Исследование и разработка технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок

Хлебникова, Татьяна Александровна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Исследование и разработка технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок
ВАК РФ 25.00.34, Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия

Автореферат диссертации по теме "Исследование и разработка технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок"

005015748

Хлебникова Татьяна Александровна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРЕХМЕРНЫХ ВИДЕОСЦЕН ПО МАТЕРИАЛАМ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОК

25.00.34 - «Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия»

Автореферат 1 м А Р

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск 2011

005015748

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Сибирская государственная геодезиче екая академия».

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Журкин Игорь Георгиевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Трубина Людмила Константиновна;

доктор технических наук, профессор Чекалин Владимир Федорович;

доктор технических наук Черний Александр Николаевич.

Ведущая организация - ФГУП Уральский региональный инфор-

мационно-аналитический центр «Урал-геоинформ» (г. Екатеринбург).

Защита состоится 22 марта 2012 г. в 13-00 час. на заседании диссертаг онного совета Д 212.251.02 при ФГБОУ ВПО «Сибирская государственная г дезическая академия» (СГГА) по адресу: 630108, Новосибирск, ул. Плахотно 10, ауд. 403.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «СГГ" Автореферат разослан 20 февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Середович В.А.

Изд. лиц. ЛР № 020461 от 04.03.1997. Подписано в печать 23.12.2011. Формат 60 х 84 1/16. Печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 6., Редакционно-издательский отдел СГГА 630108, Новосибирск, Плахотного, 10. Отпечатано в картопечатной лаборатории СГГА 630108, Новосибирск, Плахотного, 8

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В последние годы во многих отраслях народного хозяйства потребность в информации о местности уже не удовлетворяется использованием только топографических карт в аналоговом и цифровом видах. Недостаточная информативность карты, необходимость умения читать карту работниками различных ведомств затрудняют ее использование, а в ряде специальных приложений существенно ограничивают ее применение.

Для решения ряда инженерных задач, включающих автоматизированный анализ состояния территории, особенно в районах интенсивного строительства, требуется детальная информация о пространственном положении, высотах объектов территории в цифровой форме.

Появились новые цифровые геопространственные продукты, получившие название ЗБ-моделей, трехмерных сцен, которые представляют собой трехмерные пространственные модели реальных объектов территории. Получению и использованию таких новых видов цифровой продукции способствовали достижения трехмерной машинной графики при пространственном моделировании местности в геоинформационных технологиях. Сравнивая периоды существования и использования карт и планов в аналоговом и цифровом видах и ЗБ-продуктов, последние' правомерно определять как новые. Однако, с начала появления, развития и использования их прошло более двух десятков лет. Поэтому под определением «новые» подразумевается «актуальные», «современные».

Перечень ЗБ-продуктов постепенно расширяется. В настоящее время наиболее востребованы визуальные цифровые модели городов. Во многих крупных городах мира трехмерная пространственная информация используется при решении таких задач, как городское планирование, управление транспортом, защита от шума и др.

В Российской Федерации трехмерные цифровые модели начинают использоваться в различных сферах деятельности. Подтверждением тому служит появление цифровых ЗВ-моделей российских городов, регулярно выставляемых

на сайтах в сети Internet, а также публикации на эту тему. Трехмерные модели дают наглядное представление о территории и способствуют наилучшему решению различных задач с учетом особенностей и деталей конкретного ее участка.

Во многих случаях для правильной оценки выбранного варианта решения поставленной задачи и достигнутых результатов необходимо иметь достоверную информацию не только о пространственном положении и высоте объектов, получаемых путем выделения точек этих объектов на трехмерной модели, но и о точности этих данных. Информацию такого рода могут обеспечить материалы аэрофотосъемки и космической съемки высокого разрешения. Аэрофотосъемка, несмотря на быстрое развитие методов дистанционного зондирования Земли, остается одним из основных способов создания и обновления крупномасштабных карт и планов.

Степень разработанности проблемы. Зарубежными компаниями создаются трехмерные модели многих городов. В России в организациях различных ведомств выполняются практические работы по созданию ЗБ-моделей. В большинстве случаев, в качестве исходных данных для получения информации об объектах используются космические снимки высокого разрешения, топографические карты, планы (цифровые или аналоговые), а для создания цифровых моделей рельефа - информация о рельефе с цифровых или аналоговых карт (планов). Перспективными являются технологии создания трехмерных сцен по результатам обработки данных лазерного сканирования.

На территории многих городов имеются топографические планы (цифровые, аналоговые), созданные и обновляемые по материалам аэрофотосъемки средствами известных фотограмметрических технологий, разработанных в Федеральной службе государственной регистрации, кадастра и картографии (РОСРЕЕСТР) (ранее РОСКАРТОГРАФИЯ). Такая цифровая или аналоговая продукция в большинстве случаев сертифицирована и может служить основой для формирования цифровых моделей рельефа и объектов - исходных данных для последующего получения трехмерных сцен.

В настоящее время в производственных подразделениях РОСРЕЕСТР, а также иных организациях для обработки материалов аэрокосмических съемок используются цифровые фотограмметрические системы (ЦФС) зарубежного и отечественного производства. Эти системы служат и для сбора трехмерной цифровой информации о территории для последующей передачи ее в геоинформационные системы (ГИС), обладающие возможностями работать с трехмерными видеосценами (ЗБ ГИС). В последние годы в некоторых ЦФС реализован автоматизированный инструментарий стереоскопического сбора векторной информации для построения трехмерных сцен. Однако в настоящее время нет отработанной стандартизованной технологии, позволяющей осуществлять этот процесс. Вопросы, связанные с требованиями к исходным данным, правилами сбора, передачей данных для получения трехмерных сцен, не решены. Вопросы оценки точности трехмерных видеосцен практически не отражены в литературе. Поэтому решение данной проблемы является актуальным.

Это определяет актуальность постановки и решения научной проблемы развития и совершенствования трехмерного пространственного моделирования территорий - получения и исследования нового цифрового геопространственного вида продукции - измерительной трехмерной видеосцены.

Цель исследования - методическое и технологическое обоснование, разработка, исследование и внедрение технологии построения измерительных трехмерных видеосцен, которые обеспечат расширение области использования их в части проведения анализа данных для решения задач экологического мониторинга, городского планирования, управления территориями.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были реализованы следующие задачи:

а) развитие существующей концепции трехмерного пространственного моделирования территорий на основе интеграции данных, получаемых современными цифровыми фотограмметрическими системами и геоинформационными системами, обладающими возможностями работать с трехмерными видеосценами, для создания современного цифрового геопространственного вида продукции - измерительной трехмерной видеосцены:

- обоснование содержания измерительной трехмерной видеосцены;

- определение принципов и методов создания измерительной трехмерной видеосцены;

б) разработка решений по оптимизации технологических этапов, связанных с подготовкой разных типов информации для формирования измерительной трехмерной видеосцены на основе:

- обоснования выбора материалов аэрокосмических съемок и типовых требований к ним как исходным для создания цифровых моделей местности (ЦММ) - источникам получения измерительных трехмерных видеосцен;

- обоснования выбора технических и программных средств формирования эффективной технологии;

в) разработка технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по данным ЦММ, полученным по материалам аэрокосмических съемок;

г) разработка критериев оценки точности полученных измерительных трехмерных видеосцен на основе:

- разработки теоретических зависимостей (формул) для оценки ожидаемой точности определения координат и высот точек измерительной трехмерной видеосцены, полученной по материалам аэрофотосъемки;

- исследований по анализу достоверности вероятных ошибок координат точек ЦММ, полученных при уравнивании фототриангуляционной сети;

д) разработка методики оценки эффективности технологии создания измерительных трехмерных видеосцен;

е) экспериментальные исследования по оценке точности измерительных трехмерных видеосцен и выдача рекомендаций по подготовке информации для формирования измерительной трехмерной видеосцены.

Объект и предмет исследования. Объектом настоящих исследований являются существующие методы и средства создания и использования трехмерных цифровых моделей территории, б

Предметом исследования служат методологические и технологические основы разработки технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок.

Методологической базой исследования являются способы цифровой обработки изображений, аналитической и цифровой фотограмметрии, математической статистики.

Теоретическая база исследования - современные дистанционные способы получения трехмерной пространственной информации об объектах территории.

Эмпирическая база исследования. Цифровые фотограмметрические системы для обработки материалов аэрокосмических съемок; программные и технические средства Г'ИС, работающие с трехмерными сценами. Материалы аэрофотосъемки, материалы планово-высотной подготовки снимков, нормативно-технические документы (НТД), регламентирующие топографо-геодезические и фотограмметрические работы; методы эмпирического исследования - измерительные операции на цифровых системах, обеспечивающих обработку пространственных данных.

На защиту выносятся:

а) методология трехмерного пространственного моделирования территорий на основе интеграции данных, получаемых современными цифровыми фотограмметрическими системами и геоинформационными системами, обладающими возможностями работать с трехмерными видеосценами, для создания современного цифрового геопространственного вида продукции - измерительной трехмерной видеосцены;

б) технологические решения, обеспечивающие создание измерительных трехмерных видеосцен с учетом заданных метрических требований к исходным данным и конечному продукту - измерительной трехмерной видеосцене;

в) теоретическое и методическое обоснование оценки точности измерительных трехмерных видеосцен, полученных по материалам аэрофотосъемки с использованием высокоточных цифровых фотограмметрических систем и картографических ГИС с функциями ЗБ-моделирования;

г) теоретическое обоснование и результаты исследований оценки эффективности производственной технологии получения измерительных трехмерных видеосцен.

Научная новизна результатов исследования заключается в следующем:

- разработаны технологические и методологические основы технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по данным ЦММ, сформированным по материалам аэрокосмических съемок; технология обеспечит создание измерительных трехмерных видеосцен с учетом заданных метрических требований;

- разработаны критерии оценки точности измерительных трехмерных видеосцен;

- впервые выполнены исследования и получены результаты по оценке точности измерительных трехмерных видеосцен, созданных по материалам аэрофотосъемки с использованием высокоточных цифровых фотограмметрических систем и картографических ГИС с функциями ЗБ-моделирования.

Научная и практическая значимость работы'.

- предложена технология построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок, которая обеспечивает получение количественной информации об объектах территории (координаты и высоты для каждой точки) с учетом заданной точности;

- разработаны рекомендации по оптимизации технологических решений подготовки информации разных типов для формирования измерительных трехмерных видеосцен; рекомендации могут служить основой при разработке НТД по созданию нового цифрового геопространственного вида продукции - измерительной трехмерной видеосцены;

- предложена методика оценивания эффективности технологии создания измерительных трехмерных видеосцен, которая позволяет определять эффективность использования конкретных ЦФС и ЗВ ГИС для построения измерительной трехмерной видеосцены, а также сравнить ЗБ ГИС между собой.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Тематика диссертации соответствует пунктам: 2 - «Разработка и исследование технических средств и технологий, фиксирующих в виде изображений различные элементы объектов исследований» и 3 - «Теория, технология и технические средства сгущения по аэрокосмическим снимкам геодезических сетей, создания и обновления топографических, землеустроительных, экологических, кадастровых и иных карт и планов» паспорта научной специальности 25.00.34 - «Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия».

Апробация и реализация результатов исследования. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и научных конгрессах: Межрегиональная научно-техническая конференция «Современные проблемы информационного пространства Уральского региона», Екатеринбург, 2002 г.; Международная научно-техническая конференция, посвященная 225-летию МИИГАиК, Москва, 2004 г.; научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2005», Новосибирск, 2005 г.; Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2006», Новосибирск, 2006 г.; XXIII International Cartographic Conference, Moscow, 2007 г.; Ill Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2007» Новосибирск, 2007 г.; IV Международная выставка и научный конгресс «ПЮ-Сибирь-2008», Новосибирск, 2008 г.; XII Международная научно-практическая конференция «Методы дистанционного зондирования и ГИС-технологии для оценки состояния окружающей среды, инвентаризации земель и объектов недвижимости», GEOINFOCAD-EUROPE 2008, Италия, 2008 г.; V Международная выставка и научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2009», Новосибирск, 2009 г.; Международная научно-техническая конференция «Геодезия, картография и кадастр - XXI век», Москва, 2009 г.; VI Международная выставка и научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2010», Новосибирск, 2010 г.; VII Международная выставка и научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2011», Новосибирск, 2011 г.

Результаты исследований внедрены в виде технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок с использованием ГИС с функциями ЗО-моделирования и исследований по оценке

точности измерительных трехмерных видеосцен в организациях РОСРЕЕСТР: ФГУП Центр «Сибгеоинформ», ФГУП Центр «Уралгеоинформ», ФГУП «ПО Инжгеодезия», а также в учебном процессе СГГА, о чем свидетельствуют акты о внедрении.

Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной программы «Развитие вузовского потенциала высшей школы России на 2009-2012 гг.» по плану НИР ФГБОУ ВПО «СГГА»:

- «Исследование и разработка теоретических основ и методов отображения объектов природной среды в экологических ГИС» (номер государственной регистрации 012009.54348, 2011 г.);

- «Технология построения и исследования измерительных трехмерных видеосцен по данным ЦММ» (тема 6.30.307; научное направление 12: Цифровая фотограмметрическая обработка аэрокосмических снимков для мониторинга территорий. 36.29;89.57).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 22 научных трудах, из них 11 статей - в изданиях, входящих в Перечень изданий, определенных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура диссертации. Общий объем составляет 251 страницу печатного текста, включает введение, заключение, шесть разделов, 18 таблиц, 29 рисунков, 9 приложений, список использованных источников из 162 наименований.

Диссертация и автореферат диссертации оформлены в соответствии с СТО СГГА 012-2011.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ :

Во введении обоснована актуальность темы исследования, показана степень разработанности проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, объект и предмет исследования, научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации и реализации результатов работы, ее структура, а также научные положения, выносимые на защиту.

Первый раздел «Современные способы создания пространственной информации о местности» посвящен анализу современных способов получения пространственной информации о местности. Приводится историческая справка о развитии способов получения пространственного представления о местности, начиная от графического способа построения перспективных изображений объектов местности и преобразования их в план до получения информации о пространственных характеристиках объектов местности средствами наблюдения и измерения стереомодели местности, построенной по двум перекрывающимся фотоснимкам.

Большой вклад в развитие способов фотограмметрической обработки материалов различных видов фотосъемки внесли известные отечественные ученые: Скиридов А. С., Урмаев Н. А., Лобанов А. Н., Бобир Н. Я., Дробышев Ф. В., Коншин М. Д., Дубиновский В. Б., Антипов И. Т., Лысенко Ф. Ф., Журкин И. Г., Гук А. П. и др.

Аналитические способы обработки аэрофотоснимков в СССР (преемник -Россия) получили свое развитие с конца 50-х гг. прошлого века. В последние годы определяющее направление получила цифровая фотограмметрия. Внедрение цифровых технологий в фотограмметрию рассматривается не только как очередной этап ее развития, но и как единственный способ адаптации к глобальной информационной инфраструктуре и, следовательно, сохранения ее в современном мире как актуальной научной дисциплины. Быстрое совершенствование вычислительных средств обеспечило развитие методов математического моделирования объектов и их визуализацию на экране компьютера. В результате к началу 1960-х гг. возникло новое направление - машинная графика - наука о математическом моделировании геометрических форм и облика объектов, а также методов их визуализации.

В 1980-е гг., благодаря увеличению мощности и расширению возможностей вычислительных средств, разрабатываются принципы и методы формирования реалистических изображений. В 90-е гг. прошлого века активно развиваются методы математического моделирования, программное обеспечение рас-

тровой графики, расширяется применение машинной графики - создание реалистических изображений трехмерных объектов.

В настоящее время создаются и совершенствуются новые виды цифровой продукции с информацией о местности - трехмерные цифровые модели. По сравнению с цифровыми картами визуализация и работа с трехмерными цифровыми моделями требуют больших вычислительных ресурсов, более развитых аналитических средств, более сложных алгоритмов. Это сдерживает применение цифровых моделей как основного информационного продукта ГИС. Обработка и использование такого вида информации возможны только с помощью мощного программного обеспечения (ПО), например Erdas Imagine (ERDAS).

Трехмерные модели позволяют решать многие задачи для управленческих структур, представлять информацию о характеристиках объекта недвижимости, обстановке и инфраструктуре окружающей местности, планировке домов как на неосвоенной, так и на застроенной территории. Для этого на экране монитора воспроизводится изображение поверхности территории и объектов на ней в перспективной проекции (псевдопространственная картина), т. е. так, как видел бы ее наблюдатель из произвольной точки пространства (с высоты «птичьего полета», окна или крыши дома, непосредственно с точки земной поверхности). На рисунке 1 приведен пример трехмерной сцены, построенной по материалам аэрофотосъемки.

Прогнозируется, что такое представление территории в будущем станет преобладающим для большого круга пользователей, а создание таких моделей будет одной из главных задач картографического производства. Трехмерному моделированию посвящено много работ зарубежных ученых (Фоли Дж., Прэтт У., Leberl F., Gruber W., Олейник С. В. и др.). По этой тематике работают и отечественные ученые (Фук Д. Ф., Сафин Р. Г., Нехин С. С., Аврутин В. Д., Гречи-щев А. В., Филатов В. Н., Присяжнюк С. П., Мусин О. Р., Ковин Р. В., Марков Н. Г. и др.). Вопросам трехмерного моделирования большое внимание уделялось на последних конгрессах Международного общества фотограмметрии и дистанционного зондирования (МОФДЗ).

Рисунок 1 — Отображение трехмерной видеосцены

На основе базовых понятий, приведенных в известных словарях по геоин-, форматике и картографии (видеоизображение, данные, пространственные данные, геопространственные данные, местность, территория), автором сформулировано определение цифрового геопространственного вида продукции. Согласно этому определению, трехмерная измерительная видеосцена - это трехмерная цифровая модель участка территории (ЗБ ЦМТ), включающая в себя цифровую модель рельефа и модели других объектов, расположенных в границах рассматриваемой территории, предназначенная для визуализации в статическом

■ или динамическом режимах и расчетно-измерительных операций с использова-! нием специальных программных средств геоинформационных систем. \ Автором отмечается, что определение «измерительная» применительно

к трехмерной видеосцене означает возможность использования ее для решения | измерительных задач по координатам и высотам точек с учетом заданных мет-

I [

рических требований. Процесс «измерения» сводится к совмещению курсора на экране ПЭВМ с выбранной точкой трехмерной видеосцены. При этом происхо- I

дит не измерение координат точки, а считывание значений X, У, Ъ из базы данных. Здесь и далее термин «измерение» следует воспринимать с учетом этого

пояснения,

Исходными данными для построения 30 ЦМТ средствами ЗВ ГИС служат растровые изображения земной поверхности, цифровые модели местности, включающие в себя цифровую модель рельефа (ЦМР) и трехмерную цифровую модель объектов местности (ЦМО).

Термины ЦММ и ЦМО, введенные более трех десятилетий назад, включали в свой состав в основном топографические объекты. В настоящее время эти термины считаются устоявшимися, однако перечень объектов более широк и содержит не только топографические объекты, но и процессы, явления природы (облачность, туман, снежный покров), объекты виртуальные (граница), транспорт, подписи, расположенные в границах рассматриваемой территории.

В первом разделе рассмотрены виды моделей в зависимости от имеющихся исходных ЦММ, требований к составу, условий наблюдения (обзора).

Приводится перечень источников информации для создания ЦММ, которые используются для получения ЗБ ЦМТ. В результате выполненного анализа информационных источников показано, что существующие в настоящее время технологии создания трехмерных видеосцен можно условно разделить на два вида:

а) построение трехмерных видеосцен осуществляется средствами ЗБ ГИС по исходным ЦМР и ЦМО, которые получены различными средствами сбора и обработки картографических материалов, материалов космических съемок, данных, полученных средствами лазерно-локационных методов и др. При этом необходимо конвертировать цифровые модели в среду ЗБ ГИС;

б) трехмерные видеосцены строят в едином программном комплексе - от обработки исходных материалов до получения готового продукта.

Во втором разделе «Концепция формирования измерительных трехмерных видеосцен по данным ЦММ и материалам аэрокосмических и наземных съемок» рассмотрены основные источники информации для сбора пространственных данных с целью формирования 30 ЦМТ. Приведена классификация данных дистанционного зондирования, материалы обработки которых могут служить источниками получения трехмерных сцен.

Для создания трехмерных видеосцен, кроме материалов аэрокосмических съемок, необходимы и другие источники - результаты наземных измерений, 14

архивные материалы, обработка которых осуществляется средствами других технологий. Обобщенная технологическая схема построения измерительных трехмерных видеосцен по различным данным представлена на рисунке 2. Отсюда вытекает задача разработки комплексной технологии построения измерительных трехмерных видеосцен на основе интеграции данных, получаемых современными цифровыми фотограмметрическими и геоинформационными системами, обладающими возможностями работать с трехмерными видеосценами.

! Источники данных

Дистанционные методы .

Космическая съемка Аэрофотосъемка Лазерная локация

Наземные измерения

Наземная полевая съемка Лазерная локация Фотографии фасадов строений

Архивные материалы

Цифровые карты и планы Библиотеки трехмерных условных знаков Дополнительная семантическая информация

Фотограмметрические технологии

Обработка данных

Нефотограмметрические технологии обработки наземных съемок

Технологии обработки архивных карт

ЦММ, ЦМР, ЦМО, ортофотопланы, фототекстуры, спецэффекты

Интеграция данных, обработка в ЗО ГИС

зоцмт

База данных ЗОЦМТ

Рисунок 2 - Обобщенная технологическая схема

В этой связи предложено развитие существующей концепции трехмерного пространственного моделирования территорий на основе интеграции данных, получаемых современными цифровыми системами, обеспечивающими обработку пространственной информации. Теоретическое обоснование развития концепции базируется:

а) на определении понятия и состава нового цифрового геопространственного вида продукции - измерительной трехмерной видеосцены;

б) на обосновании методологии, обеспечивающей оптимизацию технологических процессов, связанных с подготовкой информации разных типов для формирования измерительных трехмерных видеосцен, в том числе по стандартизации требований к материалам аэрокосмических съемок - источникам построения измерительных трехмерных видеосцен; правилам сбора цифровой информации для формирования цифровых моделей местности на ЦФС с учетом специфики дальнейшего получения измерительных трехмерных видеосцен; выбору технических и программных средств формирования эффективной технологии;

в) на разработке комплексной технологической схемы;

г) на разработке методики оценки точности измерительных трехмерных видеосцен.

Известно, что для представления объектов в ЦММ используют следующие модели пространственных данных: векторную топологическую, векторную нетопологическую, растровую модели, включающие векторные и растровые данные. С учетом того, что ЦММ будут использованы для создания измерительных трехмерных видеосцен, по которым предполагается осуществлять решение аналитических задач, предпочтительной является векторная топологическая модель с трехмерным представлением данных.

Приведены определение, содержание ЦМР и наиболее распространенные способы цифрового представления рельефа в виде: векторных линий (горизонталей или иных изолиний с равным или неравным шагом); регулярной матрицы высот земной поверхности (представление в виде регулярной сетки квадратов, прямоугольников или треугольников, когда в ее узлах заданы значения высоты); нерегулярной триангуляционной сети, так называемой TIN-модели (TIN -16

Triangulated irregufar Network), включающей некоторую совокупность точек с высотами, по которым проведена триангуляция с учетом линий разрыва непрерывности.

Приводится анализ схем (моделей) подготовки и организации исходных данных для создания ЦМР.

Создание ЦМО требует наличия, как минимум, двух компонент: данных об объемной форме объекта и текстуре объекта. Цифровая информация об объемной (геометрической форме) объекта не требует специального моделирования, за исключением операций геометрического преобразования (ортогонализация, разрежение, сглаживание). Текстура необходима для графического отображения реалистического вида трехмерного объекта.

Результаты аналитического обзора программных и технических средств для создания цифровых моделей местности по материалам аэрокосмических съемок показали, что в настоящее время в производственных подразделениях РОСРЕЕСТР, а также иных организациях для сбора трехмерной цифровой информации о территориях используются ЦФС зарубежного и отечественного производства. Наиболее известны и имеют свойства цифровой полнофункциональной системы следующие отечественные системы: ЦФС PHOTOMOD (г. Москва, компания Ракурс); ЦФС ЦНИИГАиК (Дельта) (г. Москва, ЦНИИГАиК, г. Винница ГНПП «Геосистема»); далее ЦФС ЦНИИГАиК; ЦФС-Талка (г. Москва, ООО НПФ «ТАЛКА-ТДВ»). Две первые из перечисленных систем были использованы для проведения диссертационных исследований.

Для создания трехмерных сцен рынок программно-технологических средств предлагает большой перечень программных пакетов. С точки зрения их оценки для цели построения измерительных трехмерных видеосцен существующие программные средства могут быть разделены на три типа:

- CAD-системы, предназначенные для черчения или проектирования (не для картографии), содержащие встроенные функции для визуализации трехмерных объектов;

- программы для'создания ЗВ-графики и видеоэффектов;

- картографические программы или ГИС с функциями ЗО-моделирования.

В литературе имеет место и более узкая классификация ПО: программы-моделлеры типа 3D Studio или Softimage, которые являются развитием математического обеспечения САПР; программы, использующие данные дистанционного зондирования и методы цифровой фотограмметрии.

На основе анализа ряда программных средств и литературных источников определены следующие требования к ПО, средствами которого будут создаваться измерительные трехмерные видеосцены:

а) построение трехмерной сцены, включающей модель рельефа и модели объектов с атрибутивной информацией по тематическим слоям;

б) визуализация трехмерной сцены и измерение координат и высот точек на поверхности рельефа и объектах территории с необходимой точностью;

в) «наложение» растрового изображения на трехмерную видеосцену;

г) текстурирование объектов;

д) хранение данных трехмерной видеосцены.

Исходя из поставленных требований к ПО, для разработки технологии построения измерительных трехмерных видеосцен и исследований приняты:

а) ГИС ArcGIS (ESRI) и ее приложение 3D Analyst, поскольку в ней имеется наиболее полный аппарат 3D визуализации и анализа поверхностей;

б) ERDAS IMAGINE - Virtual GIS, в которых объединены широкие возможности построения и анализа трехмерных сцен по данным дистанционного зондирования Земли;

в) отечественная программа трехмерного моделирования ГИС КАРТА 2011, входящая в состав ГИС Панорама, учитывая широкое распространение данной ГИС в топографо-геодезической отрасли России - РОСРЕЕСТР.

Определены следующие условия, при которых должны быть получены ЦММ, удовлетворяющие требованиям для дальнейшего создания измерительных трехмерных видеосцен:

а) ЦММ должна быть комбинированной, то есть включать цифровую модель рельефа и цифровую модель объектов территории, имеющих в том числе искусственное происхождение. ЦМР в зависимости от характера территории

должна быть представлена пикетами в виде: регулярной матрицы высот для территорий со сглаженным рельефом, нерегулярной триангуляционной сети для территорий с сильно выраженным рельефом.

В случае формирования регулярной матрицы высот величина шага сетки зависит от требуемого масштаба представления территории.

ЦМО формируется в виде совокупности цифровых данных об объемном отображении объектов местности, в которых информация о высотнсгй составляющей объектов должна быть представлена в виде абсолютных высот точек или относительного значения, отраженного в семантической информации объекта в качестве одной из характеристик.

Семантическая информация объектов также должна включать сведения о материале и других характеристиках, отражающих внешний вид объектов, что позволит в последующем при моделировании трехмерных сцен в 30 ГИС обеспечить более фотореалистичное отображение трехмерных объектов с использованием библиотек текстур;

б) параметры исходных материалов аэрокосмических съемок: масштаб аэрофотосъемки, разрешение космической съемки - должны обеспечивать создание ЦММ в масштабе не мельче 1:10 ООО;

в) текстура трехмерных видеосцен должна быть получена по материалам фасадных фотосъемок, аэрокосмических съемок;

г) точность ЦМР и ЦМО не может быть ниже заданной точности положения объектов, входящих в состав трехмерных видеосцен.

Отдельные виды объектов, наиболее важных с точки зрения потребителя цифровой модели или используемых им для привязки «своих» нетопографических объектов, могут отображаться с более высокой заданной точностью, чем основной перечень объектов;

д) в общем случае состав ЦММ (по содержанию) соответствует или близок к карте соответствующего масштаба. В зависимости от назначения трехмерной видеосцены нагрузка ее элементами содержания будет различной.

Рассмотрены следующие основные осложнения, возникающие при разработке предложенной технологии.

При создании ЦМР и ЦМО средствами фотограмметрических технологий для дальнейшего их использования в 30 ГИС возникает задача комплексного согласования на информационном уровне трехмерных моделей территории, создаваемых на ЦФС, и трехмерных моделей территории, построение которых осуществляется во внутренних структурах 30 ГИС на основе входных пространственных данных, получаемых экспортом из ЦФС. Решение этой задачи требует:

а) разработки дополнительных требований к подготовке информационного обеспечения:

1) к подготовке классификатора и его содержанию;

2) к правилам сбора цифровой информации о рельефе и объектах территории на ЦФС;

б) проверки степени идентичности цифровых моделей рельефа и объектов, полученных на ЦФС и в среде 30 ГИС, или, другими словами, определения точности построенной трехмерной видеосцены.

Создание ЦМР и ЦМО на ЦФС предусматривает обработку материалов аэрокосмических съемок посредством измерения координат точек стереоскопических моделей, созданных по стереопарам цифровых снимков. Особенностью такой обработки является выполнение измерений на дисплее, а не на фотограмметрическом изображении, как это было в оптико-механических или аналитических приборах. При этом измерительный процесс - стереоскопическое визирование на точки цифровых изображений - является дискретным, измерительная марка перемещается по экрану дисплея с шагом, равным пикселю экрана.

Исследование особенностей стереоскопических измерений на цифровых фотограмметрических приборах выполнялось и результаты освещены в работах Книжникова Ю. Ф., Гебгарта Я. И., Ниязгулова У. Д., Гельмана Р. Н.

Вопросы точности измерений координат точек трехмерных видеосцен практически не отражены в литературе. Причина этого, очевидно, в том, что массового, широкого использования трехмерные видеосцены пока не нашли.

На основании проведенных исследований в диссертации показано, что для выявления и учета источников погрешностей трехмерных видеосцен необходимо выполнить: 20

• анализ достоверности вероятных погрешностей координат и высот точек местности, полученных при уравнивании фототриангуляционной сети, с обоснованием необходимости учета их при оценке точности результатов сбора цифровой информации для формирования цифровых моделей местности на ЦФС;

- разработку формул для предрасчета ожидаемой точности координат и высот точек измерительной трехмерной видеосцены, полученной по материалам аэрофотосъемки.

Точное в геометрическом отношении отображение местности достигается только при одинаковых горизонтальном н вертикальном масштабах изображения. Однако для более наглядного изображения местности возможно допускать увеличение вертикального масштаба по отношению к горизонтальному. В НТД ГОСТ Р 52055-2003 «Геоинформационное картографирование. Пространствен- • ные модели местности. Общие требования» (М., 2003) даны значения ограниченного ряда коэффициентов для выбора вертикального масштаба при построении моделей местности с горизонтальным масштабом 1 : 50 000 и крупнее для трех типов рельефа местности. Следовательно, возникает задача исследования необходимости выявления и учета погрешностей, привносимых этой разно-масштабностью.

В третьем разделе «Технологическая схема построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок» представлена технологическая схема построения измерительных трехмерных видеосцен по данным ЦММ, полученным по материалам аэрокосмических съемок, рекомендации по оптимизации технологических решений подготовки информации для построения измерительных трехмерных видеосцен.

Практический опыт показал, что при работе только с одними трехмерными цифровыми моделями территории проявляются недостатки, ограничивающие их использование. Совместное, комплексное применение цифровых топографических карт, планов и трехмерных измерительных видеосцен позволяет по наиболее надежно опознаваемым объектам на трехмерной видеосцене опреде-

лять координаты и высоты точек интересующего объекта территории на цифровой карте с точностью, регламентированной для масштаба данной карты.

В связи с вышеизложенным, в предложенную технологию получения измерительных трехмерных сцен включены следующие этапы:

а) создание цифровых моделей' рельефа и объектов, цифровых карт (планов), ортофотокарт по материалам аэрофотосъемки, космической съемки высокого разрешения по известной технологической схеме;

б) создание модели рельефа территории и расположенных на ней объектов, согласование их средствами ЗП ГИС;

в) создание измерительной трехмерной видеосцены средствами ЗБ ГИС.

На современном топографо-геодезическом производстве создание и обновление цифровых топографических карт, планов (ЦТК, ДТП), ЦММ, цифровых ортофотопланов, специализированных планов осуществляется средствами фотограмметрических технологий. Эти технологии обеспечивают высокую информативность и точность определения плановых координат и высот точек местности по материалам аэрокосмических съемок, высокую степень автоматизации процессов за счет использования ЦФС.

На основании проведенных исследований показано, что процесс создания трехмерных сцен в ЗБ ГИС должен включать следующие основные этапы (рисунок 3): конвертация ЦМР и ЦМО в ЗВ ГИС, создание модели земной поверхности, создание трехмерных моделей объектов территории.

При разработке технологии принято, что в зависимости от решаемых задач масштабы трехмерных видеосцен территории должны соответствовать масштабному ряду топографических карт и планов. Было принято, что составляющие трехмерной видеосцены - ЦМР и ЦМО - по содержанию в общем случае соответствуют или близки к карте соответствующего масштаба, по точности отображения четких контуров - не ниже точности, регламентированной для карты соответствующего масштаба.

Рисунок 3 - Схема основных процессов создания измерительных трехмерных сцен

В современных условиях возникают задачи создания цифровой продукции нестандартных масштабов, отличных от масштабного ряда (цифровые карты газо- и нефтепроводов, дорожного движения). Заказчикам необходим расчет параметров технологии, обеспечивающей требуемую точность. В этой связи в диссертации рассмотрены и другие варианты критериев оценки исходных и итоговых материалов для обеспечения расчетов параметров технологии создания новой цифровой продукции нестандартных масштабов.

В производстве сбор информации на ЦФС осуществляется посредством измерения координат точек стереоскопических моделей, созданных по стереопарам цифровых снимков. В диссертации приводятся (по литературным источникам) результаты исследований особенностей стереоскопических измерений на ЦФС, которые обобщены в виде рекомендаций. Для предложенной технологии при выборе технических средств и определении задаваемых параметров приведены рекомендации, которые целесообразно учитывать при выборе способа формирования стереомодели, планировании методов измерения (традиционные визуальные и автоматизированные стереоскопические измерения), выборе типа и разрешения дисплея, размера пикселя цифрового изображения.

Технология создания ЦММ по материалам аэрофотосъемки, космической съёмки включает следующие этапы:

- разработка технического проекта создания ЦММ на объект территории;

- аэрофотосъемка, получение материалов космической съемки;

- подготовительные работы;

- планово-высотная подготовка аэрофотоснимков;

- стереофотограмметрическая обработка снимков на цифровых фотограмметрических системах;

- полевые работы по контролю и корректировке камерального дешифрирования и стереорисовки, досъемка неизобразившихся объектов и сбор сведений об объектах территории;

- формирование ЦМР и ЦМО в заданных форматах экспорта;

- экспорт ЦМР и ЦМО в выходные форматы.

Процесс сбора цифровой информации для ЦМР и ЦМО на ЦФС включает; подготовительные работы; построение стереомодели или ориентирование одиночных снимков; сбор цифровой информации о рельефе и объектах местности.

Подготовительные работы заключаются в согласовании исходных данных для единого проекта, подготовке информационного обеспечения (классификатор, библиотека условных знаков, правила сбора).

К классификатору и его содержанию рекомендуются следующие требования:

- в классификатор должны быть внесены дополнительные слои, обеспечивающие формирование объемного вида элементов конструкции сооружений, например, основание крыши, конек крыши, боковая сторона крыши, навес (коньки крыш и грани кровли необходимы для воссоздания трехмерной модели крыш сложной конфигурации);

- включение дополнительных характеристик, обеспечивающих передачу высоты объекта в виде абсолютного и (или) относительного значений;

- семантическая информация к объектам должна включать в себя в обязательном порядке сведения о материале, состоянии, отражающих внешний вид объекта.

В диссертации изложены рекомендуемые требования к составу характеристик типовых объектов, принадлежащих различным слоям. Так, например, для зданий, строений и их наземных элементов необходимо задавать абсолютную или относительную высоту, этажность, материал, характер огнестойкости; для элементов зданий, строений, находящихся над поверхностью Земли (навесы, перекрытия, галереи и т. п.), - высоту относительно поверхности Земли, абсолютную высоту, материал, функциональное назначение; для ограждений указываются высота ограждения, материал ограждения, если он не отражен в наименовании класса (слоя) объектов и т. д.

Построение фотограмметрической модели осуществляют либо по данным фотограмметрического сгущения, либо путем последовательного выполнения внутреннего, взаимного ориентирования снимков, внешнего ориентирования

фотограмметрической модели (по данным сплошной подготовки). После построения модели производят сбор информации о рельефе и/или объектах территории в последовательности, определяемой характером объекта работ.

Требования к правилам сбора цифровой информации о рельефе, с учетом специфики создания 30 ЦМТ, заключаются в следующем:

а) для равнинной и слабо всхолмленной открытой территории достаточно выполнять сбор пикетов для построения ЦМР по узлам сетки не плотнее, чем (20 х 20) м;

б) для городской территории сбор пикетов для построения ЦМР рекомендуется выполнять по узлам сетки с размером в пределах от (5 х 5) м до (1 х 1)м; '

в) для повышения точности ЗБ ЦМТ, получаемой по ЦМР как в виде горизонталей, так и виде узлов сетки, предлагается использовать дополнительные данные в виде высот точек, расположенных по периметру площадок строений после планировки рельефа. Такие точки находятся на углах строений или площадках, выровненных под строение, промплощадках.

Сбор цифровой информации об объектах предполагает сбор данных об объемной форме объекта в виде координат и высот точек границ с одновременным дешифрированием и кодированием объектов.'

В диссертации изложены требования к правилам сбора цифровой информации об объектах территории с учетом специфики создания ЗБ ЦМТ, предложенные автором, а также обобщенные по литературным источникам. Так, например, для объектов слоя «Здания, строения» должны быть отображены границы оснований, границы контура крыш, контуры всех пристроек (с типом локализации - площадной), которые должны быть показаны по техническим условиям проекта; определены относительные высоты элементов, необходимые при формировании объекта в 30 ГИС; для крыш строений следует фиксировать контур основания крыши, определить и внести в семантическую информацию относительную высоту основания крыши и высоту конька от основания крыши,

если крьша имеет вид призмы. В случае, если крыша имеет иную форму, отобразить контур основания крыши, собрать дополнительными трапециями (или треугольниками) боковые стороны. При векторизации подземных частей зданий и подземных коммуникаций предполагается'два подхода:

условное моделирование в виде параллелепипеда, длина и ширина которого принимаются равными размерам основания здания, а глубина задается значением, превышающим максимальную глубину залегания подземных частей зданий; :

-г подземные части зданий не моделируются, а подземные трубы коммуникаций подводятся вертикально к наземной части. Такие подходы вызваны отсутствием централизованной информации о размерах подвальных частей зданий.

В процессе сбора цифровой информации должна проводиться фиксация объектов, вызывающих сомнения при их дешифрировании как в отношении конфигурации, так и характеристик. Такие объекты фиксируются либо на твердых копиях увеличенных снимков, либо другом носителе. По этим данным составляется задание на полевую доработку результатов дешифрирования.

Требования к классификатору и его содержанию, к правилам сбора цифровой информации об объектах территории с учетом специфики создания 31) ЦММ предложены й опубликованы в 2006 и 2010 г.

В диссертации приводятся результаты анализа обменных форматов, которыми располагают цифровые фотограмметрические системы и которые могут использоваться в ЗБ ГЙС.

Текстурирование рельефа территории, в зависимости от целей создания трехмерной модели, может осуществляться «наложением» ортофотоизображения территории, полученного по материалам аэрокосмических съемок, на рельеф или раскраской его по уровням высот инструментальными средствами 31) ГИС.

Создание трехмерных моделей объектов территории осуществляется на основе данных ЦМО путем конвертации соответствующей информации (геометрическая и семантическая составляющие) из внешних обменных форматов во

внутренний формат ЗВ ГИС или импорта моделей объектов, созданных в других ЗИ ГИС. Совмещение контуров объектов с моделью земной поверхности обеспечивается программными средствами ЗБ ГИС.

Текстурирование трехмерных моделей объектов осуществляется либо использованием стандартных библиотек текстур ЗИ ГИС, либо созданием и использованием дополнительных библиотек фотореалистичных текстур объектов местности, которые получают путем прямых измерений на местности, наземным фотографированием элементов и деталей, средствами специальных аэросъемочных систем для получения изображений стен строений. В диссертации приведены требования к фотосъемке объектов для последующего формирования текстур, сформулированные по результатам выполненных практических работ.

Проведенные исследования показали, что 'изменение вертикального масштаба по отношению к горизонтальному на ЗБ ЦМТ целесообразно для более надежного дешифрирования объектов и выбора точек объектов для измерений. Учет погрешностей, привносимых этой разномасштабностью, не требуется.

В четвертом разделе «Разработка вопросов оценки точности измерительных трехмерных видеосцен» рассмотрены вопросы предварительного расчета ожидаемой точности координат и высот точек измерительной трехмерной видеосцены, полученной по материалам аэрофотосъемки, приведены результаты исследования по анализу достоверности вероятных ошибок координат точек местности, полученных при уравнивании фототриангуляционной сети.

Каждый этап технологии построения измерительной трехмерной видеосцены сопровождается случайными и систематическими погрешностями. Естественно предположить, что точность трехмерных видеосцен будет характеризоваться совместным влиянием погрешностей ЦМР и ЦМО, погрешностей, привносимых выбранными алгоритмами построения трехмерной видеосцены, а также параметрами используемого персонального компьютера (разрешение экрана, размер курсора и т. д.).

В, ойщём'виде погрешность положения точки объекта трехмерной видеосцены в плане » по высоте т<а„ относительно ближайших пунктов геодезической основы можно представить формулами:

'»н* ■ + т} -г т\.. . (1)

Мюн - ф^н ц + "г7' + тАЧ[(МР +"'Л/7 > ' (2)

где тщ - средняя квадратичёская погрешность (СКП) планового положения точки твердого (четкого) контура цифровой модели местности, полученной по цифровым снимкам;

тНц - СКП высоты точки твердого контура цифровой модели местности, полученной по цифровым фотоснимкам;

тт-СКП, характеризующая точность выбранных технических средств; тлщм!' - СКП, привносимая выбранным алгоритмом создания ЦМР; тм~ СКП, привносимая выбранным алгоритмом построения ЗБ ЦМТ.

Автором принято, что погрешности, перечисленные в правых частях формул (1), (2), имеют незначительные корреляционные связи. Погрешности определения координат пь_ц и высот тни цифровой модели местности будут зависеть от точности фотограмметрических определений координат и высот точек одиночной стереомодели.

Суммарные погрешности определения координат и высот можно представить в следующем виде:

" т5М= +т23_аст , (3)

т"М = ф"н +тН_ош > (4)

где ти - погрешности из-за ошибок определения планового положения . координат и высот ориентировочных точек, полученных в результате сгущения сети геодезических точек;

тн_ест - погрешности из-за ошибок воссоздания стереомодели и ее

измерений.

Для представления первых слагаемых формул (1), (2) использованы известные формулы погрешностей, возникающих при построении одиночной модели, ориентированной по точкам пространственной сети фототриангуляции, построенной без использования полученных в полете элементов внешнего ориентирования и состоящей из п стереопар, а также пространственной сети, ориентированной по опорным точкам, расположенным на концах маршрута. Остальные слагаемые в формулах (1), (2) априорно приняты как суммы, равные величинам, не превосходящим половины значений т$_ц и двух третей значений тн_ц соответственно.

Получен общий вид формул погрешностей планового положения и высоты точки объекта трехмерной видеосцены относительно ближайших пунктов и точек геодезической основы:

тш = тзт - 1,38тл (5)

= 1,12 т$ ц, тзон ~ 1,20тц ц. (6)

Достоинством полученных формул (5) и (6) является простота их использования. При проектировании работ по созданию измерительных трехмерных видеосцен легко определить с некоторым приближением погрешности в плановом положении и по высоте точек объектов, планируемой для создания трехмерной видеосцены.

Стереофотограмметрическая обработка снимков при создании ЦМР и ЦМО наиболее часто выполняется в два этапа: фотограмметрическое сгущение опорной геодезической сети; построение отдельных стереомоделей по данным фотограмметрического сгущения и измерение координат их точек.

Отсюда следует, что для правильного суждения о точности готовой трехмерной модели желательно располагать надежными сведениями о точности полученных из фототриангуляции данных, по которым осуществлялись процессы восстановления стереоскопических моделей, и их ориентирования по отдель-30

ным стереопарам снимков. Традиционно о точности фототриангуляции судят по остаточным расхождениям координат, использованных при уравнивании опорных точек и контрольных, а также по другим величинам, обычно приводимым в протоколах вычислительной обработки и характеризующим точность выполнения отдельных процессов. Однако такая информация не отражает погрешности определения координат отдельных точек или моделей.

Существует множество формул для априорной оценки точности фототриангуляции, полученных разными авторами, исходя из общих закономерностей накопления ошибок в фотограмметрических сетях, установленных Романовским Г.В. более 40 лет назад. Но они дают лишь общее представление об ожидаемой точности в наиболее слабом месте маршрутной сети, состоящей из двух секций. В фотограмметрической литературе можно найти и формулы для априорной оценки точности блочной сети, но применять их следует только для предварительной оценки типового построения, поскольку в них не отражаются особенности конкретной сети.

В диссертации автором по рекомендации д-ра техн. наук, проф. Антипо-ва И. Т. поставлена задача сопоставить вероятнейшие погрешности координат точек, вычисленные при уравнивании сети через весовые коэффициенты средствами компонента РНОТОСОМ, с истинными погрешностями и оценить достоверность вероятностной оценки точности пространственной аналитической фототриангуляции.

Экспериментальные исследования, предусматривающие операции с истинными погрешностями, реально возможны по макетам снимков. Составление макетов, анализ результатов их обработки выполнены средствами компонента РНОТОСОМ. Общая схема вычислений экспериментальных исследований представлена на рисунке 4.

В идеальном случае для любой сети вероятные погрешности должны совпадать с истинными, а отношения истинных погрешностей к вероятным должны равняться единицам. В работе ставилось целью выявить общие тенденции, которым подчиняется связь между двумя типами погрешностей.

Рисунок 4 - Общая схема вычислений макетов и анализа их обработки

Исходный макет составлен для блока, состоящего из двенадцати маршрутов по тринадцать снимков, полученных камерой с фокусным расстоянием 222 мм и стороной кадра 230 мм. Счет выполнен последовательно для трех вариантов схем рабочего обоснования (опорные точки расположены парами через п базисов фотографирования, разреженное геодезическое обоснование, использование координат центров проектирования). Каждый вариант (таблица 1) схемы рабочего обоснования, в свою очередь, предусматривал варьирование количества основных и каркасных маршрутов, поперечного перекрытия снимков, числа снимков в маршрутах, масштаба фотографирования, количества точек на стереопаре с измеренными координатами, средней погрешности измерения координат и параллаксов точек стереопар, средней погрешности положения опозна-ков в плане и по высоте. Таким образом, данные каждого варианта, представленные в строках таблицы 1, получены как средние, не менее чем по десяти вариантам счета с различными значениями исходных данных.

Таблица 1 - Количество точек в процентах с отношениями истинных ошибок к вероятным в пределах верхних границ

Индекс блока По оси Х(число точек в процентах) По оси У (число точек в процентах) По оси 2 (число точек в процентах)

Значения верхних границ отношений

1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 | 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 1,0 1Д 1,4 1,6 1,8 2,0

Вариант 1

п2 57,7 L 65,1 71,5 77,9 84,0 87,6 ь0,4 68,8 75,7 81,6 85,9 88,9 79,2 86,1 Г 90,6 94,0 95,6 96,8

пЗ 47,2 55,3 61,4 68,0 73,9 78,4 51,5 59,2 65,8 71,9 78,1 82,8 65,1 74,6 80,5 85,7 89,2 92.5

п4 45,4 53,1 60,2 66,9 71,9 77,7 49,7 56,9 64,0 69,5 74,5 79,7 62,4 . 69,9 76,9 82,1 86,6 90,3

пб 44,3 51,7 58,4 64,5 71,0 75,7 47,1 54,6 60,5 65,6 71,0 76,8 60,1 68,2 75,8 80,6 85,8 89,6

п 12 44,5 52,2 59,7 66,3 71,9 77,6 49,1 57,2 64,8 71,0 77,3 82,1 62,9 71,5 78,6. 83,9 89,3 92,4

л!8 38,1 45,2 52,7 59,2 65,4 71,2 140,1 46,8 54,8 61,1 67,3 72,3 70,9 81,7 88,7 93,1 95,8 96,8

Вариант 2

bel 45,6 52,7 59,8 66,5 72,6 77,8 50,2 57,8 64,5 71,3 76,9 82,0 65,4 74,0 80,6 85,5 89,2 91,8

bei 43,6 50,4 57,6 64,1 69,0 74,8 47,9 54,6 61,9 68,3 74,6 80,1 59,3 67,5 75,0 80,7 86,2 89,7

bc4 43,7 50,5 57,1 62,8 68,8 73,5 46,3 53,9 61,3 67,8 74,0 78,8 63,0 71,7 77,9 82,8 87,0 91,0

beb 44,2 51,3 58,6 64,4 70,2 75,1 47,9 54,7 62,1 68,1 73,8 79,1 60,5 69,0 75,6 81,8 86,6 90,0

Вариант 3

gp I 54,3 63,4 70,1 75,9 80,9 85,1 | 54,6 62,4 70,3 76,7 82,5 87,7 66,9 74,8 82,0 87,0 90,5 93,1

Я?2 51,4 59,0 66„5 73,4 79,2 83,5 1 46,5 55,2 61,4 68,0 74,7 78,9 58,7 67,2 75,2 81,0 85,9 90,1

В таблице 1 для всех вариантов приведено в процентах количество точек, у которых отношения истинных погрешностей к вероятным не выходят за конкретную границу. По выполненным исследованиям сделаны следующие выводы:

- вычисленные при уравнивании вероятные погрешности координат точек фототриангуляционной сети всегда отличаются от их истинных значений. Вместе с тем, для интервала от 15 до 20 % точек разность между этими оценками мала и не превосходит пятой части самих погрешностей;

- наибольшее влияние на распределение значений отношений оказывают число и схема расположения опознаков (или плотность другого вида рабочего обоснования). Чем ближе схема расположения опознаков к стандартному, тем большее число истинных погрешностей меньше вероятных значений или равно им;

- как правило, для 80 % точек значение истинной погрешности в плане находится в пределах удвоенной вероятной погрешности. Для высот точек этот показатель близок к 90 %. Поэтому удвоенные вероятные погрешности можно рассматривать как границы доверительных интервалов для истинных погрешностей с достоверностью 80 или 90 % соответственно;

- в целом достоверность вероятных оценок точности координат точек уравненной фототриангуляционной сети достаточно высока, что оправдывает использование их в последующих технологических процессах и при оценивании конечных результатов цифрового картографирования и моделирования территории.

В пятом разделе «Методика выполнения экспериментальных исследований» приведены результаты исследований точности цифровых моделей рельефа и моделей объектов, полученных в средах ЗВ ГИС по производственным материалам трех объектов.

Сбор трехмерной пространственной информации для создания 30 ЦМТ осуществлялся средствами цифровых фотограмметрических систем ЦНИИГАиК и РНОТОМОО по производственным материалам аэрофотосъемки трех объектов при участии опытных операторов фотограмметрического подразделения одного из предприятий РОСРЕЕСТР.

Создание трехмерных видеосцен выполнялось в средах трех 3D ГИС: ГИС КАРТА 2011 (версия 11.5.0, версия 10.1.10, версия 9.15.3), далее ГИС КАРТА 2011; ERDAS IMAGINE - Virtual GIS (версия 9.0), далее Virtual GIS; ArcGIS (ESRI) -3D Analist (версия 9.2), далее ArcGIS 3D Analist.

По каждому объекту выполнено фотограмметрическое сгущение сети опорных точек; построены стереоскопические модели по результатам сгущения сети; ортофотоплан (масштаб 1 : 2 ООО) на номенклатурный лист (НЛ) объекта; сбор данных для ЦМО по слоям в соответствии с классификатором, сформированным в среде ЦФС (или 3D ГИС) на основе существующего классификатора-шаблона для указанного масштаба, исходя из состава объектов на рассматриваемой территории и особенностей правил сбора для создания 3D ЦМТ; сбор данных для ЦМР в виде горизонталей с сечением 1 м или пикетов по узлам сетки с заданным размером и характерным формам рельефа; конвертирование результатов сбора цифровой информации для ЦМР и ЦМО в форматы экспорта; импорт результатов конвертирования в соответствующую 3D ГИС.

Цифровая модель рельефа в каждой 3D ГИС получена в виде регулярной матрицы высот, содержащей элементы, значения которых - абсолютные высоты точек рельефа местности, а также набора абсолютных высот в узлах нерегулярной триангуляционной сети (для ГИС КАРТА 2011, ArcGIS 3D Analist).

Размер элемента матрицы при построении трехмерной видеосцены средствами ГИС КАРТА 2011, ArcGIS 3D Analist задавался значениями: 3, 3, 5,10, 20, 30 м, средствами Virtual GIS - 1, 5,10, 20 м.

Построение трехмерных моделей объектов осуществлялось инструментальными средствами 3D ГИС. Анализ метрической точности 3D ЦМТ проводился по каждому объекту с учетом следующих положений:

а) оценка точности выполнялась по высотам контрольных точек, так как плановые координаты точек ЦММ, полученные на ЦФС, не изменяются при импорте их в 3D ГИС;

б) в качестве контрольных точек были приняты четко опознаваемые точки на поверхности Земли, углы строений на поверхности Земли, точки (вершины)

углов крыш строений, измеренные опытным оператором на стереофотограм-метрических моделях.

В работе приведены результаты оценки точности по каждому объекту в виде расхождений высот, значений средних V, средних квадратических погрешностей т высот контрольных точек моделей (в м), а также диаграммы, отображающие величины V, т при моделировании рельефа территории: по пикетам в виде нерегулярной триангуляционной сети, по пикетам в виде регулярной матрицы высот с различными размерами ячеек матрицы по каждому объекту. Результаты оценки точности по одному из объектов представлены в таблицах 2-4 и в виде диаграммы (рисунок 5).

Таблица 2 - Результаты оценки точности высот контрольных точек, принадлежащих поверхности Земли, углам строений на поверхности Земли в ГИС КАРТА 2011

Число точек п, погрешности V, m Размер ячеек матрицы, м TIN

1,0 5,0 10,0 20,0

п 22 22 22 22 22

V 0,38 0,38 0,39 0,43 0,38

т 0,48 0,48 0,51 0,54 0,49

Таблица 3 - Результаты оценки точности высот контрольных точек, полученных средствами Virtual GIS

Число точек «, погрешности V, т Размер ячеек матрицы, м

1,0 5,0 10,0 20,0

Точки на поверхности Земли, углы строений на поверхности Земли

п 22 22 22 22

V 0,42 0,40 0,42 0,45

т 0,52 0,50 0,54 0,56

Точки (вершины) углов крыш строений

п 18 18 18 18

V 0,40 0,40 0,46 0,40

т 0,47 0,50 0,55 0,49

Таблица 4 - Результаты оценки точности высот контрольных точек, полученных средствами ЛгсСК 31) АпаПвГ

Число точек и, погрешности у, т Размер ячеек матрицы, м TIN

1,0 3,0 5,0 10,0 20,0

Точки на поверхности Земли, углы строений на поверхности Земли

п 26 26 26 26 26 26

v 0,40 0,40 0,41 0,40 0,40 .0,40

т 0,51 0,50 0,52 0,50 0,50 0,50

0,6 0,55 0,5 м0.45 0,4 0,35 0,3

' _____А

_____-- ^

А------^

-«фй- ____.....

* ' __,... Ф

TIN

1.0

5.0

10.0 М

А—СКП, м. Virtual GIS — СКП, м, 3D Analist -•—Средн.погр., м, ГИС Карта 2011

20.0

- о-— СКП, м, ГИС Карта 2011

• ■-»......Средн.погр., м, 3D Analist

-А.....Средн.погр., м, Virtual GIS

Рисунок 5 - Диаграмма результатов оценки точности высот контрольных точек на поверхности Земли, в том числе углы строений на поверхности Земли для ГИС КАРТА 2011, Virtual GIS и ArcGIS 3D Analist

В диссертации по результатам анализа 3D ЦМТ, построенных в ГИС КАРТА 2011, Virtual GIS и ArcGIS 3D Analist, приводятся выводы, в которых сопоставлены результаты оценок метрической точности 3D ЦМТ в зависимости от используемой 3D ГИС, вида исходных данных для построения ЦМР (горизонтали, регулярная матрица высот, нерегулярная триангуляционная сеть), характера рельефа. Так например, для равнинной территории значения средних по-

грешностей высот контрольных точек, полученных средствами ГИС КАРТА 2011, У^иаЮК и 30 Апа^, практически одного порядка для ЦМР в виде пикетов регулярной матрицы высот с размером ячейки матрицы от 1 до 20 м и ЦМР в виде нерегулярной триангуляционной сети. При этом объем дисковой памяти данных матрицы с уменьшением элемента матрицы значительно возрастает; для всхолмленной территории значения средних погрешностей высот контрольных точек, полученных средствами ГИС КАРТА 2011 и ЗБ АлаМ, практически сопоставимы для ЦМР в виде нерегулярной триангуляционной сети и ЦМР в виде регулярной матрицы высот с размером ячейки матрицы 1 м; исследования точности ЦМР, построенных на объекты «Северный» и «Северозападный», показали, что расхождения высот контрольных точек (точки углов строений или точки, близко к ним расположенные) составляют значения в пределах от 0,5 до 1,0 м. Такие точки находятся в селитебных зонах на углах строений или площадках, выровненных под строение, промплощадках.

По результатам экспериментальных исследований предложенной технологии сформулированы следующие рекомендации:

- создаваемые на ЦФС по материалам аэрокосмических съемок ЦМР и ЦМО с учетом выполнения дополнительных требований (к подготовке информационного обеспечения, правил ввода) могут использоваться для последующего получения измерительных трехмерных видеосцен с заданными параметрами;

- ЦТК, ЦТП, полученные на ЦФС по материалам аэрокосмических съемок с учетом дополнительных данных, могут использоваться для последующего получения измерительных трехмерных видеосцен с заданными параметрами;

- предпочтительнее использовать данные ЦМР, сформированной на ЦФС в виде пикетов регулярной матрицы высот с заданным размером матрицы и в виде нерегулярной триангуляционной сети, поскольку создание ЦМР на ЦФС осуществляется с контролем.

Перечислены известные задачи, решаемые на измерительных трехмерных сценах с использованием 31) ГИС. Из них автором предложены следующие:

а) определение по наиболее наглядно опознаваемым объектам на трехмерной видеосцене значений координат и высот точек интересующего объекта территории на цифровой карте с точностью, регламентированной для масштаба данной карты, идентифицирование изображений объектов на трехмерной видеосцене по имеющимся образцам (например, фотоизображениям) и определение значений координат и высот точек опознанного объекта;

б) использование точек объектов (строений и других капитальных объектов) в качестве опорных или контрольных. Координаты и высоты таких точек должны быть определены с заданной точностью и помечены специальным признаком в параметрах семантической информации.

В шестом разделе «Методика оценки эффективности технологии построе-

ния измерительных трехмерных видеосцен» изложены методические решения оценки эффективности технологии создания 30 ЦМТ, которые позволяют определять возможность оптимального использования конкретных ЦФС и 30 ГИС для создания 30 ЦМТ, а также сравнивать 30 ГИС между собой.

Исходя из схемы предложенной технологии, она может быть реализована на различных ЦФС и 30 ГИС. При проведении исследований технологии использовались две ЦФС и три геоинформационные системы, обладающие возможностями работать с трехмерными видеосценами.

При разработке методики использован математический аппарат вычисления количественных критериев для оценки любой системы или технологии, предложенный д-ром техн. наук, проф. Журкиным И.Г. В предлагаемой технологии приняты следующие свойства, определяющие эффективность: точность сбора координат и высот точек объектов на цифровых фотограмметрических системах и ввода их в 30 ГИС (ОтквУ, точность и реалистичность представления информации в 30 ЦМТ (2га>); производительность технологии Шпт); стоимость технологии (<2ст).

Перечисленные свойства относятся к разряду физико-технических и каждый из них может быть описан с помощью известного выражения:

>ь = (.я«-яф)/(<]* + яф).

(7)

где , я,/, - соответственно пороговый и фактический параметры, характеризующие рассматриваемое свойство таким образом, чтобы ц„

Для интегральной оценки точности сбора координат и высот объектов ЦММ на ЦФС и ввода их в 30 ГИС использовано выражение:

где 1]нц - критерии точности определения планового положения и высот точек объектов ЦММ.

Значение 0м будет зависеть от качества исходных материалов аэрокосмических съемок, математического алгоритма, используемого в программных средствах ЦФС, опыта оператора.

Для оценки свойства точности и реалистичности представления информации в 30 ЦМТ приняты следующие положения:

- степень точности и реалистичности представления информации в 30 ЦМТ характеризуется вектором, заданным в пространстве территории сцены;

- отклонение этого вектора от эталонного на рассматриваемой территории указывает на понижение точности и реалистичности ЗО ЦМТ.

Для интегральной оценки свойства точности и реалистичности представления информации в 30 ЦМТ введено выражение:

где »/да, г}юн~ критерии точности представления информации в плане и по высоте в 30 ЦМТ;

г/ц - критерий реалистичности представления информации в ЗО ЦМТ (предложен автором).

Значения >/!г«, т]юн определяются по значениям СКП на основе расхождений координат и высот контрольных точек.

- х Цнл,

(8)

0,гю — Цзох х Цюн х >/к>

(9)

В диссертации рассмотрены факторы, влияющие на определение критерия щ, и предложена формула для его определения.

Количественные оценки производительности технологии Qnr, суммарной стоимости технологии Qa определены по формуле, аналогичной выражению (7).

Итоговая оценка эффективности технологии Q определена на основе оценок отдельных свойств по формуле:

Ртьл Рио Pm Per

Q = Qtkb X Qnu X Q„T x Qct, (10)

где pTKB, pT3ü, рпт, Per - весовые коэффициенты, характеризующие значимость соответствующих свойств. Они выбираются в пределах [0, 1] и определяются как отношение весомости каждого отдельного совокупного свойства к максимальной весомости из всех рассматриваемых свойств системы.

Расчеты оценок Qtkb, Qtw, Qnr были выполнены для пяти технологических вариантов. Каждый вариант предусматривал использование конкретной ЦФС и конкретной 3D ГИС. Количественная оценка производительности технологии Qnr определялась с учетом ограниченного набора функциональных операций для каждой 3D ГИС. Сделаны следующие выводы:

- значения оценок точности сбора координат и высот объектов ЦММ для двух выбранных ЦФС одинаковы, что согласуется с результатами практических работ, выполняемых на этих станциях и опубликованных в ряде работ;

- технологический вариант, предусматривающий использование ЦФС и 3D ГИС, для которых согласовано информационное обеспечение (или функции экспорта/импорта), наиболее эффективен;

- итоговая оценка эффективности выше для варианта технологии, использующей в качестве 3D ГИС Are GIS 3D Analist.

Предложенный подход к оценке технологии позволяет определить возможность использования конкретной ЦФС и конкретной 3D ГИС для создания измерительной трехмерной видеосцены, а также сравнить 3D ГИС между собой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований показано, что в настоящее время во многих областях народного хозяйства потребность в информации о территории, как по виду, так и по объему содержащихся сведений, уже не удовлетворяется использованием только топографических карт в аналоговом и цифровом видах. В последние годы появились новые цифровые геоинформационные продукты, получившие название ЗО-моделей, трехмерных сцен. В настоящее время наиболее востребованы ЗО-модели городов, трехмерная пространственная информация которых используется при решении таких задач, как городское планирование, управление транспортом, защита от шума и др.

Показано, что настоящее время нет стандартизованной технологии построения трехмерных сцен. Вопросы, связанные с требованиями к исходным данным, правилами сбора, передачей данных для получения трехмерных сцен, не решены. Вопросы точности трехмерных видеосцен практически не отражены в литературе.

Обоснована целесообразность разработки, исследования и внедрения технологии построения измерительных трехмерных видеосцен, которые обеспечат расширение области использования их в части проведения анализа данных для задач экологического мониторинга, городского планирования, решения управленческих задач.

Основные научные и практические результаты, полученные в ходе исследований, заключаются в следующем:

а) разработана методология трехмерного пространственного моделирования территорий на основе интеграции данных, получаемых современными цифровыми фотограмметрическими системами и геоинформационными системами, обладающими возможностями работать с трехмерными видеосценами, для создания нового цифрового геопространственного вида продукции - измерительной трехмерной видеосцены;

б) предложена технология создания измерительных трехмерных видеосцен по данным ЦММ, полученным по материалам аэрокосмических съемок с уче-42

том заданных метрических требований к исходным данным и конечному продукту - измерительной трехмерной видеосцене;

в) впервые выполнены исследования и получены результаты по оценке точности измерительных трехмерных видеосцен, созданных по материалам аэрофотосъемки с использованием высокоточных цифровых фотограмметрических систем и картографических ГИС с функциями ЗБ-моделирования: ГИС КАРТА 2011, ERDAS IMAGINE Virtual GIS, ArcGIS 3D Analist;

г) на основании выполненных исследований разработаны рекомендации по оптимизации технологических решений подготовки разных типов информации для формирования измерительных трехмерных видеосцен, в том числе:

- по типовым требованиям к материалам аэрокосмических съемок - исходным данным для создания ЦММ;

- по требованиям к составу, содержанию, точности, которым должны удовлетворять ЦММ, для дальнейшего построения измерительных трехмерных видеосцен;

- по правилам сбора цифровой информации для формирования цифровых моделей местности на ЦФС с учетом специфики дальнейшего получения измерительных трехмерных видеосцен;

- по выбору технических и программных средств формирования эффективной технологии.

Рекомендации могут служить основой при разработке НТД по созданию нового цифрового геопространственного вида продукции - измерительной трехмерной видеосцены;

д) разработаны критерии оценки точности измерительных трехмерных видеосцен:

- предложены формулы для предварительного расчета ожидаемой точности координат и высот точек измерительной трехмерной видеосцены, полученной по материалам аэрофотосъемки;

е) предложена методика оценивания эффективности технологии создания измерительных трехмерных видеосцен, которая позволяет определить эффективность использования конкретных ЦФС и 30 ГИС для создания измерительной трехмерной видеосцены, а также сравнить 30 ГИС между собой;

ж) результаты исследований, изложенные в диссертации, внедрены в виде технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок с использованием ГИС е функциями ЗО-моделирования и исследований по оценке точности измерительных трехмерных видеосцен в организациях РОСРЕЕСТР: ФГУП Центр «Сибгеоинформ», ФГУП «Уралгеоин-форм», ФГУП «ПО Инжгеодезия», а также в учебном процессе СГГА.

Таким образом, решена научная проблема исследования и разработки технологии создания измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок.

СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, В КОТОРЫХ ОПУБЛИКОВАНЫ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

1 Хлебникова, Т. А. О создании цифровых ортофотопланов по материалам аэрофотосъемки для территориального кадастра [Текст] / Т. А. Хлебникова,

B. И. Юрченко // Геодезия и картография. - 2001. - № 5. - С. 23-26.

2 Хлебникова, Т. А. Технология и опыт создания цифровых топографических карт, планов, ортофотопланов по материалам аэрофотосъемки [Текст] / Т. А. Хлебникова, С. В. Колосков // Геодезия и картография. - 2003. - № 1. -

C. 36-39.

4.4

3 Хлебникова, Т. А. Цифровая on-line фототриангуляция при создании цифровых планов и ортофотопланов на отечественных ЦФС [Текст] / Т. А. Хлебникова, Е. Я. Лужбина, Л. М. Светлакова // Геодезия и картография. - 2003. -№8.-С. 19-24.

4 Хлебникова, Т. А. Технологии автоматизированной генерализации для создания цифровых карт и планов [Текст] / Т. А. Хлебникова, В. И. Ляльков // Геодезия и картография. - 2004. - № 1. - С. 31-32.

5 Хлебникова, Т. А. Технология автоматизированной генерализации при картографировании [Текст] / Т. А. Хлебникова, С. В. Колосков И Геодезия и картография. - 2005. - № 6. - С. 38-41.

6 Хлебникова, Т. А. Анализ проведения опытной эксплуатации технологии автоматизированной генерализации создания ЦТК масштаба 1 : 50 000 по ЦТК масштаба 1 : 25 000, созданных на ЦФС ЦНИИГАиК [Текст] / Т. А. Хлебникова, В. И. Ляльков, В. М. Втюрина // Геодезия и картография. - 2006. - № 5. -С. 4-7.

7 Хлебникова, Т. А. Создание трехмерной цифровой модели местности по материалам аэрофотосъемки на ЦФС для использования в ЗЭ-ГИС [Текст] / Т. А. Хлебникова, Н. И. Шушлебина // Геодезия и картография. - 2006. - № 5, -С. 13-18.

8 Хлебникова, Т. А. Технология построения измерительных трехмерных видеосцен по данным ЦММ: проблемы и пути решения [Текст] / Т. А. Хлебникова // Геодезия и картография. - 2008. - № 2. - С. 44-46.

9 Хлебникова, Т. А. Технология получения измерительной трехмерной видеосцены по материалам аэрокосмических съемок [Текст] / Т. А. Хлебникова, И. Г. Журкин // Геодезия и картография. - 2009. - № 8. - С. 43-48.

10 Хлебникова, Т. А. Результаты экспериментальных исследований технологии получения измерительной трехмерной видеосцены по материалам аэрокосмических съемок [Текст] / Т. А. Хлебникова, И. Г. Журкин // Геодезия и картография. - 2010. - № 7, - С. 27-31.

11 Хлебникова, Т. А. Оценка точности измерительных трехмерных видеосцен, полученных по материалам аэрофотосъемки [Текст] / Т. А. Хлебникова // Геодезия и картография. - 2010. - № 12. - С. 35-40.

12 ГКИНП(ГНТА)-02-036-02. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых карт и планов [Текст] / И. Т. Антипов, II. В. Беликов, Г. А. Зотов, Ю. И. Кучинский, Е. Я. Лужбина, А. П. Михайлов, С. С. Не-хин, Т. А. Хлебникова.; под общ. ред. С. С. Нехина. - М., 2002. - 100 с. (Федеральная служба геодезии и картографии России).

13 Хлебникова, Т. А. Технология и опыт создания цифровых планов, ор-тофотопланов на отечественных ЦФС [Текст] / Т. А. Хлебникова, Е. Я. Лужбина, Л. М. Светлакова // Современные проблемы геодезии и оптики: сб. материалов ПН междунар. научно-техн. конф., посвяш. 70-летию СГГА. 11-21 марта 2003 г. Ч. II / СГГА. - Новосибирск, 2003. - С. 107-109.

14 Хлебникова, Т. А. Технология создания цифровых топографических карт средствами автоматизированной генерализации [Текст] / Т. А. Хлебникова, С. В. Колосков, Н. Ф. Зубрицкая // Материалы Междунар. научно-техн. конф., посвящ. 225-летию МИИГАиК. Геодезия. - М., 2004. - С. 368-371.

15 Хлебникова, Т. А. Обзор технологий автоматизированной генерализации при картографировании, разработанных в центре «Сибгеоинформ» [Текст] / Т. А. Хлебникова, С. В. Колосков // ГЕО-Сибирь-2005. Т. 1: сб. материалов междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2005», 25-29 апр. 2005 г., Новосибирск. -Новосибирск: СГГА, 2005. - С. 294-298.

16 Хлебникова, Т. А. Экспериментальная технология создания трехмерной цифровой модели местности по материалам аэрофотосъемки для решения задач. навигации с использованием ГИС [Текст] / Т. А. Хлебникова, С. П. Нефедов, Н. И. Шушлебина // ГЕО-Сибирь-2006. Т. 1, ч. 2: сб. материалов междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2006», 24-28 апреля 2006 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2006.- С. 306-311.

17 Хлебникова, Т. А. Технологические проблемы создания измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрофотосъемки [Текст] / Т. А. Хлебни-

кова // Методы дистанционного зондирования и ГИС-технологии для оценки состояния окружающей среды, инвентаризации земель и объектов недвижимости: сб. материалов XII междунар. научно-практ. конф., Италия, 29 мая - 5 июня 2008 г. - Новосибирск: СГГА, 2008,- С. 63-67.

18 Хлебникова, Т. А. Исследование технологии получения измерительной трехмерной видеосцены по материалам аэрокосмических съемок [Текст] /' Т. А. Хлебникова, Е. Н. Кулик // ГЕО-Сибирь-2009. Т. 4, ч. 1: сб. матер. V Междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2009», 20-24 апр. 2009 г., Новосибирск. -Новосибирск: СГГА, 2009. - С. 63-66.

19 Хлебникова, Т. А Анализ точности получения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок в различных 30 ГИС [Текст] / Т. А. Хлебникова // ГЕО-Сибирь-2010. Т. 4, ч. 1: сб. материалов VI Междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2010», 19-29 апреля 2010 г., Новосибирск. -Новосибирск: СГГА, 2010. - С. 61-65.

20 Хлебникова, Т. А. Результаты экспериментальных исследований технологии получения измерительной трехмерной видеосцены по материалам аэрокосмических съемок [Текст] / Т. А. Хлебникова, Е. Н. Кулик // Вестник СГГА. -2010-№ 1(12).-С. 74-82.

21 Антипов, И. Т. О достоверности вероятностной оценки точности пространственной аналитической фототриангуляции [Текст] / И. Т. Антипов, Т. А Хлебникова // ГЕО-Сибирь-2011. Т. 4: сб. материалов. VII Междунар. науч. конгр. «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апр. 2011 г., Новосибирск. - Новосибирск; СГГА, 2011.-С. 47-54.

22 Антипов, И. Т. Исследование вероятностной оценки точности пространственной аналитической фототриангуляции [Текст] / И. Т. Антипов, Т. А. Хлебникова // Вестник СГГА. - 2011. - № 2 (15). - С. 50-57.

Содержание диссертации, доктора технических наук, Хлебникова, Татьяна Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ О МЕСТНОСТИ.

1.1 Историческая справка о развитии способов получения пространственного представления о местности.

1.2 Сущность и определение измерительной трехмерной видеосцены.

1.3 Анализ современных технологий для построения трехмерных Видеосцен.

1.4 Выводы по разделу 1.

2 КОНЦЕПЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРЕХМЕРНЫХ ВИДЕОСЦЕН ПО ДАННЫМ ЦММ, МАТЕРИАЛАМ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ И НАЗЕМНЫХ СЪЕМОК.

2.1 Определение источников информации для построения измерительных трехмерных видеосцен.

2.2 Цифровые модели местности — источники построения измерительных трехмерных видеосцен.

2.3 Программные и технические средства для создания цифровых моделей местности по материалам аэрокосмических съемок.

2.4 Требования к составу и точности исходных данных.

2.5 Проблемы и пути реализации технологии построения измерительных трехмерных видеосцен.

2.6 Программные и технические средства для построения трехмерных видеосцен.

2.6.1 Общая классификация программных и технических средств.

2.6.2 С АО-системы, предназначенные для черчения или проектирования.

2.6.3 Программы для создания ЗБ-графики и видеоэффектов.

2.6.4 Картографические программы.

2.6.5 Выводы по 2.6.

2.7 Выводы по разделу 2.

3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОСТРОЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРЕХМЕРНЫХ ВИДЕОСЦЕН ПО МАТЕРИАЛАМ

АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СЪЕМОК.

3.1 Особенности обработки современных материалов аэрокосмических съемок.

3.2 Разработка технологической схемы.

3.2.1 Основные этапы технологической схемы.

3.2.2 Техническое проектирование. Рекомендации к техническому проектированию.

3.3 Производство аэрофотосъемки, получение материалов космической съемки.

3.3.1 Аэрофотосъемка.

3.3.2 Материалы космической съемки.

3.3.3 Подготовительные работы.

3.3.4 Планово-высотная подготовка аэрофотоснимков, космических снимков.

3.4 Стереофотограмметрическая обработка аэрофотоснимков, космических снимков.

3.4.1 Процессы стереофотограмметрической обработки снимков.

3.4.2 Фотограмметрическое сгущение опорной сети.

3.4.3 Сбор цифровой информации о рельефе и объектах территории.

3.4.4 Полевая доработка и корректировка результатов сбора цифровой информации.

3.5 Создание измерительной трехмерной видеосцены в 3D ГИС.

3.5.1 Формирование ЦМР и ЦМО, экспорт в выходные форматы, совместимые с 3D ГИС.

3.5.2 Создание измерительной трехмерной видеосцены в 3D ГИС.

3.5.3 Создание фототекстур для 3D ГИС.

3.6 Выводы по разделу 3.

4 РАЗРАБОТКА ВОПРОСОВ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРЕХМЕРНЫХ ВИДЕОСЦЕН.

4.1 Ожидаемая точность измерительных трехмерных видеосцен.

4.2 О достоверности вероятностной оценки точности пространственной аналитической фототриангуляции.

4.3 Выводы по разделу 4.

5 МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1 Общие положения методики исследований.

5.2 Исследования технологии построения измерительной трехмерной видеосцены по материалам аэрофотосъемки объекта «Северный».162 /

5.3 Исследования технологии построения измерительной трехмерной \ видеосцены по материалам аэрофотосъемки объекта «Северо-западный».

5.4 Исследования технологии построения измерительной трехмерной видеосцены по материалам аэрофотосъемки объекта

Северный-2».

5.5 Анализ результатов экспериментальных исследований.

5.6 Задачи, решаемые на измерительных трехмерных видеосценах с использованием 3D ГИС.

5.7 Выводы по разделу 5.

6 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРЕХМЕРНЫХ ВИДЕОСЦЕН.

6.1 Определение критериев для оценки эффективности технологии построения измерительных трехмерных видеосцен.

6.2 Расчеты оценки эффективности технологии построения измерительных трехмерных видеосцен.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование и разработка технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок"

Появились новые цифровые геопространственные продукты, получившие название ЗБ-моделей, которые представляют собой трехмерные пространственные модели реальных объектов территории. Получению и использованию таких новых видов цифровой продукции способствовали достижения трехмерной машинной графики при пространственном моделировании местности в геоинформационных технологиях. В научной и технической литературе приводятся различные определения и обозначения, например: трехмерные виртуальные модели местности или ЗБ-(3-Б1теп1:юпа1) визуализации, трехмерные цифровые модели, ЗБ-сцены, трехмерные сцены.

Сравнивая периоды существования и использования карт и планов в аналоговом и цифровом видах и ЗБ-продуктов, последние правомерно определять как новые. Однако, с начала появления, развития и использования их прошло более двух десятков лет. Поэтому под определением «новые» здесь и далее подразумевается «актуальные, современные».

В Российской Федерации трехмерные цифровые модели начинают использоваться в различных сферах деятельности. Подтверждением тому служит появление цифровых ЗЭ-моделей российских городов, регулярно выставляемых на сайтах в сети Internet, а также публикации на эту тему. Трехмерные модели дают наглядное представление о территории и способствуют наилучшему решению различных задач с учетом особенностей и деталей конкретного ее участка.

На территории многих городов имеются топографические планы (цифровые, аналоговые), созданные и обновляемые по материалам аэрофотосъемки средствами известных фотограмметрических технологий, разработанных в Федеральной службе государственной регистрации, кадастра и картографии (РОСРЕЕСТР) (ранее РОСКАРТОГРАФИЯ). Такая цифровая или аналоговая продукция в большинстве случаев сертифицирована, так как получена в специализированных государственных структурах. Данные цифровых топографических планов могут служить основой для формирования цифровых моделей рельефа и объектов — исходных данных для последующего получения трехмерных сцен.

В настоящее время в производственных подразделениях РОСРЕЕСТР и иных организациях для обработки материалов аэрокосмических съемок используются цифровые фотограмметрические системы (ЦФС) зарубежного и отечественного производства. Эти системы служат и для сбора трехмерной цифровой информации о территории с целью последующей передачи в геоинформационные системы (ГИС), обладающие возможностями работать с трехмерными видеосценами (ЗБ ГИС). В последние годы в некоторых ЦФС реализован автоматизированный инструментарий стереоскопического сбора векторной информации для построения трехмерных сцен. Однако в настоящее время нет отработанной стандартизованной технологии, позволяющей осуществлять этот процесс. Вопросы, связанные с требованиями к исходным данным, правилами сбора, передачей данных для получения трехмерных сцен, не решены. Вопросы оценки точности трехмерных видеосцен практически не отражены в литературе. Поэтому решение данной проблемы является актуальным.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были реализованы следующие задачи: а) развитие существующей концепции трехмерного пространственного моделирования территорий на основе интеграции данных, получаемых современными цифровыми фотограмметрическими системами и геоинформационными системами, обладающими возможностями работать с трехмерными видеосценами, для создания современного цифрового геопространственного вида продукции - измерительной трехмерной видеосцены:

- обоснование содержания измерительной трехмерной видеосцены;

- определение принципов и методов создания измерительной трехмерной видеосцены; б) разработка решений по оптимизации технологических этапов, связанных с подготовкой разных типов информации для формирования измерительной трехмерной видеосцены на основе:

- обоснования выбора материалов аэрокосмических съемок и типовых требований к ним как исходным для создания цифровых моделей местности (ЦММ) — источникам получения измерительных трехмерных видеосцен;

- обоснования выбора технических и программных средств формирования эффективной технологии;

- разработки правил сбора информации для формирования цифровых моделей местности на цифровых фотограмметрических системах с учетом специфики дальнейшего построения измерительных трехмерных видеосцен; в) разработка технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по данным ЦММ, полученным по материалам аэрокосмических съемок; г) разработка критериев оценки точности полученных измерительных трехмерных видеосцен на основе: разработки теоретических зависимостей (формул) для оценки ожидаемой точности определения координат и высот точек измерительной трехмерной видеосцены, полученной по материалам аэрофотосъемки;

- исследований по анализу достоверности вероятных ошибок координат точек ЦММ, полученных при уравнивании фототриангуляционной сети; д) разработка методики оценки эффективности технологии создания измерительных трехмерных видеосцен; е) экспериментальные исследования по оценке точности измерительных трехмерных видеосцен и выдача рекомендаций по подготовке информации для формирования измерительной трехмерной видеосцены.

Объект и предмет исследования. Объектом настоящих исследований являются существующие методы и средства создания и использования трехмерных цифровых моделей территории.

Эмпирическая база исследования. Цифровые фотограмметрические системы для обработки материалов аэрокосмических съемок; программные и технические средства ГИС, работающие с трехмерными сценами. Материалы аэрофотосъемки, материалы планово-высотной подготовки снимков, нормативно-технические документы (НТД), регламентирующие топографо-геодезические и фотограмметрические работы; методы эмпирического исследования - измерительные операции на цифровых системах, обеспечивающих обработку пространственных данных.

На защиту выносятся: а) методология трехмерного пространственного моделирования территорий на основе интеграции данных, получаемых современными цифровыми фотограмметрическими системами и геоинформационными системами, обладающими возможностями работать с трехмерными видеосценами, для создания современного цифрового геопространственного вида продукции — измерительной трехмерной видеосцены; б) технологические решения, обеспечивающие создание измерительных трехмерных видеосцен с учетом заданных метрических требований к исходным данным и конечному продукту - измерительной трехмерной видеосцене; в) теоретическое и методическое обоснование оценки точности измерительных трехмерных видеосцен, полученных по материалам аэрофотосъемки с использованием высокоточных цифровых фотограмметрических систем и картографических ГИС с функциями ЗЭ-моделирования; г) теоретическое обоснование и результаты исследований оценки эффективности производственной технологии получения измерительных трехмерных видеосцен.

Научная новизна результатов исследования заключается в следующем:

- разработаны критерии оценки точности измерительных трехмерных видеосцен;

Научная и практическая значимость работы: предложена технология построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок, которая обеспечивает получение количественной информации об объектах территории (координаты и высоты для каждой точки) с учетом заданной точности; разработаны рекомендации по оптимизации технологических решений подготовки информации разных типов для формирования измерительных трехмерных видеосцен; рекомендации могут служить основой при разработке НТД по созданию нового цифрового геопространственного вида продукции — измерительной трехмерной видеосцены; предложена методика оценивания эффективности технологии создания измерительных трехмерных видеосцен, которая позволяет определять эффективность использования конкретных ЦФС и 3D ГИС для построения измерительной трехмерной видеосцены, а также сравнить 3D ГИС между собой.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Тематика диссертации соответствует пунктам: 2 - «Разработка и исследование технических средств и технологий, фиксирующих в виде изображений различные элементы объектов исследований» и 3 — «Теория, технология и технические средства сгущения по аэрокосмическим снимкам геодезических сетей, создания и обновления топографических, землеустроительных, экологических, кадастровых и иных карт и планов» паспорта научной специальности 25.00.34 - «Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия».

Апробация и реализация результатов исследования. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и научных конгрессах: Межрегиональная научно-техническая конференция «Современные проблемы информационного пространства Уральского региона», Екатеринбург, 2002 г.; Международная научно-техническая конференция, посвященная 225-летию МИИГАиК, Москва, 2004 г.; научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2005», Новосибирск, 2005 г.; Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2006», Новосибирск, 2006 г.; XXIII International Cartographic Conference, Moscow, 2007 г.; Ill Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2007», Новосибирск, 2007 г.; IV Международная выставка и научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2008», Новосибирск, 2008 г.; XII Международная научно-практическая конференция «Методы дистанционного зондирования и ГИС-технологии для оценки состояния окружающей среды, инвентаризации земель и объектов недвижимости», GEOINFOCAD-EUROPE 2008, Италия, 2008 г.; V Международная выставка и научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2009», Новосибирск, 2009 г.; Международная научно-техническая конференция «Геодезия, картография и кадастр - XXI век», Москва, 2009 г.; VI Международная выставка и научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2010», Новосибирск, 2010 г.; VII Международная выставка и научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2011», Новосибирск, 2011 г.

Результаты исследований внедрены в виде технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок с использованием ГИС с функциями ЗБ-моделирования и исследований по оценке точности измерительных трехмерных видеосцен в организациях РОСРЕЕСТР: ФГУП Центр «Сибгеоинформ», ФГУП Центр «Уралгеоинформ», ФГУП «ПО Инжгеодезия», а также в учебном процессе СГГА, о чем свидетельствуют акты о внедрении.

Заключение Диссертация по теме "Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия", Хлебникова, Татьяна Александровна

5.7 Выводы по разделу 5

Приведены результаты исследований точности цифровых моделей рельефа и моделей объектов, полученных в средах трех ЗБ ГИС по производственным материалам аэрофотосъемки трех объектов.

По результатам экспериментальных исследований предложенной технологии сделаны следующие выводы:

- создаваемые на ЦФС по материалам аэрокосмических съемок ЦМР и ЦМО с учетом выполнения дополнительных требований (к подготовке информационного обеспечения, правил ввода) могут использоваться для последующего построения измерительных трехмерных видеосцен с учетом заданных метрических требований;

- ЦТК, ЦТП, полученные на ЦФС по материалам аэрокосмических съемок с учетом дополнительных данных, могут использоваться для последующего построения измерительных трехмерных видеосцен с учетом заданных метрических требований;

- предпочтительнее использовать ЦМР, получаемую на ЦФС в виде пикетов регулярной матрицы высот с заданным размером матрицы и в виде нерегулярной триангуляционной сети, поскольку создание ЦМР на ЦФС осуществляется с контролем.

Предложены следующие рекомендации по правилам сбора цифровой информации для формирования цифровых моделей рельефа на ЦФС с учетом специфики дальнейшего получения измерительных трехмерных видеосцен:

- при использовании в качестве исходных данных ЦМР равнинной местности в виде горизонталей с сечением рельефа 1 м для построения измерительной трехмерной видеосцены размер элемента регулярной матрицы высот достаточно задавать не плотнее, чем 10 м, или в пределах от 10 до 20 м;

- при использовании в качестве исходных данных ЦМР всхолмленной местности в виде горизонталей с сечением рельефа 1 м для построения измерительной трехмерной видеосцены размер элемента регулярной матрицы достаточно задавать в пределах от 5 до 10 м;

Результаты исследований, в соответствии с перечислениями в), г), д) 5.5 хорошо согласуются с предложениями построения ЦМР, изложенными в [80].

- для повышения точности ЗБ ЦМТ, получаемой по ЦМР в виде горизонталей, необходимо использовать дополнительные данные в виде высот точек, расположенных по периметру площадок строений после планировки рельефа.

6 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРЕХМЕРНЫХ ВИДЕОСЦЕН

6Л Определение критериев для оценки эффективности технологии построения измерительных трехмерных видеосцен

В настоящее время на рынке технических и программных средств имеются ряд систем, программно-инструментальных комплексов, предназначенных для создания ЦТК, ЦТП, ЦММ, цифровых ортофотопланов, ортофотокарт, трехмерных видеосцен по различным исходным данным.

Исходя из схемы предложенной технологии, она может быть реализована на различных ЦФС и ГИС, способных работать с трехмерными видеосценами.

При проведении исследований технологии использовались две цифровые фотограмметрические системы, получившие наиболее широкое распространение на предприятиях РОСРЕЕСТР, и три геоинформационные системы, обладающие возможностями работать с трехмерными видеосценами в различных сочетаниях.

Исходя из вышеизложенного, возникает необходимость разработки методики сравнения разных вариантов технологии, использующей конкретную ЦФС и конкретную ЗБ ГИС, в определенной предметной области.

Получение адекватной оценки технологии невозможно без использования количественных критериев. Математический аппарат вычисления количественных критериев для оценки любой системы или технологии предложен Журки-ным И. Г. [48, 50].

В его работе [50] обоснована необходимость определения пространства свойств (параметров), которые характеризуют любую систему или технологию. В качестве основных свойств, определяющих эффективность инструментально-программных средств ГИС, приняты следующие:

- точность съема и записи в базу данных координат изображений объектов;

- полнота восприятия и представления исходной информации в системе;

- производительность системы;

- совокупность функциональных операций, выполняемых системой;

- эксплуатационные возможности;

- стоимость системы.

Для каждого свойства предложены критерии. Эффективность системы в целом предложено определять по интегральной оценке на основе критериев отдельных свойств.

Поскольку как ГИС, так и технологии, использующие инструментально-программные комплексы, применяются в различных предметных областях, пространство свойств может изменяться.

Для предложенной технологии автором диссертации приняты следующие свойства:

- точность сбора координат и высот объектов на цифровых фотограмметрических системах и ввод их в ЗБ ГИС ткв)',

- точность и реалистичность представления информации в ЗБ ЦМТ Штзо);

- производительность технологии (<2пт)',

- стоимость технологии (()Ст)■

Перечисленные свойства относятся к разряду физико-технических и каждый из них может быть описан с помощью известного выражения [50]:

Л,=—-ТГ(6Л) Чп+С1ф где д„, дф — соответственно пороговый и фактический параметры, характеризующие рассматриваемое свойство таким образом, чтобы дп >

Таким образом, критерий г|/ может принять любое значение, принадлежащее отрезку [0, 1], причем чем больше величина г]( , тем лучше данная технология соответствует заданному свойству.

Для интегральной оценки точности сбора координат и высот объектов ЦММ на ЦФС и ввода их в ЗБ ГИС использовано выражение:

Яткв = Лнц > (6-2) где г) «, ц, г|я ц — критерии точности в плане и по высоте точек объектов ЦММ, определяемые из выражений: тп - УН Ш - 1)1 ц=-^Т-Лнц=--6.3 ш + щ - т + т птц ,пф$ц ,ппнц ,пфнц где тп5 ц, тпн ц — предельно допустимые СКП сбора координат и высот точек объектов ЦММ на ЦФС; тФ5Ц, тФНЦ — фактические СКП сбора координат и высот точек объектов ЦММ на ЦФС, определяемые из выражений:

V* -<(Е /п , тФН!Г <(ЕШ2Щ )/п, (6.4)

АБ2Ц=АХ2Ц/+А¥^, (6.5) где А Бц., А Нц - расхождения в плане и по высоте на контрольных точках; п — число контрольных точек.

Значение QTKB будет зависеть от качества исходных материалов аэрокосмических съемок, прикладного математического обеспечения, используемого в программных средствах цифровых фотограмметрических систем, опыта оператора.

Для оценки свойства точности и реалистичности представления информации в ЗD ЦМТ приняты следующие положения:

- степень точности и реалистичности представления информации в ЗЭ ЦМТ будем характеризовать вектором, заданным в пространстве территории сцены [123, 124]; отклонение этого вектора от эталонного на рассматриваемой территории приводит к понижению точности и реалистичности ЗБ ЦМТ.

Для интегральной оценки свойства точности и реалистичности представления информации в ЗD ЦМТ введено выражение: бтзо = "Пзоя Ля > (6.6) где г|зш,, г\зин - критерии точности представления информации в плане и по высоте в ЗБ ЦМТ; критерий реалистичности представления информации в ЗБ ЦМТ (предложен автором).

Значения г|3£)Л,, цзпн определяются по значениям СКП на основе расхождений координат и высот контрольных точек по формулам, аналогичным (6.3)-(6.5): тш - тФЯ тпн - тФН „ где тш, тш—предельно допустимые СКП в плане и по высоте точек объектов в ЗБ ЦМТ; тф5 , тФН — фактические СКП в плане и по высоте точек объектов в ЗЭ ЦМТ, определяемые из выражений: тФН= ^ГДЯ,2; /п, (6.8)

Д5,2 = ЛХ,2 +АУ,2, (6.9) где А5",, АД - расхождения в плане и по высоте на контрольных точках в ЗБЦМТ.

Контрольные точки выбираются на модели земной поверхности и объектах трехмерной видеосцены.

Для оценки реалистичности представления информации в ЗБ ЦМТ (г|л) учитываются следующие факторы, вызывающие ее понижение:

- качество источников исходной информации о территории (материалы аэрокосмических съемок, опорные данные, материалы, используемые для текстур, и т. д.);

- качество воспроизведения данных инструментальными средствами технологии;

- погрешности, связанные с отображением трехмерной сцены на экранах мониторов;

- потери информации при конвертировании из одного формата в другой из-за несогласованности информационного обеспечения на этапе сбора информации на ЦФС и импорта ее в ЗБ ГИС.

Первые три фактора в большей степени оцениваются с помощью критериев Г|5,Г|Я.

Рассмотрим критерий % с точки зрения адекватной передачи при импорте обязательных атрибутивных параметров, характеризующих свойства объектов и необходимых при создании ЗD ЦМТ. Под потерей атрибутивных параметров будем понимать невозможность передачи обязательных атрибутивных параметров ЦММ, полученной на ЦФС, при импорте их в ЗБ ГИС, т. е. необходимость дополнительной конвертации через другие форматы. Такая необходимость возникает в том случае, если классификаторы объектов и их характеристик не согласованы.

За обязательные параметры принимаются те, которые имеют значимость для выбранной предметной области использования технологии. Например, при создании измерительной трехмерной видеосцены застроенной территории обязательными будут следующие:

- для зданий, строений и их наземных элементов: высота объекта, этажность, материал;

- для элементов зданий, строений, находящихся над поверхностью Земли (навесы, перекрытия, галереи и т. д.): высота относительно Земли, абсолютная высота, материал;

- для крыш, имеющих форму призмы: высота основания крыши, материал, высота конька от основания крыши;

- для объектов растительности: максимальная высота деревьев (дерева), порода.

Если за предельно допустимое значение потерь атрибутивных параметров для технологии принять пороговое значение Нп , тогда оценка свойства г|к может быть выполнена по критерию: НИП ~,НИФ при Нп >НФ, (6.10) щ=0 при Нп < Иф, (6.11) где Нп - пороговое значение потерь (предельное число непереданных атрибутивных параметров);

Нф - фактическое значение потерь или число непереданных параметров.

Потерю каждого /-го параметра примем равной значению р,, тогда при потере п значимых параметров значение Нф определим из предложенного выражения: п

НФ = р, 2(7?,Л (6.12)

I=1 где п — число значимых параметров,

Я - постоянная величина, принятая равной 1,0.

Значения р, зададим в интервале 0 < р, < 1, исходя из условий, что минимальное число параметров равно трем, число значимых параметров от трех до десяти, потеря одного значимого параметра будет равна 0,1 (10 %).

Количественная оценка производительности технологии QnT определена по формулам:

Тп-Т

Qut = J + т при тп > Тф, (6.13) п ф длг=0 при Тп < Тф, (6.14) где Тп - пороговое значение времени, затрачиваемого на получение конечного продукта;

Тф - фактическое значение времени, затрачиваемого на получение конечного продукта.

Количественная оценка суммарной стоимости технологии Qct определена по формуле:

6.15) где С„ - пороговая стоимость технологии;

Сф - фактическая стоимость технологии.

Итоговая оценка эффективности технологии Q определена на основе оценок отдельных свойств по формуле:

Рткв Ptsd Рпт Рсг Q = Qtkb QUO QnT QCT > (6.16) где рткв, pT3D, рпт, рст - весовые коэффициенты, характеризующие значимость соответствующих свойств. Они выбираются в пределах [0, 1] и определяются как отношение весомости каждого отдельного совокупного свойства к максимальной весомости из всех рассматриваемых свойств системы [50].

Формы расчета оценок критериев отдельных свойств приведены в приложении Ж (таблицы Ж. 1- Ж.4).

6.2 Расчеты оценки эффективности технологии построения измерительных трехмерных видеосцен

Расчеты оценок критериев точности сбора координат и высот объектов на цифровых фотограмметрических системах и ввод их в ЗБ ГИС (б^), точности и реалистичности представления информации в ЗБ ЦМТ производительности технологии (£Эпг) были выполнены для вариантов технологии, рассмотренных в разделе 5. Каждый вариант технологии, предназначенной для создания измерительных трехмерных видеосцен, предусматривал использование конкретной ЦФС и конкретной ЗБ ГИС.

Трехмерные видеосцены создавались для трех объектов территорий, данные по которым приведены в разделе 5. Количественная оценка производительности технологии Qпт определялась с учетом ограниченного набора функциональных операций для каждой ЗБ ГИС. Результаты расчетов оценок критериев без учета оценки суммарной стоимости технических и программных средств приведены в таблицах 6.1-6.4.

Исходя из полученных значений оценок (таблица 6.4), сделаны следующие выводы:

-значение оценки реалистичности представления информации в ЗБ ЦМТ выше для варианта технологии, использующей ЦФС РНОТОМСЮ и ЗБ ГИС Карта 2011;

- технологический вариант, предусматривающий использование ЦФС и ЗБ ГИС, для которых согласовано информационное обеспечение (или

195 функции экспорта-импорта), осуществляет передачу метрической и семантической информации и оказывается наиболее эффективным;

- итоговая оценка эффективности выше для варианта технологии, использующей в качестве 3D ГИС Are GIS 3D Analist.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований показано, что в настоящее время во многих областях народного хозяйства потребность в информации о территории, как по виду, так и по объему содержащихся сведений, уже не удовлетворяется использованием только топографических карт в аналоговом и цифровом видах. В последние годы появились новые цифровые геоинформационные продукты, получившие название ЗБ-моделей, трехмерных сцен. В настоящее время наиболее востребованы ЗБ-модели городов, трехмерная пространственная информация которых используется при решении таких задач, как городское планирование, управление транспортом, защита от шума и др.

Основные научные и практические результаты, полученные в ходе исследований, заключаются в следующем: а) разработана методология трехмерного пространственного моделирования территорий на основе интеграции данных, получаемых современными цифровыми фотограмметрическими системами и геоинформационными системами, обладающими возможностями работать с трехмерными видеосценами, для создания нового цифрового геопространственного вида продукции - измерительной трехмерной видеосцены; б) предложена технология создания измерительных трехмерных видеосцен по данным ЦММ, полученным по материалам аэрокосмических съемок с учетом заданных метрических требований к исходным данным и конечному продукту - измерительной трехмерной видеосцене; в) впервые выполнены исследования и получены результаты по оценке точности измерительных трехмерных видеосцен, созданных по материалам аэрофотосъемки с использованием высокоточных цифровых фотограмметрических систем и картографических ГИС с функциями ЗБ-моделирования: ГИС КАРТА 2011, ERDAS IMAGINE Virtual GIS, ArcGIS 3D Analist; г) на основании выполненных исследований разработаны рекомендации по оптимизации технологических решений подготовки разных типов информации для формирования измерительных трехмерных видеосцен, в том числе:

- по типовым требованиям к материалам аэрокосмических съемок - исходным данным для создания ЦММ;

- по выбору технических и программных средств формирования эффективной технологии.

Рекомендации могут служить основой при разработке НТД по созданию нового цифрового геопространственного вида продукции - измерительной трехмерной видеосцены; д) разработаны критерии оценки точности измерительных трехмерных видеосцен:

- выполнены исследования по анализу достоверности вероятных ошибок координат точек местности, полученных при уравнивании фототриангуляционной сети. Обоснована необходимость учета их при оценке точности результатов сбора цифровой информации для формирования цифровых моделей местности на ЦФС; е) предложена методика оценивания эффективности технологии создания измерительных трехмерных видеосцен, которая позволяет определить эффективность использования конкретных ЦФС и 3D ГИС для создания измерительной трехмерной видеосцены, а также сравнить 3D ГИС между собой; ж) результаты исследований, изложенные в диссертации, внедрены в виде технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок с использованием ГИС с функциями 3 D-моделирования и исследований по оценке точности измерительных трехмерных видеосцен в организациях РОСРЕЕСТР: ФГУП Центр «Сибгеоинформ», ФГУП «Уралгеоин-форм», ФГУП «ПО Инжгеодезия», а также в учебном процессе СГГА.

Таким образом, решена научная проблема исследования и разработки технологии создания измерительных трехмерных видеосцен по данным ЦММ и материалам аэрокосмических съемок.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Хлебникова, Татьяна Александровна, Новосибирск

1. Аврутин, В. Д. О трехмерной модели городского пространства Санкт-Петербурга Текст. / В. Д. Аврутин, В. Ю. Руденко, А. Ю. Ломтев // ARCREVIEW. 2009. - № 4 (51). - С. 4-7.

2. Алексапольский, Н. М. Фотограмметрия Текст. / Н. М. Алексапольский. М.: Изд-во геодез. лит., 1956. - 412 с.

3. Алябьев, А. А. Цифровое трехмерное моделирование местности на основании результатов спутниковой стереоскопической съемки Текст. / А. А. Алябьев, А. В. Сосновский // Геодезия и картография. 2008. - № 8. -С. 23-27.

4. Аммерал, Л. Интерактивная трехмерная машинная графика Текст. / Л. Аммерал; пер. с англ. М.: 1992. - 299 с.

5. Антипов, И. Т. Математические основы пространственной аналитической фототриангуляции Текст. / И. Т. Антипов. М.: Картгеоцентр -Геодезиздат. - 2003. - 296 с.

6. Антипов, И. Т. О достоверности вероятностной оценки точности пространственной аналитической фототриангуляции Текст. / И. Т. Антипов,

7. Arc View 3D Analyst используется для создания высокоточных городских 3D ландшафтов Текст. / По материалам ARC News, Vol 20. №4 // ArcREView. -2000.-№ 1 [12].-С. 10.

8. Баранов, Ю. Б. Построение ЦМР по результатам интерферометрической обработки радиолокационных изображений ALOS PALSAR Текст. / Ю. Б. Баранов, Е. В. Киселевский, Ю. И. Кантемиров, М. А. Болсуновский // Геоматика. 2008. - № 1. - С. 37-45.

9. Берлянт, А. М. Развитие теории и методов создания геоизображений Текст. / А. М. Берлянт // Геодезия и картография. 2001. - № 11. - С. 35-41.

10. Берлянт, А. М. Картографический словарь Текст. / А. М. Берлянт. -М.: Научный мир. 2005. - 424 с.

11. Берлянт, А. М. Картография и геоинформатика в системе наук и учебных дисциплин Текст. / А. М. Берлянт // Геодезия и картография. 2007. -№ 1. - С. 38-45.

12. Берлянт, А. М. Картографические анимации Текст. / А. М. Берлянт, Л. А. Ушакова. М.: Науч. мир. - 2000. - 108 с.

13. Берлянт, А. М. Теория геоизображения Текст. / А. М. Берлянт. -М.:ГЕОС.-2006.-262 с.

14. Берлянт, А. М. Виртуальные геоизображения Текст. / А. М. Берлянт. -М.: Науч. мир. 2001. - 56 с.

15. Берлянт, А. М. Геоиконика Текст. / А. М. Берлянт. М.: Астрея. -1996.-208 с.

16. Важнейшие фундаментальные и прикладные проблемы геоинформатики Текст. / И. А. Соколов, В. Н. Филатов, А. И. Мартыненко и др. // Геодезия и картография. 2006. - № 11. - С. 47-56.

17. Воздушное лазерное сканирование Электронный ресурс.- Электрон, текстовые дан. Режим доступа: http://www.ecgeo.ru/scan.html. - Загл. с экрана.

18. Воробьев, Ю. Д. Построение трехмерной модели на основе кадастровой информации Текст. / Ю. Д. Воробьев, Е. Н. Лапина, Д. И. Бабанова // Геодезия и картография. 2004. - № 3. - С. 43-50.

19. Воронин, Е. Г. О влиянии дискретизации на точность измерений по цифровому снимку Текст. / Е. Г. Воронин // Геодезия и картография. 1999. — № 10.-С. 31-35.

20. Геоинформатика Текст.: в 2 кн. Кн 1: учебн. для студ. вузов / Е. Г. Капралов, А. В. Кошкарев, В. С. Тикунов и др.; под ред. В. С. Тикунова -М.: Академия. 2008. - 384 с.

21. Геоинформатика Текст.: в 2 кн. Кн 2: учеб. пособие для вузов / Е. Г. Капралов, А. В. Кошкарев, В. С. Тикунов и др.; под ред. В. С. Тикунова -М.: Академия. 2008. - 384 с.

22. Геоинформатика Текст. / А. Д. Иванников, В. П. Кулагин, А. Н. Тихонов, В. Я. Цветков М.: МАКС Пресс. - 2001. - 349 с.

23. Геоинформатика Текст.: Толковый словарь основных терминов / Ю. Б. Баранов, А. М. Берлянт, Е. Г. Капралов М.: ГИС-Ассоциации. - 1999. -204 с.

24. Геоинформационная система «Панорама»: Инструкция по установке программных продуктов. Электронный ресурс. Ногинск: КБ Панорама. -1991 - 2010. - 39 с. - 1 электр. опт. диск (БУБ+К).

25. Геоинформационная система «Карта 2011»: Руководство пользователя. Версия 11. Электронный ресурс. Ногинск: КБ Панорама. - 1991 - 2010. -139 с. - 1электр. опт. диск (ВУО+Я).

26. Геоинформационная система «Карта 2011»: Технология построения трехмерной модели. Редакция 3.0. Электронный ресурс. Ногинск: КБ Панорама. - 1991 - 2010. - 36 с. - 1электр. опт. диск (БУБ+Я).

27. Геоинформационная система «Карта 2011»: Комплекс ЗБ анализа. Руководство пользователя. Версия 1.0. Электронный ресурс. Ногинск: КБ Панорама. - 1991 - 2011. - 101 с. - 1 электр. опт. диск (БУБ+К).

28. Городскому управлению Вены дано еще одно измерение Текст. / По материалам ЕБШ // АгсКЕУ1е\у. 2008. - № 4 (47). - С. 22-23.

29. Гречищев, А. Трехмерное моделирование и фотореалистическая визуализация городских территорий Текст. / А. Гречищев, В. Бараниченко, С. Мо-настырев, А. Шпильман // АгсЯЕУ1е\у. 2003. - № 2 (25). - С. 12-13.

30. Гебгарт, Я. И. Некоторые вопросы измерения снимков Текст. / Я. И. Гебгарт, У. Д. Ниязгулов, А. А. Гебгарт // Геодезия и картография. 2005. - № 2. - С. 24-25.

31. Гельман, Р. Н. Влияние размера пиксела на точность измерений цифрового снимка и построение модели Текст. / Р. Н. Гельман // Геодезия и картография. 2004. - № 9. - С. 30, 35-37.

32. Гельман, Р. Н. О расчете ошибок маршрутной фототриангуляции и одиночной модели Текст. / Р. Н. Гельман // Геодезия и картография. 1993. -№ 12.-С. 33-36.

33. Гук, А. П. Развитие фотограмметрических технологий на основе имманентных свойств цифровых снимков Текст. / А. П. Гук // Геодезия и картография. 2007. - № 12. - С. 26-29.

34. ГОСТ Р 52440 2005. Модели местности цифровые. Общие требования Текст. - М.: Стандартинформ. - 2006. - 8 с.

35. ГОСТ Р 52439 2005. Модели местности цифровые. Каталог объектов местности. Требования к составу Текст. - М.: Стандартинформ. - 2006. - 54 с.

36. ГОСТ Р 52055 2003. Геоинформационное картографирование. Пространственные модели местности. Общие требования Текст. -М.: ГОССТАНДАРТ РОССИИ. - 2003. - 4 с.

37. ГОСТ 28441-99. Картография цифровая. Термины и определения Текст. Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации.-2000. - 10 с.

38. ГКИНП (ГНТА)-02-036-02. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов Текст. -М.: ЦНИИГАиК. 2002. - 100 с.

39. ГКИНП-09-32-80. Основные положения по аэрофотосъемке, выполняемой для создания и обновления топографических карт и планов Текст. -М.: Недра.-1982.-17 с.

40. ГКИНП-НТА-02-118. Основные положения по созданию топографических планов масштабов 1 : 5000, 1 : 2000, 1 : 1000 и 1 : 500 Текст. М. - 1979. -17 с.

41. ГКИНП (ОНТА)-12-274-03. Руководство по оценке качества исходных материалов аэрокосмических съемок и производной продукции в цифровой и аналоговой форме (Федеральная служба геодезии и картографии России) Текст.-М.-2003.-68 с.

42. ГКИНП-02-127-80. Руководство по редактированию топографических крупномасштабных карт и планов Текст. М.: ЦНИИГАиК. - 1980. - 49 с.

43. Дейвис, Ш. М. Дистанционное зондирование: количественный подход Текст. / Т. JI. Филипс и др.; под ред. Ф. Свейна и Ш. М. Дейвис; пер. с анг. — М.: Недра. 1983.-415 с.

44. Дуда, Р. О. Распознавание образов и анализ сцен Текст. / Р. О. Дуда, П. Е. Харт; пер. с англ. М.: Мир. - 1976. - 511 с.

45. Желтов, С. Ю. Полуавтоматические методы цифровой обработки аэрофотоснимков для выделения протяженных структур Текст. / С. Ю. Желтов, С. Б. Папков // Геодезия и картография. 1997 - № 2. - С. 34-38.

46. Журкин, И. Г. Геоинформационные системы Текст. / И. Г. Журкин, С. В. Шайтура. М.: КУДИЦ-ПРЕСС. - 2009. - 272 с.

47. Журкин, И. Г. Технология трехмерного моделирования городских территорий на основе ГИС. Междунар. научно-техн. конф, посвящ. 225-летию МИИГАиК Текст. / И. Г. Журкин, М. А. Баклыков, С. В. Еруков // Геоинформатика. М. - 2004. - С. 6-13.

48. Журкин, И. Г. Выбор критерия и пространства свойств для оценки эффективности инструментально-программных средств ГИС Текст. / И. Г. Журкин // Информационные технологии. 1999. - № 3. - С. 28-32.

49. Журкин, И. Г. Технология получения измерительной трехмерной видеосцены по материалам аэрокосмических съемок Текст. / И. Г. Журкин, Т. А. Хлебникова // Геодезия и картография. 2009. - № 8. - С. 43-48.

50. Журкин, И. Г. Результаты экспериментальных исследований технологии получения измерительной трехмерной видеосцены по материалам аэрокосмических съемок Текст. / И. Г. Журкин, Т. А. Хлебникова // Геодезия и картография. 2010. - № 7. - С. 27-31.

51. Зинчук, Н. Н. Оценка точности измерений порога восприятия глубины дискретной стереомодели Текст. / Н. Н. Зинчук // Геодезия и картография. -2004. -№ 11.-С. 25-29.

52. Иванов, В. П. Трехмерная компьютерная графика Текст. / В. П. Иванов, А. С. Батраков; под ред. Г. М. Полищука.- М.: Радио и связь. — 1995. -224 с.

53. Карпик А. П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территорий: Монография. — Новосибирск: СГГА. -2004.-260 с.

54. Книжников, Ю. Ф. Стереоскопическая модель местности как научное понятие и термин Текст. / Ю. Ф. Книжников // Изв. ВУЗов. Геодезияи аэрофотосъемка. 2004. - № 6. - С. 68-79.

55. Книжников, Ю. Ф. Стереоизмерительные свойства жидкокристаллических дисплеев Текст. / Ю. Ф. Книжников, Е. А. Балдина // Геодезия и картография. 2009. - № 6. - С. 28-32.

56. Книжников. Ю. Ф. О точности визуальных измерений на компьютере Текст. / Ю. Ф. Книжников // Геодезия и картография. 2005. - № 1. - С. 13-17.

57. Книжников, Ю. Ф. Зависимость точности стереоскопических измерений от размера пиксела цифровых снимков Текст. / Ю. Ф. Книжников // Геодезия и картография. 2003. - № 4. - С. 32-41.

58. Книжников, Ю. Ф. Аэрокосмические методы географических исследований Текст. / Ю. Ф. Книжников, В. И. Кравцова, О. В. Тутубалина -М.: Академия. 2004. - 336 с.

59. Книжников, Ю. Ф. Теоретические основы и метрические свойства цифровой стереоскопической модели местности Текст. / Ю. Ф. Книжников // Геодезия и картография. 2006. - № 9. - С. 24-33.

60. Книжников, Ю. Ф. Особенности стереоскопических измерений на цифровых фотограмметрических приборах Текст. / Ю. Ф. Книжников // Геодезия и картография. 2005. - № 12. - С. 17-24.

61. Книжников, Ю. Ф. О некоторых источниках погрешностей при автоматическом измерении цифровых стереопар Текст. / Ю. Ф. Книжников, Р. Н. Гельман //Геодезия и картография. 1999. — № 10. - С. 25-31.

62. Колосков, С. В. Технология автоматизированной генерализации при картографировании Текст. / С. В. Колосков, Т. А. Хлебникова // Геодезия и картография. 2005. - № 6. - С. 38-41.

63. Комосов, Ю. А. Состояние и перспективы автоматизированного карто-составления в программном комплексе «Нева» Текст. / Ю. А. Комосов // Геодезия и картография. 2005. — № 6. - С. 30-32.

64. Коновалова, Н. В. Введение в ГИС Текст. / Н. В. Коновалова, Е. Г. Капралов Петрозаводск: Петрозавод. ун-т. - 1995. - 148 с.

65. Коротаев, М. В. Принципы создания цифровой трехмерной геологической карты нового поколения Текст. / М. В. Коротаев, А. В. Ершов // Информ. бюл. ГИС Ассоциация. - 1999. - № 5 (22). - С. 28-29, 30.

66. Котиков, Ю. Г. 3D-моделирование многоуровневых транспортных развязок на базе платформы ArcGIS Текст. / Ю. Г. Котиков, К. А. Савченко // Are REView. 2010. - № 4 (55). - С. 16-18.

67. Ковин, Р. В. Цифровые модели рельефов в среде ГИС Mapinfo Professional Текст.: тр. междунар. научно-практ. конф. «Геоинформатика 2000» / Р. В. Ковин, Н. Г. Марков Томск. - 2000. - С. 96-101.

68. Конон, Н. И. Концепция математической модели информационных систем Текст. / Н. И. Конон // Геодезия и картография. 2001. - № 6. - С. 48-54.

69. Кошкарев, А. В. Геоинформатика Текст. / А. В. Кошкарев, В. С. Тикунов; под ред. Д. В. Лисицкого. М.: Картгеоцентр - Геодезиздат. -1993.-213 с.

70. Кравцова, В. И. Снимки сверхвысокого разрешения-новый компонент фонда цифровых космических снимков // Геодезия и картография. 2004. -№7. -С. 17-26.

71. Краснопевцев, Б. В. Основные события в истории создания съемочной и обрабатывающей фотограмметрической аппаратуры Текст. / Б. В. Краснопевцев // Инф. Бюллетень ГИС. 2004.- № 3 (45).- С. 21-23, 51.

72. Лазерное сканирование. Воздушные сканеры ALTM Электронный ресурс. -Режим доступа: http://www.optech.ru/page.php?id=81. Загл. с экрана.

73. Лазерное сканирование. Воздушные лазерные батиметрические системы SHOALS Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.optech.ru/page.php?id=82. - Загл. с экрана.

74. Ласло, М. Вычислительная геометрия и компьютерная графика на С++ Текст. / М. Ласло; пер. с англ. М.: Издательство БИНОМ. - 1997. - 304 с.

75. Лобанов, А. Н. Фотограмметрия Текст. / А. Н. Лобанов. М.: Недра. -1984.-552 с.

76. Лобанов, А. Н. Аналитическая пространственная фототриангуляция Текст. / А. Н. Лобанов, В. Б. Дубиновский, М. М. Машимов, Р. П. Овсянников. -М.: Недра. 1991.-255 с.

77. Лобанов, А. Н. Автоматизация фотограмметрических процессов Текст. / А. Н. Лобанов, И. Г. Журкин. М.: Недра. - 1980. - 240 с.

78. Лобанов, А. Н. Фотограмметрия Текст. / А. Н. Лобанов, М. И. Буров, Б. В. Краснопевцев. М.: Недра. - 1987. - 309 с.

79. Лисицкий, Д. В. Основные принципы цифрового картографирования местности Текст. / Д. В. Лисицкий. М.: Недра. - 1988. - 264 с.

80. Ляльков, В. И. Технологии автоматизированной генерализации для создания цифровых карт и планов Текст. / В. И. Ляльков, Т. А. Хлебникова // Геодезия и картография. 2004. — № 1. - С. 31-32.

81. Макаров, А. А. Построение трехмерных моделей зданий и сооружений для целей паспортизации объектов недвижимости Текст. / А. А. Макаров // Геодезия и картография. 2007. - № 11. - С. 40-42.

82. Марьина, Н. И. Трехмерная модель нефтепромысла Текст. / Н. И. Марьина, А. И. Разумовский // Информ. бюл. ГИС Ассоциации. - 2000. -№ 2. -С. 30-31.

83. Медведев, Е. М. Методы лазерной локации и цифровой аэрофотосъемки в современной топографии Текст. / Е. М. Медведев // Геодезия и картография. 2006. - № 6. - С. 40-44, № 8. - С. 30-35, № 9. - С. 40-47, № 10. - С. 46-53.

84. Мельников, С. Р. Лазерное сканирование: новый метод создания трехмерных моделей местности и инженерных сооружений Текст. / С. Р. Мельников // Информ. бюл. ГИС Ассоциации. - 2001. - № 2 (29). -№ з (30). - С. 26-27.

85. Минько, В. Ю. Технологическое проектирование аэрофотосъемки. Справочник Текст. / В. Ю. Минько. -М.: Недра. 1991. - 154 с.

86. Мониторинг деформаций сооружений в сочетании с технологией трехмерного моделирования Текст. / В. А. Середович, Т. А. Широкова, Д. В. Комиссаров и др. // Геодезия и картография. 2006. - № 6. - С. 12-14.

87. Мусин, О. Р. Цифровые модели для ГИС Текст. / О. Р. Мусин // Информ. бюл. ГИС Ассоциации. - 1998. - № 4. (16) . - С. 30-32, № 5. (17). -С. 28-29.

88. Методы создания образно-знаковых пространственных моделей местности Текст. / Ш. А. Дивеев, А. Е. Гусев, А. И. Мартыненко и др. // Изв. ВУЗ. -1998.-№ 2.-С. 79-86.

89. Моисеенко, А. А. Цифровые модели как средства описания рельефа и опыт их использования Текст. / А. А. Моисеенко, С. Н. Ананьев, Е. В. Дужик // ГИС-обозрение. -2000. -№ 3.-4.- С. 10-16.

90. Мышляев, В. А. О цифровой картографической продукции нестандартных масштабов Текст. / В. А. Мышляев // Геодезия и картография. — 2009. -№7.-С. 62-63.

91. Назаров, А. С. Фотограмметрия Текст.: учеб. пособие для студентов вузов / А. С. Назаров. Минск: ТетраСистемс. - 2006. - 368 с.

92. Наземное лазерное сканирование Текст.: монография / В. А. Середович и др. Новосибирск: СГГА. - 2009. - 261 с.

93. Наземное и воздушное лазерное сканирование новые направления производства цифровых съемок Электронный ресурс. / Мельников С. Р.— Режим доступа: http://www.ugi.ru/news/articles/dokladi/Melnikov.htm. - Загл. с экрана.

94. Нехин, С. С. Шелковый путь информации из изображений Текст. / С. С. Нехин // Геодезия и картография. 2009. - № 2. - С. 36-48.

95. Нехин, С. С. Автоматизация фотограмметрического сбора трехмерной информации на ЦФС Текст. / С.С. Нехин, С.В.Олейник // Изв. ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка. 2011. - № 2. - С. 70-74.

96. Нехин, С. С. Геоинформация, соединяющая континенты Текст. / С. С. Нехин // Геодезия и картография. 2004. - № 10. - С. 19-28.

97. Никольский, А. Е. Проблемы представления и моделирования объемного восприятия объектов. Междунар. научно-техн. конф, посвящ. 225-летию

98. МИИГАиК Текст. / А. Е. Никольский // Геоинформатика. М. - 2004. -С. 92-97.

99. Никольский, Д. Б. Уровни обработки радиолокационных данных Текст. / Д. Б. Никольский // Геоматика. 2008. - № 1. - С. 25-37.

100. Новаковский, Б. А. Фотограмметрия и дистанционные методы изучения Земли Текст. / Б. А. Новаковский // М.: МГУ. 1997. - 208 с.

101. Новаковский, Б. А. Использование цифровых фотограмметрических станций в целях картографирования Текст. / Б. А. Новаковский, С. В. Прасолов, И. С. Волкова // Геодезия и картография. 2010. — № 1. — С. 40-45.

102. Основные проблемы пространственного представления местности в цифровых картографических изделиях Текст. / В. Н. Филатов и др. // Геодезия и картография. 2007. - № 4. - С. 35-38.

103. О цифровой топографии Текст. / В. Н. Филатов, В. А. Авдеев, Р. С. Мухудинов, В. А. Радионов // Геодезия и картография. 2008. — № 5. — С. 19-21.

104. О реализации преимуществ цифровых технологий при создании картографической продукции Текст. / В. Н. Филатов, В. А. Авдеев, Р. С. Мухудинов, В. А. Радионов // Геодезия и картография. 2008. - № 4. - С. 19-20.

105. Павлидис, Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений Текст. / Т. Павлидис; пер. с англ. М.: Радио и связь. - 1986. - 400 с.

106. Павлов, В. И. Математическая обработка фотограмметрических измерений Текст. / В. И. Павлов. Л.: Недра. - 1976. - 264 с.

107. Побединский, Г. Г. Использование цифровых карт для информационных систем различного назначения Текст. / Г. Г. Побединский, С. В. Еруков // Геодезия и картография. 2006. - № 4. - С. 17—26.

108. Прэтт, У. Цифровая обработка изображений Текст. / У. Прэтт. пер. с англ. М.: Мир. - 1982. - Кн. 1 - 312 е., Кн. 2 - 480 с.

109. Плешков, В. Г. Создание ЦТК открытого пользования и их применение в ГИС различного назначения Текст. / В. Г. Плешков, И. Н. Сторожик // Геодезия и картография. 2005. — № 11. — С. 10-13.

110. Повышение качества цифровых пространственных моделей местности Текст. / А. Н. Гринь, Р. М. Хрущь, К. П. Виноградов, С. В. Ронжин // Геодезия и картография. 2007. - № 5. - С. 32-35.

111. Программный компонент фототриангуляции для цифровой фотограмметрической станции ЦНИИГАиК. РНОТОСОМ. Руководство пользователя. Версия 1.1 Электронный ресурс. Новосибирск. - 2005.-77 с. - 1электр. опт. диск (DVD+R).

112. Программное обеспечение компании MultiGen-Paradigm, Inc. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www-old.jcsi.ru/vr/products/mpi/sitebuilder3d/index.htm. - Загл. с экрана.

113. Роджерс, Д. Математические основы машинной графики Текст. / Д. Роджерс, Дж. Адаме; пер. с англ. М.: Мир. - 2001. - 604 с.

114. Роджерс, Д. Алгоритмические основы машинной графики Текст. / Д. Роджерс; под ред. Ю. М. Баяковского, В. А Галактионова; пер. с англ. -М.: Мир.-1989.-512 с.

115. Руководство по аэрофотосъемочным работам Текст. — М.: Воздушный транспорт. 1988. - 334 с.

116. Скворцов, А. В. Геоинформатика Текст. М.: Изд-во Том. ун-та. -2005.-263 с.

117. Сечин, А. Ю. Современные цифровые камеры. Особенности фотограмметрической обработки Текст. / А. Ю. Сечин // Информ. бюл. ГИС -Ассоциации. 2004. - № 5. (47). - С. 30-32.

118. Советов, Б. Я. Теория информации Текст. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. - 1977.- 184 с.

119. Советов, Б. Я. Информационные технологии Текст. Учеб. для вузов / Б. Я.Советов, В. В. Цехановский. 3-е изд., стер. М.: Высш. шк. - 2006. - 263 с.

120. Соколова, Н. А. Технология крупномасштабных аэротопографических съемок Текст. / Н. А. Соколова. М.: Недра. - 1973. - 184 с.

121. Технология сканирования. Области применения воздушного лазерного сканера ALTM Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.optech.rn/page.php7icH88. - Загл. с экрана.

122. Технология сканирования. Области применения воздушной лазерной батиметрической системы SHOALS Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.optech.ru/page.php?id=90. - Загл. с экрана.

123. Тикунов, В. С. Сборник задач и упражнений по геоинформатике Текст.: учеб. пособие для вузов / под ред. В. С. Тикунова. М.: Академия. -2009.-512 с.

124. Трубецкой, А. И. Технология создания виртуального оперативного (боевого) пространства для применения в современных АСУ военного назначения Текст. / А. И. Трубецкой, О. В. Савченко // Информация и космос. 2007. -№ 1.-С. 15-18.

125. Уханёва, А. В. Создание цифровых топографических карт с использованием цифровой аэрофотокамеры UltraCavX Текст. / А. В. Уханёва, Г.П. Хремли // Геодезия и картография. 2010. - № 5. - С. 42-46.

126. Филатов, В. Н., Присяжнюк С. П. Многомерные цифровые модели местности и подповерхностных объектов. Информация и космос. — 2005. — №1. — С. 5-8.

127. Фирсов, Ю. Г. Цифровые модели рельефа дна в электронной гидрографии Текст. / Ю. Г. Фирсов // Геодезия и картография. 2008. - № 4. — С. 45-53.

128. Фоли, Дж. Основы интерактивной машинной графики Текст.: в 2-х кн. / Дж. Фоли, вен Дэм; пер. с англ. М.: Мир. - 1985. - Кн. 1 - 368 с.

129. Фототриангуляция в режиме реального времени на ЦФС Текст. / И. Т. Антипов, Г. А. Зотов, С. С. Нехин, Ю. И. Кучинский // Геодезия и картография. 2003.-№ 11.-С. 32-37.

130. Хлебникова, Т. А. О создании цифровых ортофотопланов по материалам аэрофотосъёмки для территориального кадастра Текст. / Т. А. Хлебникова,

131. B. И. Юрченко // Геодезия и картография. 2001. - № 5. - С. 23-26.

132. Хлебникова, Т. А. Технология и опыт создания цифровых топографических карт, планов, ортофотопланов по материалам аэрофотосъемки Текст. / Т. А. Хлебникова, С. В. Колосков // Геодезия и картография. 2003. - № 1. —1. C. 36-39.

133. Хлебникова, Т. А. Цифровая on-line фототриангуляция при создании цифровых планов и ортофотопланов на отечественных ЦФС Текст. / Т. А. Хлебникова, Е. Я. Лужбина, Л. М. Светлакова // Геодезия и картография. -2003.-№8. -С. 19-24.

134. Хлебникова, Т. А. Технология построения измерительных трехмерных видеосцен по данным ЦММ: проблемы и пути решения Текст. / Т. А. Хлебникова // Геодезия и картография. 2008. — № 2. - С. 44-^16.

135. Хлебникова, Т. А. Создание трехмерной цифровой модели местности по материалам аэрофотосъемки на ЦФС для использования в 3D-ITIC Текст. / Т. А. Хлебникова, Н. И. Шушлебина // Геодезия и картография. 2006. - № 5. -С. 13-18.

136. Хрущ, Р. М. Этапы становления и развития фотограмметрии в России Текст. / Р. М. Хрущ // Геодезия и картография. 2003. - № 7. - С. 50-61.

137. Цифровая картография и геоинформатика Текст.: краткий терминологический словарь / Е. А. Жалковский и др.; под общ. ред. Е. А. Жалковского. -М.: Картгеоцентр Геодезиздат. - 1999. - 46 с.

138. Шикин, Е. В. Компьютерная графика. Динамика, реалистические изображения Текст. / Е. В. Шикин, А. В. Вересков. М.: ДИАЛОГ-МИФИ. -1996.-288 с.

139. Яне, Б. Цифровая обработка изображений Текст. / М.: Техносфера. -2007. 584 с.

140. Ястребов, А. И. Модификация триангуляции Делоне для создания моделей рельефа Текст. / А. И. Ястребов, А. В. Рогачев // Геодезия и картография. -2005.-№ 1.-С. 29-31.

141. Autodesk Maya 2010 Электронный ресурс. Режим доступа: http://volgowarez.ru/photoshop/24481-autodesk-maya-2010-suite.html. - Загл. с экрана.

142. Bresenham J. Е. Flgorithm for Computer Control of a Digital Plotter. IBM System Journal, Vol. 1965. - № 4. - pp. 25 - 30.

143. Christen. M. The Future of Virtual Globes the Interactive Ray-Traced Digital Earth // XXI Congress 3-11 July 2008, Beijing China. PROCEEDINGS Volume XXXVII, Part B2, ТС II. pp. 969 - 974. - 1 электр. опт. диск (DVD+R).

144. Eric Kwabena Forkuo. Digital Terrain Modeling in a GIS Environment // XXI Congress 3-11 July 2008, Beijing China. PROCEEDINGS Volume XXXVII, Part B2, ТС II. pp. 1023 1029. - 1 электр. опт. диск (DVD+R).

145. ERDAS IMAGINE. Tour Guides ™ Электронный ресурс. / Leica Geo-systems Geospatial Imaging, LLC, Norcross, Georgia 2005. - 693 p. - 1 электр. опт. диск (DVD+R).

146. Ivin Amri Musliman, Alias Abdul Rahman, Volker Coors. Implementing 3D Network Analysis in 3D-GIS // XXI Congress 3-11 July 2008, Beijing China. PROCEEDINGS Volume XXXVII, Part B2, ТС II. pp. 913 918. - 1 электр. опт. диск (DVD+R).

147. GeoniCS Рельеф Электронный ресурс. Режим доступа: www.rozmisel.ru/htm/softdescr/geonics/reljef.htm. -Загл. с экрана.

148. Table of Contents Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.BHyTpeHHñ мир 3D Studio.htm. - Загл. с экрана.156 3D Studio Мах 7 Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.skan.ru/software/n2563dstudiomax.htm. - Загл. с экрана.

149. SketchUp.RU Электронный ресурс. Режим доступа: http: // www.sketchup.ru.htm. - Загл. с экрана.

150. ScanEx Image Processor Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.scanex.ru/rus/software/ScanMagic/default.htm. - Загл. с экрана.

151. SOVZOND Электронный ресурс. Режим доступа: http: // www.sovzond.ru/dzz/publications/543/4. - Загл. с экрана.

152. Surfer 9 Электронный ресурс. Режим доступа: www.cwer.ru/node/93899/. - Загл. с экрана.

153. Talka-gis Электронный ресурс. Режим доступа: http://gis.talka2000.ru/nayti.htm. - Загл. с экрана.

Информация о работе

Хлебникова, Татьяна Александровна
доктора технических наук
Новосибирск, 2011
ВАК 25.00.34

Диссертация

Исследование и разработка технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Исследование и разработка технологии построения измерительных трехмерных видеосцен по материалам аэрокосмических съемок - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы