Введение в дистанционное зондирование

1.9 Разработка технического проекта на аэрофотосъёмочные работы для определения экономических показателей, технических средств, лётного времени, производительности, потребности в основных материалах.

1. Технический проект является основным документом, определяющим технико-экономические показатели для планирования и выполнения аэрофотосъемочных работ. 2. Технический проект составляется до начала аэрофотосъемочных работ на каждый объект в соответствии с договором, техническими условиями заказчика, ОПА-80, нормативными документами и "Методикой по составлению технических проектов на аэрофотосъемочные работы". 3. Технический проект определяет: - затраты летного времени; - валовую и съемочную производительность; - потребность в основных материалах; - сметную стоимость и другие показатели аэрофотосъемочных работ на каждый объект. 4. Технический проект составляется в аэрофотосъемочном подразделении одновременно двумя исполнителями под руководством инженера по техническому проектированию или начальника фотограмметрической лаборатории. Технический проект утверждается начальником аэрофотосъемочного производства. 5. Основными данными для расчета являются: физическая площадь каждого объекта в квадратных километрах, его физико-географическое расположение, характер рельефа, масштаб аэрофотографирования, тип АФА, заданные продольное и поперечное перекрытия аэрофотоснимков. Для составления технического проекта используются справочные данные Руководства по проведению аэросъёмочных работ. 6. В отдельных случаях, при особых технических условиях на аэрофотосъемку, когда "Методика по составлению технических проектов на аэрофотосъемочные работы" не может быть применена, необходимые показатели определяются путем прямых технических расчетов в соответствии с технико-экономическими нормативами для данного типа ВС, из директивных документов МГА, фактической стоимости материалов. 7. В техническом проекте может предусматриваться выполнение дополнительной аэрофотосъемки объекта в более мелком масштабе для составления фотосхем при аэрофотосъемке в крупных масштабах и при отсутствии картографического материала. Соотношение масштабов основной и дополнительной аэрофотосъемок должно быть от 1:3 до 1:5 в зависимости от сложности объекта. 8. В технических проектах учитывается использование промежуточных аэродромов ("подскока"). Использование аэродрома "подскока" принимается из расчета: на один вылет с аэродрома базирования АФСП два-три вылета с аэродрома "подскока". 9. При аэрофотосъемке ряда однотипных объектов (мелкие населенные пункты и т.п.), расположенных на незначительном расстоянии один от другого, для расчета времени подлета объекты группируются на каждый вылет. Количество летного времени определяется в зависимости от расстояния между аэродромом вылета и объектом съемки. 10. Объектом аэрофотосъемочных работ является территория местности с четко определенными границами, заданными заказчиком. Границы объекта работ задаются, как правило, в международной разграфке номенклатуры топографических карт. Аэрофотосъемка на одном объекте выполняется по единым техническим условиям. 11. Допускается объединять в один объект мелкие населенные пункты сельского типа, когда они примыкают друг к другу и аэрофотосъемка их может выполняться одним маршрутом без выключения АФА. 12. В отдельные объекты выделяются каждый населенный пункт городского и поселкового типа и крупные - сельского типа. 13. На объектах линейного характера (каркасные маршруты, реки, береговые линии водоемов и морей и т.п.) аэрофотосъемка выполняется по заданным линиям маршрутов, нанесенных заказчиком на топографическую карту (фотосхему), которая прилагается к договору. Масштаб топографических карт с нанесенными линиями аэрофотосъемочных маршрутов должен быть мельче масштаба проектируемой аэрофотосъемки не более чем в 5 раз. 14. Площадь объектов аэрофотосъемки S, выполняемой по заданным линиям, каркасным маршрутам, одиночным маршрутам, определяется по формуле: S = LI - M (кВ.км), где: L - длина маршрута, км; I - ширина аэрофотоснимка, см; М - знаменатель масштаба аэрофотосъемки.

Вычисление основных параметров АФС по данным Заказчика рассмотрим на конкретном примере

По согласованию с Заказчиком принимаем следующие параметры аэрофотосъемки:

-фокусное расстояние f_к = 70,25 мм

-масштаб аэрофотосъемки 1:m = 1:14200

-продольное перекрытие P% = 61%

-поперечное перекрытие Q% = 32%

Географическое расположение участка местности

Данный участок местности располагается на территории Европейской части Российской Федерации.

Характер рельефа

Характер рельефа представлен равнинным типом местности. Самая высокая отметка - 168,0 м, минимальная отметка - 141,3 м (юго-западная часть территории)

Выбор сечения рельефа по углам наклона местности по карте

Основные характеристики указаны в таблице 1.4

Таблица 1.4

А_ср = 154,0 м

h = 14 м

А_аэр = 141,0 м

Вычисление основных параметров АФС:

1) Вычисляем среднюю высоту фотографирования:

Н_ср = f_к*m = 70,25 мм*14200 мм = 997750 мм ? 998 м

2) Вычисляем абсолютную высоту фотографирования:

Н_абс = Н_ср + А_ср = 998 м + 154 м = 1152 м

3) Вычисляем высоту фотографирования над аэродромом:

Н_аэр = Н_абс - А_аэр = 1152 м - 141 м = 1011 м

4) Вычисляем расчетное значение продольного перекрытия:

Р_расч = Р_зад + (100 - Р_зад)*(h/H_ср) = 61% + (100 - 61)*(14/998) ? 61,55%

5) Вычисляем расчетное значение поперечного перекрытия:

Q_расч = Q_зад + (100 - Q_зад)*(h/H_ср) = 32%+(100 - 32)*(14/998) ? 32,95%

Требования предъявляемые к аэрофотоаппаратуре

Для выполнения аэрофотосъемки применяются топографические аэрофотоаппараты (АФА). Выбор типа АФА производится Заказчиком и согласовывается с Исполнителем. Лабораторные исследования аэрофотоаппаратов по определению внутреннего ориентирования и фотограмметрической дисторсии должны выполняться не реже чем один раз в два года, а также во всех случаях после разъема компонентов объектива или после замены выравнивающего стекла. При этом координаты главной точки не должны превышать 0,1 мм, а поверхность прижимного стола кассеты и выравнивающего стекла не должны отклоняться от плоскости более чем на ±0,01 мм.

Аэрофотоаппарат должен обеспечивать получение показаний дополнительных устройств (часов, круглого уровня и др.).

Показания радиовысотомера, статоскопа и радиодальномерной станции должны регистрироваться одновременно с фотографированием местности.

Технические характеристики выбранного АФА

При выборе АФА учитывались основные параметры аэрофотосъемки (фокусное расстояние, масштаб), время цикла, а также отдавалось предпочтение модернизируемым моделям (с маркировкой «М»).

Тип аэрофотоаппарата: ТЭ-70М

Фокусное расстояние: 70 мм

Угол поля зрения: 122°

Разрешающая способность, не менее: 15 лин/мин

Некомпенсируемая радиальная дисторсия не более: ±25 мкм

Время цикла: ±25 с

Диапазон выдержек: 1/30 - 1/120 и 1/80 - 1/240

Наличие стекла с сеткой крестов: нет

Расчет количества аэроснимков

По карте масштаба 1:50000 определены длина и ширина участка: L₁ = 16,2 см и L₂ = 18,6 см.

При данном масштабе в 1 см = 500 м.

Тогда, найдем длину и ширину участка на местности:

L₁*M = 8100 м и L₂*M = 9300 м

1) Вычисляем базис фотографирования:

В = b_сн*m = l_x * (100 - P_расч) * m/100 = 180 мм * (100 - 61,55%) * 14200 мм /100 = 982,8 м

2) Вычисляем количество аэроснимков в маршруте:

n = L₁/B +3 = 8100 м/982,8 м + 3 = 11,24 снимка

При округлении в большую сторону получаем 12 снимков.

3) Вычисляем расстояние между маршрутами:

Д = d*m = l_y * (100 - Q_расч) * m/100 = 180 мм * (100 - 32,95) * 14200 мм/ 100 = 1713,8 м

4) Вычисляем количество маршрутов на участке съемки:

K = L₂/Д + 1 = 9300 м/1713,8 м + 1 = 6,43

При округлении в большую сторону получаем 7 маршрутов

5) Вычисляем общее количество снимков на весь участок:

N = n*к = 12*7 = 84 снимка

6) Вычисляем нужное количество метров пленки:

l_s = (18 см + 1 см)*N = 0.19 м *84 сн ? 16 м 1.7 Производство плановой и перспективной съёмки участков местности с помощью летательных аппаратов Развитие аэрофотосъемки, как впрочем и сама история, развивается по спирали: в 1858 выполняя полет на воздушном шаре над Парижем Гаспар Феликс Турнашон сделал первый в мире аэрофотоснимок, а уже в 1887 году французский фотограф Артур Батут разработал и выполнил первую беспилотную аэрофотосъёмку с помощью воздушного змея. Затем в аэрофотосъемке бурно развились идеи беспилотной авиации, что вылилось в запатентованный «Способ и средства для фотографирования пейзажей сверху» с помощью почтовых голубей немецкого аптекаря Юлиуса Нойброннера. Причем этот метод действительно широко применялся во время Первой Мировой войны. И только 24 апреля 1909 г. случилось "Первое использование кинокамеры, вмонтированной в летательный аппарат тяжелее воздуха" при съёмках короткометражного немого киноролика «Уилбур Райт и его самолёт».

Плановая и перспективная аэрофотосъемка При плановой съемке камера направлена вертикально вниз, под прямым углом к поверхности земли. На снимках мы видим плоскую картину (ортогональная проекция), напоминающую изображение на географических картах. При этом виде аэрофотосъемки мы можем определить взаиморасположение объектов на плоскости без учета их высот. При фотографировании объектов недвижимости мы можем видеть те части сооружений, которые направлены вверх (крыши). Такой вид съемки в основном используется для создания фотопланов. Аналогичный продукт может быть получен с использованием спутниковой и традиционной аэрофотосъемки. При перспективной (обзорной) съемке камера направлена под углом к горизонту. Такой вид съемки невозможен для спутников и традиционной "большой авиации". При перспективной аэрофотосъемке на снимках мы видим объемную картину (аксонометрическая проекция) не только крыши сооружений, но и боковые поверхности (стены). Таким образом мы можем судить не только о взаиморасположении объектов на плоскости, но и об их форме. Кроме того, при перспективной съемке мы можем определить высоту объектов относительно друг друга. При определенных углах перспективной съемки в кадре может присутствовать линия горизонта. В этом случае мы получаем возможность увидеть на одном снимке то, как участок или сооружение вписаны в окружающий ландшафт и их взаиморасположение с отдаленными объектами (дальние объекты, леса, водоемы, населенные пункты). На основе нескольких перспективных снимков сделанных с поворотом камеры вокруг вертикальной оси, могут быть собраны панорамные снимки, включая полные 360-градусные круговые панорамы. Создание аэрофотопанорам возможно только при использовании специально оборудованного управляемого вертолета, способного надолго зависать в определенной на определенной высоте, пока проводится съемка смежных кадров.

Этапы аэрофотосъемочных работ Опыт, накопленный в области применения аэрометодов при изысканиях, показывает их исключительную эффективность по сравнению с традиционными методами сбора информации как в части значительного снижения трудоёмкости и сокращения сроков изысканий, так и в части широты охвата различных видов информации, необходимой для проектирования. Аэроизыскания выполняют в три этапа: подготовительный, полевой и камеральный. В подготовительный период осуществляется сбор имеющейся на район изысканий топографической информации и материалов аэросъёмок прошлых лет, на основании которых обосновывают полосу варьирования конкурентоспособных вариантов трассы и составляют проект производства аэросъёмочных, полевых и камеральных аэрофотогеодезических работ. В полевой период производят: наземные геодезические работы по созданию планово-высотного обоснования аэросъёмок; закрепление и маркировку точек опорной сети; различные виды аэросъёмочных работ, привязку и дешифрирование аэрофотоснимков. Важным видом аэрогеодезических изысканий является дешифрирование - выявление (обнаружение и опознавание) и раскрытие содержания (познания) различных объектов и элементов местности по их изображениям на снимках, их качественных и количественных характеристик, своеобразных свойств и особенностей. В камеральный период выполняют полную обработку результатов геодезических измерений, фотограмметрическое сгущение геодезического съёмочного обоснования методами аналитической фототриангуляции, стереофотограмметрические работы по получению информации о рельефе и изготовлению топографических планов и цифровых моделей местности (ЦММ) в единой системе координат. Оборудование для беспилотной аэрофотосъемки В настоящее время аэрофотосъемка делает очередной виток в своем развитии, вновь становясь беспилотной. Как правило современные операторы беспилотных самолетов используют в своей ежедневной работе небольшой, размахом до 3 м, беспилотный самолет с обычной, бытовой или студийной, фотокамерой на основе ПЗС матрицы. Наиболее популярны "мыльницы" Samsung, Sony, Pentax. Фотографии с таких устройств годятся в целом для составления планов и схем. Аэрофотоснимки значительно более высокого качества дают зеркальные фотоаппараты - здесь лидерами и стандартом являются Canon 550D и его старший товарищ Canon 5D Mark II. При этом конечно же находят применение и большие многообъективные системы. Летно-съемочные работы, выполняемые фотоаппаратом на основе матричного сенсора (ПЗС - матрица), больше напоминают традиционный аналоговый метод аэрофотосъёмки, когда все элементы матрицы одновременно экспонируются. В этом методе внутрипиксельная геометрия известна и строго определена. В матричной технологии в настоящее время проблема в том, что большие матричные решётки сложны в изготовлении. Поэтому комбинируют: делают большие по площади решётки из нескольких маленьких по площади. Например, из четырёх. Четырех линзовый объектив формирует четыре отдельных изображения, которые трансформируют в центральную проекцию и автоматически стыкуют. Такие снимки обрабатываются по существующим программам аналитической обработки. Второй главной частью, причем не менее важной, является система определения положения БПЛА/фотокамеры в пространстве. В простейшем случае это обычный малогабаритный GPS приемник с антенной, например Ublox. В настоящее время Российские производители комплексов с БЛА практически повсеместно переходят на приемники сигналов систем спутникового позиционирования совмещенного типа GPS/Глонасс. К сожалению и они не могут обеспечить требуемую точность. Поэтому в более дорогих и серьезных аппаратах устанавливается дополнительный высокоточный приемник GPS, который позволяет при постобработке сырых данных определить координаты центра снимка с высокой точностью. А если этот приемник использовать вместе с наземными базовыми GPS станциями, то точность привязки кадров к координатам вырастет. Для выполнения съемки создаются базовые GPS-станции, данные которых используются для вычисления дифференциальных поправок при определении траектории летательного аппарата. Для определения траектории летательного аппарата и уточнения угловых данных инерциальной системы, применяется метод совместной обработки GPS-данных и данных инерциальной системы. Привязка снимков к координатам как правило выполняется при помощи программ написанных специально под конкретный тип приемника и БЛА. Применение такого метода расчета повышает как точность определения угловых параметров, так и местоположения. Точность GPS/Глонасс навигации и особенности систем автоматического управления БПЛА позволяют достигать следующие параметры при полете по маршруту аэрофотосъемки:

- поперечное смещение от оси маршрута -- ± 10 м

- удержание БПЛА на заданной высоте -- ± 15 м;

- расстояние от запроектированного центра фотографирования до точки срабатывания затвора фотоаппарата -- ± 5 м;

- изменение угла крена БПЛА на маршруте между двумя снимками -- 10°;

- изменение угла тангажа БПЛА на маршруте между двумя снимками -- 6°.

2. Технология

Результатом цифровой аэрофотосъёмки являются цифровые аэрофотоснимки, а также зафиксированные в полете элементы внешнего ориентирования (линейные - Xs, Ys, Zs - координаты центра фотографирования; угловые - крен, тангаж, - ориентирование камеры относительно осей координат). В соответствии с законами центрального проектирования, по которым строится изображение местности, аэронегатив (аэроснимок) содержит ряд искажений, величины которых определяются углом наклона оптической оси аэрофотоаппарата и колебанием рельефа местности. Устранение этих искажений осуществляется в процессе их компьютерной фотограмметрической обработки, и в частности - фотографического или цифрового преобразования, называемого трансформированием. В связи с этим использование аэроснимков без их предварительного трансформирования для картографического (топографического) обеспечения выполняемых работ, в том числе в качестве основы ГИС, ограничивается влиянием указанных искажений. Показания специальных приборов и оборудования, зафиксированные в процессе аэрофотосъемки, обеспечивают стабилизацию съемочной камеры в полете или последующее определение по ним пространственного положения аэроснимков в абсолютной или относительной системе координат с целью последующего их использования при выполнении фотограмметрических работ и преобразовании аэроснимков в планы и карты. К числу таких приборов относят гироскопы, системы глобального позиционирования, оборудование для определения высоты полета, превышений между центрами фотографирования, а также аэронавигационные системы и др. Наличие указанных данных во многом определяет технологию камеральной обработки материалов аэрофотосъемки, существенно влияет на оперативность, точность фотограмметрических построений и объемы полевых работ по их обеспечению.

Прокладка маршрута Аэрофотосъемка бывает площадная и линейная, в площадной съемке кроме продольного перекрытия снимков еще необходимо соблюдать и поперечное перекрытие. Исходными параметрами фотосъемки при помощи беспилотника являются требуемое разрешение снимка, разрешение аэрофотоаппарата, угол зрения объектива камеры, величина перекрытия кадров. Из этих данных рассчитывается высота полета, скорость беспилотника и частота срабатывания затвора фотокамеры. Полет и фотографирование

Оперативный просмотр результатов аэрофотосъемки. В результате полета формируются набор фотографий и данные телеметрии, которые включают в себя координаты центра фотографирования, а также углы крена, тангажа и курса. Существует три вида обработки данных: аффинное преобразование кадров для создания ортофотосхемы равнинных территорий, полное ортотрансформирование кадров для создания ортофотосхемы территорий с выраженным рельефом, полное ортотрансформирование кадров для создания ортофотоплана с выполнением геодезических требований по масштабу. Аффинное преобразование кадров для создания ортофотосхемы равнинных территорий: Программой определяются общие точки (от 50 до 1200) между каждой парой снимков. После этого решается уравнение, включающее в себя информацию по всем снимкам, для поиска минимума СКО (среднеквадратичного отклонения) между всеми векторами, соединяющими общие точки. Проще говоря, между каждой парой точек натягивается резинка, и все кадры выстраиваются так, чтобы общее натяжение резинок было минимальным. При этом кадр может преобразовываться только афинно, т.е. любая прямая отображается только в прямую.

Ортофотосхемы с беспилотного самолета

Программой определяются общие точки (от 50 до 1200) между каждой парой снимков. После этого решается полное фотограмметрическое уравнение с определением рельефа местности с точностью до 10 пикселей. При этом уточняются координаты центра фотографирования и параметры ориентирования (крен, тангаж, курс). В соответствии с вычисленными данными проводится ортотрансформирование всех кадров и проецирование результата на плоскость. Привязка к реальным данным проводится по существующим в общедоступных картографических ресурсах данным. Например, по GoogleEarth. Точность этих данных на территории России составляет порядка 6 метров.

Ортофотопланы с беспилотного самолета

Программой определяются общие точки (от 100 до 3000) между каждой парой снимков. После этого решается полное фотограмметрическое уравнение с определением рельефа местности с точностью до 2 пикселей. При этом уточняются координаты центра фотографирования и параметры ориентирования (крен, тангаж, курс) с высокой точностью. В соответствии с вычисленными данными проводится ортотрансформирование всех кадров и проецирование результата на плоскость. Привязка к реальным данным проводится по результатам наземного обоснования, включающего в себя не менее одной точки на каждые 10 кадров или не менее 10 точек на один ортофотоплан. Половина этих точек используется для привязки, вторая половина для подтверждения требований точности. Точность формирования рельефа при этом соответствует требованиям соответствующего масштаба. Результатом работы являются файлы формата geotiff с точностью, соответствующей заданному масштабу. Формат geotiff включает в себя два файла - ортотрансформированную аэрофотосъемку и цифровую модель рельефа (DEM - digital elevation model), которые можно открыть в любой ГИС программе, например ArcGis или GlobalMapper. По включенной DEM можно сформировать изолинии рельефа с любым перепадом высот.

3D модель рельефа местности Совместно с DEM возможно выдать рельеф по изолиниям с требуемой точностью. Стандартный формат - векторные линии формата ArcGis, которые импортируются в любую картографическую систему. Специалисты компании могут выдать результат практически в любом, требуемом формате. Для этого нужно указать программу, в которой предполагается использовать результат. Также возможно осуществить переход в местную систему координат из WGS. При выполнении наземного обоснования мы можем выполнить съемку координат на опознаках ГГС (государственной геодезической сети), тогда работа может сразу выполняться в местной системе координат без преобразования и соответствующей потере точности. Источники ошибок и требования к точности пилотирования при аэрофотосъёмке. Первичная обработка и контроль качества ДДЗ Особенности данных аэросъемки с БПЛА Аэрофотосъемка с БПЛА принципиально не отличается от съемки с «больших самолетов», но имеет определенные особенности, которые мы далее рассмотрим. Полет БПЛА, как правило, производится с крейсерской скоростью 70-110 км/ч (20-30 м/c) в диапазоне высот 300-1500 м. Для съемки обычно используются не метрические бытовые камеры с размером матрицы 10-20 мегапикселей. Фокусное расстояние камер обычно составляет около 50 мм (в 35 мм эквиваленте), что соответствует размеру пикселя на местности (GSD) от 7 до 35 см. Часто снимки с БПЛА обрабатываются простыми нестрогими методами (аффинное преобразование снимков на плоскость). В результате, пользователь получает накидные монтажи, которые помимо низкой точности могут содержать разрывы контуров на стыках соседних снимков. В данной статье при рассмотрении особенностей съемки с БПЛА и составлении рекомендаций по ее проведению мы будем исходить из строгой фотограмметрической обработки данных, в результате которой можно ожидать точность получаемых результатов (как правило, ортофотомозаики) порядка одного GSD. При значениях параметров съемки, указанных выше, результаты соответствуют по точности ортофотопланам масштабов от 1:500 до 1:2000 в зависимости от высоты съемки. Для строгой фотограмметрической обработки данных аэросъемки и получения максимально точных результатов необходимо, чтобы снимки в одном маршруте имели тройное перекрытие, а перекрытие между снимками соседних маршрутов при площадной съемке составляло не менее 20%. На практике, при съемке с БПЛА эти параметры выдерживаются далеко не всегда. Полет БПЛА не устойчив, на него влияют порывы ветра, турбулентность и другие возмущающие факторы. Если съемку с обычных самолетов планируют с перекрытием вдоль маршрута 60%, а между маршрутами 20-30%, то проектировать съемку с БПЛА следует с перекрытием вдоль маршрутов 80%, а между маршрутами - 40%, чтобы, по возможности, исключить разрывы в фототриангуляционном блоке. На БПЛА, как правило, устанавливаются цифровые камеры Canon. Это связано с легкостью электронного управления камерами этой фирмы. Использование бытовых камер имеет как преимущества (невысокая стоимость, легкость замены при «жесткой посадке»), так и недостатки. Основным недостатком является то, что бытовые камеры изначально не откалиброваны - неизвестны их точные фокусные расстояния, главная точка, дисторсия. При этом нелинейные искажения оптики (дисторсия), допустимые при бытовой съемке, могут составлять до нескольких десятков пикселей, что на порядок снижает точность результатов обработки. Однако, такие камеры могут быть откалиброваны в лабораторных условиях, что позволяет получать точности обработки, практически такие же, как и для профессиональных малоформатных фотограмметрических камер. Предпочтительней устанавливать на такие камеры объективы с фиксированным фокусным расстоянием. При съемке следует выставлять фокусировку на бесконечность и отключать функцию «автофокуса». Второй недостаток используемых на БПЛА камер относится конкретно к камерам Canon - в них, в отличие от профессиональных фотограмметрических камер, используется щелевой затвор, в результате чего экспозиция разных частей изображения производится в разные моменты времени и соответствует разным положениям носителя. Так, если выдержка при съемке составляет 1/250 c, то при скорости БПЛА в 20 м/с смещение камеры при съемке кадра составляет 8 см, что сравнимо с разрешением съемки на малых высотах и вызывает дополнительную систематическую ошибку в снимке. Такие ошибки могут накапливаться в процессе фотограмметрического сгущения (уравнивании) при съемке протяженных территорий. Для того, чтобы уменьшить влияние этого эффекта и для ликвидации «смаза» снимков, следует осуществлять съемку с БПЛА с наименьшими возможными выдержками (не длиннее 1/250 c, максимальная выдержка зависит от высоты). Частично проблему щелевого затвора могли бы решить камеры с центральным затвором, имеющие сравнимое с камерами Canon качество объектива и матриц. Тем не менее, чтобы избежать «смаза» выдержки все равно следует ограничивать. Снимки цифровых камер, как любительских, так и профессиональных, имеют прямоугольную форму. «Выгоднее» располагать камеру так, чтобы длинная сторона снимка располагалась поперек полета - это позволяет снимать большую площадь при той же длине маршрута. Съемку следует производить с максимальным качеством - с наименьшим jpeg сжатием или в RAW, если последнее возможно. Современный уровень развития навигационных средств позволяет производить измерения элементов внешнего ориентирования (ЭВО) непосредственно в процессе съемки. Типичные точности таких измерений достигают единиц сантиметров по пространственным координатам X,Y и Z и 0.005 градуса по углам крена, тангажа и рысканья для самых точных систем Applanix POS AV, устанавливаемых на «большие самолеты». Часто этого достаточно, чтобы производить обработку без использования опорных точек. В любом случае, наличие таких данных значительно упрощает обработку и позволяет выполнять некоторые этапы обработки полностью в автоматическом режиме. Современные достижения микроэлектроники позволяют собрать механический (точнее MEMS - электронно- механический) гироскоп в корпусе размером в несколько мм, стоимостью от 250 $. Такие гироскопы не дают точность профессиональных, имеют значительный уход (порядка одного градуса за час) при эксплуатации, но существенно упрощают последующую обработку данных. При типовых поставках Птеро E4, Дозор 50 на борт могут быть установлены такие малогабаритные инерциальные системы - IMU (на Дозор-50 ставится IMU разработки ООО «Транзаз Телематика») и высокоточные двухдиапазонные GPS (TOPCON euro 160 на Птеро- E4, встроенный ГЛОНАСС/GPS приемник на Дозор-50). Паспортная точность этих GPS приборов составляет 10 мм + 1,5 мм Ч B (B - удаление до базовой станции в км) в плане и 20 мм + 1,5 мм Ч B по высоте. К сожалению, обычно на борт БПЛА устанавливают более дешевые GPS приемники и не устанавливают IMU датчики. Данные о центрах проекции снимков в телеметрической информации снимаются через протокол NMEA и имеют в таком случае точность до 20-30 м, а углы тангажа, крена и рысканья вычисляются через вектор скорости GPS измерений. Точность угла рысканья в такой телеметрической информации невысокая и может превышать 10 градусов, а сами значения содержат систематические ошибки, что усложняет последующую обработку данных. Если при съемке использовался двухдиапазонный GPS приемник в дифференциальном режиме (или PPP обработка данных GPS), то требуется минимальное число опорных точек для получения наиболее точных результатов обработки, обычно достаточно 1-2 точки на 100 снимков, в ряде случаев обработку можно проводить без опорных точек. В случае, когда нет точных центров проекции, требования к планово-высотному обоснованию стандартные: одна планово-высотная точка на 6-10 базисов съемки. Вопросы метрологического обеспечения В целом, использование БПЛА для аэросъемки и для получения материалов картографической точности показывает экономическую эффективность и является оперативным. Для широкого внедрения такой аэросъемки требуется координация усилий как производителей БПЛА, так и пользователей их эксплуатирующих, а также разработчиков цифровых фотограмметрических систем. Одним из сдерживающих факторов внедрения БПЛА для решения перечисленных выше задач является отсутствие у большинства организаций практического опыта их использования, а также отсутствие теоретически обоснованных рекомендаций по выбору съемочной аппаратуры для БПЛА и параметров выполняемой с их помощью аэрофотосъемки. Территория полигона представляет собой уникальное многообразие картографических объектов. На этой территории расположены разнообразные населенные пункты: поселок городского типа, деревни, дачные и коттеджные поселки; дорожная сеть в виде железных, шоссейных, проселочных и полевых дорог; линии электропередачи различного напряжения; трубопроводы. На территории полигона имеются лесные массивы, различные гидрографические объекты, многообразные формы рельефа, сельскохозяйственные угодья и производственные объекты. С целью обеспечения отработки и исследования технологий, основанных на применении БПЛА, на территории полигона начаты работы по созданию высокоточной сети планово-высотных опознаков (в виде естественных контуров местности и маркировочных знаков); ведется топографическая наземная съемка характерных участков местности в масштабе 1: 500 и 1: 2000. На эту же территорию по материалам аэрофотосъемки и космическим снимкам высокого разрешения созданы ортофотопланы и цифровые модели местности. По мере поступления новых съемочных материалов эти работы предполагается выполнять в дежурном режиме. Для оценки изобразительных свойств снимков, полученных с помощь БПЛА, на полигоне будут развернуты радиальные миры. Фотограмметрическую обработку полученных снимков предполагается выполнить на цифровой фотограмметрической системе PHOTOMOD. Использование БПЛА в качестве аэросъемочной платформы имеет большие перспективы при съемке небольших по протяженности площадных объектов и при съемке линейных объектов. Данные с БПЛА позволяют получать качественные картографические материалы (пространственные данные) при следующих условиях: * выполнении определенных (вполне посильных) требований к съемочной аппаратуре и процессу съемки (гарантия достаточности перекрытий); * строгой фотограмметрической обработке. Точность при этом возрастает в десятки раз и может составлять около GSD, как и для обычной аэросъемки и космических снимков. Рекомендации для получения максимальной точности результатов съемки предназначены как для пользователей, эксплуатирующих БПЛА, так и для конструкторов, устанавливающих оборудование на БПЛА, и состоят в следующем: * Использовать на БПЛА калиброванные камеры. * Производить съемку с выдержкой не длиннее 1/250с. * Использовать объективы с фиксированным фокусным расстоянием. Если это невозможно, следует фиксировать увеличение (Zoom). Съемка должна производиться с фокусировкой на бесконечность и с отключенным режимом автофокусировки. * Проектировать съемку с увеличенными перекрытиями (80% вдоль, 40% поперек маршрута). * Желательно использовать камеры с центральным затвором. * Желательно использовать двухдиапазонные GPS приемники на борту и дифференциальный режим измерений. * Желательно использование на борту IMU, пусть и не имеющего высокой точности. Для получения практических умений и навыков по данному разделу предусмотрено проведение двух практических занятий: 1. «Постановка задачи и подготовка исходных данных для производства аэротопосъёмочных работ». Целью работы является отработка методики расчёта исходных данных для производства аэротопосъёмочных работ района. 2. «Разработка технического проекта на аэрофотосъёмочные работы для определения экономических показатели, технические средства, лётного времени, производительности, потребности в основных материалах». Целью работы является приобретение инженерных навыков работы с конструкторской и нормативно-технической документацией.

Библиографический список

1. Обиралов, А.И. Фотограмметрия: учебник для ссузов по специальности "Землеустройство" / под ред. А. И. Обиралова. - М.: КолосС, 2002. - 240 с. - (Учебники и учебные пособия для студентов ссузов. Гр. МСХ РФ).

2. Обиралов, А.И. Фотограмметрия: учебник для ссузов по специальности "Землеустройство" / под ред. А. И. Обиралова. - М.: КолосС, 2002. - 240 с. - (Учебники и учебные пособия для студентов ссузов. Гр. МСХ РФ).

3. Черных, В.Л. Геоинформационные системы в лесном хозяйстве: учеб. пособие / Марийский гос. техн. ун-т - Йошкар - Ола: МарГТУ, 2007.- 200с.

4.ЭБС «Университетская библиотека ONLINE»: Геоинформационные системы и дистанционное зондирование в экологических исследованиях. Учебное пособие для вузов / Т. А. Трифонова, Н. В. Мищенко, А. Н. Краснощеков. - М.: Академический проект, 2005. - 353 с.

5.Козлова И.В. Дешифрирование аэрофотоснимков при картографировании ландшафтов: Учебно-методическое пособие. /И.В. Козлова. - Томск: Изд-во ТПУ, 2006. 38 с.

6.Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга экосистем ООПТ. Методическое пособие / Лабутина И.А., Балдина Е.А.;

Всемирный фонд дикой природы (WWF России). Проект ПРООН/ГЭФ/МКИ

«Сохранение биоразнообразия в российской части Алтае-Саянского экорегиона» - М., 2011. - 88 с.

7.Визильтер, Ю. В. Обработка и анализ цифровых изображений с примерами из LabVIEW IMAQ Vision / Ю. В. Визильтер, С. Ю. Желтов и др. М.: ДМК Пресс, 2007. ? 464 с.

8. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. ? М.: Техносфера, 2006. ? 1072 с.

9.Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС. М., МГУГиК, 1998. 26 с.

10.Методы компьютерной обработки изображений. Под ред. В.А. Сойфера М.: Физматлит. 2001.

11. Воздушный кодекс Российской Федерации (от 19 марта 1997 года N 60-ФЗ с изменениями и дополнениями).

12. Инструкция по авиационной охране лесов, утверждена приказом Федеральной службы лесного хозяйства России 22 сентября 1997 г. № 122;

13. Лесной кодекс Российской Федерации, утвержден Федеральным законом от 4 декабря 2006 г. № 200-ФЗ (с изменениями и дополнениями).

14. Правила организации и осуществления авиационных работ по охране и защите лесов, утвержденные Постановлением Правительства Российской Федерации от 19 июня 2007 г. N 385.

15. Приказ Минсельхоза России от 16 декабря 2008 года № 532 "Об утверждении классификации природной пожарной опасности лесов и классификации пожарной опасности в лесах по условиям погоды, а также требований к мерам пожарной опасности в лесах в зависимости от целевого назначения лесов, показателей природной пожарной опасности лесов и показателей пожарной опасности в лесах по условиям погоды".

16. Коршунов, Н.А. Борьба с лесными пожарами: проблема информационного обеспечения авиасредствами и ее решение / Н.А. Коршунов, Р.В. Котельников // Пожарная безопасность. - 2008. - №1. - С.125-129.

17. Коршунов, Н.А. Роботы над лесом / Н.А. Коршунов, Р.В. Котельников // Лесная Россия. - 2006. - №2. - С. 34-38.

Размещено на Allbest.ru