Модуль цифровой фотограмметрии IMAGINE OrthoMAX
Модуль расширения OrthoMAX представляет собой высокопроизводительную цифровую фотограмметрическую систему, которая организована как дополнительная подсистема к ERDAS IMAGINE. Основным ее назначением является построение цифровых моделей рельефа и выполнение ортотрансформирования. Также возможно проведение фототриангуляции, как в пределах одиночного кадра, так и по целому блоку снимков.
OrtoMAX является эффективным и экономным решением для многих категорий пользователей, включая как тех, кто создает несколько ортотрансформированных изображений для использования в конкретном проекте ГИС, так и те организации, которые выполняют эту работу в производственном режиме, производя сотни и тысячи цифровых моделей рельефа и ортофото, как например, Национальные Картографические службы.
ЦМР и ортофото, которые способен подготовить OrthoMAX, могут применяться в большом количестве различных приложений. Некоторые типичные приложения включают например:
национальное региональное картографирование и планирование территорий;
дешифрирование искусственных объектов для решения транспортных, кадастровых, инвентаризационных задач;
проведения изыскательских работ;
изучение и картографирование растительности и ландшафтов;
планирование телекоммуникационных сетей;
изучение природных ресурсов и планирование природоохранных мероприятий;
лесное хозяйство.
При таком широком диапазоне областей применения и различных уровнях подготовки пользователей, критическим элементом является простота использования программного продукта. Фотограмметрическая подсистема OrtoMАХ как раз и обеспечивает оптимальный подход к организации процесса обработки данных, благодаря своему удобному и интуитивному интерфейсу. Тем самым методы цифровой фотограмметрии становятся доступны даже и тем категориям пользователей, которые не имеют специального фотограмметрического образования. Даже новички, используя систему OrthoMAX, могут получать высококачественные результаты, а для опытных пользователей имеется много расширенных возможностей, которые позволяют увеличить производительность и качество работы в сложных ситуациях. Для удобства пользователей, OrthoMAX построен таким образом, что они могут работать с различными типами данных, с большим количеством снимков или с немногими снимками и могут задавать необходимую точность выходных материалов. Это позволяет гибко ориентировать работу на выполнение конкретно поставленных задач. Возможно использование снимков во многих различных форматах файлов, дополнительная информация также может поступать из разных источников, поддерживается работа с различными картографическими проекциями. Высокоэффективные алгоритмы, используемые для учета особенностей геометрии сенсора, выполнения триангуляции, построения ЦМР и ортотрансформирования, позволяют достичь субпиксeльной точности. Уникальная возможность мультисенсорной триангуляции позволяет работать одновременно с данными космической и аэрофотосъемки.
ЦМР могут собираться как в полуавтоматическом, так и в интерактивном режиме. ЦМР может быть получена как в виде регулярной модели рельефа (растра), так и в виде нерегулярной триангуляционной сети (TIN). Полученная ЦМР может наблюдаться и редактироваться в стереоскопическом режиме. Может быть использована также готовая ЦМР из внешних источников. Например, для всей территории США, через INTERNET, доступна бесплатная модель рельефа м-ба 1:250000. ЦМР из внешних источников можно импортировать в OrthoMAX и немедленно использовать ортотрансформированные снимки.
Проблемы решаемые с помощью модуля OrthoMAX.
Области применения ортофото.
1. Производство ортофото для лесного хозяйства, обновления данных о дорогах в лесу и границах лесотаксационных выделов.
Проблемы:
Работники лесного хозяйства нуждаются в точной и актуальной информации о дорожной сети, включая грунтовые, временные и лесовозные дороги в пределах обширной площади. Им также требуется дешифрировать границы выделов, делянок, анализировать как новые дороги в лесу могут повлиять на состояние водосборных бассейнов и качество водотоков, требуется оценивать текущее состояние лесных массивов.
Решение:
Работники лесного хозяйства могут решить все названные проблемы, используя Ortophoto, подготовленные с помощью OrthoMAX.
Периодическое выполнение аэрофотосъемки обеспечивает регулярное обновление данных.
Триангуляция проводится сразу блоком по целому залету, минимизируя тем самым число дорогих опорных точек, получаемых с помощью GPS. После этого в автоматическом режиме строится ЦМР, используя устойчивый алгоритм пространственной корреляции. Наконец, выполняется ортотрансформирование снимков с использованием полученной ЦМР. Полученные ортофото сливаются в мозаику и нарезаются на планшеты стандартного размера. Так как на ортотрансформированных изображениях устранены искажения, связанные с рельефом местности, проводимые по ним измерения столь же точны, что и выполняемые по топографической карте. Не возникает также проблем нестыковки соседних изображений в мозаике. Таким образом можно получить цифровой ортофотоплан на значительную территорию.
Используя эти ортофото работники лесного хозяйства могут обновлять карты временных лесовозных дорог, производить учет объемов сырья, проводить анализ возможных последствий рубок леса на водные ресурсы, планировать работы по восстановлению лесного фонда и планы рубок. При этом удобно использовать в качестве рабочего места дешифровщика систему ERDAS IMAGINE, в которой возможно применение автоматизированных классификаций. Разумеется выведенные на бумагу оформленные карты, содержащие как элементы дешифрирования, так и зарамочное оформление можно подготовить с помощью Map Composer.
Результаты и заключение:
Лесотаксационные работы, проведенные с использованием высокоточных цифровых ортофото, позволяют повысить точность измерения площадей, а следовательно и точность оценок запаса древесины. Вдобавок по сравнению с использованием для той же цели имеющихся карт мы всегда можем работать с самыми свежими данными, отражающими текущее состояние лесных массивов. При использовании данного подхода также экономится и время за счет устранения трудоемких операций дешифрирования, сделанного по не откорректированным снимкам на картоснову. Возможно даже организовать и полевые работы таким образом, чтобы собираемое поле информации и проводимое в поле дешифрирование выполнялись прямо на таких совмещенных материалах, содержащих векторную и растровую информацию. Для этого можно использовать появившиеся сегодня компьютеры Notebook в защищенном полевом исполнении, напрямую связанные с GPS, с установленным на них программным обеспечением ERDAS IMAGINE + ArcView GIS 3.0.
2. Индустрия телекоммуникаций.
Постановка проблемы:
Активно развивающаяся индустрия телекоммуникаций нуждается в точных пространственных данных как исходных материалах для моделирования распространения радиосигнала и анализа взаимной видимости. Такого типа расчет является ключевым элементом при планировании и развертывании сетей связи, в частности планировании числа и размещения антенных вышек в системах сотовой и транковой связи. Необходимые данные обязательно включают ЦМР и карты типов землепользования. ЦМР дают информацию о рельефе местности и о крупных сооружениях, которые являются препятствиями на пути радиоволн. Карты типов землепользования позволяют построить на их основе специализированные карты затухания радиосигнала, показывающие пространственное распределение объектов и элементов ландшафта, которые по разному влияют на распространение радиоволн (разные типы леса, площади занятые разного типа застройкой). Помимо задач планирования систем типа сотовой связи, даже и задачи планирования отдельных линий коммуникаций, использующих микроволновый или лазерный сигнал, нуждается в анализе видимости или взаимовидимости между приемными или передающими антеннами для выбора оптимального местоположения передающих антенн и устройств. Такого типа анализ обычно требуется проводить в густонаселенных, урбанизированных территориях. Для выполнения этой задачи компании потребуется высокодетальная ЦМР городской территории и пригородов. Степень детальности должна быть так высока, чтобы достаточно реалистично отображать отдельные здания и сооружения. Проведение анализа видимости на такой ЦМР экономит время и деньги по сравнению с проведением натурных измерений. Но и традиционные методы получения такой детальной ЦМР с использованием обычных фотограмметрических методик очень дороги и трудоемки и все равно часто требуют проведения дополнительных геодезических работ на местности.
Метод решения:
В качестве примера использования модуля цифровой фотограмметрии OrthoMAX для данной задачи сошлемся на опыт одного из клиентов ERDAS, который создал высоко детальную ЦМР на центральную часть города с высокоэтажной застройкой и пригородов по общедоступным данным аэросъемки, проведенной муниципальными властями. Использовался гибридный подход. Поскольку пригороды застроены менее плотно и там отсутствуют высокие здания для них использовалось автоматическое построение регулярной ЦМР с использованием алгоритмов пространственной корреляции. Параметры работы алгоритма были подобраны таким образом, чтобы обеспечить отображение как естественного рельефа местности, так и малых и средних зданий. Для центральной части города потребовалось использовать интерактивный режим построения ЦМР в виде TIN (нерегулярной триангуляционной сети). Для этих участков территории, чтобы достичь очень большой детальности и точности, ввод ЦМР производился в два этапа. Сначала различные наземные объекты, такие как: дороги, мосты, путепроводы вырисовывались вручную в стереоскопическом режиме и была построена ЦМР типа TIN. При ее построении возможно введение произвольных точек и линий. Для каждой вводимой в ЦМР типа TIN точки и линии алгоритм пространственной корреляции автоматически получает высотную отметку. Полученная таким образом ЦМР не содержит зданий, а отражает только рельеф местности и невысокие, в основном линейные сооружения. Она была затем преобразована в регулярную ЦМР достаточной детальности. С использованием методов редактирования регулярной ЦМР в стереоскопическом режиме в модель были добавлены здания. Используемый инструментарий обеспечивает удобное построение моделей зданий, как при простой так и сложной форме их крыш. Полученная в результате ЦМР центральной части города была затем свита в единую мозаику с автоматически собранной ЦМР пригородной территории.
Результаты:
Используя имеющиеся в OrthoMAX гибкие и настраиваемые методики построения ЦМР, компания создала детальную и точную ЦМР очень быстро. Использованный гибридный подход обеспечил большую детальность ЦМР там, где это действительно необходимо (в центральной части города), и больший уровень автоматизации в менее застроенных условиях пригорода. В результате сэкономлены время и деньги и появилась возможность сравнить полученные качественные результаты с технологией, которую компания использовала до сих пор.
Результат такого сравнения - прежняя технология не способна обеспечить подобную точность и детальность за то же время даже с привлечением геодезических работ.
Функциональные возможности модуля OrthoMAX.
Триангуляция как по одиночному снимку, так и по блоку
Используются эффективные математические модели геометрии сенсоров (камеры с центральной проекцией и SPOT).
Измерения координатных меток и опорных точек, а так же все вычисления проводятся с субпиксельной точностью. Возможно полностью автоматическое измерение внутреннего ориентирования (координатных меток).
Проведение триангуляции целиком по блоку (например по целому залету) позволяет получить более точные и устойчивые решения триангуляции и обойтись меньшим количеством дорогостоящих опорных точек.
Решения триангуляции находятся взвешенным методом наименьших квадратов, что дает возможность учесть различную точность наземных координат для разных опорных точек.
Опорные точки могут трактоваться как: полные (известно значение плановых и высотных координат), вертикальные (точно известна только вертикальная координата), горизонтальная (точно известна только плановая координата) и связующие точки (соответствующие точки или точки развития сети). Статус опорных точек может быть изменен в процессе работы.
Опорные точки могут также по желанию пользователя быть активными или не активными - участвовать или не участвовать в триангуляции. Это обеспечивает высокую гибкость в работе и удобно при анализе результатов триангуляции.
Полуавтоматическое измерение опорных точек и уточнение их положения с помощью пространственного коррелятора упрощают и ускоряют работу.
В составе OrthoMAX имеется расширяемая пользователем база данных по параметрам съемочных камер, в которой могут быть учтены все особенности конкретного экземпляра камеры по данным паспорта ее калибровки, включая и такие характеристики как дисторция объектива.
Возможно проведение триангуляции по составному блоку (разные снимки сняты разными камерами).
Возможно измерение опорных точек одновременно по трем или шести снимкам.
По результатам триангуляции формируется отчет, который может быть представлен как в подробной, так и в сокращенной форме.
Возможен импорт результатов триангуляции из других пакетов.
Возможна работа с блоком при диагональном расположении маршрута съемки.
Поддерживается новый формат Cатр 1B для снимков SPOT.
При работе с цветными или многозональными снимками может быть выбрана та зона, по которой производится измерение.
Поддерживается импорт координат опорных точек из ASCII файла произвольного формата.
Просмотр стерео-модели местности на дисплее
Как стерео-модель местности, так и ЦМР могут наблюдаться на дисплее в стереоскопическом режиме с использованием очков с жидкокристаллическими затворами.
Очки не связаны кабелем с компьютером, могут использоваться при работе как с черно-белым так и с цветным изображением.
Стереоизображение может занимать различную и регулируемую часть экрана, может наблюдаться одновременно несколькими людьми из любого положения перед экраном (при условии, что сохраняется видимость источника инфракрасного синхронизирующего сигнала).
Возможно наблюдение стереоэффекта при проекции изображения с компьютера на большой экран. Необходимо только, чтобы проектор также поддерживал нужную частоту вертикальной развертки и разрешение, а все зрители имели бы стерео-очки и находились в зоне видимости источника инфракрасного синхронизирующего сигнала.
Возможно изменение масштаба изображения, выбор нужного участка по обзорному изображению, плавное или пошаговое панорамирование изображения.
Курсор на стереоизображении может по желанию пользователей как свободно перемещаться на трехмерном пространстве, так и автоматически следовать рельефу местности. При этом его высотная отметка получается работой алгоритма пространственной корреляции.
Возможно проведение измерений в стереоскопическом режиме:
для произвольной точки - ее плановые и высотные координаты, пиксельные координаты для правого и левого снимка;
для отрезка прямой - координата начальной и конечной точек, длины вертикальной и горизонтальной линии, уклон. Аналогично можно проводить измерения для всех отрезков ломаной линии.
Результаты измерений выдаются для заданной пользователем проекции, системы координат и системы единиц.
Построение цифровой модели рельефа
Имеется возможность создавать как регулярную ЦМР, так и ЦМР типа TIN. Это обеспечивает эффективное моделирование рельефа для любых масштабов и любой местности.
Высокоэффективный и устойчивый иерархический алгоритм пространственной корреляции минимизирует число ложных корреляций.
Параметры алгоритма, определяющие стратегию его работы, могут быть настроены пользователем для получения максимальной эффективности при различном качестве исходных данных и различном типе местности.
Обширный протокол по работе алгоритма корреляции доступен пользователю по завершении работы.
Есть возможность сохранять параметры настройки алгоритма корреляции и организовать их в библиотеку для повторного использования.
Редактирование ЦМР в моноскопическом и стереоскопическом режимах
Как регулярная, так и нерегулярная (типа TIN) ЦМР могут редактироваться в стереоскопическом режиме на фоне стереомодели местности. Таким способом можно выявить и отредактировать отдельные ошибки автоматического алгоритма корреляции.
При работе с ЦМР типа TIN в стереоскопическом режиме можно наблюдать горизонтали рельефа для визуального контроля качества получаемой ЦМР.
Точки ЦМР, полученные автоматически, могут быть на экране показаны разными цветами в зависимости от качества корреляции для выявления менее надежных точек.
Возможно редактирование высоты для отдельной точки, для группы точек, ограниченных произвольным контуром, а также построение наклонных поверхностей и др.
Ортотрансформирование
Ортооткорректированное изображение, будь то космические или аэрофотоснимки, являются столь же точным материалом для измерений, что и карта и свободны от значительных искажений, связанных с рельефом местности. Это устраняет также проблемы стыковки по краям снимков при построении мозаики.
Непосредственно в процессе ортотрансформирования можно задать размер пиксела и выбрать нужный участок.
Ортотрансформирование может производиться как с использованием регулярной модели рельефа, так и типа TIN.
OrthoMAX позволяет также:
Использовать различные входные форматы: TIF, LAN, формат ERDAS Imagine IMG, а также специфические форматы, получаемые со сканеров фотограмметрического класса, таких как Vexcel и Wherli.
Поддерживаются различные проекции в различных системах координат.
Процессы, требующие наибольших объемов вычислений, такие как ортотрансформирование, формирование стереопар и автоматический сбор ЦМР, могут выполняться как в интерактивном, так и в пакетном режимах.
Пользователю OrthoMАХ доступны также все основные средства обработки, как исходного, так и результирующего изображения, имеющиеся в системе ERDAS IMAGINE: построение мозаики, прямое редактирование растра, вырезание нужной области, загрубление разрешения, изменение контрастных характеристик, фильтрация и многое другое.
Поддерживаемые компьютерные платформы:
SGI IRIX 6.2, SUN OS 4.1.4, SUN Solaris 2.5, HP-UX 9.0.7, Digital Unix 4.0A.
Минимальные требования к аппаратному обеспечению и системному программному обеспечению:
Приблизительно 350 Mb дискового пространства для размещения ERDAS IMAGINE 8.3;
Приблизительно 100Mb дискового пространства для размещения Imagine OrthoMAX;
Устройство чтения CD-ROM (для инсталляции программного обеспечения);
Область своппинга на диске размером 300 Mb;
64 Mb оперативной памяти;
X11/Motif (SGI & HP);
Open Windows version 3.0 (SUN OS 4.1.4);
Open Windows version 3.3 (Solaris 2.5);
2-5 GB свободного дискового пространства для размещения данных фотограмметрического проекта.
Дополнительное аппаратное обеспечение необходимое для стерео-режима:
- Не требуется для конфигурации OrthoMAX Basic.
- Монитор и графическая карта, которые могут работать в стереоскопическом режиме (это требование означает поддержку удвоенной частоты вертикальной развертки так, если система в моно режиме работает с частотой вертикальной развертки 60Hz, то в стерео режиме ей потребуется работать с частотой 120 Hz. Эта возможность обеспечивается совместно графической картой и монитором).
- Комплект CrystalEyes фирмы StereoGraphics. Этот комплект для компьютеров SGI включает: эмиттeр синхронизирующего инфракрасного сигнала , кабель к нему (для синхронизации монитора со стереоочками) и стереоочки. Аналогичный комплект для рабочих станций SUN и HP включает дополнительно устройство GDS 3 для выделения синхросигнала и подключения эмиттeра, а также дополнительные соединительные кабели.
Для работы фотограмметрической подсистемы OrthoMAX требуется базовый комплект ERDAS IMAGINE 8.3 в комплектации Advantage. Фотограмметрическая подсистема OrthoMAX поставляется в одном из трех вариантов:
Минимальный вариант - OrthoMAX Basic - фототриангуляция.
Средний уровень - OrthoMAX Professional - построение стереопар, экранное стерео, измерения на стереомеодели, построение регулярной ЦМР коррелятором, ее редактировние в стереорежиме, ортотрансформирование.
Верхний уровень - OrthoMAX Professional + Surface. Дополнительно работа с моделью данных TIN - интерактивное построение нерегулярной ЦМР в стереорежиме с выделением breaklines |
