Обоснование технологии фотограмметрических съемок при решении кадастровых задач

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сегодня осуществляются масштабные работы по приведению описаний границ населенных пунктов в соответствие с их фактическим местоположением по изображению фотоплана. Ранее основой служили карты крупных масштабов, где изображена местность в условных знаках, что в значительной степени делало координирование границ условно точным.

С помощью фотограмметрии и дистанционного зондирования ортофотопланы, в свою очередь, отображают реальную картину местности в проекции на плоскость, позволяя точно координировать и описывать поворотные точки границ по характерным изображениям объектов на местности. Сравнивая ортофотопланы местности с границами участков подготавливаемые к постановке на учет, часто выявляют несоответствия. Вследствие чего приостанавливается кадастровый учет. Согласно Федеральному закону от 24.07.2007 №221-ФЗ (ред. от 27.12.2009) «О государственном кадастре недвижимости» осуществление кадастрового учета приостанавливается в случае, если: одна из границ земельного участка, о кадастровом учете которого представлено заявление, пересекает одну из границ другого земельного участка, сведения о котором содержатся в государственном кадастре недвижимости. На данный момент при анализе ортофотопланов и границ участков, уже поставленных на кадастровый учет, легко увидеть наличие грубых кадастровых ошибок.

Целью данного проекта является определение возможностей фотограмметрии и дистанционного зондирования прежде всего в кадастровой деятельности.

Создание картографической основы и выявление всех допущенных ошибок при проверке на соответствие границ поставленных на учет участков и координат характерных точек способствует скорейшему исправлению и формированию актуальной базы верных точных данных в кадастре недвижимости. Чтобы решить задачи различного уровня в области реализации земельной политики многие организации и ведомства с помощью фотограмметрии уже активно применяют ортофотопланы в качестве картографической основы.



1. Прикладные задачи, решаемые с помощью фотограмметрии и дистанционного зондирования

Дистанционное зондирование Земли - сбор информации об объекте или явлении с помощью регистрирующего прибора, не находящегося в непосредственном контакте с данным объектом или явлением. Термин «дистанционное зондирование» обычно включает в себя регистрацию (запись) электромагнитных излучений посредством различных камер, сканеров, микроволновых приемников, радиолокаторов и других приборов такого рода. Оно осуществляется с применением морских судов, самолетов, космических летательных аппаратов и наземных телескопов.

Дистанционное зондирование используется для сбора и записи информации о морском дне, о Солнечной системе, об атмосфере Земли.

Дистанционное зондирование Земли - наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры. Рабочий диапазон длин волн, принимаемых съёмочной аппаратурой, составляет от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Методы зондирования могут быть пассивные, т.е. использовать естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью, и активные - использующие вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия. Данные, полученные с космического аппарата, характеризуются большой степенью зависимости от прозрачности атмосферы. Поэтому на космических аппаратах используется многоканальное оборудование пассивного и активного типов, регистрирующие электромагнитное излучение в различных диапазонах.

Космические аппараты дистанционного зондирования Земли используются для изучения природных ресурсов Земли и решения задач метеорологии. Космические аппараты для исследования природных ресурсов оснащаются в основном оптической или радиолокационной аппаратурой. Преимущества последней заключаются в том, что она позволяет наблюдать поверхность Земли в любое время суток, независимо от состояния атмосферы.

Многие задачи научной и практической деятельности человека могут эффективно решаться на основе использования снимков, полученных в результате аэро-, космической или наземной съемки. С развитием техники и компьютерных технологий количество таких задач увеличивается.

Исходные снимки всегда содержат искажения, возникающие за счет угла наклона съемочной системы, рельефа местности и других факторов.

В результате, измерения и оценки, проводимые на основе исходных снимков, могут содержать значительные ошибки. Поэтому, прежде чем использовать снимки необходимо провести их фотограмметрическую обработку, которая заключается в устранении искажений и обеспечении точности изображений.

Картографическое производство. Создание и обновление топографических карт -- основная задача фотограмметрии.

Лесное хозяйство. Создание и обновление карт для ведения лесного реестра. Построение и уточнение топографической основы; контурное аналитическое лесное дешифрирование; построение цифровых моделей рельефа для определения типов рельефа и лесорастительных условий; измерения по снимкам для определения размеров структурных элементов леса, в том числе высоты полога насаждений; мониторинг лесного фонда и лесопользования, определение площадей вырубок и др.

Сельское хозяйство. Инвентаризация сельскохозяйственных угодий, оценка площади посевов.

Геология. Задачи структурной геологии (определение элементов залегания пород и др.), геоморфологии, гидрогеологии, геологического картирования (выделение и уточнение контуров различных породных комплексов), мониторинг геологических процессов, геологические изыскания (выявление критериев, позволяющих судить о наличии тех или иных полезных ископаемых) и др.

Топливо-энергетическая промышленность. Составление тематических карт и планов для инвентаризации, контроля и планирования развития инфраструктуры существующих и строящихся объектов добычи и транспортировки топлива и энергии.

Инженерные изыскания и проектирование. Проведение фотограмметрических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных объектов различного назначения.

Региональное и муниципальное управление, территориальное планирование и градостроительство. Создание и обновление картографических материалов, схем, планов, трехмерное моделирование для решения задач эффективного территориального управления.

Охрана окружающей среды. Контроль за состоянием окружающей среды при освоении недр, полезных ресурсов. Мониторинг опасных природных явлений и чрезвычайных ситуаций, эффективное планирование борьбы с ЧС, оценка последствий.

Кадастровый учет земель. Создание топографической основы кадастровых карт и планов.

фотограмметрия дистанционный зондирование кадастровый



2. Значение фотограмметрии и дистанционного зондирования при решении кадастровых задач

• Информацию в кадастр недвижимости получают различными способами: традиционными методами наземной съемки, методами дистанционного зондирования (аэрокосмосъемки), путем мониторинга, обследования, обмеров и инвентаризации объектов. В настоящее время для получения высокоточных кадастровых сведений большое значение имеет дистанционное зондирование (ДЗ), которое обеспечивает полноту и достоверность планово-картографического материала, позволяет получить массив данных об исследуемой территории, дает возможность составить как количественную, так и качественную ее характеристику. Проведенный анализ развития устройств ДЗ, от воздушных шаров до беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), позволил определить основные направления применения материалов дистанционного зондирования в различных областях человеческой деятельности. Особое внимание уделялось возможности применения снимков с БПЛА в кадастровой деятельности, в частности при осуществлении учетной функции. Преимущества и недостатки применения снимков с БПЛА оценивались посредством SWOT-анализа и матрицы Мак-Кинси.
• Качество получаемых материалов соответствует требованиям, предъявляемым к кадастровой информации: полнота, достоверность, непрерывность, актуальность, точность и др. В кадастровой деятельности этот вид источника информации востребован во многих направлениях, однако особую актуальность он получил при осуществлении учетной функции кадастра. Для анализа эффективности применения снимков БПЛА в кадастровой деятельности используем SWOT-анализ, который пред- ставляет собой метод стратегического планирования, используемый для оценки факторов и явлений, влияющих на объект или явление (рис. 1).

• Рис.1 SWOT-анализ использования снимков БПЛА в кадастровой деятельности
• Все факторы делятся на четыре категории: сильные стороны, слабые стороны, возможности и угрозы. По результатам проведенного SWOT-анализа сформулируем направления совершенствования учетной функции кадастра недвижимости посредством проведения технической инвентаризации на основе материалов дистанционного зондирования, т. е. установим критерии привлекательности и конкурентоспособности совершенствования учетной функции с помощью аналитической модели матрицы Мак-Кинси (рис. 2).
• Кадастровая информация может быть получена различными способами и применение того или иного способа зависит от условий проведения учета, его задач и специфики учетных данных. Материалы дистанционного зондирования имеют явное преимущество перед наземной съемкой, обеспечивая экономическую эффективность их применения.

• Рис. 2. Матричная структура совершенствования учетной функции кадастра недвижимости
• Благодаря стремительному развитию науки и техники в современном мире происходит замена аналоговых устройств фотограмметрии. Вследствие чего в различных сферах деятельности часто используют новые методы получения информации с применением модернизированной техники. Примером может послужить аэрофототопографический метод, который стал основным методом создания земельно-кадастровых, топографических планов и карт на значительные площади. Применение аэрофототопографического метода открывает широкие возможности для специалистов в области землеустройства. Прежде всего использование метода значительно увеличивает оперативность получения информации, снижая при этом затраты. Полученная в результате аэрофотосъемок информация обладает существенными особенностями. Достоверность и точность являются явными преимуществами данного метода. За счёт сравнительно недорогого способа получения точной актуальной информации, аэрофотосъемки производятся всё чаще. Используя современные программы для обработки снимков, довольно быстро получают новые сведения о нужном объекте.

• 3. Расчет параметров съемки в целях землеустройства и земельного кадастра

Землеустройство - система мероприятий по рациональному использованию, учету, оценке и улучшению земель. Эти мероприятия осуществляются в соответствии с землеустроительным проектом, разрабатываемым специализированными проектными организациями.

Земельный кадастр - систематизированный свод документированных сведений о природном, хозяйственном и правовом положении земель.

Измеряемая величина в дистанционном зондировании Земли - электромагнитная энергия, излучаемая исследуемым объектом. Используется широкий диапазон излучений от 0.4 мкм-30 м. В связи с этим используются различные средства съемки: фотографические, телевизионные, сканирующие, радиолокационные и др. Для создания и пополнения кадастровых банков данных практический интерес представляют фотографические изображения, которые регистрируются на фотопленке.

Технологии фотограмметрической обработки материалов съемок развивались и совершенствовались в течение столетия. Наиболее совершенными в настоящее время являются аналитическая и цифровая.

Аналитическая технология: фотограмметрическая обработка материалов съемок по аналитической технологии основана на использовании аналитических стереообрабатывающим приборов, средств вычислительной техники и программного обеспечения.

В настоящее время эта технология представлена:

· семейством надежных, высокоточных аналитических стереоприборов и систем;

· быстродействующими с большим объемом памяти вычислительными машинами;

· мощным программным обеспечением.

К числу решаемых аналитической технологией задач относятся:

· стереофотограмметрическая обработка снимков;

· построение и уравнивание маршрутной и блочной фототриангуляции;

· измерение снимков и дальнейшее построение цифровой модели местности;

· цифровое составление карт с кодированием признаков и текущем контроле при сборе данных, интерактивным редактированием при составлении карт и выдачей графической продукции в разнообразной форме;

· высокоточные измерения координат точек;

· сбор данных для получения ортофотоснимков;

· стереофотограмметрическая обработка снимков для специализированных работ в землеустройстве, лесном хозяйстве, промышленности и др.

Аналитический стереообрабатывающий прибор включает оптико-механическую систему с каретками для снимков, бинокулярную наблюдательную систему, панель управления, ручные штурвалы, ножной диск и ножные педали для включения и выключения прибора.

К прибору подключается ЭВМ с контролером и накопителем, видеотерминал с печатающим устройством.

Контролер управляет движением кареток, работой датчиков на осях координат, регистрирует смещение кареток, выполняет электронное преобразование данных и ввод-вывод данных через интерфейс на ЭВМ.

В числе устройств отображения и ввода информации могут быть видеомонитор, автоматический координатограф, графический терминал с дисплеем. Конечной продукцией может быть графическая карта или карта в цифровом виде. Потребитель может выбирать масштаб изображения, метод представления информации, категорию объектов и т.д. Математическое обеспечение аналитических стереоприборов насчитывает более 100 прикладных программ. К их числу относятся:

· процессы построения и оценки точности стереомодели;

· рисовка рельефа;

· развитие и уравнивание аэрофототриангуляции;

· цифровое построение модели местности (ЦММ);

· обработка наземных снимков и материалов короткобазисной фотограмметрии.

В набор программ для аэрофототриангуляции входят:

· маршрутное уравнивание независимых моделей;

· блочное уравнивание независимых моделей;

· блочное уравнивание с автоматическим распознаванием и исключением грубых ошибок;

· блочное уравнивание связок с учетом дополнительных параметров и исключением систематических ошибок.

Разработан также пакет программ для цифрового сбора кодированных данных, хранения, обновления и редактирования графической информации и последующего преобразования в аналоговую форму. Некоторые аналитические стереообрабатывающие приборы имеют общую операционную систему, сервисные устройства, периферийное оборудование. Они могут объединяться в интегрированную автоматизированную систему универсального назначения, способную параллельно решать несколько задач.

Серия аналитических приборов типа «Стереоанаграф» отечественного производства имеют несколько модификаций. Первые модификации приборов состояли из стереокомпаратора, координатографа и ЭВМ, Они предназначены для создания и обновления карт и планов всего масштабного ряда по аэро- и космическим снимкам. Эти приборы имеют повышенную точность обработки снимков, автоматизацию процессов ориентирования, учет систематических ошибок прибора и снимков. Принцип работы состоит в том, что результаты линейных перемещений измерительной маркой по осям х и у фиксируются с помощью фотоэлектронных преобразователей, которые линейные перемещения преобразовывают в электрические импульсы пропорциональные величине перемещения. Далее эти сигналы преобразуются в числовую информацию, передаются на ЭВМ, обрабатываются и поступают на регистратор в виде результатов измерений.

ЭВМ имеет стандартную конфигурацию персонального компьютера. Вывод на экран различной текстовой и графической информации осуществляет монитор, вывод на печать текстовой и графической информации выполняется принтером. Стереоанаграф-6 - это сравнительно новая разработка в серии этих приборов. Он может использоваться для получения цифровых карт и планов, получения площадей и периметров участков, для целей городского и земельного кадастра, для проектирования и строительства и для решения многих других задач. Инструментальная средняя квадратическая ошибка определения координат составляет не более 3 мкм.



4. Требования к точности результатов дешифрирования при создании планов и карт

Дешифрирование имеет как общую научно-техническую основу, присущую методу в целом, так и частные методические различия, связанные со спецификой тех отраслей практики, в которых оно применяется.

Требования к точности дешифрирования:

1) наиболее высокая точность необходима при определении границ землепользовании и капитальных сооружений. Погрешность во взаимном положении близлежащих контурных точек таких объектов не должна превышать 0,4 мм в масштабе кадастрового плана, а погрешность положения относительно пунктов съемочного геодезического обоснования не должна быть более 0,3 мм;

2) погрешность опознавания и вычерчивания границ контуров и объектов, которые отчетливо изобразились на аэрофотоснимке, относительно видимой фотолинии не должна превышать 0,2 мм;

3) расхождения между двумя определениями границ контуров и объектов, имеющих в натуре отчетливые границы, но не изобразившиеся на аэрофотоснимке, не должны быть более 0,3 мм;

4) погрешность установления границы контуров, не имеющих в натуре отчетливых границ (сенокос, пастбище и др.), не должна превышать 1,5 мм;

5) при дешифрировании криволинейных границ разрешается их «спрямление» в том случае, если длина перпендикуляра, опущенного из точки, расположенной между двух других точек, на линию, соединяющую эти две точки, не превышает 0,5мм;

6) выступы капитальных сооружений отображают в том случае, если они более 0,5 мм в масштабе кадастрового плана;

7) контуры с неопределенными (размытыми) границами (кустарник, редкий лес, камыши и др.) дешифрируют приблизительно;

8) объекты местности (кроме капитальных сооружений), имеющие площадь менее 20 квадратных мм в масштабе плана, не дешифрируют;

9) линейные объекты, если их ширина выражается в масштабе кадастрового плана, дешифрируют по факту использования с учетом насыпи, выемки, водоотводной канавы, полосы отвода и т.д. Кроме этого обязательно указывают все необходимые пояснительные надписи. Если ширина линейного объекта не выражается в масштабе кадастрового плана, то этот объект отображают в соответствии с «условными знаками» с обязательным указанием ширины и других необходимых характеристик;

10) всю информацию, полученную в процессе дешифрирования, отображают на увеличенном аэрофотоснимке соответствующими условными знаками и пояснительными надписями. При выполнении работ по кадастровому картографированию и геодезической привязке аэрофотоснимков обязательно ведут «Журнал полевого дешифрирования» в соответствии с требованием «Инструкции по топографическим съемкам масштабов 1:500--1:5 000, приложение № 5». Все полевые материалы подлежат заверению подписью и печатью представителей администрации городского (районного) земельного комитета и других уполномоченных и заинтересованных лиц и организаций;

11) после завершения полевых работ по кадастровому дешифрированию и геодезической привязке аэрофотоснимков выполняют полевой контроль и приемку материалов полевых работ. Полевой приемке и контролю подлежит не менее 15 % от всего объема работ.

При создании базовых карт показывают все автомобильные и железные дороги. Из известных форм рельефа дешифрируют сухие русла, овраги, промоины, обрывы, оползни, валы, курганы, ямы, если их диаметр, высота (глубина) более одного метра.



5. Системы автоматизированного проектирования при создании цифровых карт

Система автоматизированного проектирования -- автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР.

5.1 Основные задачи программного обеспечение при создании цифровых карт

Карты цифровые - формализованная модель местности, представленная в виде закодированных в цифровой форме пространственных координат точек местности и их характеристик, которые записаны на диске ПЭВМ или другом носителе. Цифровые карты получают при обработке аэрофотоснимков или карт с использованием ПЭВМ и программного обеспечения.

Возможная область применения цифровых карт - создание топографических и тематических карт, ведение земельного кадастра, актуализация данных ЕГРН, гидротехнические и др. изыскания.

Задачи для создания цифровых карт:

1. Аэрофотосъемка:

· Составление технического проекта на аэрофотосъемку

· Составление технического проекта залета

· Составление технического проекта маркирования ОПВ (для залета м-ба 1:3000)

2. Создание планово-высотного обоснования:

· Составление технического проекта планово-высотной подготовки аэрофотоснимков для сгущения фотограмметрических сетей

· Определение координат планово-высотных точек (для м-ба 1:500, не ниже полигонометрии II разряда)

· Определение отметок точек техническим нивелированием или нивелированием IV класса

· Полное контрольное опознавание точек

· Составление каталога координат

3. Создание фотограмметрических сетей:

· Составление технического проекта для создания ФГС

· Измерения точек с составлением их абрисов

· Вычисления и уравнивание сетей

4. Создание цифровой карты местности (ЦКМ)

· Сбор цифровой модели местности (ЦММ)

· Вывод на печать контрольно-графической копии (КГК)

· Полевое дешифрирование по КГК

· Редактирование ЦКМ

· Корректура ЦКМ

· Технический контроль

· Создание банка данных на объект

· Документирование и архивация

5.2 Получение и обработка результатов измерений

Применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) позволяет существенно снизить затраты на производство аэрофотосъемочных работ. С точки зрения традиционной фотограмметрии качество подобной съемки вероятнее всего будет оценено, как неприемлемое, поскольку на БПЛА, как правило, устанавливаются камеры бытового сегмента, не используется гиростабилизирующая аппаратура, при съемке нередки отклонения оптических осей от вертикали в несколько градусов, что значительно усложняет процесс первичной обработки снимков. Однако для современного фотограмметрического программного обеспечения эти недостатки не представляют значительных проблем. Более того, развитие цифровых методов фотограмметрической обработки уже привело к появлению программ и программных комплексов, способных обрабатывать даже такие "некачественные" данные аэрофотосъемки в высокоавтоматизированном режиме, при минимальном участии оператора.

Рассмотрим технологическую цепочку получения топографической карты с использованием следующих компонентов:

· БПЛА для выполнения аэрофотосъемки;

· инструментарий ГИС Панорама для векторизации ортофотопланов и получения топокарт.

Аэрофотосъемка с использованием БПЛА

В техническом плане процесс аэрофотосъемки с использованием БПЛА состоит из трех этапов: подготовительного, собственно съемки, и постобработки полученных данных.

Подготовительный этап. На данном этапе производится:

· изучение имеющихся материалов; формирование или сбор требований к материалам, которые нужно получить по результатам съемки - тип и масштаб карты, границы объекта съемки; приведение их в технические требования к съемочным материалам: разрешение, координаты контура участка съемки, перекрытие снимков, точность определения координат центров фотографирования, требования к наземной опорной сети (при комбинированной съемке, например, когда привязка фотоплана производится по точкам наземной опорной сети, требования к точности определения КЦФ вообще не предъявляются);

· формирование полетного задания для БПЛА. Выполняется программой - планировщиком полета, входящей в состав комплекса. Оператор должен выбрать используемый комплекс БПЛА (в случае, если программа позволяет работать с несколькими конфигурациями БПЛА и фотоаппаратуры), задать на карте контур участка съемки и примерное положение стартовой площадки, установить требуемое разрешение и перекрытие, после чего программа рассчитывает план полета и проверяет его выполнимость.

Выполнение аэрофотосъемки. По прибытии на стартовую площадку производится:

· уточнение положения стартовой площадки, задание точки возвращения и ввод данных о скорости и направлении ветра на рабочей высоте, если таковые известны;

· автоматическое уточнение плана полета и повторная проверка его выполнимости;

· старт БПЛА с пускового устройства;

· выполнение съемки в автоматическом режиме;

· посадка.

Рис. 3 Выполнение съемки местности с использованием БПЛА

При использовании комбинированного способа выполняется определение координат опорных точек, выбранных для привязки.

Постобработка данных заключается в:

· снятии данных (фотоснимки и журнал полета) с бортовых носителей информации;

· визуальной оценке качества фотографий и отбраковке "технических" кадров, если такие записаны. Под техническими кадрами понимаются снимки, сделанные вне пределов участка съемки - при подлете к участку, на дугах разворота и т.п.;

· генерация файла привязки центров фотографирования. В ходе полета аппаратура управления ведет запись различных параметров, среди которых - координаты, скорость и параметры ориентирования летательного аппарата. После окончания съемки из файла журнала полета необходимо выбрать координаты, соответствующие моментам фотографирования, и приписать их конкретным снимкам. Такая обработка, как правило, выполняется в той же программе - планировщике полетного задания.

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

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

Получение карт на основе ортофотопланов в ГИС Панорама

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

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

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

Процесс автоматической векторизации состоит из следующих основных этапов:

· предварительная обработка растра;

· классификация;

· обработка растра классификации;

· преобразование растра в вектор;

· векторная обработка.

Предварительная обработка является необязательным этапом, включает масштабирование и фильтрацию растра. Масштабирование позволяет значительно ускорить обработку при избыточном разрешении снимка. Фильтрация уменьшает шумы изображения, что положительно влияет на результаты распознавания.

Вычисление статистических дешифровочных характеристик при обучении и классификации выполняется для скользящего окна. При обучении окно перемещается в пределах обучающих выборок, при классификации на всем остальном снимке. В качестве статистических дешифровочных характеристик используется спектральные (средний цвет) и текстурные характеристики (контраст, энергия, корреляция).



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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

5.3 Базово-геометрические построения

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

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

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

5.4 Построение ЦММ и ЦМР

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

При создании ЦММ по материалам аэросъемок или фототеодолитных съемок точность отображения ситуационных особенностей местности и рельефа определяется точностью считывания фотограмметрических координат, которую обеспечивает тот или иной используемый стереофотограмметрический прибор.

Для обеспечения необходимой точности аппроксимации рельефа местности плотность исходного массива точек (среднюю удаленность друг от друга) для регулярных и нерегулярных (статистических) моделей принимают:

в равнинной местности…………………………………..20-30 м;

в пересеченной местности………………………………10-15 м;

в горной местности………………………………………5-7 м.



6. Применение результатов работ при решении кадастровых задач

Кадастры являются одной из основных сфер применения ГИС, а пользователи этой отрасли присутствуют на всех континентах, поэтому решение задач земельного кадастра на современном уровне требует применения ГИС -- технологий, которые не только хранят информацию по объектам кадастра, но и фиксируют различные изменения, а также тенденцию таких изменений.

ГИС-технологии позволяют решать многие задачи земельного кадастра быстрее и эффективнее, они дают возможность использовать для ввода и обновления сведений в базе данных современные электронные средства геодезии, системы глобального позиционирования (ГСП), данные дистанционного зондирования (ДДЗ) и процедуры фотограмметрической обработки этих данных (определение размеров, формы и пространственного положения объектов по результатам измерения их изображений), а значит постоянно иметь самую точную и актуальную информацию.

Привлечение таких методов сбора данных позволяет с высокой эффективностью решать следующие задачи земельного кадастра на основе ГИС-технологий:

1. Создание электронных карт различных масштабов для целей проектирования;

2. Подготовка кадастровых и тематических карт;

3. Инвентаризация земель;

4. Мониторинг земель;

5. Постановка земельного участка на государственный кадастровый учет;

6. Проведение экспертизы условий формирования объектов кадастрового учета;

7. Подготовка и печать протокола формирования объекта кадастрового учета как документа;

8. Внесение изменений о регистрации прав, уточнений границ и сделок с объектами учета;

9. Подготовка межевого плана объектов кадастрового учета (рис. 7);

Рис.7 Подготовка межевого плана ЗУ

10. Построение на основе материалов ГКН и материалов межевых планов границ новых объектов кадастрового учета;

11. Создание кадастрового плана земельного участка (рис. 8);

12. Создание кадастрового плана территории;

13. Подготовка кадастрового паспорта земельного участка.



Рис.8 Создание кадастрового плана

Основной целью ведения земельного кадастра является формирование, накопление и обновление сведений о земле в интересах реализации, поддержания и регулирования установленных в государстве земельных отношений и правоотношений.

Кадастровая информация представляет собой совокупность значений показателей, отражающих отдельные свойства объекта кадастра и достаточных для оценки его состояния.

Таким образом, ГИС для решения задач земельного кадастра должна содержать следующую информацию:

1. кадастровый номер и дата внесения данного кадастрового номера в государственный кадастр недвижимости;

2. местоположение, т. е. адресное описание;

3. описание местоположения границ земельных участков и их частей;

4. категория земель, к которой отнесен земельный участок;

5. вид разрешенного использования;

6. площадь земельного участка, определенная с учетом установленных в соответствии с Федеральным законом требований;

7. кадастровая оценка земельного участка;

8. сведения о льготах на уплату земельного налога (или иного платежа);

9. правовой статус земельного участка;

10. правоустанавливающие и правоудостоверяющие документы на землю;

11.сведения об ограничениях, обременениях и связанных с ними частях земельного участка;

12. сведения об объектах недвижимости, расположенных на земельном участке;

13. сведения о субъектах права на землю и их учетные данные;

14.сведения о лесах, водных объектах и об иных природных объектах, расположенных в пределах земельного участка.

Применение ГИС при решении задач земельного кадастра позволяет использовать актуальную информацию, средства визуализации и пространственного анализа, дают возможность наглядного представления ситуации, что, в свою очередь, увеличивает качество решения поставленных задач.

Благодаря ГИС имеется возможность создания единой системы кадастров и реестров, которая позволила бы связывать друг с другом информационные потоки по отраслям. В итоге появится возможность реализовать быстрый и простой способ обмена информацией между различными структурами государственного, регионального и муниципального управления.



Заключение

Итак, по итогу можно сделать вывод, что для создания кадастровых карт необходим поиск соответствующих технологий.

Реализация земельно-кадастровых систем, как и других специализированных систем, может базироваться на различных технических решениях. Можно начать создавать свою систему с «нуля», можно использовать готовые блоки третьих фирм или вести разработку на базе одной из универсальных или специализированных САПР. Также в данной работе были рассмотрены преимущества геоинформационных систем (ГИС). Проанализировав обе системы, можно сказать, что ГИС для ведения кадастровой деятельности имеет ряд преимуществ. В данном проекте мы раскрыли, что одной из задач государственного земельного кадастра (ГЗК) является решение проблемы пространственной фиксации земельных участков различной формы собственности и целевого назначения и что также для работы с пространственно-координированными данными составляются дежурные кадастровые карты (ДКК). Исходя из этого мы также раскрыли, что в настоящее время такие карты стали создаваться и использоваться в автоматизированных системах, базирующихся на ГИС.

Преимуществами компьютерных технологий, в частности ГИС, являются идеальное качество графических работ, высокая точность, зрительное увеличение производительности труда, повышение полиграфического качества картографической продукции

Цель, поставленная в данной работе выполнена. В частности рассмотрены и определены возможности фотограмметрии и дистанционного зондирования непосредственно в земельном кадастре и землеустройстве.



Список источников

1.Обиралов, А. И., Фотограмметрия и дистанционное зондирование / А. И. Обиралов, А. Н. Лимонов, Л. А. Гаврилова. - М.: КолосС, 2006.

2.Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов ГКИНП (ГНТА)-02-036-02. Москва, ЦНИИГАиК, 2002

3.Андреев Н. Н., Федоров И. А. Развитие и применение воздушной фотографии. // Фо- тограф. -- 1928.

4.Осипов Л. А., Сергеев М. Б., Соловьев Н. В., Шепета А. П. Использование спектральных характеристик для распознавания изображений, полученных при дистанционном зондировании. // Фундаментальные исследования. -- 2004.

5.Золотенков В.В., Колоколов О.Ю. Станция космического зондирования СКАНЭР // Геоинформатика: Теория и практика. Вып. 1 // Под ред. А.И. Рюмкина, Ю.Л. Костюка. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998.
6. Киенко Ю. П. Аналитические методы определения координат в наземной стереофотограмметрии М.: Недра, 1972

7.Научно-производственное предприятие «Геосистема» Цифровой фотограмметрический комплекс «Дельта», Программное обеспечение для ориентирования растровых аэрокосмических снимков. Часть 1. Винница: 2002. (Руководство).

8.Буров М. И., Краснопевцев В.В., Лысков Г.А. Практикум по фотограмметрии. М.: Недра, 1987.

Размещено на Allbest.ru

...