АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ПЛАНОВ И КАРТ
HARDWARE AND SOFTWARE COMPLEX FOR MANUFACTURING DIGITAL PLANS AND MAPS

Область техники
Данное техническое решение относится к области вычислительной техники, а именно к устройствам для изготовления цифровых планов и карт с использованием фотограмметрических методов.
Уровень техники
Известно ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО (патент РФ на изобретение №2225593, заявка 2002109417 от 10.04.2002, МПК G01C 11/00, патентообладатель ФГУП «НПП «Рубин», правопреемник ОАО «НПП «Рубин», авторы Атапин Н.Ф., Якунин Ю.А., Шигин В.В., регистрация 10.03.2004 г., бюл.7).
1. ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО (ФРМ), содержащее персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ) в базовой конфигурации, состоящую из системного блока с подключенными к нему монитором, клавиатурой, манипулятором графической информации типа "мышь" и принтером, стереоскопическое видеоконтрольное устройство (СВКУ), состоящее из цветного монитора, приэкранного поляризационного фильтра (ППФ), джойстика координат (ДЖК), джойстика параллаксов (ДЖП) и пульта оператора (ПО), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит контроллер стереоскопического видеоконтрольного устройства, первый выход которого соединен с входом цветного монитора, второй выход - с входом приэкранного поляризационного фильтра, три входа контроллера стереоскопического видеоконтрольного устройства соединены соответственно с выходами джойстика координат, джойстика параллаксов и пульта оператора, а вход-выход контроллера стереоскопического видеоконтрольного устройства - с выходом-входом локальной шины системного блока ПЭВМ.
2. Фотограмметрическое рабочее место (ФРМ) по п.1, отличающееся тем, что контроллер стереоскопического видеоконтрольного устройства содержит блок сопряжения с ЭВМ, первый вход-выход которого соединен по шине ISA с выходом-входом системного блока ПЭВМ, второй вход-выход с внутренней шиной данных (ШД) контроллера, первый (Адрес ЛвК) и второй (Адрес ПрК) выходы блока сопряжения с ЭВМ соединены с внутренней шиной АДР контроллера, а первый и второй входы блока сопряжения с ЭВМ соответственно с цепями синхронизации ЛвК и ПрК, регистр пульта оператора (РгПО), вход которого соединен с выходом пульта оператора, а выход - с внутренней шиной данных ШД контроллера, регистр джойстиков, два входа которого соединены соответственно с выходом джойстика координат (ДЖК) и джойстика параллаксов (ДЖП), а выход - с внутренней шиной данных ШД контроллера, узел управления приэкранного поляризационного фильтра ППФ, выход которого соединен с входом приэкранного поляризационного фильтра, а вход - с цепью синхронизации ЛвК, оперативное запоминающее устройство изображения (ОЗУИ), четыре входа которого ЛвК и ПрК соединены попарно соответственно с внутренней шиной адреса (АДР) и шиной данных ШД, логическую схему ИЛИ, выход которой соединен с внутренней шиной данных ШД, оперативное запоминающее устройство графики (ОЗУГ), четыре входа которого ЛвК, ПрК попарно соединены соответственно с внутренними шиной адреса (АДР) и шиной данных ШД, первый регистр номеров траекторий (PHTp1), вход которого соединен с внутренней шиной данных (ШД), второй регистр номеров траекторий (РНТр2), вход которого соединен с внутренней шиной данных (ШД), счетчик номеров траекторий (СчНТр), вход которого соединен с внутренней шиной данных (ШД), регистр оперативного запоминающего устройства изображений (РгОЗУИ), вход которого соединен с выходом оперативного запоминающего устройства изображений (ОЗУИ), а выход с первым входом логической схемы ИЛИ, регистр оперативного запоминающего устройства графики (РгОЗУГ), вход которого соединен с выходом оперативного запоминающего устройства графики (ОЗУГ), а выход со вторым входом логической схемы ИЛИ, узел формирования марки, вход которого соединен с внутренней шиной адреса (АДР), схему сдвига изображения, вход которой соединен с выходом регистра оперативного запоминающего устройства изображения (РгОЗУИ), дешифратор номеров точек графики, четыре входа которого соединены соответственно с выходом: регистра оперативного запоминающего устройства графики (РгОЗУГ], первого регистра номеров траекторий (PHTp1), второго регистра номеров траекторий (РНТр2) и счетчика номеров траекторий (СчНТр), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), вход которого соединен с выходом схемы сдвига изображений, схему сдвига графики, вход которой соединен с выходом дешифратора номеров точек графики, блок сопряжения с монитором, три входа которого соединены соответственно с выходом узла формирования марки, цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и схемы сдвига графики, а три выхода (Видео, Н и V) с соответствующими входами цветного монитора.
Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности.
Другим аналогом одного из блоков заявляемого технического решения является ДЖОЙСТИК ДЛЯ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОГО РАБОЧЕГО МЕСТА (патент РФ на полезную модель №46350, заявка 2005107425 от 16.03.2005, МПК7 G01C 11/02, патентообладатель ОАО «НПП «Рубин», авторы Богданов О.Ю., Атапин Н.Ф., Якунин Ю.А., регистрация 27.06.2005 г., бюл. 18), содержащий ручку и схему формирования сигналов от ручки джойстика, кинематически с ней связанную и состоящую из двух переменных резисторов, начальные контакты которых подключены через первый и второй ограничительные резисторы к напряжению +5 В, а конечные точки через третий и четвертый ограничительные резисторы к "земле", ползуны (выходы) первого и второго переменных резисторов соответственно через первый и второй конденсаторы подключены к "земле", а третий конденсатор включен между +5 В и "землей", отличающийся тем, что джойстик дополнительно содержит микроконтроллер (МКК), входы PC (0,1) которого соединены соответственно с выходами первого и второго переменных резисторов схемы формирования сигналов от ручки джойстика, входы РВ (3, 4, 5) соединены с программатором (внешней схемой программирования постоянного полупроводникового запоминающего устройства (ППЗУ)), схему сопряжения МКК с персональной ЭВМ (ПЭВМ), содержащую первый и второй транзисторы (VT1 и VT2), база первого транзистора (VT1) соединена через пятый резистор с эмиттером и +5 В, а через шестой резистор с выходом PD (1) микроконтроллера, коллектор первого транзистора (VT1) через RC-цепочку из седьмого резистора и четвертого конденсатора соединен с "землей", коллектор второго транзистора (VT2) соединен с выходом PD (0) микроконтроллера и через восьмой резистор с +5 В, эмиттер - с "землей", а база второго транзистора (VT2) соединена через первый диод VD1 плюсом с "землей" и через цепочку девятый резистор - второй диод VD2 плюсом с серединой RC-цепочки из седьмого резистора и четвертого конденсатора, выходы интерфейса RS-232 RxD и TxD соединены соответственно с коллектором первого транзистора VT1 и минусом второго диода VD2.
Недостатками данного аналога являются пониженная точность, разрешающая способность, удобство работы.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого технического решения является ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО (ФРМ) (патент РФ на изобретение №2277262, заявка 2004135604 от 06.12.2004, МПК G06T 1/00, патентообладатель ОАО «НПП «Рубин», авторы Атапин Н.Ф., Богданов О.Ю., Якунин Ю.А., регистрация 27.05.2006 г., бюл.15), содержащее персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ) в базовой конфигурации, состоящую из системного блока с подключенными к нему монитором, клавиатурой, манипулятором графической информации типа «мышь» и принтером, стереоскопическое видеоконтрольное устройство (СВКУ), состоящее из цветного монитора, джойстика координат (ДЖК), джойстика параллаксов (ДЖП) и светоклапанных очков (СО), отличающееся тем, что оно дополнительно содержит адаптер монитора СВКУ, первые входы-выходы которого соединены с системным блоком ПЭВМ, первый выход с входом цветного монитора СВКУ, а второй выход с входом светоклапанных очков, адаптер монитора СВКУ содержит оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) левого кадра (ОЗУ ЛКП) и ОЗУ правого кадра (ОЗУ ПКП) для фиксации плотности изображений левого и правого кадра, ОЗУ левого кадра (ОЗУ ЛКГ) и ОЗУ правого кадра (ОЗУ ПКГ) для фиксации графики, устройство управления ОЗУ управление SDRAM, устройство управления адаптера (УУ), соединенное с устройством управления SDRAM по шинам управления, адреса и данных и первым выходом с шиной расширения ПЭВМ, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), вход которого соединен со вторым выходом устройства управления (УУ), операционные усилители, входы которых соединены с выходами цифроаналогового преобразователя (ЦАП), а выходы с входами R, G, В монитора цветного СВКУ, драйвер светоклапанных очков, вход которого соединен с третьим выходом устройства управления (УУ), а выход с входом светоклапанных очков, джойстик содержит переменные резисторы Rx и Ry, ручку управления, механически связанную с осями переменных резисторов Rx и Ry, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), два входа которого электрически соединены с выходами переменных резисторов Rx и Ry, а два других - с выходами переменных резисторов другого джойстика, блок формирования VVC, выход которого соединен с третьим входом аналого-цифрового преобразователя, а два входа - с выходами RTS и DTR разъема связи с последовательным портом (СОМ) ПЭВМ, блок связи с последовательным портом (СОМ) ПЭВМ, два входа которого Х и Y соединены с выходами аналого-цифрового преобразователя (АЦП), третий RxD и четвертый TxD входы и выход ±X, Y соответственно - с выходами RxD и TxD и входом ±X, Y разъема связи с последовательным портом (СОМ) ПЭВМ.
Недостатками прототипа являются малые функциональные возможности, ограниченная точность, разрешающая способность, надежность.
Сущность технического решения
Известный аппаратно-программный комплекс для изготовления цифровых планов и карт по материалам аэрофотосъемки, космическим снимкам и цифровым снимкам содержит фотограмметрическое рабочее место (ФРМ), состоящее из персональной электронной вычислительной машины (ПЭВМ) управляющей с клавиатурой, манипулятором графическим (МГ) типа «мышь», двумя джойстиками, стереомонитором, накопителем на жестком магнитном диске (НЖМД) и принтера лазерного, подключенных к сети переменного тока через сетевой фильтр и источник бесперебойного питания.
Целью заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей, повышение точности и быстродействия, разрешающей способности, надежности.
Комплекс дополнительно содержит рабочее место сканирования фотоснимков (РМСФ), состоящее из ПЭВМ управляющей с монитором, клавиатурой, манипулятором графическим (МГ) типа «мышь», накопителем на жестком магнитном диске (НЖМД), сканера фотограмметрического, подключенных к сети переменного тока через сетевой фильтр и источника бесперебойного питания (ИБП), рабочее место ортотрансформирования цифровых изображений (РМО), состоящее из ПЭВМ управляющей с монитором, клавиатурой, манипулятором графическим (МГ) типа «мышь», накопителем на жестком магнитном диске (НЖМД), сканера фотограмметрического, подключенных к сети переменного тока ~220 В через сетевой фильтр и источника бесперебойного питания (ИБП), сервер с монитором, клавиатурой, манипулятором графическим (МГ) типа «мышь», накопителем на жестком магнитном диске (НЖМД), подключенным к сети переменного тока ~220 В через фильтр сетевой, телекоммуникационное оборудование в составе контроллера локальной вычислительной сети (ЛВС), соединенное по локальной вычислительной сети с ПЭВМ управляющими РМСФ, ФРМ, РМО, ПЭВМ сервера и дополнительными автоматизированными рабочими местами (АРМ) комплекса средств автоматизации (КСА) или специальными регистрирующими устройствами, ЛВС объекта, и к сети переменного тока ~220 В через фильтр сетевой.
Перечень чертежей
На фиг.1 приведена укрупненная структурная схема аппаратно-программного комплекса для изготовления цифровых планов и карт;
На фиг.2 приведена структурная схема аппаратно-программного комплекса для изготовления цифровых планов и карт;
На фиг.3 приведена структурная схема фотограмметрического рабочего места (ФРМ);
На фиг.4 приведена схема алгоритма функционирования аппаратно-программного комплекса для изготовления цифровых планов и карт.
Пример варианта выполнения устройства
Укрупненная структурная схема аппаратно-программного комплекса для изготовления цифровых планов и карт (фиг.1) содержит рабочее место сканирования фотоснимков (РМСФ) - 1, фотограмметрическое рабочее место (ФРМ) - 2, рабочее место ортотрансформирования цифровых изображений (РМО) - 3, сервер - 4, телекоммуникационное оборудование - 5, состоящее из коммутатора локальной вычислительной сети (ЛВС) - 6, и фильтра сетевого - 7.
Структурная схема аппаратно-программного комплекса для изготовления цифровых планов и карт (фиг.2) дополнительно содержит в РМСФ 1 клавиатуру - 8, манипулятор графический (МГ) типа «мышь» - 9, монитор - 10, персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ) управляющую - 11, накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) - 12, сканер фотограмметрический - 13, источник бесперебойного питания (ИБП) - 15, в ФРМ 2 клавиатуру - 16, манипулятор графический (МГ) типа «мышь» - 17, джойстики - 18, 19, стереомонитор - 20, ПЭВМ управляющую - 21, НЖМД - 22, принтер лазерный А4 - 23, ИБП - 24, фильтр сетевой - 25, в РМО 3 клавиатуру - 26, МГ типа «мышь» -27, монитор - 28, ПЭВМ управляющую - 29, НЖМД - 30, ИБП - 31, фильтр сетевой - 32, в сервере 4 клавиатуру - 33, МГ типа «мышь» - 34, монитор - 35, ПЭВМ - 36, НЖМД - 37 и фильтр сетевой - 38.
Для создания по фото- и цифровым снимкам космических комплексов специального назначения цифровых моделей рельефа местности и получения цифровых и аналоговых ортофотопланов по одиночным фотоизображениям, создания стереомоделей местности по космическим и аэрофотоснимкам необходимо выполнить следующие задачи:
- преобразовать оптические плотности изображений космических и аэрофотоснимков путем сканирования фотоснимков, получить цифровые изображения местности (ЦИЗМ);
- создать стереомодели местности и цифровые модели рельефа в рамках трапеций номенклатурных листов топографических карт и планов по космическим и аэрофотоснимкам;
- получить цифровые ортофотопланы и ортофотокарты в рамках трапеций номенклатурных листов топографических карт с использованием отечественных и зарубежных материалов обзорной и детальной космической съемки и по результатам аэрофотосъемки местности;
- обеспечить возможность выдачи по локальной сети выходной цифровой картографической продукции (ортофотопланов, ортофотокарт, цифровых моделей рельефа и стереомоделей местности) в стандартных обменных форматах.
Для выполнения поставленных задач комплекс включает в свой состав:
рабочее место сканирования фотоснимков (РМСФ);
рабочее место фотограмметрическое (ФРМ);
рабочее место ортотрансформирования цифровых изображений (РМО);
телекоммуникационное оборудование и сервер.
Рабочее место сканирования фотоснимков (РМСФ) предназначено для преобразования оптических плотностей изображений космических и аэрофотоснимков путем сканирования фотоснимков, получения цифровых изображений местности (ЦИЗМ), накопления и передачи их по локальной сети в сервер.
Рабочее место фотограмметрическое (ФРМ) предназначено для автоматизированного создания цифровых моделей местности и цифровых моделей рельефа (ЦМР) путем стереообработки ЦИЗМ. Готовые стереомодели и ЦМР передаются по локальной сети в сервер.
Рабочее место ортотрансформирования цифровых изображений (РМО) предназначено для получения цифровых ортофотопланов и ортофотокарт с использованием отечественных и зарубежных материалов обзорной и детальной космической съемки и по результатам аэрофотосъемки местности.
В РМО обеспечена возможность выдачи в сервер по локальной сети выходной цифровой картографической продукции (ортофотопланов, ортофотокарт) в стандартных обменных форматах.
Телекоммуникационное оборудование комплекса обеспечивает информационный обмен между сервером и рабочими местами комплекса, связь с локальной сетью объекта, где устанавливается комплекс, а также обеспечивает подключение к комплексу дополнительных устройств (печатающих и специальных регистрирующих устройств, дополнительных рабочих мест из состава комплекса).
Сервер обеспечивает защиту информации от несанкционированного доступа и хранит данные, необходимые для функционирования рабочих мест комплекса.
Рабочее место сканирования фотоснимков не нуждается в результатах работы ФРМ и РМО. Входная информация - космические и аэрофотоснимки, выходная информация - цифровые изображения местности (ЦИЗМ), которая по локальной сети передается в сервер или накапливается на магнитных носителях. РМСФ не формирует продукции, а лишь производит предварительную обработку - готовит входные цифровые массивы для ФРМ и РМО.
Рабочее место фотограмметрическое использует цифровые изображения местности, полученные на РМСФ и находящиеся на сервере, и данные о съемочной аппаратуре и ее положении в момент съемки, которые приходят извне на машинных носителях или вводятся вручную.
Технологическая обработка на ФРМ является сложной и трудоемкой. Здесь осуществляются все виды ориентирования снимков и модели: внутреннее, взаимное и внешнее - формируется стереомодель местности путем переработки исходных ЦИЗМ в цифровые изображения в приведенной плоскости. Путем автоматической корреляции изображений формируется матрица параллаксов и осуществляется ее интерактивный контроль и исправление. В результате формируется матрица параллаксов, которая автоматически перерабатывается в цифровую модель рельефа в виде матрицы высот или/и массива горизонталей.
Таким образом, ФРМ формирует два вида продукции - ЦМР и стереомодель местности, которые передаются в сервер по локальной сети или записываются на магнитный носитель.
Рабочее место ортотрансформирования цифровых изображений принимает на входе цифровые изображения местности (ЦИЗМ), а также ЦМР на обрабатываемую трапецию.
Полученные изображения ориентируются и ортотрансформируются при использовании ЦМР. Так как полученные фрагментарные ортоизображения, каждое в отдельности, не покрывают заданной трапеции, то они «сшиваются» в единый ортофотоплан, который по готовности передается в сервер по линии локальной сети или записывается на магнитный носитель.
Таким образом, РМО формирует третий вид выходной продукции.
Перечень задач, решаемых на комплексе «Леграндит»
1. Сканирование космических фотоснимков и получение цифровых изображений местности.
2. Внутреннее, взаимное и внешнее ориентирование цифровых изображений местности. Автоматическое и интерактивное получение цифровых моделей рельефа в рамках номенклатурных листов и стереомоделей местности.
3. Ортотрансформирование цифровых изображений и получение цифровых ортофотопланов в рамках номенклатурных листов.
Промышленная применяемость
Аппаратно-программный комплекс для изготовления цифровых планов и карт промышленно реализуем, обладает лучшими качественными характеристиками, расширенными функциональными возможностями, большими вычислительными мощностями, современными техническими средствами, более высокой надежностью.