Определение возможностей фотограмметрии и дистанционного зондирования в кадастровой деятельности

Охрана окружающей среды. Контроль за состоянием окружающей среды при освоении недр, полезных ресурсов. Мониторинг опасных природных явлений и чрезвычайных ситуаций, эффективное планирование борьбы с ЧС, оценка последствий.

· Составление технического проекта на аэрофотосъемку

· Составление технического проекта залета

· Составление технического проекта маркирования ОПВ (для залета м-ба 1:3000)

2. Создание планово-высотного обоснования:

· Составление технического проекта планово-высотной подготовки аэрофотоснимков для сгущения фотограмметрических сетей

· Определение координат планово-высотных точек (для м-ба 1:500, не ниже полигонометрии II разряда)

· Определение отметок точек техническим нивелированием или нивелированием IV класса

· Полное контрольное опознавание точек

· Составление каталога координат

3. Создание фотограмметрических сетей:

· Составление технического проекта для создания ФГС

· Измерения точек с составлением их абрисов

· Вычисления и уравнивание сетей

4. Создание цифровой карты местности (ЦКМ)

· Сбор цифровой модели местности (ЦММ)

· Вывод на печать контрольно-графической копии (КГК)

· Полевое дешифрирование по КГК

· Редактирование ЦКМ

· Корректура ЦКМ

· Технический контроль

· Создание банка данных на объект

· Документирование и архивация

5.2 Получение и обработка результатов измерений

Применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) позволяет существенно снизить затраты на производство аэрофотосъемочных работ. С точки зрения традиционной фотограмметрии качество подобной съемки вероятнее всего будет оценено, как неприемлемое, поскольку на БПЛА, как правило, устанавливаются камеры бытового сегмента, не используется гиростабилизирующая аппаратура, при съемке нередки отклонения оптических осей от вертикали в несколько градусов, что значительно усложняет процесс первичной обработки снимков. Однако для современного фотограмметрического программного обеспечения эти недостатки не представляют значительных проблем. Более того, развитие цифровых методов фотограмметрической обработки уже привело к появлению программ и программных комплексов, способных обрабатывать даже такие "некачественные" данные аэрофотосъемки в высокоавтоматизированном режиме, при минимальном участии оператора.

Рассмотрим технологическую цепочку получения топографической карты с использованием следующих компонентов:

· БПЛА для выполнения аэрофотосъемки;

· инструментарий ГИС Панорама для векторизации ортофотопланов и получения топокарт.

Аэрофотосъемка с использованием БПЛА

В техническом плане процесс аэрофотосъемки с использованием БПЛА состоит из трех этапов: подготовительного, собственно съемки, и постобработки полученных данных.

Подготовительный этап. На данном этапе производится:

· изучение имеющихся материалов; формирование или сбор требований к материалам, которые нужно получить по результатам съемки - тип и масштаб карты, границы объекта съемки; приведение их в технические требования к съемочным материалам: разрешение, координаты контура участка съемки, перекрытие снимков, точность определения координат центров фотографирования, требования к наземной опорной сети (при комбинированной съемке, например, когда привязка фотоплана производится по точкам наземной опорной сети, требования к точности определения КЦФ вообще не предъявляются);

· формирование полетного задания для БПЛА. Выполняется программой - планировщиком полета, входящей в состав комплекса. Оператор должен выбрать используемый комплекс БПЛА (в случае, если программа позволяет работать с несколькими конфигурациями БПЛА и фотоаппаратуры), задать на карте контур участка съемки и примерное положение стартовой площадки, установить требуемое разрешение и перекрытие, после чего программа рассчитывает план полета и проверяет его выполнимость.

Выполнение аэрофотосъемки. По прибытии на стартовую площадку производится:

· уточнение положения стартовой площадки, задание точки возвращения и ввод данных о скорости и направлении ветра на рабочей высоте, если таковые известны;

· автоматическое уточнение плана полета и повторная проверка его выполнимости;

· старт БПЛА с пускового устройства;

· выполнение съемки в автоматическом режиме;

· посадка.

Рис. 3 Выполнение съемки местности с использованием БПЛА

При использовании комбинированного способа выполняется определение координат опорных точек, выбранных для привязки.

Постобработка данных заключается в:

· снятии данных (фотоснимки и журнал полета) с бортовых носителей информации;

· визуальной оценке качества фотографий и отбраковке "технических" кадров, если такие записаны. Под техническими кадрами понимаются снимки, сделанные вне пределов участка съемки - при подлете к участку, на дугах разворота и т.п.;

· генерация файла привязки центров фотографирования. В ходе полета аппаратура управления ведет запись различных параметров, среди которых - координаты, скорость и параметры ориентирования летательного аппарата. После окончания съемки из файла журнала полета необходимо выбрать координаты, соответствующие моментам фотографирования, и приписать их конкретным снимкам. Такая обработка, как правило, выполняется в той же программе - планировщике полетного задания.

В соответствии с требованиями отраслевых инструкций , для получения топокарт масштаба 1:2000 необходима фотооснова, имеющая разрешение 15 см/пикс и имеющая погрешность определения координат в каждой точке не выше 60 см. Такое разрешение легко обеспечивается при съемке с БПЛА с использованием компактных фотоаппаратов. Например, съемка камерами типа Canon S-95 или Sony NEX-5 (с объективом SEL30M35) с высоты порядка 200-300 м дает снимки, имеющие разрешение 5 см/пикс.

Привязка требуемой точности достигается измерением координат центров фотографирования с использованием высокоточных GNSS-приемников в пределах референцной сети, или задействованием наземной опорной сети, точки которой привязаны с погрешностью не выше 30 см.

Получение карт на основе ортофотопланов в ГИС Панорама

ГИС "Панорама" - это универсальная геоинформационная система, имеющая средства создания и редактирования цифровых карт и планов городов, обработки данных ДЗЗ, выполнения различных измерений и расчетов, оверлейных операций, построения 3D моделей, обработки растровых данных, средства подготовки графических документов в цифровом и печатном виде, а также инструментальные средства для работы с базами данных. фотограмметрия дистанционный зондирование кадастр

Важным признаком ГИС является географическая привязка объектов, что дает возможность пользоваться единым координатным пространством. Обычно выделяют целый ряд признаков, которые позволяют отличать цифровые карты для ГИС от САПР.

Комплекс автоматизированного дешифрирования и векторизации по данным ДЗЗ, разработанный на базе ГИС "Карта 2011", предназначен для автоматической векторизации линейных и площадных объектов по цветным растровым изображениям земной поверхности.

Процесс автоматической векторизации состоит из следующих основных этапов:

· предварительная обработка растра;

· классификация;

· обработка растра классификации;

· преобразование растра в вектор;

· векторная обработка.

Предварительная обработка является необязательным этапом, включает масштабирование и фильтрацию растра. Масштабирование позволяет значительно ускорить обработку при избыточном разрешении снимка. Фильтрация уменьшает шумы изображения, что положительно влияет на результаты распознавания. Вычисление статистических дешифровочных характеристик при обучении и классификации выполняется для скользящего окна. При обучении окно перемещается в пределах обучающих выборок, при классификации на всем остальном снимке. В качестве статистических дешифровочных характеристик используется спектральные (средний цвет) и текстурные характеристики (контраст, энергия, корреляция).

Рис. 4 К загруженному ортофотоплану в формате GeoTiff применяется технология классификации и распознования

Классификация - процесс определения принадлежности отдельных пикселей исходного растра тому или иному распознаваемому объекту. На первом этапе пользователь определяет обучающие выборки - указывает области на снимке, однозначно принадлежащие распознаваемым объектам. Затем происходит обучение классификатора - процесс выявления и запоминания статистических дешифровочных характеристик, присущих распознаваемым объектам.

Результатом классификации является растр классификации - растр принадлежности пикселей исходного растра тому или иному распознаваемому объекту.

Рис.5 На следующем этапе производиться фильтрация лишней информации, ее сглаживание и перевод в линейный и площадной вид

Для этого используются морфологические операции - изменение бинарного состояния пикселя на основе анализа состояния его соседей. К таким операциям относятся:

· эрозия - замена на ноль единичных пикселей, если рядом есть хоть один нулевой пиксель;

· наращивание - замена на единицу нулевого пикселя, если рядом есть хоть один единичный пиксель;

· удаление небольших областей - замена восьмисвязных локальных групп единичных пикселей на нули, если количество пикселей меньше допуска;

· заливка небольших дырок - замена восьмисвязных локальных групп нулевых пикселей на единицы, если количество пикселей меньше допуска;

Рис.6 Результат автоматизированного дешифрирования и векторизации ортофотопланов можно посмотреть и отредактировать в ГИС "Карта 2011"

После обработки растр классификации преобразуется в набор векторных объектов - линий или площадей. В процессе преобразования в линии создаются непересекающиеся линейные объекты. При преобразовании в площади создаются площадные объекты, имеющие общие части контура. На окончательном этапе распознанные объекты объединяются или удаляются на основе анализа их взаимного расположения. Объединенная сеть объектов совместно сглаживается и фильтруется перед сохранением в создаваемую карту.

При обновлении цифровых карт имеющиеся контура объектов используются для автоматического обучения программы дешифрирования и векторизации. При необходимости оператор может выбрать отдельные участки, которые попадают на наиболее характерные изображения дешифрируемых объектов.

Программа сопоставляет контура объектов и соответствующие им области снимков, запоминает свойства изображения и выполняет уточнение контуров объектов по реальным границам областей с подобными свойствами изображения. При этом создаются и новые объекты в тех местах снимка, где будут найдены близкие по изобразительным свойствам области.

5.3 Базово-геометрические построения

При проектировании карты, с которой будут работать в разных масштабах, необходимо учесть два момента. Во-первых, нужно знать, в каком масштабе был произведен сбор данных, или когда данные были созданы. Геометрия и положение географических объектов имеют точность и разрешение, соответствующие масштабу их источников. Если данные показываются на карте в конкретном масштабе, будет сохранена подходящая плотность объектов и точность. Отображение данных в более мелких масштабах, по сравнению с исходным, является допустимым, а в более крупных масштабах - нет, т.к. карты больших масштабов требуют наличия более полных и точных данных, чем имеющиеся.

Во-вторых, поскольку данные могут отображаться на масштабах, меньших масштаба из создания, отображение на мелких масштабах слишком большого объема данных может быть избыточным и может привести к ухудшению производительности. Отдельные объекты или их особенности могут оказаться нечитаемыми на масштабах более мелких, чем масштаб исходных данных. В хорошей мультимасштабной карте используются технологии прореживания данных и другие методы генерализации, которые позволят отобразить необходимые объемы данных в каждом из масштабов. Эти методы не только сделают вашу карту более читаемой, она будет меньше по размеру и, следовательно, быстрее прорисовываться.

Существуют три основных подхода к умному и эффективному ограничению отображаемой на карте информации на каждом масштабе. Во-первых, можно применить генерализацию, изменяя используемую на карте геометрию объектов. Во-вторых, можно задать свойства слоев карты, чтобы ограничить, какие объекты будут отображаться в разных масштабах просмотра. Наконец, можно использовать разные символы слоя в разных масштабах просмотра. В разделе описаны все три этих подхода. Обычно при разработке мультимасштабных карт применяют все три этих подхода.

5.4 Построение ЦММ и ЦМР

Цифровые модели рельефа и инженерно-геологического строения местности формируют на основе использования материалов наземных и аэрокосмических изысканий. Целесообразно использовать те методы топографических съемок, которые обеспечивают получение информации о местности в электронном виде, что позволяет максимально автоматизировать процесс подготовки топографических планов и ЦММ.

Тахеометрические съемки особенно эффективны, если их выполняют с использованием электронных тахеометров или компьютерных геодезических станций с регистрацией снимаемой информации непосредственно на магнитные носители в режиме реального времени или последующем ее вводе в память базового компьютера.

Фототеодолитные съемки . Обработку результатов фототеодолитных съемок целесообразно выполнять на универсальных стереофотограмметрических приборах с автоматической регистрацией измеряемых координат точек местности или выполнять системную компьютерную обработку, используя для этой цели автоматизированные системы типа « Fotomod ».

Наземное лазерное сканирование трехмерным лазерным сканером, измеряющим трехмерные координаты точек впередилежащей местности с помощью лазерного импульсного безотражательного дальномера, который поворачивается по вертикали и горизонтали с получением плотного массива точек. Это современный оперативный вид съемки местности, который вобрал в себя последние достижения компьютерных технологий. Применение лазерного сканирования местности в настоящее время оказывается особенно эффективным в связи с большими объемами полевых работ по сбору информации для разработки проектов реконструкции и капитального ремонта существующих автомобильных дорог.

Аэрофотосъемки. Определение координат точек местности при обработке стереопар целесообразно производить на универсальных стереофотограмметрических приборах с автоматической регистрацией измеряемых координат на магнитных носителях, либо производить системную компьютерную обработку, используя для этой цели автоматизированные системы типа « Fotomod », предварительно сканировав стереопары или используя для этой цели электронные фотографии.

Наземно-космические съемки с использованием систем спутниковой навигации « GPS » наилучшим образом подходят для создания ЦММ, поскольку обеспечивают получение информации о местности непосредственно в электронном виде на магнитных носителях, что позволяет максимально автоматизировать процесс подготовки моделей.

Инженерно-геологические изыскания выполняют комплексно с использованием методов традиционной инженерно-геологической разведки (механическое бурение, шурфование, устройство расчисток и т.д.), аэрогеологической разведки (цветные, спектрозональные, тепловые аэросъемки) и методов воздушной и наземной геофизики с автоматической регистрацией измерений на магнитные носители (вертикальное электрозондирование, электропрофилирование, сейсморазведка, статическое и динамическое зондирование и т.д.). Использование средств автоматизации и компьютерной обработки данных инженерно-геологических изысканий является совершенно обязательным.

Цифровые и математические модели, представляемые в геодезических прямоугольных координатах без искажения масштабов, тем не менее, могут характеризоваться различной точностью и степенью детализации элементов рельефа, ситуации и геологического строения местности, что связано с категорией рельефа, ситуационными особенностями аппроксимируемого участка местности, масштабами используемых для построения ЦММ топографических планов и материалов аэросъемок, принятым типом цифровой модели, плотностью исходных точек и методикой аппроксимации поверхности.

При использовании для построения ЦММ материалов традиционных топографических съемок точность ситуационных контуров принимают в соответствии с точностью выполняемых топографических съемок равной 1 мм в масштабе плана. Точность представления рельефа не должна выходить за пределы ј высоты сечения горизонталей в равнинной местности, Ѕ высоты сечения -- в пересеченной местности и 1 высоты сечения -- в горной. Точность ЦММ при использовании материалов топографических съемок, выполняемых с помощью электронных тахеометров или приемников спутниковой навигации « GPS », учитывая, что запись информации ведется безошибочно на магнитные носители, зависит главным образом от точности используемых приборов.

При построении ЦММ по существующим топографическим планам и картам характерные точки местности снимают с точностью, принимаемой равной: 0,5 мм -- для отображения ситуационных особенностей местности и 0,2, 0,3 и 0,5 высоты сечения -- для отображения соответственно равнинного, пересеченного и горного рельефов.

При создании ЦММ по материалам аэросъемок или фототеодолитных съемок точность отображения ситуационных особенностей местности и рельефа определяется точностью считывания фотограмметрических координат, которую обеспечивает тот или иной используемый стереофотограмметрический прибор.

Для обеспечения необходимой точности аппроксимации рельефа местности плотность исходного массива точек (среднюю удаленность друг от друга) для регулярных и нерегулярных (статистических) моделей принимают:

в равнинной местности…………………………………………..20-30 м;

в пересеченной местности………………………………………10-15 м;

в горной местности…………………………………………………5-7 м.

6. Применение результатов работ при решении кадастровых задач

Кадастры являются одной из основных сфер применения ГИС, а пользователи этой отрасли присутствуют на всех континентах, поэтому решение задач земельного кадастра на современном уровне требует применения ГИС -- технологий, которые не только хранят информацию по объектам кадастра, но и фиксируют различные изменения, а также тенденцию таких изменений.

ГИС-технологии позволяют решать многие задачи земельного кадастра быстрее и эффективнее, они дают возможность использовать для ввода и обновления сведений в базе данных современные электронные средства геодезии, системы глобального позиционирования (ГСП), данные дистанционного зондирования (ДДЗ) и процедуры фотограмметрической обработки этих данных (определение размеров, формы и пространственного положения объектов по результатам измерения их изображений), а значит постоянно иметь самую точную и актуальную информацию.

Привлечение таких методов сбора данных позволяет с высокой эффективностью решать следующие задачи земельного кадастра на основе ГИС-технологий:

1. Создание электронных карт различных масштабов для целей проектирования;

2. Подготовка кадастровых и тематических карт;

3. Инвентаризация земель;

4. Мониторинг земель;

5. Постановка земельного участка на государственный кадастровый учет;

6. Проведение экспертизы условий формирования объектов кадастрового учета;

7. Подготовка и печать протокола формирования объекта кадастрового учета как документа;

8. Внесение изменений о регистрации прав, уточнений границ и сделок с объектами учета;

9. Подготовка межевого плана объектов кадастрового учета (рис. 7);

Рис.7 Подготовка межевого плана ЗУ

10.Построение на основе материалов ГКН и материалов межевых планов границ новых объектов кадастрового учета;

11.Создание кадастрового плана земельного участка (рис. 8);

12.Создание кадастрового плана территории;

13.Подготовка кадастрового паспорта земельного участка.

Основной целью ведения земельного кадастра является формирование, накопление и обновление сведений о земле в интересах реализации, поддержания и регулирования установленных в государстве земельных отношений и правоотношений.

Кадастровая информация представляет собой совокупность значений показателей, отражающих отдельные свойства объекта кадастра и достаточных для оценки его состояния.

Рис.8 Создание кадастрового плана

Таким образом, ГИС для решения задач земельного кадастра должна содержать следующую информацию:

1. кадастровый номер и дата внесения данного кадастрового номера в государственный кадастр недвижимости;

2. местоположение, т. е. адресное описание;

3. описание местоположения границ земельных участков и их частей;

4. категория земель, к которой отнесен земельный участок;

5. вид разрешенного использования;

6. площадь земельного участка, определенная с учетом установленных в соответствии с Федеральным законом требований;

7. кадастровая оценка земельного участка;

8. сведения о льготах на уплату земельного налога (или иного платежа);

9. правовой статус земельного участка;

10. правоустанавливающие и правоудостоверяющие документы на землю;

11.сведения об ограничениях, обременениях и связанных с ними частях земельного участка;

12. сведения об объектах недвижимости, расположенных на земельном участке;

13. сведения о субъектах права на землю и их учетные данные;

14.сведения о лесах, водных объектах и об иных природных объектах, расположенных в пределах земельного участка.

Применение ГИС при решении задач земельного кадастра позволяет использовать актуальную информацию, средства визуализации и пространственного анализа, дают возможность наглядного представления ситуации, что, в свою очередь, увеличивает качество решения поставленных задач.

Благодаря ГИС имеется возможность создания единой системы кадастров и реестров, которая позволила бы связывать друг с другом информационные потоки по отраслям. В итоге появится возможность реализовать быстрый и простой способ обмена информацией между различными структурами государственного, регионального и муниципального управления.

Заключение

Итак, по итогу можно сделать вывод, что для создания кадастровых карт необходим поиск соответствующих технологий.

Реализация земельно-кадастровых систем, как и других специализированных систем, может базироваться на различных технических решениях. Можно начать создавать свою систему с «нуля», можно использовать готовые блоки третьих фирм или вести разработку на базе одной из универсальных или специализированных САПР. Также в данной работе были рассмотрены преимущества геоинформационных систем (ГИС). Проанализировав обе системы, можно сказать, что ГИС для ведения кадастровой деятельности имеет ряд преимуществ. В данном проекте мы раскрыли, что одной из задач государственного земельного кадастра (ГЗК) является решение проблемы пространственной фиксации земельных участков различной формы собственности и целевого назначения и что также для работы с пространственно-координированными данными составляются дежурные кадастровые карты (ДКК). Исходя из этого мы также раскрыли, что в настоящее время такие карты стали создаваться и использоваться в автоматизированных системах, базирующихся на ГИС.

Преимуществами компьютерных технологий, в частности ГИС, являются идеальное качество графических работ, высокая точность, зрительное увеличение производительности труда, повышение полиграфического качества картографической продукции

Цель, поставленная в данной работе выполнена. В частности рассмотрены и определены возможности фотограмметрии и дистанционного зондирования непосредственно в земельном кадастре и землеустройстве.

Список источников

1.Обиралов, А. И., Фотограмметрия и дистанционное зондирование / А. И. Обиралов, А. Н. Лимонов, Л. А. Гаврилова. - М.: КолосС, 2006.

2.Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов ГКИНП (ГНТА)-02-036-02. Москва, ЦНИИГАиК, 2002

3.Андреев Н. Н., Федоров И. А. Развитие и применение воздушной фотографии. // Фо- тограф. -- 1928.

4.Осипов Л. А., Сергеев М. Б., Соловьев Н. В., Шепета А. П. Использование спектральных характеристик для распознавания изображений, полученных при дистанционном зондировании. // Фундаментальные исследования. -- 2004.

5.Золотенков В.В., Колоколов О.Ю. Станция космического зондирования СКАНЭР // Геоинформатика: Теория и практика. Вып. 1 // Под ред. А.И. Рюмкина, Ю.Л. Костюка. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998.

6. Киенко Ю. П. Аналитические методы определения координат в наземной стереофотограмметрии М.: Недра, 1972

7.Научно-производственное предприятие «Геосистема» Цифровой фотограмметрический комплекс «Дельта», Программное обеспечение для ориентирования растровых аэрокосмических снимков. Часть 1. Винница: 2002. (Руководство).

8.Буров М. И., Краснопевцев В.В., Лысков Г.А. Практикум по фотограмметрии. М.: Недра, 1987.

Размещено на Allbest.ru