3. Типовые технологические схемы изготовления топографической продукции с использованием материалов аэрофотосъемки

Перед производством аэрофототопографических работ разрабатывается технологическая схема, которая представляет собой последовательность взаимосвязанных технических и организационных процессов, в ре­зультате выполнения которых получают топографическую продукцию. При получении топографической продукции по материалам аэрофотосъемок традиционно выполняют: разработку технико-эконо­мического проекта; аэрофотосъемку; геодезическую привязку снимков; дешифрирование снимков и фотограмметричес­кую обработку снимков. Фотограмметрическая обработка может производиться как одиночного снимка, так и стереопары.

Каждый из перечисленных процессов имеет свои особенности и способы реализации. Поэтому их сочетание приводит к много­образию вариантов технологий при получении топографической продукции. На выбор технологической схемы прежде всего влияет вид конечной продукции: требуемая метрическая точность, содер­жание и объем семантической информации. Существен­ными факторами, определяющими выбор технологии являются: техническое обеспечение (компьютеры, программы, устройства ввода-вывода), квалификация исполнителей и сроки выполнения работ. Помимо этого учитывают физико-географические и климатические факто­ры района проведения работ. С позиций экономики технология должна обеспечивать минимальные затраты на единицу выходя­щей продукции, например затраты на создание планово-картогра­фической продукции на 1 га или 1 км².

В дальнейшем технологическая схема используется в процессе разработки проектов выполнения отдельных видов работ, при финансировании работ и составления графиков выполнения работ.

В приложении Е приведен пример типовой технологической схемы изготовления топографического плана на основе фотограмметрической обработки одиночного снимка, а в приложении Ж – ортофотоплана на основе фотограмметрической обработки стереопары.

Рассмотрим основные этапы создания и обновления топографических планов с учетом полевых и камеральных работ применительно к приведенным технологическим схемам.

На подготовительном этапе собирают планово-картографичес­кие материалы на территорию работ, изучают наличие пунктов геодезической сети, рельеф, дорожную сеть, водные объекты, природно - климатические особенности района работ и т. п. В качестве геодезической основы используем пункты государственной геодезической сети или пункты специально созданной геодезической сети.

В со­ответствии с требуемой точностью создаваемых планов рассчиты­вают параметры аэрофотосъемки, выбирают типы аэрофотоаппа­ратов, сроки производства аэрофотосъемочных работ.

При выборе технических условий аэрофотосъемки следует руководствоваться современными данными, характеризующими технические средства, используемые для производства аэрофотосъемки. Так, например, абсолютная высота фотографирования ограничена пределом от 200 до 8000 м, применяемые фотоаппараты имеют фокусные расстояния 70, 100, 140, 200, 350, 500 и 1000 мм, наиболее распространенны форматы кадра 18×18 см и 23×23 см, реже формат 30×30 см.

Для создания полноценных топографических планов по материалам аэрофотосъемки немаловажное значение имеет вопрос о выборе времени производства аэрофотосъемочных работ. Время и дата производства аэрофотосъемки должны быть определены не только на основе учета ясных солнечных дней, наличия атмосферной дымки и других требований, но и путем тщательного изучения всего комплекса географических условий территории, подлежащей съемке, и их изменений в течении года.

Перед аэрофотосъемкой с минимальным разрывом во времени производят полевую маркировку.

Полевая маркировка пред­ставляет собой процесс уста­новления на местности искус­ственных опорных знаков (опознаков), также обозначе­ния каким-либо способом, на­пример окопкой или окраши­ванием опознаваемых точек местности. Маркировку вы­полняют на местности, где нет естественных контуров, уве­ренно опознаваемых на сним­ках до аэрофотосъемки. На местности роют неглубокие траншеи, наносят линии изве­стью или используют иные материалы. Форма опознака может быть различной: крест, квадрат и т. п. Размер знака зависит от масштаба получаемых снимков. Маркировку осуществляют в заранее намеченных зонах, удовлетворяющих требованиям фотограмметрической обработки снимков. Для облегчения нанесения границ маркируют сохранив­шиеся поворотные пункты границ землепользовании.

Аэрофотосъемка выполняется для получения аэрофотоснимков местности с помощью аэрофотоаппарата, установленного на борту летательного аппарата. При аэрофотосъемке участка местности маршруты летательного аппарата прокладывают чаще всего по направлениям восток — запад — восток или север — юг — север. Они должны быть непрерывны и параллельны грани­цам съемочных участков, совпадающих с рамками трапеций топографических карт (планов). Оси крайних маршрутов проектируются по границам съемочных участков.

Аэрофотосъемочные маршруты должны удовлетворять следующим требованиям:

быть параллельными между со­бой в пределах допуска по минимальному и максимальному поперечному перекрытию аэрофотоснимков соседних маршрутов;

продолжаться за границы съемочного участка на один базис фотографирования при расчетном продольном перекрытии аэрофотоснимков 60%; на два и четыре базиса фотографирования при расчетном про­дольном перекрытии аэрофотоснимков 80 и 90 % соответственно.

Маршруты аэрофотосъемки проектируют таким образом, чтобы возможно большее число пунктов геодезической сети, имеющихся на местности могло быть использовано в качестве опорных для фотограмметрической обработки.

Аэрофотосъемка должна выполняться в соответствии с нормативными актами по аэрофотосъемке, производимой для создания топографических планов.

Обеспечение аэрофотоснимками границ объекта съемки и съемочных участков должно соответствовать действующим техническим требованиям к аэрофотосъемке для топографических целей, которые оговариваются при заключении договоров на выполнение аэрофотосъемочных работ.

Аэрофотосъемку населенных пунктов с большим количеством древесной растительности, а также равнинных территорий, сплошь покрытых древесной растительностью следует выполнять в период отсутствия листвы (весной или осенью). Фотографирование городов и других населенных пунктов предпочтительнее выполнять при сплошной высокой облачности, а при ясной погоде в ранние утренние и поздние вечерние часы.

Технические средства аэрофотосъемки должны обеспечивать возможность получения черно-белых аэронегативов с минимальным линейным смазом фото­изображения, не превышающим 0,05 мм для масштабов 1 : 10 000 и мельче. Для масштабов крупнее 1 : 10 000 допустимая величина линейного смаза должна за­даваться Заказчиком в зависимости от технических характеристик аэрофотоаппа­ратов.

С проявленных, высушенных и пронумерованных негативов аэрофотопленки изготавливают контактные отпечатки на фотобумаге и составляют из них накидной монтаж. Накидным монтажом называют временное соединение контакт­ных снимков, осуществляемое совмещением (наложением) их пе­рекрывающихся частей. В результате получают непрерывное фо­тографическое изображение большой территории. По измерениям на каждом монтаже устанавливают в соответствие заданным значениям величин продольного и поперечного перекрытия снимков, прямолинейность маршрутов аэрофотосъемки и параллельность базисов фотографирования сторонам снимков.

К аэросъемочным материалам предъявляют следующие требования: при формате кадра 18×18 см разрешающая способность объектива при f=200 мм не должна быть соответственно меньше 25-40 лин/мм в центре и 10-20 лин/мм на краю поля изображения. Продольные и поперечные перекрытия должны удовлетворять допустимым значениям, приведенным в таблицах 1 и 2 приложения З. Максимальные углы непараллельности не должны превышать 5⁰, а непрямолинейность маршрута не должна превышать 2 % при высоте фотографирования Н > 750 м и масштабе съемки мельче 1 : 5000 и не более 3 %, если Н< 750 м и масштаб съемки крупнее 1 : 5000. Допустимые значения углов наклона аэрофотоснимков составляют 1,5⁰…2,5⁰, а измеренные на аэрофотоснимке отклонения главных точек аэрофотоснимков от заданных линий на карте (фотосхеме) не должны превосходить15мм. Высота фотографирования не должна отличаться от заданной более чем на 3 % в равнинных районах.

Оценка материалов аэрофотосъемки определяется для каждого фактиче­ского съемочного участка отдельно.

Материалы аэрофотосъемки оцениваются «хорошо», если:

• соблюдены все допуски, установленные «Основными положениями по аэрофотосъемке»;

• не менее 85 % аэронегативов имеют по фотографическому качеству оцен­ку «хорошо».

Проверка номенклатуры съемочных участков, правильность нанесения границ объектов аэрофотосъемки, рамок трапеций и обеспечение границ съемоч­ных участков и объектов производится путем сопоставления накидного монтажа с топографической картой, по которой выполнено проектирование аэрофотосъемки.

Контроль проложения маршрутов, выполненных по заданным линиям, осуществляется по отклонениям главных точек аэрофотоснимков от заданной линии на топографической карте.

После завершения работ по оценке выдают заключение о каче­стве материалов аэрофотосъемки. В случае несоответствия требо­ваниям аэрофотосъемку (сплошную или выборочную) повторяют.

В результате выполнения аэрофотосъемочных работ для последующей фотограмметрической обработки получают аэронегативы, контактные отпечатки с них, негативы, фотопленки регистрации показаний специальных приборов с данными оценки ее качества.

После аэрофотосъемочных работ составляется технический проект на основные виды работ.

Технический проект (программа) является документом определяющим содержание, объем, трудовые затраты, сметную стоимость, основные технические условия, сроки и организацию выполнения проектируемых работ. Технический проект должен предусматривать полный комплекс работ, необходимых для создания топографических планов, удовлетворяющих требованиям технологических инструкций. Технический проект содержит текстовую, графическую и сметную части. На графиках указывают трапеции или участки и сроки вы­полнения работ. Графики позволяют установить взаимосвязь меж­ду отдельными видами работ, оптимально распределить специали­стов, контролировать сроки выполнения и сдачи продукции за­казчику.

Документами, используемыми при составлении проектов и графиков выполнения основных видов работ, являются: договор с заказчиком, календарный план сдачи продукции, аэроснимки и репродукции накидного монтажа новой аэросъемки. При плани­ровании работ используют схемы геодезической сети, каталоги коорди­нат пунктов геодезической сети, существующие планы и карты материалы аэрофотосъемок прошлых лет и др.

Фрагменты увеличенных снимков изготавливают с помощью специальных прецизионных проекционных приборов, имеющих оптические системы с высокой разрешающей способностью и ма­лой дисторсией. Увеличен­ные фрагменты печатают с небольшим перекрытием, обеспечива­ющим нахождение в них общих для фрагментов снимка опорных точек. Выбранные точки будут использованы в дальнейшей обра­ботке для объединения изображений в единый электронный базо­вый план.

Фотограмметрическая обработка как одиночного снимка, так и пары снимков предполагает наличие опорных точек. Опорные точки позволяют проводить трансформирование одиночных снимков и геодезическое ориентирование пространственных мо­делей местности. Геодезические координаты опорных точек можно получить с помощью геодезических измерений в поле или камерально- фотограмметрическим методом.

Процесс опознавания на снимках точек местности и определе­ние координат этих точек геодезическими методами называют привязкой аэрофотоснимков. В качестве опорных точек выбирают надежно идентифицируемые на снимках точки местности. При­вязка, обеспечивающая каждый снимок или каждую стереопару опорными точками в количестве, необходимом для фотограммет­рической обработки, называют сплошной, в противном случае — разреженной.

Если в результате привязки у каждой опорной точки определе­ны все три геодезические координаты, то привязку называют пла­ново-высотной, если только плановые координаты — плановой, если только высотная координата — высотной.

Привязка аэрофотоснимков состоит из нескольких этапов: подго­товки материалов; составления проекта привязки; рекогносцировки и закрепления на местности опорных точек; полевых измерений; вычислительных работ; оформления материалов и сдачи работ.

Подготовка материалов включает подбор комп­лектов контактных или увеличенных снимков и репродукций на­кидного монтажа на объект работ. На репродукцию накидного монтажа переносят пункты геодезической сети с имеющихся то­пографических карт.

Составление проекта привязки аэрофотосним­ков проводят на репродукции накидного монтажа. Как правило, при разреженной привязке опорные точки располагают рядами поперек аэрофотосъемочных маршрутов.

Расстояние между опор­ными точками зависит от масштаба создаваемого плана, высоты се­чения рельефа, параметров аэрофотосъемки и выражается числом базисов фотографирования. Число базисов n определяют подбором по формулам:

между высотными опознаками

;

между плановыми опознаками

,

где σ_Z, σ_l — средние квадратические погрешности наиболее слабо определяемых точек соответственно по высоте и в плане относительно опорных точек; Н — вы­сота фотографирования; σ_q — средняя квадратическая погрешность определения поперечного параллакса (для аналитических методов 0,010...0,015 мм); р - сред­нее значение продольных параллаксов (мм), приближенно равное базису фотогра­фирования на снимках (мм); у— максимально возможная ордината точек внутри рабочей площадки снимков, мм.

Значения средних квадратических погрешностей наиболее слабо определяемых точек соответственно по высоте и в плане относительно опорных точек выбирают из таблицы 3, приведенной в приложении З.

Места расположения проектируемых опорных точек показыва­ют на репродукции накидного монтажа кружками диаметром 5 мм красной тушью и на одном из перекрывающихся снимков крас­ным карандашом. Опорные точки стараются располагать на сере­дине продольных и поперечных перекрытий, чтобы они изобрази­лись на максимальном числе снимков. Опорные точки нельзя раз­мещать ближе 1 см от края снимка.

Кроме проектирования зон расположения опорных точек на репродукции накидного монтажа намечают схемы теодолитных ходов и полигонов в закрытой местности и возможные прямые, обратные или комбинированные засечки в открытой местности. Если привязку снимков выполняют теодолитными ходами, то максимальную длину каждого из них рассчитывают по формуле

L = 2МТΔ,

где М—знаменатель масштаба создаваемого плана; Т—знаменатель допустимой относительной погрешности в теодолитном ходе; Δ— погрешность в плановом положении опорных точек относительно пунктов опорной геодезической сети, м, которая составляет 0,2 мм в масштабе создаваемого плана.

Если привязку снимков выполняют с помощью GPS-аппаратуры, то зоны расположения опорных точек намечают на открытых пространствах, чтобы обеспечить видимость необходимого числа спутников.

В процессе рекогносцировки и закрепления на местности опор­ных точек опознают и накалывают на снимки существующие пун­кты триангуляции государственной сети, выбирают окончатель­ное положение каждой опорной точки и уточняют метод ее геоде­зического определения. В качестве опорной точки выбирают та­кую точку местности, которая надежно идентифицируется на всех перекрывающихся снимках. Погрешность опознавания опорной точки на местности не должна превышать 0,1 мм в масштабе со­здаваемого плана.

Опознанные опорные точки закрепляют на местности кольями длиной 0,3...0,5 м и окапывают треугольником со сторонами 1,2...1,5 м. На снимках эти точки накалывают с погрешностью не более 0,1 мм и обводят двумя красными концентрическими ок­ружностями диаметром 8 и 10 мм. Каждой опорной точке присва­ивают номер.

Далее проводят геодезические измерения и для каждой опорной точки составляют схему геодезического определения, на которой подписывают значения всех измеренных линий и углов.

В результате вычислительных работ, проводимых, как правило, по специальным программам, получают каталог геодезических ко­ординат опорных точек.

Для каждой трапеции государственной разграфки, землеполь­зования или населенного пункта формируют техническое дело, в которое входят все материалы полевых и камеральных работ: реп­родукции накидного монтажа, снимки с оформленными опорны­ми точками, схемы кодов и засечек, полевые журналы, ведомости координат и т. п.

В общем комплексе работ по созданию топографической продукции дешифрирование занимает важное место и является весьма ответст­венным и трудоемким процессом. От точности определения по фото­изображению положения объектов местности, достоверности и полноты их характеристик в значительной степени зависит и качество из­готавливаемого плана.

В процессе дешифрирования производиться отбор подлежащих измерению или нанесению на изготавли­ваемые планы и карты объектов, опознавание этих объектов на анализируемых изображениях, определение их качественных и численных характеристик, нанесение их положения или границ простирания и выражение полученных данных условными знака­ми.

В зависимости от назначения дешифрирование подразделяют на топографическое и специальное, причем ко второму относят распознавание объектов по их фотоизображениям в интересах сельского хозяйства, геологии, гидрологии и т. п.

Универсальность материалов аэрофотосъемки позволяет в каждом случае дешифрирования выявлять те особенности и детали местности, которые требуются для решения соответствующих научных, инженер­ных, хозяйственных и иных задач.

При топографическом дешифрировании выявляют и показывают условными знаками элементы местности, необходимые для создания топографической карты в заданном масштабе; населенные пункты и отдельные постройки; закрепленные на местности опорные геодези­ческие пункты; гидрографическую и дорожную сети; линии связи с характеризующими их данными и относящимися к ним сооружениями; естественный и культурный растительный покров и грунты; рельеф местности и др.

При специальном дешифрировании, выполняемом в интересах зем­леустроительной, архитектурно-градостроительной, лесной или иной службы, выявляют в первую очередь интересующие их объекты мест­ности - административно-территориальные или хозяйственные грани­цы, породы леса и др. с характеризующими их данными. При этом другие элементы местности - пути сообщения, элементы гидрографии, леса, болота и т. п. дешифрируют с обобщением и сокращением их характеристик в части, не имеющей непосредственного отношения к соответствующей службе.

В зависимости от техники исполнения дешифриро­вание делят на камеральное, полевое, комбинированное и аэровизуаль­ное.

Камеральное дешифрирование основано на использовании изобра­зительных свойств фотоснимков и изучении различных вспомогатель­ных материалов. В ряде случаев, таких, как военное дело, изучение небесных тел и др. оно является единственно возможным.

Полевое дешифрирование, выполняемое непосредственно на мест­ности, носит сезонный характер. Оно основано на сличении фотоизо­бражения с натурой, чем и обеспечивается требуемая полнота, точ­ность и достоверность результатов на момент дешифрирования.

Комбинированное дешифрирование сочетает достоинства и недос­татки полевого и камерального дешифрирования. Как правило, в зим­ний период выполняют камеральное дешифрирование, а в летний - по­левую проверку и уточнение полученных зимой результатов.

Аэровизуальное дешифрирование производят непосредственно с борта летательного аппарата (самолета, вертолета) и применяют для ускорения процесса дешифрирования больших однородных массивов с малым числом контуров - лесов, болот, тундры и др.

Фототриангуляцией называют способ определения координат точек местности фотограмметрическими методами. Фототриангу­ляцию развивают по снимкам одного или нескольких маршрутов. В зависимости от этого различают одномаршрутную (маршрут­ную) и многомаршрутную (блочную) фототриангуляцию.

Если в процессе фототриангуляции определяют только плано­вые координаты точек местности, то это плановая фототриангуля­ция, если определяют все три пространственные координаты, то это пространственная фототриангуляция.

Существует несколько способов пространственной фототриангуляции: способ независимых моделей, способ частич­но зависимых моделей, способ связок и др.

В способе независимых моделей каждую модель строят незави­симо от других моделей в своей системе координат и в своем мас­штабе. Созданные модели объединяют в общую модель с помо­щью связующих точек — точек, расположенных в зоне тройных перекрытий и поэтому принадлежащих двум соседним моделям.

После этого по опорным точкам выполняют внешнее ориенти­рование общей модели секции маршрута или блока и вычисление геодезических координат определяемых точек.

Способ частично зависимых моделей также предполагает пост­роение всех моделей фототриангуляционного звена. Однако в от­личие от предыдущего способа угловое ориентирование всех моделей одинаково. Различаются лишь их масштабы. Последующую модель приводят к масштабу предыдущей по связующим точкам. Внешнее ориентирование общей модели проводят по опорным точкам.

Способ связок реализует идею определения пространственных координат точек местности прямой фотограмметрической засеч­кой по паре снимков. Для этого необходимо знать элементы внешнего ориентирования всех снимков фототриангуляционного ряда или блока в условной или геодезической системе координат. Эти элементы определяют с помощью связующих точек последо­вательным решением прямых и обратных фотограмметрических засечек. Если элементы внешнего ориентирования всех снимков и координаты определяемых точек были найдены в условной систе­ме координат, то проводят внешнее ориентирование фототриан­гуляционного ряда по опорным точкам.

Независимо от способа фототриангуляции при ее развитии ис­пользуют три вида точек, для которых измеряют координаты на снимках. Это опорные, связующие и определяемые точки. У каж­дого вида точек свое назначение. Определяемые точки приобрета­ют в процессе развития фототриангуляции геодезические коорди­наты и в дальнейшем их можно использовать в качестве опорных при фотограмметрической обработке одиночного или пары сним­ков. Связующие точки позволяют либо объединить одиночные модели местности в единую модель (способы независимых и час­тично зависимых моделей), либо определить элементы внешнего ориентирования всех снимков ряда в единой системе координат. Иными словами, связующие точки дают возможность восстано­вить взаимное положение всех снимков фототриангуляционного ряда. Опорные точки ориентируют построенный ряд или блок в геодезическом пространстве точек свое назначение. Определяемые точки приобрета­ют в процессе развития фототриангуляции геодезические коорди­наты и в дальнейшем их можно использовать в качестве опорных при фотограмметрической обработке одиночного или пары сним­ков. Связующие точки позволяют либо объединить одиночные модели местности в единую модель (способы независимых и час­тично зависимых моделей), либо определить элементы внешнего ориентирования всех снимков ряда в единой системе координат. Иными словами, связующие точки дают возможность восстано­вить взаимное положение всех снимков фототриангуляционного ряда. Опорные точки ориентируют построенный ряд или блок в геодезическом пространстве. Для правильного расположения и обеспечения необходимого числа точек каждого вида составляется проект фототриангуляции. Сначала подбирают контактные снимки фототриангуляционного ряда или блока. На них отождествляют и перекалывают с материа­лов полевой привязки опорные точки. Затем выбирают и накалы­вают определяемые точки. Каждой из них присваивают свой но­мер. Связующие точки выбирают в зоне тройных продольных пе­рекрытий. При развитии блочной фототриангуляции выбирают и накалывают связующие точки в зоне поперечного перекрытия. Их желательно располагать по разные стороны от середины зоны пе­рекрытия. В каждом тройном продольном перекрытии должно быть не менее 3 связующих точек, оптимально —6...9.

Координаты точек, вошедших в проект, можно измерять на монокомпараторах, стереокомпараторах, в цифровых фотограм­метрических рабочих станциях.

Результаты измерений обрабатывают по специальным про­граммам аналитической пространственной фототриангуляции. Итогом является каталог геодезических координат определяемых точек.

Фотограмметрическая обработка одиночного снимка или его фрагментов включает подготовительные работы; ввод изображения; векторизацию и корректировку векторизованного изображения; трансформирование векторизованного изображения; объединение (сшивка) трансформированных снимков или их фрагментов.

В процессе подготовительных работ производиться подбор негативов, кон­тактных снимков, существующих топографических планов и карт на объект работ, материалов полевой привязки аэрофотоснимков и фототриангуляции. Кроме того, получают паспортные данные АФА (элементы внутреннего ориентирова­ния, эталонные координаты меток и контрольных крестов, дан­ные о дисторсии объектива) и параметры аэрофотосъемки (масш­таб и высоту фотографирования). Если при проведении аэрофо­тосъемки на борту летательного аппарата были установлены GPS-приемники и инерционные системы навигации, то в ходе подготовительных работ подбирают результаты обработки их по­казаний.

В качестве исходного изображения при фотограмметрической обработке можно использовать негативы аэрофильма, дешифри­рованные снимки или их увеличенные фрагменты.

В настоящее время ввод изображения осуществляют преиму­щественно сканированием. Сканирующее устройство выбирают по ряду критериев: требуемым техническим характеристикам (раз­решающая способность, позиционная точность) и соотношению цена/производительность.

Рассчитывают необходимые технические характеристики ска­нера следующим образом. Минимальная линейная разрешающая способность может быть определена по линейной разрешающей способности обрабатываемых снимков. Например, в случае ис­пользования снимков с разрешающей способностью 25...30 мм^-1 минимальный элемент изображения на снимке будет иметь раз­мер 1/50... 1/60 мм, т. е. приблизительно 0,02 мм. Во избежание по­тери информации при сканировании необходимо, чтобы на мини­мальный элемент изображения приходилось не менее двух пиксе­лей. Требуемая разрешающая способность сканера в этом случае будет составлять 2 • 25,4 мм/0,02 мм = 2500 dpi (1 дюйм = 25,4 мм).

Позиционная точность сканера должна быть не хуже требуемой точности измерения координат на снимке, которая составляет примерно 2...5 мкм. Такой высокой позиционной точностью обла­дают лишь дорогостоящие фотограмметрические сканеры. Однако использование программ геометрической коррекции растра дает возможность применения офисных сканеров при фотограмметри­ческой обработке снимков.

Векторизация — процесс представления результатов дешифри­рования в векторной форме. При этом границы дешифрированных объектов представляют в виде ломаных линий. Каждое звено ломаной линии записывают в память компьютера координатами его начала и конца, т. е. границы объектов вводят координатами их поворотных точек. Векторизация может осуществляться в руч­ном, полуавтоматическом и автоматическом режимах.

При ручной векторизации оператор курсором последовательно обходит все поворотные точки границ контуров дешифрирован­ных объектов. Эту операцию производят на экране монитора с по­мощью мыши. При этом автоматически записываются в память компьютера координаты этих точек. Ручную векторизацию можно выполнять в случае сканирования дешифрированного изображения, а также в случае ввода недешифрированного изоб­ражения, например негативов аэрофильма. В таком варианте де­шифрирование производится на увеличенных снимках, и его ре­зультаты оператор переносит на сканированное изображение в процессе векторизации.

Полуавтоматическая векторизация выполняется на дешифри­рованном сканированном изображении. Оператор наводит курсор на одну из точек границы контура на экране монитора. При этом автоматически записываются координаты всех поворотных точек границы указанного контура.

При автоматической векторизации происходит автоматическое считывание координат поворотных точек границ всех дешифри­рованных объектов. Роль оператора заключается в контроле и в случае необходимости корректировке данного процесса.

Кроме того, в процессе векторизации по материалам привязки или фототриангуляции на сканированное изображение перено­сятся опорные точки. При этом автоматически измеряются их ко­ординаты. В ряде случаев на сканированном изображении указы­ваются координатные метки.

Координатные метки позволяют перейти из системы коорди­нат сканера, в которой происходит автоматическое измерение ко­ординат точек снимка, в систему координат снимка. Такой переход не всегда обязателен, так как его необхо­димость зависит от используемого алгоритма решения обратной фотограмметрической засечки.

Корректировка векторизованного изображения заключается в исключении погрешностей процесса векторизации. Такими по­грешностями могут быть незамкнутость границ контуров, наличие двойных линий границ, выходы границ в точках пересечения и т. п. Корректировка выполняется автоматически. Оставшиеся пос­ле этого погрешности устраняются оператором.

Далее следует процесс трансформирования снимков, так как фотограмметрические задачи проще решаются по горизонталь­ным снимкам, чем по наклонным. Горизонтальным снимком рав­нинной местности можно пользоваться как планом. Однако вследст­вие колебаний самолета в результате аэрофотосъемки получаются не горизонтальные, а наклонные снимки.

Горизонтальный снимок можно получить в камеральных усло­виях путем трансформирования наклонного снимка. В процессе трансформирования часто решается и более общая задача — по наклонному снимку создается изображение в проекции, соответст­вующей составляемой карте или плану, например, в ортогональной.

Следовательно, трансформированием снимка на­зывается преобразование наклонного снимка в горизонтальный снимок заданного масштаба или в изображение, соответствующее проекции составляемой карты (плана).

Трансформирование снимков можно выполнить различными способами: аналитическим, графическим, фотомеханическим, опти­ческим и графомеханическим. В каждом из этих способов в зависи­мости от исходных данных различают два случая трансформирова­ния снимков: по элементам внешнего ориентирования (или по уста­новочным элементам) и по опорным точкам.

Аналитический способ основан на вычислении координат точек горизонтального снимка по измеренным координатам точек наклон­ного снимка. При этом используются формулы, выражающие зависимость между координатами соответственных точек на гори­зонтальном и наклонном снимках.

К графическим способам относятся метод сложения плоскостей, позволяющий трансформировать снимки по элементам внешнего ориентирования, и прямая проективная за­сечка, решающая эту задачу по опорным точкам.

Фотомеханический способ основан на применении специальных приборов — фототрансформаторов. В фототрансформаторе по наклонному снимку при помощи объектива строится на экране изоб­ражение, соответствующее горизонтальному снимку. Затем это изображение фиксируется на фотобумагу.

В оптическом способе изображение, соответствующее горизон­тальному снимку, получается на планшете путем оптического про­ектирования наклонного снимка. Детали этого изображения, под­лежащие отображению на карте, вычерчивают в соответствии с при­нятыми условными знаками.

Графомеханический способ позволяет получить по наклонному снимку тоже графическое изображение, соответствующее горизон­тальному снимку, но для решения этой задачи предназначен не оптический проектор, а прибор механического типа, например перспектограф Н. М. Алексапольского.

В настоящее время наиболее широкое применение имеют ана­литический и фотомеханический способы. Аналитический исполь­зуется при построении фототриангуляционных сетей при помощи электронных вычислительных машин, а фотомеханический — для составления фотопланов. В некоторых случаях снимки трансфор­мируют не по абсолютным элементам внешнего ориентирования, а по условным, отнесенным к наклонной плоскости, принятой за начальную. В этих случаях и трансформированные снимки не го­ризонтальны, а параллельны начальной плоскости.

На горизонтальном или трансформированном снимке нет сме­щений, вызванных наклоном снимка, но остаются смещения, обус­ловленные рельефом местности. Если местность равнинная, то эти смещения малы и ими можно пренебречь. В холмистой местности и особенно в горной смещения за рельеф значительны. Чтобы умень­шить эти смещения до величин, допустимых при составлении карты, снимки холмистых районов трансформируют по частям (по зонам), а снимки горных районов — путем проектирования их через щель. При этом расстояние от объектива трансформатора до экрана изменяется для каждой зоны или для каждого положения щели в соответствии с рельефом местности.

Щелевой способ трансформирования снимка использует инфор­мацию о рельефе местности, полученную в результате создания по стереопаре модели земной поверхности.

Снимки можно трансформировать по установочным элементам или по опорным точкам.

Трансформирование снимков по установочным элементам. Оно заключается в следующем. По элементам внутреннего и внешнего ориентирования снимков вычисляют установочные элементы. При этом учитывают принятую в данном фототрансформаторе систему элементов трансформирования. Затем закладывают негатив в кассету прибора и устанавли­вают по шкалам вычисленные элементы, учитывая места нулей шкал. В результате такой установки и освещения негатива на эк­ране получается трансформированное изображение, которое фик­сируется фотографически.

Точность трансформирования снимков по установочным элемен­там зависит главным образом от точности определения элементов внешнего ориентирования снимков. Во время аэрофотосъемки эти элементы определяются пока с недостаточной точностью. С большей точностью они могут быть получены в результате аналитической пространственной фототриангуляции.

Трансформирование снимков по установочным элементам тре­бует более тщательной юстировки прибора, чем трансформирование по опорным точкам. Погрешности автоматической установки эле­ментов инверсорами могут не нарушить резкости изображения на экране, но вызвать значительные искажения трансформированного изображения.

В настоящее время широко применяется трансформирование снимков по опорным точкам.

Трансформирование снимков по опорным точкам. Трансформиро­вание снимка можно выполнять, не зная его элементов внешнего ориентирования, если известны координаты не менее четырех кон­турных точек местности, изобразившихся на данном снимке. Та­кие точки, называемые опорными или трансформа­ционными, определяют в поле в результате геодезических работ или в камеральных условиях путем фотограмметрического сгущения геодезической сети. В отдельных случаях координаты опорных точек находят по карте.

Процесс трансформирования плановых снимков по опорным точкам заключается в следующем. Опорные точки на негативе про­калывают иглой, а ориентирующие точки на планшете зачерняют острием карандаша и обводят кружками. Негатив закладывают в кассету и центрируют его по координатным меткам. Кассету уста­навливают на каретку снимка, а планшет — на экран. Экран при­водят приблизительно в горизонтальное положение и устанавли­вают отсчеты по шкалам децентраций, равные нуль-пунктам этих шкал. Затем совмещают изображения опорных точек на планшете с соответствующими ориентирующими точками.

Контролем решения задачи ориентирования снимка являются остаточные расхождения в геодезических коор­динатах опорных точек. Эти расхождения в плановых координатах не должны превышать 0,2 мм в масштабе создаваемого плана, а по высоте не превышать 0,2 сечения рельефа. Недопустимые расхож­дения на опорных точках возникают из-за их неправильной иден­тификации на экране монитора, ошибок создания файла геодези­ческих координат и файла элементов внутреннего ориентирова­ния, а также возможных ошибок определения приближенных зна­чений элементов внешнего ориентирования. При избыточном числе опорных точек можно не искать возникшую ошибку, а ис­ключить из процесса обработки опорные точки с недопустимыми расхождениями. Оставшиеся опорные точки должны удовлетво­рять необходимым требованиям для решения задачи ориентирова­ния снимка или его фрагмента.

При допустимых расхождениях на опоре переходят к решению прямой фотограмметрической засечки для всех точек векторизо­ванного изображения.

Сведения о рельефе, необходимые при решении прямой фото­грамметрической засечки по одиночному снимку, могут быть по­лучены из цифровой модели рельефа, которую предварительно импортируют из других программ. В случае равнинной местности рельеф представляется либо горизонтальной плоскостью, высота которой равна среднему арифметическому из высот опорных точек, либо наклонной плос­костью, наименее удаленной по высоте от опорных точек. Уравне­ния плоскостей вычисляются по опоре автоматически.

С геометрической точки зрения трансформированный снимок не отличается от плана, если местность представляет собой гори­зонтальную плоскость. В случае когда местность холмистая или горная, на трансформированном снимке возникают смещения точек, обусловлен­ные влиянием рельефа. Если превышения точек местности малы, то смещения за рельеф не выхо­дят за пределы ошибок графических по­строений. В горной местности эти сме­щения достигают значительных величин. Влияние рельефа местности можно уменьшить, если трансформировать снимки по зонам. Зоной называется часть трансфор­мированного снимка, в пределах кото­рой смещения за рельеф не превышают заданной величины.

При монтаже фотоплана используется только та зона, по кото­рой он трансформировался.

Часто ориентирующие точки определяют не для каждой зоны, а для одной, например для средней, которая принимается за на­чальную. В этом случае другие зоны снимка трансформируются при помощи какого-либо его отрезка, например соединяющего ко­ординатные метки снимка.

Трансформирование по зонам применяется, когда число зон не превышает трех, так как этот способ весьма осложняет монтаж фото­плана. При большем числе зон используют оптический способ трансформирования или фототрансформирование с применением макета обратного рельефа местности. Но более производительным и точным является щелевое трансформирование. Оно успешно применяется при составлении фотопланов холмистых и горных районов.

Полученные трансформированные снимки или их увеличен­ные фрагменты объединяются в общее электронное изображение (сшиваются). По линиям их соединения могут возникать расхож­дения в плановом положении одних и тех же контуров. Расхожде­ния считаются допустимыми, если они не превышают 1 мм в мас­штабе создаваемого плана. В этом случае необходимо выполнять сводку контуров по границам объединяемых изображений анало­гично процедуре сводки по планшетам при геодезической съемке.

Главной причиной возникновения расхождений контуров яв­ляется рельеф, а точнее — создаваемые и используемые при реше­нии прямой фотограмметрической засечки модели рельефа. Пла­новые координаты одной и той же точки контура, лежащей на ли­нии объединения двух трансформированных изображений, вы­числяются с использованием высот, полученных из моделей рельефа соответственно для первого и второго снимков. Если их высоты не равны, то в этом случае вычисленные координаты точки контура на первом и втором снимках также будут разли­чаться. Различия в координатах будут тем больше, чем больше раз­ница между высотами, полученными из двух моделей, и чем даль­ше точка контура находится от точек надира трансформирован­ных снимков. Для уменьшения работ по сводке объединенных изображений линию сшивки целесообразно выбирать по возмож­ности вдоль линейных объектов (дорог, рек, улиц в населенных пунктах и т. п.).

В результате объединения получают единое трансформирован­ное электронное изображение на всю картографируемую террито­рию или ее часть.

Результатом цифровой стереофотограмметрической обработки снимков являеться создание ортофотопланов, которые изготовляют на цифровых фотограмметрических рабочих станциях и персональных компьютерах, обеспеченных специализированны­ми программами. Одновременно можно обрабатывать несколько блоков, состоящих из сотен снимков.

Вводят изображение с помощью высокоточных фотограммет­рических сканеров. В процессе сканирования предусмотрена возможность улучшения фотографических качеств исходного изобра­жения (увеличения или уменьшения коэффициента контрастнос­ти, проработка в тенях и светлых участках и т. п.). В современных сканерах в автоматическом режиме может быть выполнено скани­рование до 500 снимков.

После ввода изображений осуществляется внутреннее ориенти­рование снимков путем введения параметров аэрофотоаппарата.

Далее следует выполнение фототриангуляции, в процессе кото­рой каждая стереопара обеспечивается опорными точками или определяются эле­менты внешнего ориентирования для всех снимков, включенных в обработку. Особенностью обработки сним­ков является то, что для всех точек, включенных в обработку, не­обходимо измерять координаты на перекрывающихся снимках, т. е. для каждой измеряемой точки необходимо найти соответ­ствующую точку на соседнем снимке. В современных программах стереофотограмметрической обработки снимков процесс иденти­фикации соответственных точек автоматизирован. Как правило, оператор один раз вручную отождествляет две соответственные точки. При этом координаты этих точек на левом и правом снимках определяются автоматически. Разность абсцисс можно принять за средний продольный параллакс точек стерео­пары, а разность ординат — за средний поперечный параллакс тех же точек. В дальнейшем оператор курсором отмечает измеряе­мые точки лишь на левом снимке стереопары. Для них автомати­чески определяются координаты на левом снимке и вычис­ляются приближенные координаты соответственных точек на правом снимке. Далее работает программа сравнения цифровых изображений левого и правого снимков вблизи соответственных точек. Точность идентификации опре­деляется коэффициентом корреляции: чем больше коэффициент корреляции, тем выше надежность идентификации.

После выполнения фототриангуляции создается цифровая модель рельефа. В цифровых фотограмметрических рабочих станциях как регулярные, так и структурные цифровые модели рельефа строятся автоматически.

Густота сетки пикетов для построения цифровой модели рельефа задается оператором в зависимости от сложности и высоты сечения рельефа. Построение модели сопровождается автоматичес­ким проведением горизонталей. Однако полностью автоматизиро­вать построение цифровой модели рельефа на существующих цифровых фотограмметрических рабочих станциях невозможно. Неиз­бежны ошибки при проведении горизонталей по лесным масси­вам, через реки, по застроенным территориям и т. п. В подобных случаях оператор корректирует построение цифровой модели ре­льефа при ее стереоскопическом наблюдении на экране монитора. Для этого в цифровых станциях предусмотрены режим выведения пары снимков на экран монитора и возможность получения сте­реоэффекта с помощью специальных очков. Одиночные цифровые модели рельефа, построенные по стереопарам, объединяются в единую цифровую модель рельефа на всю картографируемую территорию. Фрагмен­ты единой цифровой модели рельефа используются при ортофототрансформировании снимков.

При ортофототрансформировании выполняется трансформи­рование каждого пикселя или площадки, состоящей из несколь­ких смежных пикселей. Каждому элементу трансформирования (пикселю или площадке) ставится в соответствие определенная высотная координата, полученная из цифровой модели рельефа. При таком трансфор­мировании наиболее полно учитывается влияние рельефа местно­сти. В результате ортофототрансформирования получают одиноч­ные ортофотоснимки, которые затем сшивают в единое изображе­ние. Объединение ортофотоснимков подобно аналогичному про­цессу сшивки векторных изображений.

Далее по материалам дешифрирования каждому выделенному контуру присваивают условные знаки. После этого в автоматичес­ком режиме выполняется разделение единого плана на планшеты в соответствии с государственной разграфкой, принятой для дан­ного масштаба.

Редактирование электронного плана предусматривает в основ­ном устранение погрешностей ввода изображения.

Перенос результатов дешифрирования заключается в следую­щем. Используя дешифрированные увеличенные фрагменты снимков, материалы полевого обследования (декларации, поле­вые журналы) и иную информацию, оператор присваивает каж­дому контуру электронного плана семантическую характеристи­ку. Для этого оператор из программного классификатора вызы­вает обозначение определенного класса объектов, устанавливает курсор на дешифрируемый контур и нажатием кнопки мыши за­вершает операцию. Классифицированный контур окрашивается в соответствующий цвет или заполняется условным знаком. Классифицированный контур окрашивается в соответствующий цвет или заполняется условным знаком. Вы­полнив подобную операцию с каждым контуром, составляют эк­спликацию земель в границах поселения. Сумма площадей земель по классам и площадь поселения в его границах должны быть равны.