Кафедре фотограмметрии и дистанционного зондирования 65 лет

УДК 528.7 А.П. Гук

СГГ А, Новосибирск

КАФЕДРЕ ФОТОГРАММЕТРИИ И ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ - 65 ЛЕТ

A.P. Guk

SSGA, Novosibirsk

10 Plakhotnogo U1, Novosibirsk, 630108, Russian Federation

PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING DEPARTMENT IS 65 YEARS OLD

The article describes the history and development of one of the leading departments of the Siberian State Academy of Geodesy - the photogrammetry department. The three main stages of the department development are singled out, as concerns transition to the new photogrammetic technologies, opening new specialities and training courses. Main achievements of the department in science and education are considered. The prospects and scientific goals are put forward.

Кафедра фотограмметрии была организована в 1943 году и была одной из первых кафедр, созданных в НИИГАиКе в переломный период Великой Отечественной войны, что было продиктовано неотложной необходимостью подготовки инженеров нового профиля - по специальности «Аэрофотогеодезия». Быстрое развитие аэрофотосъемки и фотограмметрии привело к появлению новой технологии - аэрофототопографии, которая позволяла резко увеличить производительность и качество работ по созданию карт.

Картографирование в тот период было одной из важнейших в масштабе государства задач - развивались производительные силы Сибири, Севера и Дальнего Востока.

Первыми преподавателями кафедры были высококвалифицированные производственники А.С. Нуварьев, А.А. Горин и эвакуированные из Москвы доценты К.Н. Герценова, А.И. Шершень и Е.А. Бугаец, выпускница НИИГАиК В.И. Усольцева. К 1945 г. состав кафедры увеличился до восьми человек (из них четыре доцента), вернулся с фронта А.И. Гридчин.

В последующие годы кафедра пополнялась опытными производственниками (В.Я. Финковский, Н.И. Шатько, В.С. Ляпунов) и наиболее способными выпускниками кафедры (А.П. Фатеев - 1949 г., И.М. Павлов, И.Т. Антипов, С.И. Родионов - 1951-1952 гг., Л.П. Тыгина, Н.Г. Минаева).

В 1960 г. в составе кафедры было 10 человек: доценты, кандидаты технических наук В.Я. Финковский, А.П. Фатеев, И.Т. Антипов, С.И. Родионов, доцент, кандидат химических наук Л.П. Кадыкова, старшие преподаватели

B.И. Усольцева, И.М. Павлов, ассистенты Л.П. Тыгина, Н.Г. Минаева,

А.П. Стрельникова.

К 1970 г. штат кафедры уже состоял из 19 преподавателей. Сочетание производственного опыта преподавателей и их научного уровня считалось главным для обеспечения полноценной подготовки квалифицированных инженеров. Для реализации этого принципа с 1960 по 1970 г. были приглашены на должности доцентов высококвалифицированные специалисты: О.А. Майер, П.Д. Гук, Ф.И. Черноштан, П.Д. Амромин, В.Н. Белых, а также имеющие производственный опыт специалисты: Б.В. Селезнев, А.П. Гончаров, А.Л. Кузьмина, Е.И. Добрынина.

С начала образования кафедры в 1943 г. кафедрой руководили: А.А. Горин (1943-1945 гг.); А.С. Нуварьев (1945-1952 гг.); Е.А. Бугаец (19521954 гг.); В. Ляпунов (1954-1956 гг.); А.С. Нуварьев (1956-1957 гг.); В.И. Финковский (1957-1966 гг.); И.Т. Антипов (1966-1967 гг.); П.Д. Гук (19671973 гг.); И.М. Павлов (1973-1984 гг.); П.Д. Гук (1984-1990 гг.); Б.В. Селезнев (1990-1991 гг.); А.П. Гук (1991 г. - по настоящее время).

До 1960 г. прием на специальность «Аэрофотогеодезия» составлял одну группу. В 1960 г. прием увеличен до двух групп, а в 1970 г. - до трех групп, кроме того, две группы набирали на заочный факультет.

В 1986 году была открыта новая специальность «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами». С 1988 года прием на специальность «ИПР» был увеличен до двух групп. Таким образом, с 1988 года кафедра фотограмметрии выпускала пять групп инженеров по двум специальностям. К сожалению, в связи с экономическими трудностями, связанными с переходным периодом в России, прием был постепенно сокращен до одной группы по каждой специальности.

Всего за 65 лет кафедрой было подготовлено около 4 000 инженеров. В настоящее время на кафедре работает 35 человек.

Кафедра фотограмметрии участвует в научно-исследовательских работах СГГА. Наиболее значительные темы исследований первого периода существования кафедры: В.Я. Финковский совместно с НИИ ВТС разработал способ «неискаженной модели» (1945-1950 гг.); А.С. Нуварьевым разработана теория текущей коррекции фокусного расстояния, которая положена в основу универсальных приборов профессора Дробышева Ф.В. (1945-1950 гг.).

За 1950-1955 гг. В.Я. Финковским, И.Т. Антиповым и И.М. Павловым разработана технология привязки снимков методом фототеодолитной съемки. В результате для производственных организаций было издано руководство по этой технологии. В период с 1955 по 1965 г. профессором

В.Я. Финковским создан прибор стереоуниверсал; И.М. Павлов по заданию НИИВТС создал прибор для точной фиксации времени срабатывания АФА.

В 1960-1970 гг. В.Я. Финковским и П.Д. Гуком выполнена разработка и проведены исследования радиофотограмметрического способа определения координат точек. Активно начинают вестись работы по аналитическим методам фототриангуляции (В.Я. Финковский, С.И. Родионов, И.Т. Антипов, П.Д. Гук). Наиболее значительные работы в области аналитической фототриангуляции с применением ЭВМ выполнены И.Т. Антиповым, Н.Ф.

Добрыниным, В.Н. Белых. Программа маршрутной фототриангуляции способом зависимых моделей была внедрена во многие аэрогеодезические предприятия Сибири и Средней Азии.

Существенная разработка выполнена по договору с САО Гидропроект по использованию ЭВМ в наземной стереофотограмметрической съемке, которая была использована при строительстве Нурекской и Токтогульской ГЭС (П.Д. Гук, Г.А. Лысков, А.И. Слуцкий).

В 1970-1980 гг. кафедрой разрабатываются и заключаются долгосрочные договоры на фундаментальные исследования с большим объемом теоретических и экспериментальных работ. Договоры заключены с Институтом вулканологии ДВНЦ Академии наук СССР и с филиалом Института космических исследований.

Для выполнения этих работ при кафедре был создан научноисследовательский сектор. Основными его сотрудниками были В.И. Демидов, Т.С. Зимина, А.Ф. Рябцев, И.И. Гузь, В.П. Боровикова, В.И. Шкред, Л.Н. Шилова, В.Н. Двигало, С.А. Толчин.

Изучением определения количественных характеристик вулканов фотограмметрическими способами были П.Д. Гук, Н.Ф. Добрынин, Б.В. Селезнев.

Исследованиями деформации фрагментов космических аппаратов руководили П.Д. Амромин и И.М. Павлов. Разработаны моно- и стереоскопические способы определения динамических характеристик космических летательных аппаратов.

Работы по вулканологической теме были представлены на ВДНХ и удостоены диплома II степени. Участники разработки: Б.В. Селезнев, Л.Н. Шилова, В.Н. Двигало, В.И. Шкред награждены медалями ВДНХ.

В этот же период разработан эталонный полигон для калибровки АФА (А.П. Гончаров); способ определения количественных характеристик динамических процессов для Института кинетики и горения СО АН СССР (И.М. Павлов).

В следующее десятилетие (1980-1990 гг.) продолжаются работы для Института вулканологии и института космических исследований, выполняются научные исследования совместно с МИИГАиК и Институтом теплотехники по исследованию сканерных съемочных систем. Для этого создан специальный полигон в Средней Азии (район Карши-Камаши), где в течении ряда лет преподаватели и студенты кафедры выполняли полевые работы по обеспечению летно-съемочных экспериментов (А.П. Гук, В.С. Коркин, Н.Е. Смердов, Т.А. Широкова, Г.Б. Мчедлишвили).

В 1980-е годы появились, так называемые мини-ЭВМ типа Электроника 100, Электроника ДЗ-28 и др., которые были доступны по стоимости (в сравнении с СМ4 или СМ1420) и на кафедре разрабатываются программы для этих ЭВМ, выполняющие построение модели местности и фототриангуляцию (А.П. Гук, Т.А. Широкова), создаются

автоматизированные комплексы стереокомпаратор-миниЭВМ, УП-миниЭВМ. Разрабатывается система для фототриангулировании в режиме «On-line» для

геолого-геофизической экспедиции Министерства геологии Казахской ССР (А.П. Гук, Т.А. Широкова, О. Хаймбюргер, Е.Ю. Цветкова, В.С. Коркин).

С начала 1980-х годов на кафедре выполняется работа в области цифровой фотограмметрии (А.П. Гук, Н.Е. Смердов, В.С. Коркин). Активное сотрудничество с учеными ВЦ СО РАН позволяет осуществлять уникальные эксперименты по калибровке устройств ввода-вывода изображения, цифрового трансформирования снимков. В 1981 году организован филиал кафедры фотограмметрии в ВЦ СО РАН СССР, что дало возможность проведения учебных занятий и научных исследований в области цифровой обработки изображений.

Существенно изменился учебный план специальностей «Аэрофотогеодезия» и «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами». Были введены новые дисциплины: цифровая фотограмметрия, технология создания цифровых карт, автоматизированная обработка аэрокосмической информации, геоинформационные системы. Все это потребовало создания принципиально новых лабораторий. Первоначально использовалось оборудование Вычислительного центра СО АН СССР (филиал кафедры). Затем, хотя и с большими трудностями, были созданы свои лаборатории: вначале лаборатория цифровой обработки изображений,

оснащенная системами «Гамма», и компьютерный класс. Приобретаются и создаются автоматизированные приборы и системы: СКА-30, аскорекорд, авиограф Вильда, аналитическая система (СК + ЭВМ).

В связи с бурным развитием космических многозональных съемок, радиолокационных съемок и других средств дистанционного зондирования в 1993 году кафедра фотограмметрии, которая обеспечивает учебный процесс, переименовывается и становится кафедрой фотограмметрии и дистанционного зондирования.

В 1995 году на кафедре фотограмметрии и ДЗ под руководством процессора, доктора технических наук А.П. Гука разрабатывается один из первых в России и мире цифровой стереоплоттер SDS (Siberian Digital Stereoplotter). В 1996 году он был представлен на Международной выставке в Вене (Австрия), проходившей во время XVIII международного фотограмметрического конгресса, где привлек внимание специалистов. С 1996 года обучение студентов в области цифровой фотограмметрии выполняется с использованием цифрового стереоплоттера SDS. Программный комплекс SDS включает все виды фотограмметрической обработки от цифрового трансформирования до стереообработки снимков. Последующая версия включает возможность сетевой обработки снимков, а также разработана версия MonoSDS для оперативной обработки снимков различного типа, включая выполнение полуавтоматической фототриангуляции и ортотрансформирования снимков. С использованием SDS выполнен ряд научноисследовательских и производственных проектов.

В 1999 г. кафедрой фотограмметрии и дистанционного зондирования совместно с ООО АФТ (директор - выпускник аэрофотогеодезического факультета НИИГАиК 1975 г. А.М. Янчук) была организована

производственная лаборатория, занимающаяся отработкой новых технологий и выполнением производственных работ. Лаборатория оснащена новейшими компьютерами, обеспечивающими стереосоставление карт по цифровым снимкам, ортотрансформирование и редактирование карт. Сотрудничество с ООО АФТ обеспечивает выполнение всего цикла работ по созданию цифровых карт - от аэрофотосъемки и полевых работ до стереосоставления карт. За 1999-2003 гг. были выполнены производственные работы по созданию цифровых кадастровых карт (масштаба 1 : 2 000) и созданию цифровых карт мест нефтезагрязнений (масштабов 1 : 10 000, 1 : 5 000, 1 : 2

000, 1 : 500); изготовлены цифровые ортофотопланы на городскую

территорию и поселки городского типа (масштаба 1 : 2 000); созданы цифровые ортофотопланы на места нефтеразработок (масштаба 1 : 5 000).

Кафедрой также разработаны методики и технологии калибровки аэрофотосъемочных и цифровых камер. Получен сертификат на право калибровки съемочных камер. Калибровка аэрофотосъемочных камер выполняется в лабораторных условиях. Для калибровки используется специальный пространственный тест-объект, размещенный в одной из лабораторий кафедры. В год калибруется до 20 аэрофотоаппаратов для различных организаций, выполняющих аэрофотосъемку.

В настоящее время на кафедре фотограмметрии и дистанционного зондирования 17 штатных преподавателей из них 14 со степенями и званиями (82,3 %), в том числе три профессора, два доктора технических наук. Базовое образование преподавателей и направленность научных исследований соответствует преподаваемым дисциплинам.

На кафедре работает 4 внешних совместителя, из них четыре со степенями и званиями, три доктора наук, один кандидат наук, который является лауреатом государственной премии. В инженерный состав кафедры входят заведующий лабораториями, 8 инженеров, техник. Так же на кафедре фотограмметрии работают 8 аспирантов.

Перспективы развития кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования.

В соответствии с основными направлениями развития науки и образования в России задачей кафедры является реализация инновационного подхода в образовании, который заключается в смещении акцентов в образовании на индивидуальное обучение студентов, обучения в процессе непосредственного участия студентов в совершенствовании новых методик и технологий. Для этого нужно формировать мобильные научноисследовательские и производственные группы, включающие студентов, аспирантов и преподавателей, для решения конкретных задач на основе использования новых технологий.

В связи с переходом вузов на новую двухуровневую систему образования необходимо в плане кафедры фотограмметрии и ДЗ выполнить следующие совершенствования системы образования:

- Разработать новые учебные планы и рабочие программы;

- Обеспечить усиление фундаментальной подготовки студентов и базовые дисциплины по: математике, включая специализированные курсы по линейной алгебре, спектральному анализу, физике, геодезии (как базовой дисциплины), иностранному языку, информатике;

- Создание новых учебных программ по фотограмметрии, основанные на методах аналитической и цифровой фотограмметрии с обязательным детальным геометрическим анализом снимков, построения модели местности и геометрических аспектов фототриангуляции;

- Переработать курсы по аэросъемке, аэрофотографии и дистанционному зондированию, с учетом развития методов цифровой съемки;

- Разработать новые программы по автоматическому и интерактивному дешифрированию и анализу многозональных аэрокосмических снимков;

- Включить специальные учебные курсы по геоинформационным системам, разработке геоинформационных проектов на основе использования космических и аэроснимков различных типов;

- Обеспечить практическое изучение технологии создания топографических и кадастровых карт;

- Разработать методики обучения мониторингу территорий, на основе многозональных и гиперзональных аэрокосмических съемок;

- Дать практические навыки в разработке специальных технологий цифровой съемки инженерных объектов и технологии обработки полученных снимков.

В научных исследованиях, которые планируется выполнить на кафедре в ближайшее время можно выделить несколько направлений.

1. Развитие количественного подхода в обработке данных дистанционного зондирования и дешифрирования многозональных космических снимков:

- Разработка теоретических основ и алгоритмов дешифрирования многозональных снимков;

- Разработка автоматического дешифрирования многозональных снимков для изучения лесных ресурсов;

- Разработка технологий мониторинга территории по многозональным космическим снимкам;

2. Разработка новых и совершенствование существующих фотограмметрических технологий:

- Разработка цифровых фотограмметрических технологий оперативной обработки аэрокосмических снимков;

- Развитие фотограмметрических методов комплексной обработки разномасштабных и разновременных аэрокосмических снимков, создание карт и ортофотоснимков переменных масштабов;

- Совершенствование методов калибровки цифровых камер;

- Разработка технологии аэро и наземной съемки цифровыми камерами и создание по этим снимкам измерительных 3D моделей;

- Совершенствование технологии создания топографических и специальных карт по аэрокосмическим снимкам.

В ближайшее время есть реальные перспективы создания систем измерительных как в геометрическом, так и в фотометрическом плане, что позволит по снимкам получать не только геометрическую модель местности объекта, но и определять качественные характеристики объектов, то есть выполнять распознавание объектов и его деталей, и в результате восстанавливать реалистические 3D модели местности. Создание таких систем является основным направлением в работе кафедры.

© А.П. Гук, 2008