максимально автоматизирована и не требует от операторов рутинных ручных операций, только настройки параметров) включает в себя:
- загрузку исходных снимков и элементов ориентирования снимков (данные бортового комплекса с координатами центров фотографирования, курсом, креном, тангажем);
- загрузку точек съемочного обоснования (маркеров с известными координатами, различимых на снимках);
- построение и уравнивание по мультиснимкам облака точек (соизмеримого по плотности с облаками лазерного сканирования);
- построение по облаку точек триангуляционной модели и уравнивание модели по точкам съемочного обоснования;
- опционально (не обязательно) - текстурирование модели из исходных снимков;
- создание ортофотопокрытия, как частного случая такой модели (вид сверху);
- сохранение (экспорт) необходимых результатов обработки - цифровых ортофотопланов, облаков точек, моделей, матриц высот.
О применении таких материалов можно узнать на страничке Практика применения ДДЗ в Томске.

Администрация Томска активно использует разные виды ДДЗ (Аэросъемка с БПЛА начала внедряться только с 2013г.)
Источники ДДЗ можно разделить на три категории:
1. Космосъемка
Получается с применением спутниковых комплексов высокого разрешения, оптических и лидарных типов. Услуги по заказу или приобретению архивных снимков оказывает большое количество коммерческих операторов и их дилеров. Примеры снимков Вы можете посмотреть в т.ч. на сайтах наших поставщиков - компании Совзонд и компании ИТЦ Сканэкс.
Наиболее критичные характеристики спутниковых снимков - точность определения координат видимых объектов и пространственное разрешение снимков (ортофотопланов). При этом нет обязательного соответствия разрешения снимка и точности, это два очень разных параметра.
Так, классический одиночный космоснимок, обработанный без учета рельефа, наземных точек привязки, при пространственном разрешении 0.5м (т.е. виден объект размером 0.5м) может "ошибаться" на 2-10м по точности определения координат объектов в разных местах снимка (так как съемка производится под углом к поверхности Земли, а не строго в надир, рельеф вносит не линейные искажения). При использовании "стереопар" снимков, дополнительных сведений о местности точность космоснимков можно значительно повысить, но при этом она не может стать точнее, чем разрешение, умноженное в полтора-два раза (пиксельная смазанность видимых элементов, другими словами недостаточная четкость изображения вносят свою лепту в погрешность определения координат).
Качество космосъемки значительно зависит от погодных условий (дымка, смог, марево, облачность прямо влияют на качество материалов). Радарные снимки всепогодные, но значительно хуже оптических спутников по пространственному разрешению, к тому же такие снимки очень "своеобразны" по цвету элементов - яркость точки говорит всего лишь о коэффициенте поглощения или отражения, что требует специальных инструментов и сведений для интерпретации и дешифровки таких снимков.
Несмотря на некоторые указанные минусы, космосъемка востребована для очень многих информационных, кадастровых, мониторинговых и оперативных задач и привлекательна по своей низкой стоимости и хорошей эффективности. Администрация Томска неоднократно заказывала спутниковые снимки различного назначения.

2. Аэрофотосъемка
Значительно выше по качеству, разрешению и точности материалы, полученные при помощи аэрофотосъемки территории. Понятно, что с высоты полета, к примеру, в 500м можно получить лучшие снимки даже обычным бытовым фотоаппаратом, чем снимок с орбиты в 600км. А аэросъемочные комплексы намного "серьезнее" бытового фотоаппарата.
Такие работы производятся комплексно, часто предполагают наземную подготовку территории к съемке и, в первую очередь, создание съемочного обоснования - координированных наземными геодезическими методами маркеров, которые будут различимы и определяемы на снимках. Также, при аэросъемке территории возможно сделать съемку в заданные даты, так как диапазон допустимых погодных условий достаточно широк (при космической съемке стандартный период может длиться 1-2 месяца ожидания "чистого неба", причем такая погода должна быть именно в часы пролета спутника над территорией, около полудня). А значит, можно планировать аэросъемку на наиболее благоприятные сезонные периоды, например с 1 по 5 мая (отсутствие листвы, травы, снега, полноводные водотоки и т.п. соображения, позволяющие получать более полезные в работе материалы).
При аэросъемке можно четко оговаривать такие параметры съемки, которые технически не реализуемы при космосъемке территории. В частности, взаимное поперечное и продольное перекрытие снимков может составлять 70% и более, что позволяет получить даже не стереопары, а мультифотопокрытия любой точки местности, при котором каждый отдельный элемент местности присутствует на 10-15 снимках с разных ракурсов, а это, в свою очередь, позволяет значительно точнее (и автоматизировано) обработать исходные материалы. Разрешение исходных снимков может достигать 1-3 см на местности (на практике для городских задач достаточным является 4-5см, более подробные материалы необходимы только для специальных инженерных задач, например вычисления провиса проводов ЛЭП).

Аэросъемка может выполняться как с самолетов и вертолетов, так и с применением беспилотных летательных аппаратов, оба варианта востребованы "рынком".

Основные плюсы "большой" авиации: хорошая производительность (сотни квадратных километров в день), а с использованием современных аэросъемочных комплексов - вполне достаточное качество, позволяющее получить "городские" масштабы съемки с разрешенных для полета высот в 500-700 метров. Кроме того, нет ограничений по полезной нагрузке бортового комплекса, совместно с аэросъемкой можно производить лазерное сканирование, тепловизорную, мультиспектральную и прочие виды съемок. Основные минусы - слабая оперативность (дни и недели), высокая себестоимость (содержание или аренда самолета, дорогие съемочные бортовые комплексы). А теперь представьте, что необходимо сделать съемку "единственного" квадратного километра (а именно такие потребности у муниципальных заказчиков - оперативная съемка локальной территории, например поселка ИЖС) - по себестоимости дешевле и быстрее окажется наземная тахеометрическая или лазерная съемка...

Плюсы "малой" авиации (БПЛА и коптеры): отличная оперативность (часы), низкая себестоимость съемки, более низкие режимы полета (которые позволяют использовать более простые, легкие и бюджетные фотокамеры при соизмеримом качестве). Коптеры, к тому же, могут производить "объектовую" съемку со сверхмалых высот. Минусы - слабая производительность (десятки квадратных километров в день), ограничения по весу полезной нагрузки.

С учетом востребованности в муниципалитете съемки малых и сверхмалых объемов, постоянного обновления аэроматериалов, для стартовой съемки всего города также было отдано предпочтение съемке с БПЛА, в том числе с целью создания технологической инфраструктуры обработки и использования материалов съемки. Такая съемка была произведена в мае 2014г. компанией ГК "Геоскан" (С.Петербург).

3. Мобильное лазерное сканирование и мобильная видеосъемка.
Эта технология активно развивается и представляет собой оборудование (соизмеримое по типам с аэросъемочным), устанавливаемое на мобильные наземные комплексы (например автомобили). Быстрая и не дорогая технология съемки полосы вдоль дорог. На автомобиль может быть установлены лазерные сканеры и профилографы, которые сканируют местность (вниз и в стороны) при движении автомобиля. Могут быть дополнены видео и фотосъемочными комплексами, при этом измеряемое облако точек (каркас)дополняется и видеорядом. Минусы: это скорее "фасадная" съемка, при которой много важных объектов и элементов оказываются заслоненными. Сложно использовать в условиях городской застройки и интенсивного трафика движения. Не получается "площадная" съемка.