Разработка технологических схем создания 3D моделей местности по аэрокосмическим снимкам

УДК 528.7:528.92 А.В. Павленко СГГ А, Новосибирск

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ СОЗДАНИЯ 3D МОДЕЛЕЙ МЕСТНОСТИ ПО АЭРОКОСМИЧЕСКИМ СНИМКАМ

На сегодняшний день существует острая необходимость во всестороннем представлении и динамичном изменении параметров городских и сельских областей для различных целей мониторинга. Многофункциональное использование 3D пространства необходимо для получения различных характеристик окружающей среды и процессов, проводимых в этом пространстве с целью анализа и оценки её состояния. При этом не менее важным является трёхмерная визуализация ситуации на местности с целью лучшего понимания и восприятия, по сравнению с традиционными плоскими картами, графиками или семантической информацией.

Возрастающее число новых источников данных: космических снимков высокого пространственного разрешения, цифровых аэрофотоснимков, снимков полученных цифровыми камерами и т. д., создаёт потребность в разработке новых средств и технологий для их обработки, а также новых инструментальных средств отображения объектов реального мира в 3D пространстве.

На современном уровне развития техники и технологий основным источником данных создания топографических карт местности становятся аэрокосмические изображения высокого пространственного разрешения.

В связи с этим возникает необходимость в разработке эффективных технологий и методик создания 3D моделей местности по аэрокосмическим изображениям и использования их для различных целей мониторинга.

Исходные аэрокосмические изображения имеют различные искажения, вызванные систематическими и несистематическими ошибками, которые могут быть наиболее эффективно устранены методами фотограмметрии.

Пространственное 3D моделирование местности по аэрокосмическим снимкам возможно при сочетании преимуществ технологий ГИС и возможностей цифровой фотограмметрии, что успешно реализуется на сегодняшний день в таком программно продукте по обработке данных дистанционного зонирования, как ERDAS Imagine.

В данной статье рассмотрены разработанные технологические схемы обработки аэрокосмической информации с целью создания 3D моделей местности.

Общая технологическая схема обработки аэрокосмической информации с целью создания 3D моделей местности представлена на рис. 1.

Формирование

Рис. 1. Общая технологическая схема обработки аэрокосмической

информации

В зависимости от поставленной задачи и исходных материалов будут меняться те или иные блоки в общей схеме обработки аэрокосмической информации рис. 2.

Расчёт цифровой модели рельефа

Создание

ортофотоизображений

Загрузка СНИД & исходных ІКОВ в Іп^іпе &

Выбор опорных точек и перевод их в заданную проекцию

Фототри антуляция

Построение цифровых стереомоделей местности

Сбор информации по стереомодели

Функциональная

обработка

Редактирование цифровой модели рельефа

Рис. 2. Технологическая схема обработки аэрофотоснимков

Так на пример, с целью дальнейшей обработки аэрофотоснимки, полученные на фотопленках необходимо предварительно перевести в цифровую форму путём сканирования.

Технологическая схема обработки космической информации представлена на рис. 3.

Загрузка исходных снимков в ERDAS Imagine

Атмосферная

коррекция

изображений

__________I___________

Выбор опорных точек и перевод их в заданную проекцию

* ► Фототриантуляция Автоматизированная ........ классификация

Л& Расчёт цифровой модели рельефа V т т Построение цифровых Оценка точности стереомоделей автоматизированной местности классификации V 1

Создание ортофотоизображений Сбор информации Создание по стереомодели тематических карт

Построение 3D моделей местности

_______Ї______

Формирование 3D ГИС

Рис. 3. Технологическая схема обработки космической информации

Первым этапом при обработке космической информации, поступаемой с искусственных спутников Земли в различных форматах данных, является импорт во внутренний формат ERDAS Imagine.

Одним из последних достижений в области развития аэрокосмических съёмочных систем является разработка нового формата пространственных данных - GeoTiff Формат GeoTiff содержит геореференсную и геокодированную информацию об изображении. Геокодированная

информация содержит информацию о специфической проекции, эллипсоиде и системе координат.

Представленные технологические схемы позволяют создавать 3D модели местности по аэрокосмическим снимкам с целью проведения мониторинга.

На сегодняшний день, в результате дальнейшего развития геоинформационных технологий происходит интеграция методов фотограмметрии, дистанционного зондирования и ГИС, позволяющая точно идентифицировать географическую информацию в трёхмерном пространстве. Данная интеграция является идеальным инструментальным средством для построения 3D ГИС будущего.

Современные данные дистанционного поступают непосредственно в цифровом виде, что исключает необходимость сканирования и ошибки с ним связанные, но при этом возникают дополнительные искажения, вызванные геометрическими условиями формирования сканерного изображения.

В связи, с чем возникает необходимость разработки технологии обработки сканерных аэрокосмических изображений.

Разработка технологии проводилась на примере использования космических снимков, полученных съёмочной системой высокого пространственного разрешения Quick Bird II на территорию г. Новосибирска. Разрешение панхроматических снимков составляет 0,61 м, полученных в определённой картографической проекции - файлы в новом формате растровых данных Geotiff., а многозональных 2,44 м, представленных трёмя зонами спектра.

Данные, полученные данной зарубежной съёмочной системой, имеет файлы, которые содержат дополнительную информацию:

- О параметрах внутреннего и внешнего ориентирования съёмочной системы каждой строки в отдельности;

- Влиянии кривизны поверхности Земли;

- Высоте солнца над горизонтом;

- Азимуте съёмочной системы;

- Широте и долготе формируемой строки.

Информации о данных параметрах находится в файлах RPB и представляет собой коэффициенты рациональных полиномов.

После обработки данных с использованием этих файлов производится географическая привязка в определённую картографическую проекцию. В данной работе привязка осуществлялась в местной системе координат с использованием опорных точек, полученных в полевых условиях путём привязки по GPS технологии.

Обязательным условием данной обработки является контроль качества по опорным и контрольным точкам. Точность должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к точности создания по ним карт заданного масштаба.

После привязки в единую систему координат всех изображений на исследуемую территорию необходимо провести их объединение в единое

изображение. В связи с тем, что изображение на одну территорию формируются из снимков соседних маршрутов необходимо провести выравнивание по яркости и контрасту. После чего производится сшивка в единое изображение по линии, которая задаётся автоматически, либо вычерчивается вручную по изображению.

Обработанные таким образом изображения представляют собой ортофотоизображения, а составленный по ним план представляет собой ортофотоплан.

На полученный ортофотоплан производилось наложение созданной ранее векторной карты в местной системе координат, импортированной из МаріпіЬ.

Результат наложения на полученное изображение векторной карты г. Новосибирска показал наличие несуществующих на изображении зданий и сооружений, а так же наличие новых объектов, не отображённых на векторной карте.

©А.В. Павленко, 2005