Методы получения и обработки пространственной информации
Снятие информации с карт
Оцифровка карт - это весьма сложный и стоит сказать высокотехнологичный процесс, который заключается в перенесении, или же преобразовании разнообразных объектов с бумажного носителя на цифровой носитель [11 - 13].
Чтобы произвести специализированную оцифровку карт, необходимо воспользоваться специальной техникой перенесения объектов. В данном случае нужно использовать планшет, который подключен к компьютеру. С помощью данного компьютерного устройства производиться ввод данных, которые выстраиваются в цифровом виде в карту при помощи специальной программы или нескольких программ. Координаты "х" и "у" у данных объектов, которые оцифровываются, а точнее находятся на карте, которая будет оцифрована, сохраняются как пространственные данные.
С помощью такого метода оцифровки можно перенести, а именно оцифровать любую карту и любой объект. Можно использовать не только саму оцифровку, но и программы, которые улучшают, детализируют данные на карте. Можно также в процессе оцифровки существующей карты добавлять новые слои, создавать определенный набор слоев для определенных территорий и участков карты. Можно также использовать планшет для обновления уже имеющегося слоя новой цифровой карты.
Для того, чтобы с помощью планшета и программы провести оцифровку карты, необходимо пройти такие специальные шаги:
- шаг 1 - это настройка дигитайзера, другими словами планшета для оцифровки и установка драйвера для этого устройства;
- шаг 2 - это настройка специальных клавиш пера;
- шаг 3 - это специальная оценка качества всех картографических материалов и данных;
- шаг 4 - это установка контрольных точек на бумажном оригинале;
- шаг 5 - это регистрация данной карты;
- шаг 6 - это задание и определение, прежде всего правильной проекции;
- шаг 7 - включение режима для оцифровки карты и начало оцифровки карты и объектов.
Аэрофотосъемка. Космическая съемка
Аэрофотосъемка - получение снимка земной поверхности с определенной высоты. Съемка проводится с помощью камеры, установленной на пилотируемом или беспилотном летательном аппарате (БПЛА) [14 - 16].
Технологии аэрофотосъемки широко используются в сфере туризма для визуализации объектов, территорий, в том числе в труднодоступных территориях, представляющих интерес для различных видов экстремального туризма.
Аэрофотосъемка БПЛА выполняется с помощью цифровой фототехники, которая обладает высоким разрешением и светочувствительностью. Точность аэрофотосъемки является очень высокой (стандартная ошибка обычно не превышает нескольких сантиметров). В зависимости от направления фотоаппарата бывает плановая аэрофотосъемка (камера направлена вертикально вниз) и перспективная фотосъемка (камера направлена по определенным углом).
В зависимости от применяемых технологию различают такие виды и методы аэрофотосъемки:
Одинарная аэрофотосъемка в видимом диапазоне. С помощью этой методики можно получить сверхточные цветные снимки местности. Эта технология обычно применяется для создания топографических карт; также выполняется аэрофотосъемка земельных участков, города, поселков, домов, жилищных комплексов, дорог, лесов, рек, озер и так далее.
Инфракрасная аэрофотосъемка. В данном случае фотографирование выполняется с помощью специальной техники, которая способна воспринимать инфракрасное излучение. Технология инфракрасной фотосъемки плохо подходит для создания снимков местности, однако ее можно применять для создания ортофотопланов и тематических специальных карт, а также для оценки экологического состояния местности.
Тепловизионная фотосъемка. Технология позволяет получить тепловой снимок местности, на котором будет видно распределение температуры. Тепловизионная фотосъемка идеально подходит для обследования теплотрасс и инженерных коммуникаций, для поиска источников пожара, для оценки обводненности земли, а также для экологических исследований (например, подсчет животных или обнаружение мест сброса отходов в реки).
Современная аэросъемка и воздушное лазерное сканирование. В данном случае фотосъемка осуществляется с помощью специальных устройств-лидаров, которые выполняют сканирование местности с помощью лазерных лучей. Лазерная съемка позволяет получить очень точный снимок рельефа местности. Поэтому ее обычно применяют для уточнения карт, геологической разведки и создания снимков участков, где происходят опасные геологические процессы.
Определенное распространение также получила беспилотная аэрофотосъемка и космическая съемка. С помощью этой методики можно не только получить детализированный список местности, но и его точные координаты на Земле.
На рисунках 1, 2, 3 представлены примеры
Услуга по аэрофотосъемке для создания карт позволяет получить точный детализованный снимок, с помощью которого можно изготовить карту в масштабе от 1:500 до 1:5000. Также с ее помощью можно создать цифровую модель местности, что может пригодиться в туристском трехмерном моделировании. Полученные снимки могут применяться в тематических системах ГИС.
Аэрофотосъемки с беспилотников имеют то же самое назначение, что и съемка с применением пилотируемых летательных аппаратов.
Аэрофотосъемку с беспилотников для визуализации туристских объектов и территорий в настоящее время используют достаточно часто ввиду её более широкой доступности и невысокой стоимости.
Ближняя фотограмметрия
Развитие современной вычислительной техники и средств получения цифровых изображений обеспечило надежный фундамент для создания бесконтактных систем трехмерных измерений, основанных на фотограмметрическом подходе, позволяющем определять пространственные координаты объекта по его разно-ракурсным изображениям (фотографиям). В настоящее время фотограмметрические методы широко используются для построения карт и моделей местности по аэро- и космическим снимкам. Снимки архитектурных сооружений используются для измерения необходимых пространственных размеров зданий. Фотограмметрические методы применяются в судостроении (внутренние и внешние обмеры элементов корабля), медицине, микроизмерениях и многих других областях.
Развитие фотограмметрии от появления фотографии как средства получения изображений до недавнего времени шло, главным образом, по линии решения задач, возникающих при проведении наземных съемок и аэрофотосъемок для целей картографирования. Использование фотограмметрии для измерений близко расположенных объектов (инженерной фотограмметрии) ограничивалось необходимостью использования дорогостоящей и низкопроизводительной аналоговой измерительной техники (стереокомпараторов, стереометров, стереопланиграфов). Однако распространение высокопроизводительной вычислительной техники, с одной стороны, и совершенствование средств получения цифровых изображений, с другой стороны, обусловили необходимые предпосылки для появления высокоэффективных цифровых аппаратно-программных комплексов для практической инженерной фотограмметрии. В последние десятилетия стало возможным применять методы машинного зрения для решения задач бесконтактных измерений и создания трехмерных компьютерных моделей объектов сложной формы, и, тем самым, обеспечивать высокую точность и высокую степень автоматизации измерений в промышленности и на производстве[17 - 20].
Основными задачами, которые требуется решить при определении трехмерных координат точек объекта фотограмметрическими методами, являются следующие.
Выбор конфигурации съемки.
Качество измерений существенно зависит от выбранных масштаба съемки, расположения съемочных камер, собственной формы объекта, а также от ограничений, налагаемых условиями съемки. Поэтому для обеспечения требуемых показателей качества модели в каждом конкретном случае необходимо для заданного класса объектов решать задачу выбора количества, параметров и расположения камер.
Задача калибровки.
Под задачей калибровки понимаются определение адекватной математической модели съемки (геометрии получения изображения) и оценка параметров данной модели.
Задача стереоотождествления.
Проблема стереоотождествления заключается в идентификации на разноракурсных (стерео) снимках соответствующих двумерных изображений одной и той же заданной трехмерной точки поверхности объекта и высокоточном измерении ее координат на этих изображениях.
Задача расчета трехмерных координат точек объекта сложной формы.
Стереосистема машинного зрения может определить трехмерные координаты тех точек объекта, которые одновременно видны обеими камерами. Поэтому даже для не очень сложных поверхностей по стереопаре изображений может быть восстановлена лишь частичная модель (фрагмент) объекта.
Рассмотрим далее основные элементы фотограмметрического решения задач трехмерных бесконтактных измерений.
Математическая модель камеры.