Цифровые камеры среднего формата созданы на базе существующих ПЗС - матриц с максимально возможным числом элементов. Таким путём пошла канадская фирма Applanixс камерой DSSс ПЗС - матрицей размером 4092*4077 пикселей и оснащена диском 80 Гб для хранения снимков (плюс два сменных диска по 80 Гб, см.информацию о камере DSS, Приложение № 2). Близкой по характеристикам является камера DiMACс матрицей 5440*4080 пикселей. Камеры снабжаются системами планирования полётом, интегрированными спутниково-инерциальными системами позиционирования POSAV, которые позволяют сократить затраты на планово-высотную привязку аэрофотоснимков более чем на 50% и значительно сократить затраты и время на камеральную обработку.

Одним из способов получения цифровых изображений большого размера является использование нескольких светочувствительных матриц в одной камере. Компания Z/IImaging в составе Intergraph Corp. (США) выпустила камеру DMC (Digital Mapping Camera, Рис. 14), в которой установлены четыре матрицы размером 3000*2000 пикселей для съёмки в красном, синем, зелёном и ближнем ИК-диапазонах. Для съёмки в панхроматическом диапазоне в камере установлены четыре матрицы размером 7000*4000 пикселей. Эти изображения синхронизируются с точностью 0,01 мс и за счёт небольшого перекрытия получается комбинированное изображение размером 7680*13824 пикселей, которое, строго говоря, не является изображением центральной проекции. Погрешности, вносимые разными пространственными положениями центров проекций каждого из изображений, исследованы. При достаточной высоте полёта и небольшом перепаде высот этими ошибками можно пренебречь. Камера DMC снабжена устройством хранения данных общим объёмом 750 Гб, что позволяет хранить 2200 снимков.

Рис. 14 Камера DMC

Другим способом получения цифровых изображений большого размера является использование светочувствительной линейки, а не матрицы. Этот способ широко используется при съёмке из космоса. Концерн Leica Geosystems (Швейцария) применил этот способ в цифровой камере ADS40. За объективом камеры расположены семь ПЗС - линеек - три панхроматические, направленные вперед, назад и в надир и четыре линейки, снимающие в краном, синем, зелёном и ближнем ИК- диапазонах. Линейки имеют размер 12000 пикселей. В отличие от матричных камер, вADS40, изображение получается за счёт сканирования (движения) над местностью. Получаемые сканирующей системой изображения геометрически существенно отличаются как от кадровых систем, так и от космических сканерных систем. Значительные механические возмущения движения носителя, вибрации приводят к необходимости геометрической коррекции изображения перед фотограмметрической обработкой. В нашей стране близкие технологические решения использованы в цифровых камерах ЦТК-140 и ЦМК-70, разработанных АНО «Космос-НТ» и ИКИ РАН.

Цифровые аэрофотокамеры обладают целым рядом преимуществ:

· отсутствуют расходы на фотоплёнку, фотохимикаты;

· нет процессов фотохимической обработки материалов аэрофотосъёмки;

· контроль качества снимков непосредственно в полёте;

· лучшая радиометрия (как правило, 12-битные изображения);

· одновременная съёмка в разных спектральных диапазонах;

· стабильность элементов внутреннего ориентирования в ЦФС;

· возможность создавать сколько угодно копий снимка с качеством оригинала и значительно дешевле;

· отсутствие деформаций при хранении, но требуются специальные устройства для хранения;

· большая вместимость устройств хранения на борту позволяет получить большое число снимков за один вылет.

Последнее из перечисленных преимуществ делает возможным проводить цифровую съёмку с большими перекрытиями. В результате одна точка местности может попадать на большее число изображений, за счёт чего увеличится избыточность измерений и возрастет точность уравнивания фотограмметрической сети, что при автоматической обработке в ЦФС трудоёмкость практически не увеличивается, но при этом повышается надёжность, а также появляется возможность сократить затраты на планово-высотную привязку аэрофотоснимков.

Экономические исследования эксплуатации цифровых камер показывают, что суммарная стоимость обработки одного цифрового снимка в два раза меньше стоимости обработки аналогового.

Одним из перспективных направлений по сбору и обработке данных о местоположении объектов является комплексная система цифровой аэрофотосъёмки со спутниково-инерциальной геодезической привязкой, интегральная система включает инерциальную навигационную систему (INS), два приёмника сигналов (GPS) и цифровую камеру кадровой съёмки, например DFC с высокой разрешающей способностью. Данные INS/GPS служат для определения траектории движения самолёта, а это позволяет определять при постобработке и параметры внешнего ориентирования снимков без полевой привязки опознаков. Таким образом реализуется принцип прямой геопривязки цифровых снимков. Применяются такие системы для картографирования линий инженерных коммуникаций, трубопроводов и дорожной сети, построения цифровых моделей рельефа для инженерных целей и т. п. В приложении № 1 представлена блок - схема сбора и обработки данных о местоположении объектов с использованием цифровой аэрофотосъёмки иGPS/INS-привязки.

6. Космическая съёмка

Космическая информация на сегодняшний день становится всё более разнообразной и точной. Возможность её получения, обработки и обновления становится всё более лёгкой и доступной. Широкое применение для космических съёмок нашли электронно-оптические съёмочные системы. Например SPOT2 используют более 10 лет для картографирования в масштабе 1:50000 (разрешение на земле в панхроматическом варианте 10 м, у нового SPOT5 разрешение 2,5 м; 5 м) и последний обладает возможностью стереообработки. Но у этой системы снимки в стереопаре растянуты по времени. От этого недостатка избавлены стереосистемы, имеющие два или три пучка визирования - вперёд, вниз, назад.

Элементы ориентирования сканера получают из совместного уравнивания орбитальных, наземных и данных навигационной системы. Преимущество снимков, полученных сканерами, перед фотоснимками заключаются в том, что изображения получаются непосредственно в цифровой форме, исключая процессы фотохимической обработки и сканирования. Сдерживает их применение более низкая разрешающая способность, сложный характер геометрических искажений изображений и большое количество информации, которую трудно хранить и передавать. Хотя в отношении первого недостатка следует отметить, что элемент разрешения ПЗС-камеры достиг при фотосъёмке из космоса разрешения на местности 0,6 м и в 2007 году улучшится до 0,4 м.

В настоящее время десятки космических съёмочных систем передают космические снимки высокого разрешения (от 5 м до 0,6 м) на любую территорию Земли. В России и за рубежом созданы и функционируют банки и архивы данных цифровых снимков всего земного шара. Особенно важна доступность для потребителя этих материалов. Причём та территория России, которая считается у нас засекреченной за рубежом можно получить снимки на неё без всяких ограничений. По системе Интернет можно осуществить оперативный поиск, сделать заказ и получить необходимую информацию, а также заказать проведение съёмок любой территории и получение корректированных снимков в цифровой форме.

Компания США планирует вывести в начале 2007 года на орбиту спутник OrbView-5. Спутник будет получать данные ДЗЗ с разрешением 0,41 м в панхроматическом режиме и 1,64 м в мультиспектральном. Запланирована высота орбиты 660 км. Группировка спутников Orb View будет получать снимки, покрывающие площадь более 1,2 млн. кв. км. в день, что позволит каждые полтора дня снимать любую точку земного шара.

Спутник Quick Bird (Рис. 15) предоставляет изображение на любой район Земли с разрешением 61 см на Земле в панхроматическом варианте!

Рис. 15 Спутник QuickBird

Варианты продукции Quick Bird: черно-белая (панхроматическая) продукция приведена на рис. 16. Каждый из уровней продукции снимков Quick Bird доступен в различных вариантах. Эти варианты используют различные комбинации спектральных диапазонов и имеют отличия в разрешении пикселя окончательного продукта. Сенсор спутника Quick Bird получает пять спектральных диапазонов, их использование отображено ниже.

Связи между спектральными диапазонами и вариантами продукции.

Вариант продукции Черно-белой: (450-900 нм)

Рис. 16 Вариант продукции Черно-белой (450-900) нм).

Вариант продукции Мультиспектральной в следующих зонах спектра:

синий (450-520 нм); зеленый (520-600 нм);

красный (630-690 нм); ближний инфракрасный (760-900 нм).

Суммарный комплект Чёрно-белой и Мультиспектральной продукции.

Вариант продукции цветной натуральный (три первых диапазона).

Вариант продукции цветной инфракрасный (три диапазона последних).

Продукция Pan-Sharpened (четыре мультиспектральных диапазона).

Цветной натуральный и инфракрасный варианты продукции комбинируют визуальную информацию трех мультиспектральных диапазонов с пространственной информацией с пространственной информацией черно-белого диапазона, используя Алгоритм

Principal Components.

Черно-белая (панхроматическая) продукция дает возможность лучшего визуального анализа основанного на 61 сантиметровом разрешении (в надире) и 11-ти битной глубиной собранной информации. Панхроматический сенсор получает информацию в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне волн и имеет диапазон частот 450-900 нм.

Выходное разрешение пикселя на местности черно-белой продукции варьируется от уровня продукции. Базовое изображение поставляется c разрешением, с которым эти данные были собраны (от 61см в надире до 72см при 25 градусном отклонении от надира).

Мультиспектральная продукция предоставляет четыре дискретных не перекрывающихся диапазона с глубиной собранной информации 11 бит. Мультиспектральная продукция охватывает видимые и ближние инфракрасные волны в четырёх диапазонах. Базовое изображение поставляется c тем разрешением, с которым данные были собраны (от 2.44 до 2.88 м). Заказы Новой съемки или архивных данных могут осуществляться по Интернету.

Космические снимки высокого разрешения имеют практическое применений в большом количестве коммерческих направлений, таких как картографирование, землепользование, кадастр, сельское и лесное хозяйство, изменение окружающей среды, мониторинг стихийных бедствий.

6.1 Картографирование

Космические снимки часто применяются как уникальный источник данных для создания новых топографических карт. Снимки с высоким разрешением могут быть использованы также для определения изменений объектов на карте с течением времени, в том числе и с использованием программного обеспечения по выявлению и классификации объектов.

На основе космических снимков создаются различные картографические приложения для планировки городских и сельских населённых пунктов.

6.2 Сельское и лесное хозяйство

Анализ мультиспектрального и панхроматического изображения позволяет проводить картографирование сельскохозяйственных угодий, дает точную информацию о состоянии растений и заражении их паразитами. Анализ растительности, показатели урожайности и создание карт сельскохозяйственных районов, а также специальные сельскохозяйственные приложения. Широко распространено применение космических снимков в лесном хозяйстве для определения видов деревьев, вековых изменений и лесного картографирования. (Рис. 17)

Рис. 17 Картографирование сельскохозяйственных угодий

6.3 Планирование и управление

Фотокарты, созданные из трансформированных снимков, векторных данных и трехмерных моделей рельефа, используются в проектах по планированию и управлению муниципальными мощностями (электричество, газ, вода), по планированию и управлению транспортными сетями (автодороги, железные дороги и мосты), по планированию и управлению налогообложением. (Рис.18)

Рис. 18. Трансформированных снимков

6.4 Окружающая среда и устранение последствий катастроф

Космические снимки предоставляют оперативную и детальную информацию, на территорию всей поверхности Земли, что обеспечивает: мониторинг окружающей среды, мониторинг качества воды, оценку изменений окружающей среды, оценку ущерба от стихийных бедствий, катастроф, планирование и осуществление восстановительных действий.

Основными преимуществами спутника QUICKBIRD являются широкая полоса охвата (размер сцены 16,5х16,5 км) и высокая метрическая точность. Спутник совершает 15 витков вокруг Земли за сутки и способен получать данные с производительностью около 57 сцен за виток (около 70 млн кв км за год).

На рис.19 демонстрируется информации на снимках, получаемых со спутников: EROS A (разрешение 1,8 м), IKONOS (разрешение 1 м) и QUICKBIRD (разрешение 61 см).

Рис. 19 Демонстрация информации на снимках, получаемых со спутников

Ширина полосы захвата изобраений QUICKBIRD, снятых под углом в диапазоне 0 -15, приблизительно равна 16,5 -18 км. Поэтому площадь территории каждого кадра составляет от 270 до более чем 300 кв км (рис. 20).

Компания «Совзонд» официальный дистрибьютор компаний, которые являются мировыми лидерами в области поставки данных дистанционного зондирования. Это следующие компании: Space Imaging, DigitalGlobe, OrbImage, SpotImage, ImageSat International, которые предлагают российским заказчикам цифровые данные дистанционного зондирования, полученные со спутников IKONOS, QUICKBIRD, ORBVIEW, SPOT, EROS, IRS, Resourcesat, RADARSAT, ERS, ASTER и др. ЗАО «Совзонд» также является бизнес-партнером Геологической Службы США по распространению данных, полученных со спутника Landsat-7.

Рис. 20 Ширина полосы захвата изображений QUICKBIRD

Наиболее оптимальным периодом для выполнения новой космической съемки с точки условий освещенности, отсутствия снежного покрова и растительности, чистоты атмосферы и безоблачности для большинства районов Российской Федерации является период с 1 мая по 15 июня.

Заключение

Аэрофотосъемочные работы выполняются специализированными авиапредприятиями на основе договоров с хозяйственными организациями для создания топографических карт в соответствии с "Основными положениями по аэрофотосъемке, выполняемой для создания и обновления топографических карт и планов" и для других целей по специальным требованиям. Авиапредприятия организуют аэрофотосъемочные партии (АФСП), которые выполняют весь цикл аэрофотосъемочных работ и сдают заказчику готовую продукцию, предусмотренную условиями договора.

Аэрофотосъемочная продукция может сдаваться заказчику только после приемки ее техническим контролем авиапредприятия.

Аэрофотосъемка состоит из подготовительных, летно-съемочных полевых фотолабораторных и полевых фотограмметрических работ. В подготовительных работах одним из важнейших процессов является расчет элементов аэрофотосъемки. Для этого требуется заданные значения масштаба фотографирования и фокусного расстояния АФА (аэрофотоаппарат), формат аэрофотоснимка, заданные проценты продольного и поперечного перекрытий, размеры съемочного участка. По этим исходным данным определяют высоту и базис фотографирования, интервал между экспозициями, число аэрофотоснимков в маршруте и на съемочный участок, а так же время, необходимое для аэрофотосъемки всего участка. Перед началом летно-съемочных работ проверяют и готовят к работе оборудование материалы и полетные карты проводят тренировку экипажей и составляют график полетов, затем приступает аэрофотосъемшик - оператор, определяет угол сноса и путевую скорость самолета, т. е., скорость движения самолета относительно Земли. С учетом величины угла сноса самолет разворачивают против ветра на угол упреждения. Значение путевой скорости самолета или другого носителя необходимо для вычисления интервала времени между экспозициями. Угол сноса и путевую скорость самолета определяют при помощи оптических визиров в прямом и обратном направлениях по маршруту. После этого приступают аппаратуру, следят за ее работой и прокладыванием аэрофотосъемочных маршрутов в соответствии с проектом. Маршрут самолета прикладывают по приборам контролируют по земным ориентирам. При отсутствии ориентиров съемочные маршруты и заходы на них производят инструментальным методом, особенность которого заключается в прокладке маршрутов только на основании показаний навигационных и пилотажных приборов.

Технический проект является основным документом, определяющим технико-экономические показатели для планирования и выполнения аэрофотосъемочных работ. Он составляется до начала аэрофотосъемочных работ на каждый объект в соответствии с договором, техническими условиями заказчика, нормативными документами и "Методикой по составлению технических проектов на аэрофотосъемочные работы". Технический проект определяет:

1. затраты летного времени;

2. валовую и съемочную производительность;

3. потребность в основных материалах;

4. сметную стоимость и другие показатели аэрофотосъемочных работ на каждый объект.

Который составляется в аэрофотосъемочном подразделении одновременно двумя исполнителями под руководством инженера по техническому проектированию или начальника фотограмметрической лаборатории. Утверждается начальником аэрофотосъемочного производства. 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.

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.

Объектом аэрофотосъемочных работ является территория местности с четко определенными границами, заданными заказчиком. Границы объекта работ задаются, как правило, в международной разграфке номенклатуры топографических карт.

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.

В отдельные объекты выделяются каждый населенный пункт городского и поселкового типа и крупные - сельского типа. 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.

В настоящее время беспилотные летательные аппараты (далее БПЛА) стали набирать все большую популярность среди населения нашей планеты, и данным термином в современной литературе уже никого не удивить. На протяжении всей истории развития индустрии можно наблюдать значительное уменьшение габаритов летательных аппаратов, при этом, не теряя требуемой точности и полезной нагрузки БПЛА (поднимаемый вес аппаратом при подключении различных модулей и приборов). В качестве полезной нагрузки к примеру, могут быть установлены мультиспектральные камеры, по снимкам которых можно выявлять необходимую информацию: определение вид почв, растений и т. д.

Все приборы и элементы становятся все меньше и легче, а автоматизация геодезических и фотограмметрических работ все больше и больше оттесняет такое понятие как «работа в поле», т.е. от оператора требуется меньшее вмешательство в производственный процесс, вплоть до обработки полученной информации в специализированном программном обеспечении на персональном компьютере.

Весомым плюсом является то, что аэрофотосъемка делает такие виды работ как ГНСС съемка в RTK и тахеометрическая съемка нерентабельными при больших объемах работ в условиях слабо застроенной, слабозаселенной и труднодоступной территории. Большое количество БПЛА могут работать в обширном температурном диапазоне, что позволяет работать во многих широтах земного шара.

Минусом же является то, что не всегда одной аэрофотосъемки достаточно для того что бы получить сразу же исходный продукт, т.е. при возникновении вопросов и недочетов необходимо все равно выезжать на местность для дешифрирования снимков и устранении проблемных и трудночитаемых мест.

Помимо геодезии, БПЛА находит все более широкое распространение в других областях индустрии. Беспилотники используют при проектных и кадастровых работах. Выполняют аэрофотосъемку для исследование природных ресурсов, для экологии и энергетической индустрии, геологической разведки, а также для агропромышленной сферы.

Перейдя к самому процессу производства работ, аэрофотосъемку можно разделить на три главных этапа:

1. Подготовительный этап.

2. Фотографирование участка местности.

3. Постобработка полученных данных.

Первый этап включает в себя сбор и изучение полученного задания. Для проведения работ необходимо знать требуемый масштаб съемки, границы территории, которую необходимо картографировать, получение разрешения на полеты в соответствующих органах, планирование наземной опорной сети (закладка опознаков). На основе полученных данных нужно выполнить формирование полетного задания для БПЛА, т.е. задать программе границы местности, определиться с местами взлета и посадки беспилотника, вбить необходимые данные в ПО контроллера с которого будет производиться полет, по которым будет делаться съемка (требуемое разрешение, величина перекрытия снимков, базис фотографирования и т. д.). Основным параметром будет являться так же информация о погоде в запланированный день съемки.

Второй этап работ включает по прибытию на место съемки повторное уточнение на местности и проверка всех запланированных параметров для производства полета. После этого производится старт БПЛА. В зависимости от типа летательного аппарата и модели различают старт с пускового устройство (катапульта) или с руки для летательных аппаратов самолетного типа. Для мультироторных аппаратов необходима небольшая ровная площадки, их запускают с подставки или уже имеющихся встроенных в конструкцию «ножек». Аэрофотосъемка выполняется в автоматическом режиме. На протяжении всей съемки оператору необходимо следить за любыми отклонениями от заданного маршрута, которые могут быть вызваны внешними факторами, такими как порывы ветра и в случае чего быть готовым произвести аварийную посадку. Нормальная работа БПЛА может проходить при скорости ветра от 0 до 15 м/с. По завершении съемки произвести посадку аппарата и разобрать его в транспортировочное состояние.

Заключительный этап включает в себя снятие данных контроллера и фотоаппаратуры. Необходимо визуально оценить качество фотографий и отбраковать «технические» кадры, т.е. такие кадры, которые не несут полезной информации для нас и могут быть сделаны при взлете БПЛА, на дугах разворота, другими словами те снимки, которые попадают за пределы границ съемки. Далее следует привязка центров фотографирования и дальнейшая обработка снимков в ПО.

Если сравнивать два разных вида БПЛА, то преимущество имеет мультироторные над беспилотниками летательного типа. Данный вид БПЛА более стабилен в полете, прост в ремонте и дешев в обслуживании. У мультироторов меньше механических узлов, а, следовательно, сокращается шанс механических повреждений. Главным преимуществом является отсутствие перегрузок при взлете и посадке БПЛА, в то время как БПЛА летательного типа испытывает перегрузки при взлете и посадке (толчки, удары).

Хотя и пользуются большим спросом не только в Российской Федерации, но и за рубежом, рынок БПЛА тормозится на сегодняшний день, т.к. отсутствует нормативно-правовая база. Данная проблема не доведена до стабильности ни в одной стране мира.

аэрофотоаппарат снимок топографический карта

Список используемых источников

1. Гонин Г.Б. Космические съёмки Земли. - Л.: Недра, 1989. 252 с.

2. Дейнеко В.Ф. Аэрофотогеодезия. М., 1968. 328 с.

3. Инструкция о порядке дешифрирования элементов местности в масштабе 1:10000 по материалам аэрофотосъемки для создания базовой картографической модели местности. Мн., 2002. 11с.

4. А.Н. Аэрофотосъемка. Автоматизация аэрофотосъемочных процессов. М., 1985. 185 с.

5. Лобанов А.Н. Аэрофототопография. М., 1978. 576 с.

6. Назаров А.С. Фотограмметрия (учебное пособие). Мн., БГУ, 2004. 251с.

7. Назаров А.С., Платоненко М.А., Артемъее В.А. Математический анализ изображения на аэроснимке (учебное пособие). Омск, 1974. 94с.

8. Фёдоров В.И. Инженерная аэрогеодезия. М., «Высшая школа», 2002. 464 с.

9. Лаврова Н.П., Стеценко А.Ф. Аэрофотосъемка. Аэрофотосъемочное оборудование.

10. Милн П. Подводные инженерные исследования. Ленинград: «Судостроение», 1984г., 400с. Перевод с английского: М.Г. Жибавева, А.Д. Старкова.

11. Журнал научных статей. М.: Издание Московского Государственного Университета Геодезии и Картографии (МИИГАиК), 2012. - 128 с.

12. Несветайлова Н.Г., Горелик А.И. Методические указания по инженерно-геологическому районированию территории с использованием материалов аэрофотосъемки при изыскании дорог в Сибири и на Дальнем Востоке.

13. Никольской М.Н., Блинов В.Я. Аэронавигационная линейка.

14. Михайлов А.Е., Рамм Н.С. Аэрометоды при геологических исследованиях.

15. Беспилотный самолет ZALA 421-16E

16. . БПЛА для геодезии - межевание, кадастр, инвентаризация

17. . Микрокоптер - Mikrokopter - Мультикоптер

18. . Байков Н.С. Самолетовождение при аэрофотосъемке / Н.С. Байков, М.А. Трясучкин // Недра.

Размещено на Allbest.ru