Современные технологии создания и обновления цифровых карт на ЦФС ЦНИИГАиК

УДК 528.91

С.С. Нехин, Г.А. Зотов

ЦНИИГАиК, Москва

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ И ОБНОВЛЕНИЯ ЦИФРОВЫХ КАРТ НА ЦФС ЦНИИГАИК

1. Введение

Вот уже 10 лет как методы цифровой фотограмметрии, реализованные в цифровых фотограмметрических станциях (ЦФС) широко используются в производственных предприятиях Роскартографии для создания и обновления цифровых карт и планов, получения других видов продукции по аэрокосмическим материалам. Важной вехой во внедрении цифровых методов в производство явилось указание руководителя Роскартографии от 19.02.01 г. о приоритетном использовании ЦФС в предприятиях отрасли. В документе предписывалось все технические проекты представлять для вариантов создания и обновления цифровых карт и планов на ЦФС.

Разработка ЦФС началась в ЦНИИГАиК совместно с ГНПП «Геосистема» (Украина) в 1995 г., а ее первое производственное внедрение - в 1997 г. Одними из первых предприятий отрасли, наиболее успешно внедривших эту разработку и внесших существенный вклад в освоение новых методов и оказании помощи в их доработке, были БалтАГП, НовгородАГП, ЮжАГП. К настоящему времени в предприятиях отрасли используется более 1000 цифровых станций, что позволяет считать их базовым техническим средством, решающим все основные задачи по топографическому картографированию, включая создание, обновление и генерализацию ЦТК всего масштабного ряда по аэрокосмическим снимкам, получение ортофотопланов и фотокарт, подготовки цифровых издательских оригиналов и получению другой продукции. Информационное обеспечение создаваемых цифровых карт отвечает требования Роскартографии и ВТУ ГШ МО РФ, что позволяет получать нормативный продукт для конвертирования в другие топографические и геоинформационные системы.

2. Автоматизация технологических процессов

ЦФС по сравнению с используемыми ранее методами позволяет автоматизировать целый ряд трудоемких и рутинных процессов в технологиях создания и обновления цифровых топографических карт (ЦТК) и планов (ЦТП), в том числе выполнять:

- Автоматическое восстановление стереомодели по результатам уравнивания фотограмметрической сети;

- Автоматическое формирование и графическое отображение объектов с использованием картографических шаблонов для всего масштабного ряда;

- Автоматизацию процессов контроля качества создаваемых карт;

- Автоматическое отождествление точек на этапах внутреннего, взаимного и внешнего ориентирования снимков фотограмметрического блока и отдельной стереопары;

- Автоматическое построение ЦМР по регулярной или нерегулярной сетке;

- Автоматическое построение горизонталей с заданным сечением рельефа;

- Автоматическое построение дополнительных горизонталей по имеющимся с промежуточной высотой сечения рельефа;

- Автоматическое построение ЦМР по горизонталям;

- Автоматическое создание ортофотоизображения на блок;

- Автоматическую загрузку очередного обрабатываемого снимка (стереопары) при стереорисовке объекта;

- Стереоскопический сбор контуров и пикетов в режиме автоматического стерео отождествления.

3. Совершенствование технологии и программного обеспечения

3.1. Фотограмметрическое сгущение

Технология фотограмметрического сгущения съемочного обоснования обеспечивает выполнение цифровой фототриангуляции в режиме реального времени, т.е. в процессе измерения связующих точек выполняется уравнивание получаемых данных с контролем результатов уравнивания. Это позволяет локализовать и быстро устранить возможные ошибки измерений, не допуская их накопления. Для реализации on-line технологии в состав программного обеспечения ЦФС интегрирован широко известный программный комплекс Фотоком, разработанный д.т.н. И.Т. Антиповым. Особенностью технологии сгущения является возможность одновременного отображения на экране монитора всех смежных снимков с изображением измеряемой точки сети. Такой подход позволяет полнее использовать методы автоматического отождествления одноименных точек на всех перекрывающихся снимках и визуально контролировать возможные ошибки.

Полученные в результате фотограмметрического сгущения элементы внешнего ориентирования снимков используются на последующих процессах их обработки (ЦМР, ортофото, картографирование). Последние доработки технологии и ПО касаются составления проекта блока триангуляции по цифровому накидному монтажу, построения единого блока больших размеров по нескольким предварительно измеренным и уравненным смежным блокам, автоматизации процессов стереоскопического контроля результатов уравнивания, построения блока по залету, имеющему пропуски снимков, «дырки» внутри блока. Разработано программное обеспечение для получения фотоабрисов и координат опорных точек в согласованных с банком хранения форматах.

3.2. Получение цифровой модели рельефа

Технология получения цифровой информации о рельефе для ортотрансформирования, создания высотной части ЦТК и ЦТП базируется на стереоскопической обработке снимков. При стереоскопическом сборе рельефа используется автоматизированный, интерактивный или ручной

режимы, либо их сочетания. Последние доработки технологии и программного обеспечения касаются математического конструирования поверхности на основе сетки треугольников TIN, что позволяет более адекватно представлять рельеф картографируемой территории по сравнению с использованием регулярной сетки. Повышена надежность автоматической корреляции изображений стереопары для идентификации одноименных участков местности при ориентировании снимков и сборе цифровой информации по стереопаре снимков.

3.3. Получение ортофото

Технология ортотрансформирования снимков на ЦФС предназначена для получения цифровых ортофотопланов и ортофотокарт по материалам аэрокосмического фотографирования. При этом обрабатываются как стереоскопические, так и одиночные аэро или космические снимки (чернобелые, цветные или спектрозональные) центральной и нецентральных проекций. Последние доработки технологии и программного обеспечения касаются создания ортофото в пакетном режиме на триангуляционный блок с автоматизацией процессов смены снимков блока, выбора фрагментов мозаики со снимков, их сшивки, выравнивания плотностей, нарезки на требуемые листы. Реализовано создание ортофото с «отмывкой» рельефа, автоматическая генерация и использование ориентированных ортоизображений файлов TIFW.

3.4. Сбор цифровой информации для создания ЦТК и ЦТП

Технология сбора цифровой информации о контурах базируется на

обработке стереопары, одиночного снимка или ортоизображения с одновременным дешифрированием и семантическим кодированием объектов. При сборе применяется классификатор объектов и связанные с ним библиотеки топографических условных знаков и шрифтов, используемые при создании и обновлении топокарт и планов соответствующих масштабов. В процессе сбора цифровой информации по фотограмметрической модели местности происходит наполнение базы топографических данных.

Последние доработки технологии и программного обеспечения касаются добавления новых функций и шаблонов сбора, автоматизации процедуры сводки номенклатурных листов цифровых топографических карт, автоматизированного создания многострочных и «сложных подписей», присвоению слою более одного условного знака, вставки в карту растровых изображений, текстовых и OLE-документов, значений параметров вида P [ N ] в таблице шаблонов.

3.5. Обновление ЦТК и ЦТП

Технология обновления ЦТК предполагает приведение контурной части содержания карты в полное соответствие со снимками нового залета и устранение обнаруженных отдельных ошибок в изображении форм рельефа. Обновление выполняется по стереоскопическим или одиночным аэро и космическим снимкам центральной и нецентральных проекции или по фотопланам, составленным по этим снимкам. Последние усовершенствования ПО и технологии касаются обновления карт по их

растровым копиям без предварительной векторизации, ортогонализации объектов обновляемой карты, автоматизированного ввода координат контурных точек объектов обновляемой карты в качестве опорных для внешнего ориентирования снимков, добавления полупрозрачных слоев для обновления растровых карт и планов, пересчета координат из WGS-84 в СК-42 (СК-95) и обратно, вставки растровых изображений из проекта триангуляции, ввода формул в качестве вещественных параметров.

3.6. Получение ЦТК методом автоматизированной генерализации

Создание топографических карт каждого масштаба методом

стереотопографической съемки требует больших затрат, в связи с чем топографические карты масштабов 1:50 000 и мельче создаются методом картосоставления, как производные карт более крупных масштабов. Центром «Сибгеоинформ» разработана и интегрирована в ЦФС технология преобразования топографических карт (планов) из крупных масштабов в более мелкие методом автоматизированной генерализации. Последние разработки в этом плане направлены на согласование используемого при генерализации информационного обеспечения ЦТК.

3.7. Контроль качества ЦИ и конвертирование в форматы ГИС

Непременным условием успешного выполнения процессов создания и

обновления ЦТК и ЦТП является проведение системы организационнотехнических и технологических мер, направленных на контроль качества создаваемых ЦТК и исправление их содержания в соответствии с требованиями, предъявляемыми к данному виду картографической продукции. Технология контроля качества цифровых карт и планов включает этап нахождения ошибок и этап их исправления в автоматическом, интерактивном и ручном режимах.

После прохождения контроля качества ЦИ с использованием соответствующих конверторов передается в форматы пользователей этой информации. Для этого разработаны конверторы импорта/экспорта в форматы распространенных систем (MapInfo, ArcView, Microstation, AutoCAD). Цифровая информация может быть представлена также в растровых форматах tif, bmp и wmf.

Разработаны также полнофункциональные конверторы ЦТК из формата интегрального файла в формат ЦФС, а также из ЦФС в ГИС “Панорама” (для ЦТК базовых масштабов).

3.8. Подготовка ЦТК к изданию

Технология подготовки ЦТК к изданию включает картографическое издательское редактирование, разделение информационных слоев ЦТК на полиграфические слои в соответствии с цветовой нагрузкой, получение комплекта печатных пластиков. В этой технологии в отличие от традиционной отсутствуют утомительные и низко производительные ручное гравирование и «мокрые» процессы, сопутствующие получению гравировальных основ - «синек». Компьютерные редактирование и подготовка к изданию в несколько раз повышают производительность по

сравнению с процессами традиционной технологии, освобождают исполнителей от тяжелого ручного труда создания расчлененных пластиков.

Усовершенствования технологии и ПО касаются автоматизации формирования рамок и зарамочного оформления топографических карт масштабов 1:10000 - 1:200000, повышения картографического качества ЦТК за счет маскирования отдельных элементов условных знаков, более качественного отображения линейно ориентированных условных знаков типа «мост», «плотина», штриховки площадных объектов, формирования криволинейных подписей, условных знаков объектов, выражаемых в масштабе карты, сохранения ориентировки условных знаков и подписей при развороте карты, эффективного поиска объектов ЦТК и их характеристик. Реализована возможность установки толщин линий до сотых долей мм, а размеров шрифтов до десятых долей мм.

4. Расширение возможностей ЦФС

Все эти годы непрерывно совершенствуются программное обеспечение ЦФС и технологии его использования. Это позволяет расширить технологические возможности и область использования системы. В частности добавлены модули и процедуры:

- Обработки наземных геодезических измерений;

- Обработки наземных снимков для целей архитектуры, маркшейдерии, строительства и решения других задач;

- Картографирования по космическим сканерным изображениям;

- Использования навигационной спутниковой системы в сочетании с отображаемой на экране цифровой информацией о местности для решения транспортных, навигационных и других задач;

- Соединения с объектами цифровой карты мультимедийных приложений (аудио, видео, фото);

- Вставки в карту растровых изображений и текстовых блоков (таблиц);

- Трехмерного преобразования карты;

- Информационно-поисковой системы.

5. Виды продукции, получаемой на ЦФС

В результате обработки аэрокосмической информации на ЦФС создается продукция, отвечающая требованиям потребителей различных направлений и уровней. Этой продукцией могут являться:

- Цифровые векторные и растровые топографические карты и планы всего масштабного ряда;

- Топографические карты, отвечающие по оформлению требованиям издательского оригинала;

- Цифровая информация о местности (модели местности) на заданную территорию, отвечающую требованиям различных ГИС в части трехмерности, повышенной информативности и т.д.;

- Цифровые ортофотопланы, ортофотокарты, тематические карты с растровыми изображениями.

Кроме этого, создаются и другие дополнительные виды продукции, например: кадастровые планы, координаты и абрисы геодезических точек полевой подготовки снимков и точек фотограмметрического сгущения, цифровые изображения снимков с записанными для них элементами внешнего и внутреннего ориентирования, цифровые ортоизображения в общепринятом международном формате и др.

© С.С. Нехин, Г.А. Зотов, 2005