СПОСОБ АКТУАЛИЗАЦИИ ВЫСОТНЫХ ПАРАМЕТРОВ В ЛОКАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
METHOD OF ACTUALIZING ALTITUDE PARAMETERS IN LOCAL AREA OF CARTOGRAPHIC INFORMATION

Изобретение относится к области геодезии и в частности к способам уточнения малоточных моделей рельефа земной поверхности, может быть использовано при создании и актуализации цифровых карт местности с применением в качестве исходного материала топографических планшетов, топографических карт, фотопланов местности, специальных (навигационных) карт, графических документов и других аналогичных материалов (далее - Картографическая информация).
Картографическая информация, в зависимости от масштабов используется для решения практических задач при проектировании и строительстве объектов военного назначения, обеспечении боевой подготовки войск, планировании и ведении боевых действий войск, а также для решения других задач в интересах обороны страны [1, с. 5-7].
Картографическая информация должна удовлетворять требованиям по обеспечению определения с соответствующей масштабу точностью прямоугольных и географических координат, абсолютных и относительных высот точек местности, качественных и количественных характеристик объектов местности, а также производства других картометрических работ.
При создании и обновлении картографической информации, как правило, используются следующие материалы:
каталоги (списки) координат и высот геодезических пунктов и точек съемочной сети;
материалы воздушного, наземного фотографирования и космической съемки;
издательские оригиналы, их дубликаты или микрофиши, тиражные оттиски карт и планов;
специальные карты и планы ведомственных организаций, и другие картографические материалы (дежурные карты и т.д.);
материалы, по которым создавалась обновляемая карта (аэрофотоснимки с точками полевой подготовки и данные фотограмметрического сгущения опорных точек, негативы, фотоэталоны или образцы дешифрирования и др.), а также формуляры обновляемых листов карт;
литературно-справочные материалы (описания местности, справочники административно-территориального деления, словари-справочники географических названий, схемы и профили железных и автомобильных дорог, нефте- и газопроводов, линий связи и электропередачи и др.).
Опорной геодезической основой картографической информации в высотном отношении служат пункты государственной нивелирной сети, пункты государственной геодезической сети и геодезических сетей сгущения, высоты которых определены геометрическим или тригонометрическим нивелированием, а также точки высотной съемочной сети, высоты которых приведены к принятому исходному уровню (относительные высоты).
Основным недостатком способов создания планово-высотной основы для формирования картографической информации является то, что при использовании математических методов уравнивания массива опорных точек формируется общая средняя квадратическая погрешность (СКП) как для плановых координат, так и для высотной основы картографической информации. Существует необходимость снижения СКП высотных параметров в локальной области картографической информации, полученных с большими ошибками. Известны способы, позволяющие актуализировать локальные участки картографической информации, в том числе снизить в отдельных точках СКП плановой основы.
Известен способ актуализации карты обследуемой земной поверхности (ОЗП) (RU №2246697, 2005 г.), включающий компьютерное уточнение устаревшей карты по современным снимкам, отличающийся тем, что производят съемку ОЗП в масштабе, близком к масштабу устаревшей карты, сканируют устаревшую карту и снимок ОЗП, выводят их на экран компьютера двумя отдельными отображениями - устаревшую карту в виде непрозрачной основы, снимок в виде полупрозрачного подвижного, растягиваемого по фрагментам и изменяемого по масштабу в плоскости экрана компьютера наложения на эту непрозрачную основу, визуально совмещают их и фиксируют относительно друг друга по опознаваемым точкам, затем убирают из непрозрачной основы объекты, отсутствующие в полупрозрачном наложении, добавляют в нее новые объекты, зафиксированные съемкой, корректируют на ней размеры и конфигурацию общих объектов под их размеры и конфигурацию на полупрозрачном наложении, после чего полученное на экране графическое изображение фиксируют в памяти компьютера как отображение современной ОЗП и распечатывают его на графопостроителе и/или на фотоплоттере как актуализированную карту ОЗП в требуемом виде и масштабе.
Известный способ предназначен для уточнения и обновления семантического наполнения картографического материала отдельных участков территории путем применения космических снимков. Недостатком указанного способа является то, что в нем не производится локальная актуализация планово-высотной основы картографического материала.
Известен способ межевания и/или актуализации карт территории (RU №2249179, 2005 г.), включающий определение местонахождения объектов на этой территории с помощью радиосигналов с искусственных спутников Земли (ИСЗ), фиксируемых приемниками, установленных, использование устаревших материалов обследуемой территории, отличающийся тем, что обследуемую территорию разделяют по геофизическим и хозяйственным характеристикам на локальные участки, в центре которых на свободном от помех спутниковым радиосигналам месте с известными координатами монтируют стационарный базовый приемник радиосигналов (БПРС) с ИСЗ и необходимые инженерно-технические средства, в поворотных точках границ координируемых площадных объектов устанавливают один или два мобильных приемника радиосигналов (МПРС) с ИСЗ, регистрируют одновременно БПРС и МПРС радиосигналы с ИСЗ, по параметрам зарегистрированных радиосигналов и по известным координатам БПРС вычисляют в центре обработки информации (ЦОИ) координаты поворотных точек границ координируемых площадных объектов, сканируют актуализируемый картографический материал обследуемой территории, вводят полученное отображение в компьютер, по вычисленным ЦОИ координатам поворотных точек уточняют в отображении на экране компьютера расположение и границы координируемых площадных объектов, создают из полученных материалов актуализированную цифровую картографическую базу обследуемой территории, используют ее в геоинформационных системах различного назначения, распечатывают из нее на графопостроителе и/или на фотоплоттере требуемые виды карт требуемой территории, устанавливают с ее помощью межи и межевые знаки.
Известный способ предназначен для актуализации частичной (локальной) корректировки планово-картографического материала отдельных участков территории через 1-3 года без монтажа глобальных геодезических спутниковых систем, а также во многих случаях без применения космо и/или аэрофотосъемки обследуемой территории. Недостатком данного способа является то, что не рассматривается актуализация высотной основы в локальных участках картографического материала.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ уточнения навигации старых магнитных съемок, выполненных с большими ошибками координирования (RU №2676390, 2018 г.), содержащий карту графиков наблюденного модуля магнитного поля в координатах, цифровую модель карты в прямоугольной сети точек и ее СКП, отличающийся тем, что по заданным увязочным профилям выполняют современную высокоточную магнитную съемку в старых координатах с высокоточной спутниковой навигацией, ищут положение значений современной съемки на карте корреляционным способом, находят точку пересечения современного маршрута со старыми маршрутами, в точку пересечения старых маршрутов с новыми приписывают координаты, полученные путем параллельного самому себе переноса в новой системе координат всего старого маршрута и/или его части, расположенной между двумя современными маршрутами, так чтобы найденная точка максимальной корреляции поля старого уточняют координаты всех старых маршрутов, строят новую увязочную по координатам цифровую модель старой карты и вычисляют ее СКП по пересечениям новой карты с реальными измерениями, разница между этой старой и новой погрешностями является оценкой надежности увязки поля по новым координатам.
Известный способ предназначен для уточнения малоточных координат точек измерения на старых профилях с помощью современных высокоточных магнитных съемок с высокой точностью спутниковой навигации.
Недостатками данного способа являются то, что не рассматривается актуализация высотной основы в локальных участках картографического материала по результатам современных высокоточных геодезических съемок с высокой точностью спутниковой навигации, а также не учитываются измерения, полученные с высокой точностью от других источников информации, и динамика изменения радиуса корреляции, соответствующего изменению структуры рельефа в локальной области картографической информации.
Цель изобретения заключается в актуализации малоточных моделей рельефа земной поверхности путем уточнения высотных параметров в произвольных точках локальной области картографической информации, в которых не проводились высокоточные измерения высот, от точек с высотными параметрами, в которых имеется дополнительная (избыточная) высокоточная геодезическая информация о высоте.
Требуемый технический результат достигается тем, что при способе актуализации высотных параметров в локальной области картографической информации, заключающегося в уточнении малоточных высот точек в локальных областях картографической информации, в которых не проводились высокоточные измерения за счет привлечения дополнительных источников измерений от точек, где проводились измерения высотных парамеров в локальной области - новые тахеометрические (теодолитные) съемки и/или геометрические (тригонометрические) ходы нивелирования, спутниковые измерения, близкорасположенные пункты государственной геодезической (нивелирной) сети и/или картографическая информация высокой точности или карты масштаба крупнее, но размера меньше чем имеющаяся (далее - Дополнительные источники геодезической информации), заключающийся в учете динамики радиуса корреляции в локальной области картографической информации, зависящего от структуры рельефа, в выборе максимальных расстояний между точками с измеренными и/или не измеренными значениями высотных параметров по известным координатам, получаемым по картографической информации, в установлении разностных невязок между значениями высотных параметров и их погрешностями, полученными по картографической информации и дополнительным источникам геодезической информации.
Сущность изобретения поясняется структурной схемой, где на фиг. 1 изображены:
1 - блок массива точек с высотами и прямоугольными координатами, полученными от малоточной картографической информации;
2 - блок массива точек с высотами, полученными спутниковым методом;
3 - блок массива точек с высотами, полученными от близкорасположенных пунктов государственной геодезической (нивелирной) сети;
4 - блок массива точек с высотами, полученными от новых тахеометрических съемок, теодолитных ходов, нивелирных съемок;
5 - блок массива точек с высотами, полученными от картографической информации высокой точности и/или карт масштаба крупнее, но меньших размеров чем исходная малоточная картографическая информация;
6 - блок расчета максимальных расстояний между множеством произвольных точек и точек с избыточными высотными параметрами по известным координатам малоточной картографической информации;
7 - блок записи выражений, устанавливающих разностные невязки между значениями высотных параметров и их погрешностями, полученными по картографической информации и дополнительным источникам информации;
8 - блок согласования данных между максимальными расстояниями массива всех выбранных точек от блоков 6, 9 с учетом динамики изменения радиусов корреляции высоты для локальной области картографической информации;
9 - блок выбора радиуса корреляции высоты для локальной области картографической информации с учетом анализа динамики изменения структуры рельефа;
10 - блок актуализации высотных параметров в локальной области картографической информации;
11 - блок вывода высотных параметров в локальной области картографической информации.
Изобретение работает следующим образом:
выбирают периметр (локальный участок) на малоточной картографической информации, площадь которого зависит от спектра решаемых специальных задач;
k
hk
k
k
n
hn
n
n
m
hm
m
m
j
hj
j
j
в границах выбранного периметра производят высокоточные измерения высот, представленных блоками 2-5: формируют массив точек высотных параметров h и средней квадратической погрешностью (СКП) измерений высоты σ с координатами xy, полученные спутниковым методом - блок 2; массив точек высотных параметров h и СКП измерений высоты σ с координатами xy, полученными из каталогов близкорасположенных пунктов государственной геодезической и/или нивелирной сети - блок 3; массив точек высотных парамеров h и СКП измерений высоты σ с координатами xy, полученными полигонометрическим методом и/или геометрическим и/или тригонометрическим нивелированием с применением геодезических приборов: тахеометров, теодолитов и/или нивелиров - блок 4; массив точек высотных параметров h и СКП измерений высоты σ с прямоугольными координатами xy, полученными по картографической информации высокой точности и/или от карт масштаба крупнее, но имеющих меньший размер чем уточняемая картографическая основа - блок 5; первые выходы блоков 2-5 с информацией о высокоточных высотных параметрах и их СКП являются входами в блок 7, а вторые выходы блоков 2-5 с информацией о прямоугольных координатах точек с дополнительными геодезическими параметрами о высоте являются входами в блок 1;
Hi
Hi
k
k
n
n
m
m
j
j
i
Hi
H'
Hi
H'
H'
H'
определяют массив точек по малоточной картографической информации - прямоугольные координаты XY равные прямоугольным координатам дополнительных источников геодезической информации xy, xy, xy, xy и соответствующие им высоты и СКП H, σ, а также выбирают произвольные точки с высотами и СКП Н', σ, в которых необходимо снизить СКП картографической информации за счет дополнительных источников геодезической информации, при условии, что σ=σ, определяют их координаты XY - блок 1; первый выход блока 1 с значениями высотных параметров и их СКП в произвольных точках является первым входом в блок 10, второй выход блока 1 с значениями прямоугольных координат произвольных точек и точек с избыточными высотными параметрами являются входами в блок 6, третий выход блока 1 с значениями высотных параметров и их СКП, определяемых по малоточной картографической информации, является входом в блок 7;
hih'
hiH'
H'
H'
hi
hi
производят расчет расстояний S, S по известным координатам между произвольными точками XY и точками с избыточной геодезической информацией XY по малоточной картографической информации - блок 6; выход блока 6 является первым входом блока 8;
i
k
n
m
j
Hi
hk
hn
hm
hj
hi
hi
осуществляют регистрацию высотных параметров H, h, h, h, h и их СКП σ, σ, σ, σ, σ при условии нормального закона распределения случайной величины и нулевого математического ожидания М[х]=0, полученных по малоточной картографической информации и дополнительным источникам геодезической информации, а также осуществляют запись выражений, устанавливающих разностные невязки между значениями измерений по малоточной картографической информации и дополнительным источникам геодезической информации и их погрешностями в точках с избыточной геодезической информацией о высоте XY - блок 7; выход блока 7 является вторым входом в блок 10;
доп.
h'
Hi
осуществляют сравнение между допустимым радиусом корреляции r и максимальными расстояниями S, S, выбранных точек по малоточной картографической информации, если расстояние больше значения радиуса корреляции, то точки с высотной информацией исключаются из обработки измерений - блок 8; выход блока 8 является третьим входом блока 10;
доп.
доп.
доп.
доп.
производят выбор допустимого радиуса корреляции r по результатам анализа изменения структуры рельефа в локальной области картографической информации, соответствующий значениям: для высокогорных районов r = 2000 метров, для среднегорных районов r = 6000 метров, для равнинных районов r = 8000 метров [5, с. 126] - блок 9; первый выход блока 9 является вторым входом в блок 8, второй выход блока 9 является четвертым входом в блок 10;
осуществляют расчет нового значения высотных параметров от информации, полученной из блоков 1, 7-9 в произвольных точках локальной области картографической информации по алгоритму [6, с. 136-138] - блок 10.
Начало
1. Вводят корреляционную функцию для высот, как меру статистической связи между погрешностями картографических параметров. Связь корреляционных функций зависит от расстояния между выбранными точками и имеет вид [7, с. 68-69]:
где - дисперсия ошибок картографических данных;
2. Осуществляют построение вектора погрешностей Z параметров высоты в точках с малоточной картографической информацией.
доп
3. Формируют априорную ковариационную матрицу погрешностей Р массива точек высотных параметров, определяемых по картографической информации с учетом корреляционных функций k(r).
4. По информации от блока 7 формируют матрицу несоответствий (невязок) Е.
5. Формируют матрицу наблюдения М.
6. Формируют ковариационную матрицу погрешностей дополнительных источников информации для массива точек высотных параметров R.
7. Формируют коэффициент усиления K для нахождения оценок высотных параметров в каждой определяемой точке.
8. Осуществляют расчет оценок высотных параметров Н* в произвольных точках локальной области картографической информации.
9. Осуществляют расчет апостериорной матрицы погрешностей Р* картографической информации, а также новое значение СКП σ* для актуализированной высоты Н* картографической информации.
Конец
выход блока 10 является входом в блок 11;
осуществляют вывод и изменение СКП σ* актуализированных высотных параметров Н* в локальной области картографической информации - блок 11.
Таким образом, в предлагаемом новом способе помимо перечисленных в ближайшем аналоге, используются следующие дополнительные действия:
1. Привлекают не только спутниковый метод измерений, но и другие источники геодезической информации - каталоги близкорасположенных пунктов государственной геодезической (нивелирной) сети; высотные параметры новых тахеометрических и/или теодолитных съемок и/или нивелирных ходов; высотные параметры в точках, полученных по высокоточной картографической информации и/или картам масштаба крупнее, но размеров меньших, чем исходная малоточная картографическая основа.
2. Анализируют и учитывают динамику радиуса корреляции в локальной области картографической информации, зависящего от изменения структуры рельефа при выборе максимальных расстояний между произвольными точками и точками с избыточной геодезической информацией о высоте по известным координатам, получаемым по малоточной картографической информации.
3. Формируют разностные невязки между значениями высотных параметров и их погрешностями в точках с избыточной геодезической информацией о высоте.
4. Снижают СКП высотных параметров в точках локальных областей малоточной картографической информации, в которых не проводились высокоточные измерения высот, от точек с высотными параметрами, в которых имеется избыточная высокоточная геодезическая информация о высоте.
Сравнительный анализ существенных признаков существующих способов актуализации (уточнения) локальных областей картографической информации и настоящего способа показывает, что предложенный способ, основанный на использовании дополнительных операций, связанных с анализом и учетом динамики радиуса корреляции в локальной области картографической информации и формированием невязок между значениями относительных высот и их погрешностями отличается тем, что за счет обработки избыточной информации обеспечивается более точное определение высотных параметров в точках локальной области картографической информации, в которых не проводились высокоточные измерения высот.
Таким образом, достигается технический результат изобретения - актуализация моделей рельефа земной поверхности путем снижения СКП высотных параметров в локальных областях картографической информации, полученных с большими ошибками, в которых не проводились высокоточные измерения высот, от точек с высотными параметрами, в которых имеется избыточная высокоточная геодезическая информация о высоте.
Источники информации:
1. ГКИНП 05-029-84 Основные положения по созданию и обновлению топографических карт масштабов 1:10000, 1:25000, 1:50000, 1:100000, 1:200000, 1:500000, 1:1000000. М: ГУГК, ВТУ ГШ, 1984. 29 с.
2. Ващенко Ю.Е., Русинов П.С., Ломакин С.В. Патент RU №2246697 С1, МПК G01C 11/10 «Способ актуализации карты обследуемой земной поверхности». Опубл. 20.02.2005. Бюл. №5.
3. Ващенко Ю.Е., Русинов П.С., Филимонов В.В. Патент RU №2249179 С1, МПК G01C 11/10 «Способ межевания и/или актуализации карт территории». Опубл. 27.03.2005. Бюл. №9.
4. Паламарчук В.К., Глинская Н.В., Мищенко О.Н., Бурдакова Е.В., Петров В.В. Патент RU №2676390 С2, МПК G01V 3/38 «Способ уточнения навигации старых магнитных съемок». Опубл. 28.12.2018. Бюл. №1.
5. Августов Л.И., Бабиченко А.В., Орехов М.И., Сухорукое М.И., Шкред В.К. Навигация летательных аппаратов в околоземном пространстве. Под редакцией Джанжгавы Г.И. М.: ООО «Научтехлитиздат», 2015. - 421 с.
6. Лупанчук В.Ю. Развитие методов навигационной картографии для контроля позиционирования робототехнических комплексов в пространстве. // Вестник Московского авиационного института. М.: МАИ, 2018. Т. 25 №1. - с. 132-142.
7. Белоглазов И.Н., Джанжгава Г.И., Чигип Г.П. Основы навигации по геофизическим полям. - М.: Наука, 1985. - 328 с.