Применение беспилотных летательных аппаратов в целях обеспечения ГИС информацией

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение беспилотных летательных аппаратов в целях обеспечения ГИС информацией

Кузьменко Мария Николаевна

Аннотация

В работе рассмотрен способ получения информации с помощью технологии беспилотного летательного аппарата с целью дальнейшего представления данных в геоинформационных системах.

Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат; аэрофотосъемка; ортофотоплан; геоинформационные системы; векторизация; цифровая модель местности; unmanned aerial vehicles; aerial mapping; orthophoto; geographic information systems; vectoring; digital terrain model.

Развитие геоинформационных систем (ГИС) обусловило использование пространственных данных во всех областях жизнедеятельности общества. В настоящее время существуют различные специальные геоинформационные системы, которые предоставляют возможность анализировать и совершать различные действия с геопространственными данными. При организации и ведении ГИС приоритетной задачей является обеспечение точности и актуальности информации [1]. Данные можно получать из разных источников, но для правильных и своевременных стратегических решений данные необходимо получать как можно быстрее и мобильнее. Наиболее перспективное решение рассматриваемой проблемы - использование данных, полученных с беспилотного летательного аппарата (БПЛА).

Беспилотный летательный аппарат - летательный аппарат, пилотируемый дистанционно, или выполняющий полет автономно, предназначенный для сбора достоверных и точных данных об объектах, их местоположении при помощи специального оборудования.

Аэрофотосъемка с применением БПЛА (рис. 1) состоит из следующих этапов: подготовительного, аэрофотографирования и камеральной обработки (табл. 1). В процессе полета оборудование БПЛА производит запись разных параметров - координаты, скорость и параметры ориентирования.

Рисунок 1 - Аэрофотосъемка с БПЛА

Таблица 1.

Этапы аэрофотосъемки

По завершению аэрофотосъемки из файла журнала полета требуется выбрать координаты, которые совпадают с моментами фотографирования, и присвоить их соответствующим снимкам. С использованием высокоточных GPS-приемников, расположенных на борту летательного аппарата, происходит привязка с требуемой точностью посредством измерения координат центров фотографирования [3].

Исходные изображения, полученные в результате проведения аэрофотосъемки с БПЛА, подлежат обработке в фотограмметрических комплексах, после чего происходит их интеграция в ГИС. Извлечение информации из снимков возможно производить двумя способами - дешифрированием и фотограмметрическими измерениями.

Фотограмметрическая обработка заключается в трансформировании снимков, где изображение приводится в определенную картографическую проекцию. Таким образом, можно определить по снимкам положение объектов в пространстве. Процесс дешифрирования состоит в получении качественных характеристик объекта.

Результатом фотограмметрической обработки является ортофотоплан - это фотографический план местности на точной геодезической основе, полученный путем аэрофотосъемки с последующим преобразованием снимков из центральной проекции в ортогональную с помощью метода ортотрансформирования. Ортофотоплан используют в геоинформационных системах для создания цифровых карт, удовлетворяющих точности и качеству метрического и семантического описания объектов местности. Процесс обработки ортофотоплана в ГИС происходит следующим образом:

1. Импорт снимка и метаданных в программу;

2. Регистрация полученного растра;

3. Векторизация растрового изображения;

4. Построение цифровой модели рельефа (ЦМР) при необходимости;

5. Вывод данных и их дальнейшее использование в системе.

Импорт изображения выполняется с целью получения растрового представления снимка. У снимков, полученных с беспилотных летательных аппаратов, имеются подробные метаданные - это геопривязка (или местоположение) снимка, дата создания, процент облачного покрытия и другие свойства.

Регистрация полученного изображения проводится с целью пространственной привязки растра и заключается в присвоении пикселям растрового изображения координат. Наиболее целесообразно точки-привязки располагать по всей поверхности снимка на максимальном расстоянии друг от друга. Число точек обычно 3-4, но для повышения точности привязки их количество увеличивают до 10-12.

Анализ привязанного изображения позволяет выполнять в ГИС автоматические измерения расстояний, площадей и периметров географических объектов.

Оцифровка или векторизация заключается в создании векторных объектов (рис. 2).

Рисунок 2 - Векторизация ортофотоплана

Используются три способа оцифровки: вручную, автоматическая и полуавтоматическая. Векторизация вручную состоит в обводе границ объектов на дисплее с закреплением координат характерных точек контуров.

Автоматическая оцифровка происходит при помощи векторизаторов. Их задача состоит в определении географических объектов. Они могут распознавать и выделять из растрового изображения точечные, линейные и площадные объекты, сопоставлять изображения со встроенными в программу условными знаками. Полуавтоматическая оцифровка происходит с применением векторизаторов и с помощью оператора, когда программа не может выполнить векторизацию автоматически. Выбор технологии оцифровки зависит от сложности снимка и масштаба работ.

Одна из особенностей ГИС - это возможность представления данных в виде накладывающихся друг на друга слоев (рис. 3). При этом происходит генерация географических объектов и наследование атрибутивной информации. Векторные точечные, линейные и площадные модели объектов предоставляют возможность вводить в ГИС набор семантических данных для выбранных объектов.

Пользуясь специальным инструментарием ГИС можно по атрибутам строить тематические картограммы, классифицировать данные по группам, численности, категориям, также анализировать территорию [2].

Рисунок 3 - Организация слоев в ГИС

беспилотный летательный геоинформационный аэрофотосъемка

Анализ местности становится более удобным и наглядным при построении и визуализации рельефа. Цифровые модели рельефа - это математическое представление участка земной поверхности, полученное путем обработки материалов топографической съемки. ЦМР строится по горизонталям в поверхностях TIN или GRID.

TIN - совокупность непересекающихся треугольников. Вершинами таких треугольников являются точки с известными координатами. Рельеф при этом изображается многогранной поверхностью, где грани описываются линейной функцией.

GRID - модель, которая представляет собой матрицу отметок высот, получаемую при интерполяции данных. Существует возможность представления такой модели в трехмерном виде. Для этого она совмещается с ортофотопланом. Особенность этого моделирования состоит в том, что при отображении можно изменять масштаб по оси Z, таким образом скрывая или выделяя различные элементы земной поверхности.

ЦМР совместно с векторными и растровыми моделями местности позволяет создавать цифровую модель местности, которая является необходимой для принимаемых решений по территориальному планированию и управлению ресурсами [2].

Последним этапом является подготовка цифровых и бумажных материалов проекта - это файла, в котором хранятся все компоненты работы. Для его оформления в геоинформационных системах существуют инструменты для компоновки карт, атласов, диаграмм, графиков с дальнейшей печатью или для показа на мультимедийном проекторе.

С использованием ГИС решается значительное количество задач за счет имеющих место проблем территориального управления, экологических, навигационных и др. Для их решения и реализации в рамках глобальных государственных программ следует поддерживать картографическую информацию в актуальном состоянии и оперативно вносить изменения [4]. Такой метод получения информации, как аэрофотосъемка с БПЛА, следует рассматривать как наиболее экономически выгодный, дистанционный и эффективный для обеспечения ГИС необходимой информацией.

Список литературы

1. Озорнина, Н. Н., Попов Ю. П. Использование электронного тахеометра для сбора данных при создании ГИС // NovaUm.Ru. - 2018. - №12.

2. Попов Ю. П., Белый А. В. Особенности разработки территориальной схемы обращения с отходами на основе региональной ГИС // Вузовская наука - региону. - Вологда: Вологодский государственный университет, 2016. - с. 117-119.

3. Завгородняя Д. В. Преимущества аэрофотосъемки над наземными видами съемки // EUROPEAN RESEARCH Сборник статей XII Международной научно-практической конференции. - Пенза: Наука и Просвещение (ИП Гуляев Г.Ю.), 2017. - с. 291-293.

4. Гуляев Д. И. Использование открытых ГИС и Web-ГИС для экологического мониторинга // Экология и безопасность жизнедеятельности. Сборник статей XVII Международной научно-практической конференции. - Пенза: Пензенский государственный аграрный университет, 2017. - с. 42-44.

Размещено на Allbest.ru