Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка и исследование фотограмметрической технологии создания и обновления топографических карт на территорию Мексики по космическим сканерным снимкам с использованием архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков

ВАК РФ 25.00.34, Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование фотограмметрической технологии создания и обновления топографических карт на территорию Мексики по космическим сканерным снимкам с использованием архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков"

На правах рукописи

Л ГИЛА Р ВИЛЬЕГАС ХУАН МАРТИН

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ И ОБНОВЛЕНИЯ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ НА ТЕРРИТОРИЮ МЕКСИКИ ПО КОСМИЧЕСКИМ СКАНЕРНЫМ СНИМКАМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АРХИВНЫХ МЕЛКОМАСШТАБНЫХ АЭРОФОТОСНИМКОВ

Специальность 25 00 34 Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□03 164154

у,

Москва 2008

Работа выполнена на кафедре фотограмметрии Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК)

Официальные оппоненты

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Михайлов Александр Павлович доктор технический наук, Тюфлин Юрий Сергеевич кандидат технических наук, Кадничанский Сергей Алексеевич

Ведущая организация

Сибирская государственная геодезическая академия

Защита диссертации состоится

2008 г, в/й^Аасов на

заседании диссертационного совета Д-212 143 01 при Московском государственном университете геодезии и картографии по адресу 105064, Москва, Гороховский пер, 4, МИИГАиК, ауд зал заседаний Ученого Совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК)

Автореферат разослан »2008 г

Ученый секретарь

диссертационного совета

Б В Краснопевцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Разработка эффективных методов создания и обновления топографических карт крупного масштаба является актуальной, поскольку ее успешное решение и последующее развитие вносят важный вклад в обеспечение информации о Земле как основе земельных реформ, планирования, развития и управления земельными ресурсами

Создание и обновление топографических карт являются существенными факторами при планировании развития экономического производства страны Современная и достоверная информация о состоянии местности дает возможность принимать правильные решения при планировании народнохозяйственных задач. Следовательно, для этого требуется не только полное покрытие территории страны топографическими картами и другими документами о местности, но и их периодическое обновление При этом желательно использовать такие технологии, которые могли бы обеспечивать создание и обновление карт с относительно небольшими временными и финансовыми затратами

С момента появления космических съемочных систем, а также внедрения в топографо-геодезическое производство цифровых технологий фотограмметрической обработки аэрокосмических снимков, проблемы создания и обновления топографических карт стали решаться на качественно новой основе Развитие съемочных спутниковых систем и методов обработки космических снимков высокого разрешения на основе применения цифровых фотограмметрических систем принципиальным образом изменяют технологию создания и обновления топографических и кадастровых карт различных масштабов, в том числе и крупных Однако, как и в традиционных технологиях при фотограмметрической обработке сканерных космических снимков высокого разрешения необходимо выполнение достаточно

трудоемких и дорогостоящих полевых геодезических работ по планово-высотной подготовке снимков, что увеличивает сроки и финансовые затраты на создание и обновление топографических и кадастровых карт Повышение производительности труда при создании и обновлении топографических карт, необходимо искать в дальнейшем совершенствовании имеющихся фотограмметрических методов и технологий получения и обработки аэрокосмической информации

Цель работы.

Разработать и исследовать цифровую фотограмметрическую технологию создания и обновления топографических карт различных масштабов на территорию Мексики по материалам космических сканерных съемок высокого разрешения и архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков, обеспечивающую сокращение сроков и затрат на производство работ

Научная новизна работы.

Новыми научными результатами можно считать разработку и исследование цифровой фотограмметрической технологии создания и обновления топографических карт различных масштабов на территорию Мексики по материалам космических сканерных съемок высокого разрешения и архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков

Практическая значимость работы:

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования показали, что предложенная технология создания и обновления топографических карт различных масштабов на территорию Мексики по материалам космических сканерных съемок высокого разрешения и архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков, позволяет значительно

сократить сроки создания и обновления топографических карт, а также затраты на производство работ

Результаты проведенных исследований внедрены в учебный процесс, в курсах «Цифровая фотограмметрия» и «Картография», читаемых в Школе наук о Земле Автономного университета штата Синалоа Мексики

Апробация работы:

Результаты исследований доложены и обсуждены на 2-ой Международной конференции «2do Taller de Intercambio Internacional sobre Extensiomsmo y Diversificacion en Acuicultura», организованной UAS, PACRC-UHH, CESASIN (Масатлан Синалоа Мексики, Июля 2005 г), на 61-ой юбилейной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых МИИГАиК, посвященной 25-летию первого полета в космос Савиных Виктора Петровича (апреля, 2006 г) и на конференции «Expo Geografía 2006», организованной Национальным Институтом Статистики, Географии и Информатики Мексики (INEGI), (Кульякан Синалоа, Мексики, май, 2006 г )

Публикации:

По результатам выполненных исследований по теме диссертации автором опубликованы две статьи

Структура и объем диссертации:

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения Общий объем работы - 111 страниц машинописного текста Диссертация содержит 13 таблиц и 19 рисунков Список литературы составляет 82 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Обоснована актуальность решаемой задачи, сформулированы цель и задачи исследования, обоснована научная новизна и практическая значимость работы

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ ИЗУЧЕННОСТИ ТЕРРИТОРИИ МЕКСИКИ.

В первой главе рассмотрены физико-географические характеристики Мексики, приведены сведения о картографической изученности ее территории и организации и технологиях топографо-картографических работ в Мексике

В последнее десятилетие в Мексике, уделяется большое внимание совершенствованию технологий создания и обновления топографических карт Однако до настоящего времени полностью территория Мексики покрыта только топографическими картами масштаба 1 50 ООО, созданная по материалам аэрофотосъемки масштаба 1 75 ООО (рис 1) Для создания топографических карт масштабов 1* 20 ООО и 1 10 ООО выполнена аэросъемка соответственно масштабов 1 • 37 ООО и 1 20 ООО только на небольшую часть территории Мексики (рис 2 и 3)

Проводимая в стране земельная реформа, а также строительство дорог и промышленных объектов обусловливают необходимость создания в короткие сроки топографических карт различных масштабов и других документов о местности, отражающих ее современное состояние При этом, учитывая невозможность привлечения для решения этой задачи значительных финансовых средств, необходимо разработать и использовать такие технологии, которые могли бы обеспечивать создание карт с относительно небольшими временными и финансовыми затратами

Покрытие территории Мексики с аэрофотосъемкой в масштабе 1:75 ООО.

Рис. 1

Покрытие территории Мексики с аэрофотосъемкой в масштабе 1:37 500.

Покрытие территории Мексики с аэрофотосъемкой в масштабе 1:20 ООО.

Рис. 3

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СЪЕМОЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ, МЕТОДОВ И ТЕХНОЛОГИЙ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ПРИ СОЗДАНИИ И ОБНОВЛЕНИИ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ ПО МАТЕРИАЛАМ

АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СЪЕМОК.

Во второй главе приведен анализ существующих

фотограмметрических методов и технологий создания и обновления топографических карт, также последних достижений в области получения и фотограмметрической обработки аэрокосмических снимков.

На основе изучения и анализа современных технических средств получения аэрокосмических снимков и методов и технологий их фотограмметрической обработки отмечена тенденция все более активной замены аналоговых съемочных систем на цифровые съемочные системы, а

8

также повсеместный переход фотограмметрического производства на цифровую фотограмметрическую обработку снимков на цифровых фотограмметрических системах

Особое внимание в главе обращено на развитие современных космических сканерных съемочных систем, разработанных в США и ряде других стран В качестве примера в табл 1 и 2 приведены основные характеристики некоторых космических сканерных съемочных систем

Эти системы обладают высокими геометрическими и изобразительными свойствами, позволяющими использовать их для создания и обновления топографических карт от масштаба 1 50 ООО до масштаба 1 5 000

Анализ существующих цифровых фотограмметрических систем показал, что основной тенденцией развития цифровых фотограмметрических систем является создание универсальных систем, позволяющих выполнить все фотограмметрические процессы создания цифровых векторных карт, цифровых моделей рельефа и цифровых фотопланов по снимкам полученных, как аэрофотосъемочными системами, так и космическими съемочными системами (табл 3). Другой тенденцией развития цифровых фотограмметрических систем является все большая автоматизация выполняемых измерений, что в значительной мере повышает производительность работ

В главе проведен анализ существующих в настоящее время технологий создания топографических карт по материалам аэрокосмических съемок Несмотря на постоянное совершенствование этих технологий, в них весьма трудоемким и затратным является процесс планово-высотной подготовки снимков Это приводит к увеличению сроков создания карт и их стоимости, особенно при создании карт по космическим сканерным снимкам, требующим большее количество опорных точек при их

Табл 1

Основные характеристики космических сканерных съемочных систем США

Основные Космические съемочные системы

Характеристики 1копоз (США) ОшскВ|Г<1 (США) ОгЬУгеиг-З (США) 1/ап«18а1-7 (США)

Год запуска 1999 2001 2003 1999

Высота орбита (км) 681 450 470 670-702

Наклонение орбита (0) 98 2 97,2 97 25 98 2

Число спектральных диапазонов 5 5 5 8

Угол поля зрения (0 ) 09 07 1 58

Пространственное разрешение

Панхроматический режим (м) Многозональный режим (м) 0 82 061 1 15

4 244 4 30-60

Стереосъемка

Вдоль орбиты Поперек орбиты Да Да Да Нд.

Да Да Да Нд

Периодичность (суток) 1-3 1-4 1-3 10

Полоса захвата (км) 11 16 5 8 183

Нд -нетданных

Табл 2

Основные характеристики космических сканерных съемочных систем

других стран

Космические съемочные системы

Основные Характеристики Яро1-5 (Франция) Щ8-1С, № (Индия) АШ8 (Япония) СЬег«-1 (Бразилия-Ки тай)

Год запуска 2002 1996,1997 2003 1999

Высота орбиты (км) 830 900 568 778

Наклонение орбиты ( ) 98 7 98 Нд Нд

Число спектральных диапазонов 2 5-5 1 1 5

Угол поля зрения (") Нд Нд Нд Нд

Пространственное разрешение

Панхроматический режим (м) Многозональный режим (м) 5 58 25 10

10-20 23 5-70 10 20

Стереосъемка

Вдоль орбиты Поперек орбиты Да Да Да Нд

Нет Нет Нд Нд

Периодичность (суток) 26 22 44 Нд

Полоса захвата (км) 60 70 70 115

Нд - нетданных

фотограмметрической обработке по сравнению с обработкой кадровых аэрокосмических снимков

Проведенный анализ показал, что современное развитие космических съемочных систем и цифровых фотограмметрических обрабатывающих комплексов создает условия для разработки более рациональных и экономичных фотограмметрических технологий выполнения топографических работ при создании и обновлении топографических карт Особенно в этих технологиях нуждаются развивающиеся страны, в том числе Мексика, в которых имеются экономические ограничения и дефицит квалифицированных кадров в области фотограмметрии и картографии

Табл 3

Некоторые цифровые фотограмметрические системы и их характеристики

Наименоваяие характеристики ЦФС

ОгЛоЕпйше РЬйотоё Арег-Шга

Тип изображение Метрические Камеры + + + + +

Сканерные Снимки + +

Не метрические Снимки + +

Метод стереонаблю-дения Стереоскоп +

Затворные Очки + +

Анаглифичиские Очки +

Полироидные

Измерение Клавиатура + + + +

Манипулятор + + + +

Штурвалы

Функции Внутреннее Ориентирование 1,2 1 1 1 1

Взаимное Ориентирование 1 1 1,2 1 1

Внешнее Ориентирование 1 1 1,2 1 1

Обратная Засечка 1

Фототриангуляция 1 1 1

Съемка контуров 1 1,2, 1 1,2

ЦМР 1 1,2,3 1,2

Ортофото 1 1 1

Мозаика 1 1

1-интерактивный 2-автоматизированный 3-автоматический

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ И ОБНОВЛЕНИЯ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ НА ТЕРРИТОРИЮ МЕКСИКИ ПО КОСМИЧЕСКИМ СКАНЕРНЫМ СНИМКАМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АРХИВНЫХ

МЕЛКОМАСШТАБНЫХ АЭРОСНИМКОВ

В третьей главе описана предложенная автором технология создания топографических карт и приведены результаты экспериментальных работ

Картографические работы, выполненные в настоящее время в Мексике, не удовлетворяют требованиям большинства потребителей топографических карт и других материалов о местности, так как существующие топографические карты крупного масштаба покрывают очень малую часть территории страны, а созданные топографические карты среднего и мелкого масштаба уже устарели и требуют обновления

Вместе с тем, несмотря на высокую производительность современных методов создания топографических карт по материалам аэрокосмических съемок, сроки выполнения работ достаточно велики Это связано в первую очередь с тем, что по разным причинам, например, климатическим и организационным полевые работы по планово-высотной подготовке и дешифрированию снимков, могут быть выполнены со значительной задержкой, что приводит к увеличению сроков создания топографической карт из-за невозможности выполнения полного комплекса фотограмметрических работ Кроме того, для картографирования незначительных по площади территорий использование аэрофотосъемки и существующих фотограмметрических технологий экономически не выгодно

В связи с вышеизложенным, желательно использовать для создания карт такие фотограмметрические технологии, которые могли обеспечивать их создание с относительно небольшими временными и финансовыми затратами

Таким критериям отвечает предложенная автором технология, основанная на совместном использовании космических сканерных снимков высокого разрешения (5м - 0,6м) и архивных аэрофотоснимков мелкого масштаба, обобщенная схема, которой представлена на рис 4

В этой технологии по архивным аэрофотоснимкам строится сеть пространственной фототриангуляции, а затем по стереопарам снимков создаются цифровые модели рельефа местности и определяются координаты точек на местности, которые в последующем используются в качестве опорных точек для ориентирования одиночных или стереопар сканерных космических снимков

По космическим сканерным снимкам, после их внешнего ориентирования, строятся с использованием цифровых моделей рельефа цифровые ортофотопланы, по которым создаются или обновляются цифровые топографические карты

Предлагаемая технология позволяет оперативно создавать топографические карты, так как в настоящее время заказы на проведение космических съемок высокого разрешения выполняются в очень короткие сроки, и нет необходимости в выполнении полевых работ, кроме топографического дешифрирования снимков. Возможность практической реализации предлагаемой технологии обусловлено тем, что аэрофотосъемка масштаба 1 75 ООО, выполняемая в Мексике для создания топографических карт масштаба 1 50 ООО характеризуется высоким изобразительным и измерительным качеством Предложенная технология, ориентированная на обновление основной топографической карты Мексики масштаба 1 50 ООО, а также для создания новых топографических карт масштабов 1.10 000-1.2 000

Блок-схема технологии создания карт по космическим сканерным снимкам и архивным аэрофотоснимкам

Рис 4

При создании по аэрофотоснимкам масштаба 1 75 ООО цифровых моделей рельефа определение высот узловых точек этих моделей можно выполнять со средними погрешностями не хуже 1 м

По стандартам точности создания топографических документов о местности, принятым в Мексике, средние квадратические ошибки в положении точек на ортофотопланах не должны превышать величины 0,3мм в масштабе создаваемой по ортофотоплану карты Рассмотрим допустимые ошибки в определении высот точек местности по цифровым моделям рельефа при создании карт по предлагаемой технологии по космическим сканерным снимкам, получаемых съемочными системами Spot-5, Ikonos и Quick Bird Для создания ортофотопланов используются сканерные изображение, которые получают при ориентации плоскости сканирования приблизительно перпендикулярно к земной поверхности При этом для обеспечения съемки заданной территории съемочная система может быть развернута относительно продольной оси на заданный угол. При максимальном развороте съемочной системы угол наклона крайнего проектирующего луча снимка, полученного системой Spot-5, достигает величины 31°,6, системой Ikonos - 26°, и системой Quick Bird 30°

Смещения точек на ортофотоплане AR из-за ошибок в определении высот точек местности Ah можно рассчитать по формуле.

AR = Дй tgw, max 15 ^

где ф - угол отклонения проектирующего луча от вертикали

Наибольшее значение смещения положения точки AR будет при максимальном значении угла ф Поэтому определим максимально допустимую ошибку Ah™« определения высот точек местности, не вызывающее смешения точек на фотоплане больше допустимого значения, для максимального значения угла <рПшх по формуле

д. 0 3mm М = ШРтах ' где М - знаменатель масштаба создаваемого плана

Если предположить, что по снимкам Spot-5 будут созданы карты масштаба 110 ООО, а по снимкам Ikonos и Quick Bird карты масштаба 1 5 ООО,

значения Ahmax будут равно для снимков Spot-5 - 5м, для снимков Ikonos -Зм, и для снимков Quick Bird - 2,6м

Таким образом, цифровые модели рельефа, построенные по архивным аэрофотоснимкам, вполне обеспечивают построение цифровых ортофотопланов заданной точности В случае использования материалов аэрофотосъемок более крупного масштаба возможно повышение точности фотограмметрической обработки сканерных снимков Можно ожидать, что по снимкам, полученным с помощью сканерной съемочной системы Quick Bird, возможно создать карт масштаба 1 2 ООО Однако это предположение нуждается в экспериментальной проверке

С целью экспериментальной проверки предложенной технологии по сканерным снимкам, полученным космическим съемочным системам Spot-5 и Ikonos было произведено построение цифровых фотопланов и оценка их точности

Цифровые фотопланы были созданы по фрагментам панхроматических изображений, полученных космическими сканерными съемочными системами Spot-5 и Ikonos с размером пикселя соответственно 5м и 1м Снимок Spot-5 был получен 01 03 04 г. с углом отклонения от вертикали, равным 14,9°, а снимок Ikonos был получен 12 09 03 г с углом отклонения от вертикали, равным 13,0° На фрагменте снимка, полученного съемочной системой Spot-5, общей площадью 380,3 км2 изображен участок тихоокеанского побережья Мексики, расположенный в штате Синалоа Перепад высот рельефа местности на этом участке составляет 250 м На фрагменте снимка, полученного съемочной системой Ikonos, площадью 50,2 км2 изображен плоскоравнинный участок тихоокеанского побережья с перепадом высот Зм

В качестве исходных материалов для выбора и определения координат опорных точек, а также создания цифровых моделей рельефа были использованы аэрофотоснимки масштаба 1 75 000, полученные аэрофотоаппаратом LMK с fk = 152мм 31 01 1994 г и 01 02 1994 г

Цифровые аэрофотоснимки с размером пикселя 14 мкм, а также координаты и абрисы опорных точек были получены из архивов Национального Института Статистики, Географии и Информатики Мексики

Для выполнения работ по фотограмметрической обработке аэрокосмических снимков использовалась цифровая фотограмметрическая система Photomod, версия 3 7, разработанная российской фирмой Ракурс С помощью модуля Photomod Montage Desktop было создан проект типа центральной проекции с аэрофотоснимками (рис 5) Затем по аэрофотоснимкам были построены сети маршрутной фототриангуляции (рис 6) Затем по стереопарам снимков был произведен выбор и определение координат и высот контурных точек, четко и однозначно опознающихся на аэрофотоснимках и сканерных снимках Эти точки в дальнейшем соответственно использовались в качестве опорных точек при внешнем ориентировании сканерных снимков После уравнивания сети, было проведено контроль построения сетей пространственной фототриангуляции, которая характеризуются средними расхождениями координат на опорных точках и на связующих точках в зонах тройного перекрытия снимках и зонах межмаршрутного перекрытия Результаты показаны в таблице 4

Табл 4

Оценка точности уравнивания блока

Ошибки по опорным точкам (м)

As Ау Az

Средние ошибки 0,64 0,79 0,90

Ошибки по связующим точкам (м)

Ах Ау Az

Средние ошибки 0,63 0,61 0,73

Как следует из данных таблицы 4, точность построения сети пространственной фототриашуляции удовлетворяют требованиям точности построения сети при создании топографических карт в масштабе 1 5000 и мельче с сечение рельефа горизонталями 2,5 - 5 м

17

Репродукция накидного монтажа аэрофотоснимков

Рис. 5

Схема сети блочной пространственной фототриангуляции

% - т щ

Ъ: ........! - -Г .••,•»-. 1 1

X *

: « -Г

* *** "X Ж* " П ¡и* Х-" * >*

! : гтюож?

Рис. 6

На участок местности, изображенный на снимке Бро1;-5 было построена цифровая модель рельефа в виде триангуляции Делоне, которая в последующем была использована для создания цифрового фотоплана На участок местности, изображенный на снимке Шопов, цифровая модель рельефа не строилась, так как цифровой фотоплан было решено создавать путем проектирования снимка на среднюю плоскость По выбранным и определенным на фотоплане и на стереопарах аэрофотоснимков опорным точкам, было выполнено соответственное внешнее ориентирование фрагментов сканерных снимков Схема расположения опорных точек на фрагментах снимков 8ро1:-5 и Пятое представлены на рис 7 и рис 8 соответственно.

Оценка точности ориентирования космических снимков определена по величинам средних квадратических и максимальных расхождений координат опорных точек по осям X и У, а также их расхождений в плане Результаты оценки точности проведены в таблице 5

Табл.5

Оценка точности ориентирования космических снимков

«8р<й-5» (15 опорных точек) «1копо8» (16 опорных точек)

ДХ(м) ДУ(м) ДО(м) ДХ(м) ДУ (м) АО (и)

ско 1.18 1.43 1.85 0.34 0.31 0.46

МАХ 1.94 2.67 2,87 0.91 0.62 0.97

Как следует, из данных таблицы 5 значения средних квадратических расхождений опорных точек в плане меньше 0,5 пикселя сканерных снимков, что свидетельствует о высокой точности выполнения процесса внешнего ориентирования сканерных снимков

Схема расположения опорных точек на снимке Spot-5

Рис. 7

Схема расположения опорных точек на снимке Ikonos

Рис. 8

После выполнения процессов внешнего ориентирования сканерных снимков было выполнено построение цифровых фотопланов При их построении размер пикселя фотоплана, создаваемого по снимкам 8ро1-5 был выбран равным 5м, а фотоплана создаваемого по снимкам Бсопоз -1м Контроль точности созданных цифровых фотопланов, производился по расхождениям координат опорных точек, измеренных на фотопланах Результаты оценки точности представлены в таблице 6

Табл 6

Оценка точности созданных цифровых фотопланов

«8ро1-5» (15 опорных точек) «1копш» (16 опорных точек)

ДХ(м) ДУ(м) АО(м) ДХ (и) ДУ(м) Д1>(м)

ско 126 1.84 2 23 035 0.32 0.48

МАХ 198 333 3.39 091 0.62 0.97

Как следует, из данных, приведенных в таблице 6, созданные цифровые фотопланы по точности могут быть использованы для создания контурной части топографических и кадастровых карт масштабов 1 5 ООО - в случае, использования снимков 8ро1;-5 и 1.2 ООО - в случае использования снимков Гкопоэ

Окончательно создали цифровую топографическую карту по ортофотопланом космической скарненой снимки 8ро1;-5 (рис 9)

Результаты проведенных исследований подтвердили эффективность и экономическую целесообразность применения предложенной технологии создания и обновления топографических и кадастровых карт Это технология позволяет сократить сроки и финансовые затраты на создание и обновление карт по сравнению с традиционными технологиями

Фрагмент векторной топографической карты совмещенного с растровым изображением фотоплана.

Рис. 9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании проведенного изучения и анализа существующих методов и технологий создания и обновления топографических и кадастровых карт по материалам аэрокосмических съемок предложена и обоснована технология для создания и обновления топографических карт на территорию Мексики, по космическим сканерным снимкам с использованием архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков.

Предложенная технология позволяет сократить сроки и стоимость работ по созданию и обновлению топографических карт за счет исключения полевых работ по созданию планово-высотного геодезического обоснования.

Предложенная технология, ориентированна на обновление основной топографической карты Мексики масштаба 1 50 ООО, и также для создания новых крупномасштабных топографических карт масштабов 1 10 ООО -1 2000

Предложенная технология позволяет оперативно создавать топографические карты, так как в настоящее время заказы на проведение космических съемок высокого разрешения выполняются в очень короткие сроки, и нет необходимости в выполнении полевых работ, кроме топографического дешифрирования снимков

Возможность практической реализации предлагаемой технологии обусловлена тем, что как показали исследования, результаты которых приведены в настоящей диссертации, материалы аэрофотосъемки масштаба 1 75 000, выполняемой в Мексике для создания топографических карт масштаба 1 50 000 характеризуются высокими изобразительными и измерительными качествами

Результаты проведенных экспериментальных исследований подтвердили работоспособность предложенной технологии создания и обновления топографических и кадастровых карт по космическим сканерным снимкам высокого разрешения с использованием архивных мелкомасштабных снимков

Публикации по теме диссертации

1 Агилар Вильегас X М, Фотограмметрическая технология создания и обновления топографических карт на территорию Мексики по космическим сканерным снимкам //Известия Вузов Геодезия и аэрофотосъемка, 2005, № 6, Москва, с 74-77

2 Агилар Вильегас X М, Экспериментальные исследования технологии создания топографических карт по сканерным космическим снимкам с использованием архивных мелкомасштабных

аэрофотоснимков //Известия Вузов Геодезия и аэрофотосъемка, 2006, №1, Москва, с 123-127

Подписано в печать 25.01 2008. Гарнитура Тайме Формат 60*90/16 Бумага офсетная Печать офсетная. Объем 1,5 усл. печ л Тираж 80 экз. Заказ №2 Цена договорная

Издательство МИИГАиК 105064, Москва, Гороховский пер , 4

Отпечатано в типографии МИИГАиК

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Агилар Вильегас Хуан Мартин

Введение.

1. Современное состояние картографической изученности территории Мексики. / ' 1 '

1.1. Физико-географическая характеристика Мексики.

1.2. Картографическая изученность и задачи стоящие перед топографо-геодезической службой по картографированию.

1.3. Организация топографо-картографических работ в Мексике, предприятия, оборудования и технологии.

1.4. Выводы по первой главе.

2. Анализ современных съемочных космических систем, методов и технологий фотограмметрической обработки аэрокосмических снимков при создании и обновлении топографических карт по материалам аэрокосмических съемок.

2.1. Современные спутниковые съемочные системы.

2.2. Современные фотограмметрические системы.

2.3. Технологии создания и обновления топографических карт.

2.4. Выводы по второй главе.

3. Разработка и исследование технологии создания и обновления топографических карт на территорию Мексики по космическим сканерным снимкам с использованием архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков.

3.1. Технология создания и обновления топографических карт на территорию Мексики по космическим сканерным снимкам с использованием архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков.

3.2. Экспериментальное исследование технологии создания и обновления топографических карт на территории Мексики по космическим сканерным снимкам с использованием архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков.

3.3. Выводы по третьей главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка и исследование фотограмметрической технологии создания и обновления топографических карт на территорию Мексики по космическим сканерным снимкам с использованием архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков"

Разработка эффективных методов создания и обновления топографических карт крупного масштаба является актуальной, поскольку ее успешное решение и последующее развитие вносят важный вклад в обеспечение информации о Земле как основе земельных реформ, планирования, развития и управления земельными ресурсами. Решение этой задачи создает условия для повышения производительности картографического производства, помогает рационально планировать процессы в работе сбора топографической и кадастровой информации, в том числе фотограмметрической обработки современных аэрокосмических снимков, а также приносить определенный экономический эффект.

Создание и обновление топографических карт являются существенными факторами при планировании развития экономического производства страны. Современная и достоверная информация о состоянии местности дает возможность принимать правильные решения при планировании народнохозяйственных задач. Следовательно, для этого требуется не только полное покрытие территории страны топографическими картами и другими документами о местности, но и их периодическое обновление. При этом желательно использовать такие технологии, которые могли бы обеспечивать создание и обновление карт с относительно небольшими временными и финансовыми затратами.

С момента появления космических съемочных систем, а также внедрения в топографо-геодезическое производство цифровых технологий фотограмметрической обработки аэрокосмических снимков, проблемы создания и обновления топографических карт стали решаться на качественно новой основе. Развитие съемочных спутниковых систем и методов обработки космических снимков высокого разрешения на основе применения цифровых фотограмметрических систем принципиальным образом изменяют технологию создания и обновления топографических и кадастровых карт различных масштабов, в том числе и крупных. Однако, как и в традиционных технологиях при фотограмметрической обработке сканерных космических снимков высокого разрешения необходимо выполнение достаточно трудоемких и дорогостоящих полевых геодезических работ по планово-высотной подготовке снимков, что увеличивает сроки и финансовые затраты на создание и обновление топографических и кадастровых карт. Повышение производительности труда при создании и обновлении топографических карт, необходимо искать в дальнейшем совершенствовании имеющихся фотограмметрических методов и технологий получения и обработки аэрокосмической информации.

Настоящая работа посвящена разработке рациональной и экономичной цифровой фотограмметрической технологии создания и обновления топографических карт различных масштабов по материалам космической съемки, с учетом реальных возможностей мексиканского производства сегодняшнего дня.

На основе проведенного анализа и обобщения современных цифровых фотограмметрических технологий создания и обновления топографических карт, средних и крупных масштабов, предложена технология создания и обновления топографических карт средних и крупных масштабов для территории Мексики, основанная на совместном использовании космических сканерных снимков высокого разрешения (5м-0,6м), и архивных аэрофотоснимков мелкого масштаба.

Предложенная технология предусматривает: построение по архивным аэрофотоснимкам сетей пространственной фототриангуляции и цифровых моделей рельефа местности, определение координат точек на местности, которые в последующем используются в качестве опорных точек для внешнего ориентирования одиночных или стереопар сканерных космических снимков; внешнее ориентирование одиночных или стереопар космических сканерных снимков по опорным точкам и построение с использованием цифровых моделей рельефа цифровых ортофотопланов, по которым создаются цифровые топографические карты.

Эта технология была предложена и обоснована в результате решения следующих задач:

-Исследования возможности использования снимков, получаемых существующими сканерными космические съемочными системами высокого разрешения, для картографического производства.

-Анализа и выбора цифровых фотограмметрических систем для совместной обработки аэрофотоснимков и космических снимков.

-Исследования точности определения геодезических координат точек местности по архивным аэрофотоснимкам мелкого масштаба.

-Разработки методики создания цифровых ортофотопланов по космическим сканерным снимкам с использованием архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков.

Для экспериментальной проверки предложенной технологии созданы ортофотопланы по космическим снимкам высокого разрешения (Spot-5 и Ikonos), и аэрофотоснимкам масштаба 1:75 ООО,

Решение сформированных выше задач и обоснование необходимых методов их реализации в диссертационной работе изложены в следующей последовательности.

В главе 1 даны физико-географические характеристики Мексики, сведения о современном состоянии картографической изученности территории Мексики, а также об организации топографо-картографических работ в Мексике.

В главе 2 анализируются современные спутниковые съемочные системы, современные фотограмметрические системы и технологии создания и обновления топографических карт.

В главе 3 предлагается технология создания и обновления топографических карт на территории Мексики по космическим сканерным снимкам с использованием архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков, а также показана возможность практической реализации разработанной в диссертации технологии.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы, представляемые к защите.

Автор считает своим долгом выразить искреннюю благодарность своему руководителю профессору Александру Павловичу Михайлову за внимание и помощь в работе. Автор также признателен Национальному Совету Наук и Технологий Мексики (CONACYT), Ректору Московского Государственного Университета

Геодезии и Картографии (МИИГАиК), Ректору Автономного Университета Синалоа (U.A.S.), своей Семье за поддержку.

Заключение Диссертация по теме "Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия", Агилар Вильегас Хуан Мартин

3.3. Выводы по третьей главе

В главе предложена и обоснована технология для создания и обновления, топографических карт на территории Мексики, по космическим сканерным снимкам с использованием архивных, мелкомасштабных аэрофотоснимков, основанная на использовании современных цифровых фотограмметрических систем.

Предлагаемая технология позволяет сократить сроки и стоимость работ по созданию и обновлению топографических карт за счет исключения полевых работ по созданию планово-высотного геодезического обоснования:

Предложенная технология, ориентированна на обновление основной топографической, карты Мексики масштаба 1:50 ООО, а также для создания новых крупномасштабных топографических карт масштабов 1:10000 - 1:2000.

Предлагаемая технология позволяет оперативно создавать топографические карты, так как в настоящее время заказы на проведение космических съемок высокого разрешения выполняются в очень короткие сроки, и нет необходимости в выполнении полевых работ, кроме топографического дешифрирования снимков.

Возможность практической реализации предлагаемой технологии обусловлено тем, что аэрофотосъемка масштаба 1:75 000, выполняемая в Мексике для создания топографических карт масштаба 1:50 000 характеризуется высоким изобразительным и измерительным качеством.

Результаты проведенных исследований подтвердили эффективность и экономическую целесообразность применения предложенной технологии создания и обновления топографических и кадастровых карт. Это технология позволяет сократить сроки и финансовые затраты на создание и обновление карт по сравнению с традиционными технологиями и позволяют рекомендовать ее для производственного применения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основании проведенного изучения и анализа существующих методов и технологий создания и обновления топографических и кадастровых карт по материалам аэрокосмических съемок предложена и обоснована технология для создания и обновления топографических карт на территорию Мексики, по космическим сканерным снимкам с использованием архивных мелкомасштабных аэрофотоснимков.

Предложенная технология позволяет сократить сроки и стоимость работ по созданию и обновлению топографических карт за счет исключения полевых работ по созданию планово-высотного геодезического обоснования.

Предложенная технология, ориентированна на обновление основной топографической карты Мексики масштаба 1:50 ООО, а также для создания новых крупномасштабных топографических карт масштабов 1:10 ООО - 1:2 ООО.

Предложенная технология позволяет оперативно создавать топографические карты, так как в настоящее время заказы на проведение космических съемок высокого разрешения выполняются в очень короткие сроки, и нет необходимости в выполнении полевых работ, кроме топографического дешифрирования снимков.

Возможность практической реализации предлагаемой технологии обусловлена тем, что как показали исследования, результаты которых приведены в настоящей диссертации, материалы аэрофотосъемки масштаба 1:75 ООО, выполняемой в Мексике для создания топографических карт масштаба 1:50 ООО характеризуются высокими изобразительными и измерительными качествами.

Результаты проведенных экспериментальных исследований подтвердили работоспособность предложенной технологии создания и обновления топографических и кадастровых карт по космическим сканерным снимкам высокого разрешения с использованием архивных мелкомасштабных снимков.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Агилар Вильегас Хуан Мартин, Москва

1. Агафонов И. Д., Белов В. М., Бурман П. Ю. Обновление и подготовка к изданию цифровых топографических карт масштаба 1:25 ООО на ЦФС. Геодезия и картография, 2002 г., № 5, с. 22-31.

2. Агилар Вильегас X. М., Фотограмметрическая технология создания и обновления топографических карт на территорию Мексики по космическим сканерным снимкам.//Известия Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2005, № 6, Москва, с. 74-77.

3. Аковецкий В. Г. Тенденции развития цифровых фотограмметрических систем. Геодезия- и картография № 5. 1995. с. 31-37.

4. Афанасьев И. Космическая программа Южной Кореи. Новости космонавтики. 2001 г. № 7(222). с. 48-49

5. Балагуров А. А. Лицензирование космической деятельности -изменения в законодательстве // ГИС АССОЦИЯЦИЯ, 2002, № 5 (37), с. 5-6.

6. Бачурина С.С., Левочкин В. И., и др. Использование материалов дистанционного зондирования в целях мониторинга территории Москвы.// Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. № 4(16), 1998 г.

7. Бирюков В. Г., Свечников Б. В., Травина В. И. Технология создания цифровых ортофотопланов. Геодезия и картография, 2000 г., № 12

8. Ю.Бородко А. В. Обработка материалов аэрофотосъемки при создании планов масштаба 1:500.// Геодезия и картография. № 3,2002. с. 11

9. П.Вахтанов А. С. Обработка растровых изображений при обновлении топографических карт. Геодезия и картография. 2002 г., № 9 с. 37-46.

10. Владимирова М. Р. Опыт работ по стереотопографическойсъемке города Жигулевск в масштабе 1:500 с применением ЦФС «Апертура». // Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, № 4, 2002, с. 111-122

11. П.Владимирова М. Р. разработка методики и технологии получения крупномасштабных цифровых топографических планов методами цифровой фотограмметрии. Диссертация на соискание ученой степени к. т. н., М. МИИГАиК, 2003 г.

12. Власов А. Г. Совершенствование технологии и организации кадастровых съемок (на примере Самарской области). Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Москва, МИИГАиК. 2000г.

13. Волков Д. Н. Особенности распределенной обработки данных на ЦФС. Международная научно-техническая конференция, посвященная 225-летию МИИГАиК. Москва, 2004 г. с. 171-174.

14. Втюрин А. В. Цифровая фотограмметрия при создании и обновлении НТК в ВАГП. Из материалов пятой конференции «Проблемы ввода и обновления пространственной информации». Москва, 2000 г.

15. Громов М. О., Найденов А. С. Опыт создания крупномасштабных топографических планов с использованием PHOTOMOD. Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации. 2001, №2 (29), с. 10-11.

16. Грузинов В. С. Обновление цифровых топографических карт по» материалам космической фотосъемки. Геодезия и картография. 2002 г. № 1 с. 15-18.

17. Гук А. П. Цифровая фотограмметрическая обработка сканерных изображений. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, М. 1991.

18. Егоров В. Б. Компактная цифровая фотограмметрическая станция DVP (Канада Швейцария). Экспресс - информация, № 2. 1993.

19. Кандичанский С. А., Хмелевской С. И. Обзор цифровых фотограмметрических систем. Тезисы докладов 1-й научно-практической конференции «Современные проблемы фотограмметрии и дистанционного зондирования», РОФДЗ, 2000 г.

20. Капралов, Е. Г., Кошкарев, А. В., Тикунов, В. С. и др. Основы Геоинформатики: В 2 кн. Кн. 1. Москва, ACADEMIA.2004. 346 с.

21. Книжников Ю.Ф., Кравцова В. И., Тутубалина О.В. Аэрокосмические методы географических исследований. Москва, ACADEMIA.2004. с.ЗЗЗ

22. Куддаев А. А. Разработка цифровой технологии создания ортофотопланов при оперативной обновления карт по аэрофотоснимкам. Диссертация ученой степени канд. тех.наук. МИИГАиК, 1995. с 137.

23. Курков В. М. Оптимизация цифровых фотограмметрических технологий создания топографических и кадастровых карт. Из материалов седьмой конференции «Проблемы ввода иобновления пространственной информации». Москва, РАГС, 2002 г.

24. Ли Чжун Хва. Исследование цифровых фотограмметрических систем и технологий для топографо-геодезического обеспечения кадастра. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. МИИГАиК, Москва 2001 г. с. 102.

25. Лобанов А. Н. Фотограмметрия. Москва. Недра. 1984.

26. Лобанов А. Н., Буров М. И., Краснопевцев Б. В. Фотограмметрия. Москва, Недра 1987 г. 308 с.

27. Макаров С. Б., Чибуничев А. Г., Цифровая Фотограмметрическая Рабочая Станция для создания ортофотопланов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1997. №5. с.48-53.

28. Малявский Б. К. Дисплейный стереофотограмметрический комплекс Фотомод. Геодезия и картография. №11.1997.

29. Миро вой опыт становления кадастра — особенности зарубежных кадастровых систем. Информационный бюллетень Гис-ассоциации №4 (6). 1996 г.

30. Мышляев В. А., Кудинова Н. М. Исследование процесса автоматического получения цифровой модели рельефа. Геодезия и картография.2001 г., №5.

31. Назаров, А. С. Фотограмметрия. Минск, ТетраСистемс. 2006. 367 с.

32. Нехин С. С. От аналитических фотограмметрических приборов к цифровым. Геодезия и картография. 1993. №4. с. 29-36.

33. Нехин С. С., Зотов Г. А. Цифровая фотограмметрическая система для создания и обновления карт и планов, получения информации для ГИС.// Пятая конференция «Проблемы ввода и обновления пространственной информации». Москва, 2000 г.

34. Ноянов Ю. Г. Разработка методов создания цифровой топографической основы в процессе проведения полевых кадастровых работ. Диссертация на ученной степени канд. тех.наук. Москва. МИИГАиК. 1999.

35. Система PHOTOMOD 3.7, Руководство пользователя, Ракурс, Москва, 2004

36. Тюкавкин А. В. О цифровой фотограмметрической системе «Талка». Тезисы докладов 1-й научно-практической конференции «Современные проблемы фотограмметрии и дистанционного зондирования». РОФДЗ, 2000 г.

37. Фалеев М. И. В 2001 г. принято решение использовать в качестве основных форматов электронных карт в МЧС России: векторные карты форматов SXF ( Минобороны России ) и SHP ( ESRI, Inc., США ) // // ГИС АССОЦИЯЦИЯ, 2002, № 5 (37), с. 62.

38. Фирме «РАКУРС» 10 лет. Информационный бюллетень Гис -ассоциации № 1(38) - 2(39). 2003 г.

39. Чибуничев А. Г. О возможностях применения цифровых методов фотограмметрии для решения инженерных задач. Геодезия и картография, 1990. №6, с.76-82.

40. Чугреев И. Г. Разработка цифровой фотограмметрической системы на базе персонального компьютера. Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. Москва, МИИГАиК. 1996 г.

41. Comision nacional del agua. "Estadisticas del Agua en Mexico". Mexico. 2003.

42. De Selding P. Surrey Satellite reverses course turns down new investor proposals. Space News, 2001-15/X, Vol. 12, p. 17

43. INEGI. La diversificacion de la informacion geografica. Aguascalientes, Мёхюо. 2000.51 .INEGI. La revolution tecnologica en la production de informacion geografica. Aguascalientes, Mexico. 2000.

44. INEGI. MEXICO HOY. Direction General de Geografia. Aguascalientes, Mexico. 2003.

45. Normas tecnicas para la elaboration de ortofotos digitales. Sistema Nacional de Informacion Geografica, INEGI. Mexico, 1999.

46. Ravi P. Gupta. Remote Sensing Geology. Germany. Springer-Verlag Berlin Heidelberg; 2003, 655 p.

47. Rees W.G. Physical Principles of Remote Sensing. Cambridge University Press, Great Britain. 1990, 247 p.