Панасенкова Надежда Александровна
Факультет
: Горно-геологическийСпециальность
: Геоинформационные системы и технологииТема магистерской работы
:"Оценка точности построения ортофотопланов в фотограмметрической станции Дельта"
Руководитель
: доцент Шоломицкий Андрей Аркадьевич
Главная Реферат Ссылки Отчет о поиске Индивидуальное заданиеОБЗОР ЦИФРОВЫХ ФОТОГРВММЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ
С.А. Кадничанский, С.И. Хмелевской (центр ЛАРИС)
Оригинал данной статьи:
http://cpmsugc.euro.ru/DPSReview.htm
http://cpmsugc.euro.ru/DPSReview.htm
Применение цифровых методов фотограмметрии в практике топографических, кадастровых и прочих съемок или обновления карт стало реальностью сегодняшнего дня. Конечно, цифровые методы далеко еще не вытеснили аналоговые и аналитические методы и средства, однако, вряд ли кто сомневается, что это вопрос ближайшего будущего.
В задачу данного обзора не входит доказывать преимущества цифровых технологий в сравнении с аналогово-аналитическими. В наше время они практически всем очевидны. Целью являются оценка общего уровня развития цифровой фотограмметрии с практической точки зрения и попытка сравнения различных вариантов решений, имеющих черты товарного продукта. Конечно, в ограниченных рамках статьи трудно осуществить исчерпывающий и детальный анализ. Возможно, что некоторые из решений остались вне рассмотрения, за что приносим извинения в адрес их разработчиков.
В первую очередь необходимо очертить круг тех цифровых фотограмметрических программно-технических средств, которые можно назвать системами, или станциями, или комплексами и которые являются предметом рассмотрения.
Под цифровой фотограмметрической системой понимается совокупность программных и технических средств, связанных общей функцией и обеспечивающих выполнение комплекса технологических процессов и операций, необходимых для получения продукции аэрофототопографической съемки в цифровом виде по цифровым изображениям. Что при этом следует понимать под продукцией? Можно выделить два основных вида ее: цифровой ортофотоплан (или фотоплан в картографической проекции) и цифровую карту. Однако говоря о цифровой карте, следует подчеркнуть, что она является результатом выполнения всех процессов аэрофототопографического производства, а не только фотограмметрической обработки, так как для ее создания по данным непосредственно собранным на фотограмметрической станции требуется достаточно кропотливая работа по обработке цифровой картографической информации. Таким образом, под продукцией, получаемой непосредственно от цифровой фотограмметрической системы, будем понимать цифровой ортофотоплан и векторную модель контуров снятых объектов. При этом векторные данные могут обладать, а могут и не обладать некоторыми графическими атрибутами (слой, стили линий, цвет, значок), могут иметь, а могут и не иметь соответствующих семантических атрибутов (данные, указывающие на тип объекта, которому принадлежит данный контур или точка). Таким образом, в качестве системы далее будут рассматриваться средства, которые позволяют выполнить все или почти все необходимые процессы и операции, с целью получения по исходным цифровым изображениям указанных результатов или хотя бы одного из них.
Для анализа необходимы критерии или система характеристик, с помощью которых можно оценить систему. Опыт работы по тестированию, приемке и практическому применению цифровых фотограмметрических систем позволяет предложить следующее:
- характеристика технических средств, включающая требования к вычислительной платформе, ее минимальной конфигурации, используемые средства для стереонаблюдений и управления измерительной маркой, операционную систему;
- интеграционные свойства - входные и выходные форматы растровых и векторных данных, совместимость с ГИС и другими фотограмметрическими пакетами с возможностью экспортаvимпорта элементов внешнего ориентирования, результатов измерений координат точек, возможности ввода исходных данных из файлов, открытость форматов, используемые графические пакеты (используется оригинальная графическая среда для работы с векторными данными или какой-либо коммерческий программный продукт);
- общие технологические характеристики - модульность (возможность конфигурации состава программного обеспечения рабочего места по функциональному признаку), возможности обработки цветных изображений, компрессии и декомпрессии изображения или работы с компрессированными форматами непосредственно, число обрабатываемых снимков (оперирует система стереопарой, маршрутом, блоком?), возможности пакетной обработки на рутинных процессах, работы с изображениями нецентральной проекции, обработки блоков из изображений, полученных различными камерами, производительность на рутинных процессах, необходимость построения эпиполярных изображений как отдельного процесса;
- функциональность - наличие основных технологических компонентов: управление проектом, измерения для фототриангуляции, уравнивание фототриангуляции, создание ЦМР, ортофототрансформирование, монтаж ортофотоплана, стереоскопическая съемка, съемка в монорежиме, а также развитость функций каждого технологического компонента и уровень автоматизации; системы, обеспечивающие все перечисленные технологические процессы, далее будут называться полнофункциональными;
- эргономичность интерфейса - удобства и богатство возможностей манипуляции с изображениями на экране: автоматический скроллинг, оконное увеличение изображения, расположение окон, а также удобства с точки зрения минимизации нажатий кнопок и очевидности их функционального значения;
- точность - погрешности положения пикселей изображения, вносимые в процессе обработки, а также определения (измерения) координат точек;
- надежность - устойчивость к сбоям программы, развитость системы диагностических сообщений при некорректных действиях оператора и удобство их обработки, наличие средств контроля качества;
- возможность развития пользовательских приложений.
Следует заметить, что такая характеристика, как функциональность, является одной из важнейших и сложных и содержит иерархическую систему характеристик функциональных компонент. В этой связи проведение детального анализа по всем указанным критериям в рамках статьи представляется проблематичным, и данный анализ следует рассматривать не как формальную оценку, а только как первую попытку осмысленного рассмотрения некоторых систем. Также весьма проблематичным представляется рассмотрение системы с точки зрения точности и надежности, так как для этого необходимы специальные исследования.
В первую очередь предлагается рассмотреть наиболее известные зарубежные системы, нашедшие практическое применение в России. При этом целесообразно ограничиться анализом продуктов, работающих на РС, т. е. в операционной среде Windows. В качестве известных следует перечислить продукты следующих фирм: Intergraph Corporation, LH-systems LLC, ISM, ERDAS Inc., Vexel Imaging Corporation.
Фотограмметрические системы корпорации Intergraph достаточно широко распространены в мире. В России системами ImageStation на базе платформ с операционной системой CLIX оснащены два предприятия Госземкадастрсъемка: в Перми и в Нижнем Новгороде, где с их использованием выполняется большой объем производственных работ. В настоящее время системы на CLIX-платформе больше не выпускаются, им на смену пришли ImageStation Z, ZII, ZIII, ZIV, ImageStation SSC, SSC Pro для ОС Windows NT. Фотограмметрическими системами этого поколения оснащено предприятие Госземкадастрсъемка в Москве. ImageStation Z являются полнофункциональными системами, т. е. обеспечивают выполнение всего комплекса работ по фотограмметрической обработке. Следует отметить, что системы в полном смысле слова, т. е. в их комплект входят и средства вычислительной техники, включая графический ускоритель, монитор (до 28¦), жесткий диск от 27,3 Гб, сетевой контроллер Ethernet, 10-кнопочное устройство управления 3D-курсором cо специальным дигитайзером, стереочки, управляемые инфракрасным излучателем. ImageStation SSC, SSC Pro имеет те же функции, что и ImageStation Z, но отличается комплектностью поставки, менее жесткими требованиями к вычислительной платформе, но обладает той же функциональностью. Система характеризуется высокой производительностью, уровнем автоматизации, большим ассортиментом форматов экспортаvимпорта данных, интегрируемостью с другими пакетами; в качестве графической среды используется MicroStation (табл. 1, 2, 3, 4). Интересной особенностью ее является наличие компонента ImageServer - средства централизованного сетевого управления проектом с централизованным хранением изображений.
Продукция фирмы LH-systems LLC также известна в России. Цифровые фотограмметрические станции DPW 770 на платформе Sun Solaris (Unix) успешно эксплуатируются в институте Госземкадастрсъемка в Москве. В настоящее время программная система SOCET SET выпускается как для платформы Sun Solaris, так и для Windows NT. Эта система также характеризуется высоким уровнем автоматизации, большим ассортиментом форматов экспортаvимпорта данных, интегрируемостью с другими пакетами и аналитическими приборами, и в качестве графической среды при стереосъемке используется MicroStation GeoGraphics. Система обладает многими дополнительными возможностями такими, как проектирование аэрофотосъемки, виртуальная реальность, обработка короткобазисной съемки, фототриангуляция по снимкам, полученным различными датчиками и др.
Система DiAP канадской фирмы ISM, хотя достаточно давно известна в нашей стране, хотя, может быть не столь широко используется. Это система обладает почти всеми функциональными возможностями (за исключением уравнивания фототриангуляции, с этой целью необходимо использовать сторонний продукт), очень неприхотлива к вычислительной платформе при весьма высокой производительности на рутинных процессах. В качестве средств управления измерительной маркой снабжается ручными штурвалами и ножным диском и педалью. При сборе векторных данных (съемке) также используется MicroStation GeoGraphics.
IMAGINE OrthoBASE фирмы ERDAS является дополнительным модулем расширения для пакета ERDAS Imagine Advantage для Windows NT. Следует отметить, что эти программные продукты не обеспечивают полнофункциональность системы, а именно процесс стереосъемки. Этот вопрос будет закрыт с появлением коммерческой версии модуля StereoAnalist. IMAGINE OrthoBASE позволяет выполнять фототриангуляцию и создавать ортофотопланы для многих типов изображений. В системе используется обобщенная модель цифровых сенсоров (средств получения изображения). Модели сенсоров в виде соответствующих DLL могут дополняться пользователем. Система характеризуется высоким уровнем интегрируемости в смысле совместимости с другими фотограмметрическими пакетами и аналитическими приборами (обмен элементами внешнего ориентирования). Минимальные требования к вычислительной платформе также невысоки. Кроме того, Imagine Advantage обеспечивает большие возможности по анализу и интерпретации изображений, которые не являются предметом настоящего рассмотрения. Система интегрируется с ARC/INFO.
Цифровая фотограмметрическая система VirtuoZO в России известна сравнительно недавно, но на мировом рынке получила достаточно широкое распространение. Эта система, работающая в операционной среде UNIX IRIX, появилась около 5 лет назад, а затем была полностью интегрирована в среду Windows NT. Модулями системы реализованы почти все необходимые процессы (за исключением уравнивания фототриангуляции, с этой целью необходимо использовать сторонний продукт). Ей свойственна высокая производительность на рутинных процессах (ЦМР, ортофототрансформирование). В качестве графической среды используется MicroStation.
Конечно, рассмотренными зарубежными фотограмметрическими системами их список далеко не исчерпывается. Следовало бы упомянуть также PHODIS (Carl Zeiss), SoftPlotter (Autometric, Inc.), SUMMIT (DAT/EM Systems Int.), DVP (Geomatic Systems Inc.), ATLAS Digital Stereo Plotter (KLT ASSOCIATES) и др. Однако в данном обзоре мы ограничились теми, которые наиболее проявили себя на нашем рынке и вообще широко распространены.
В России также проводились разработки в области цифровой фотограмметрии, в результате сейчас отечественные цифровые фотограмметрические системы во многом конкурируют с зарубежными, тем более что они существенно дешевле. Ниже рассматриваются системы: PHOTOMOD v. 2.0, Талка, Z-space, ЦФС ЦНИИГАиК, Цифровой стереоплоттер SDS v.3.1. как наиболее известные и имеющие свойства полнофункциональной системы.
Цифровая фотограмметрическая система PHOTOMOD, разработанная и поставляемая компанией Ракурс, появилась в 1994 г. и сейчас широко распространена в России, а также используется за рубежом. Конечно, за это время система претерпела существенные изменения в сравнении с первыми своими версиями. Сейчас (версия 2.0) это полнофункциональная система, имеющая все необходимые компоненты и оперирующая блоком. В системе предусмотрено все многообразие вариантов данных (меток, крестов) при внутреннем ориентировании. При взаимном ориентировании, измерениях координат точек фотограмметрической сети и построении ЦМР используется корреляция. Оригинальная графическая среда имеет достаточно богатые возможности. Форматы системы открыты, и пользователь может создавать свои конверторы. В качестве недостатков следует указать отсутствие пакетной обработки на рутинных процессах, а также возможности использования координат центров проекции в качестве опорных данных для фототриангуляции.
Цифровой фотограмметрический комплекс Талка разработан в Институте проблем управления РАН, также весьма распространен в России в организациях ФСГК, Госкомзема и др. Система вполне отвечает требованиям производственной системы, полнофункциональна и технологична, изначально хорошо приспособлена для работы с большими проектами (блоками). Измерения для фототриангуляции и построение ЦМР выполняются с использованием корреляции. При этом расстановка точек фотограмметрической сети осуществляется автоматически. Минимальные графические возможности системы при выполнении съемки (векторизации), отсутствие ведения классификатора объектов предполагает использование для этих целей дополнительного пакета Нева. Практически этим ограничиваются интеграционные возможности системы с ГИС.
Система Z-space - разработка ГосНИИАС - имеет все компоненты полнофункциональной системы. На процессах измерений для фототриангуляции, построения ЦМР, а также при внутреннем ориентировании по сетке крестов используется корреляция. Главной особенностью системы являются ее развитые возможности по созданию, анализу и редактированию ЦМР. Ее отличает исключительно высокая производительность при автоматическом создании ЦМР и богатый выбор вариантов манипуляций с точками ЦМР. Следует отметить также очень высокую технологичность, обеспечиваемую при монтаже ортофотопланов. Наличие средств виртуальной реальности расширяет ее функциональные возможности в сравнении с обычным набором. Ограничениями являются: отсутствие возможности работы с цветными снимками, ограниченность ОС Windows 95/98, недостаточная модульность, отсутствие классификатора объектов.
Цифровая фотограмметрическая станция (ЦФС) ЦНИИГАиК имеет почти все функциональные компоненты полной системы, кроме фототриангуляции. Для взаимного ориентирования и создания ЦМР используется корреляция. Система имеет ряд особенностей: в качестве средств управления измерительной маркой поставляются ручные штурвалы и ножной диск, что выделяет ее из других отечественных систем; в качестве некой логической единицы, которой в системе соответствует понятие ?проект, служит лист карты (плана), что скорее следовало бы отнести к ограничениям. Весьма существенным положительным моментом является отсутствие необходимости построения эпиполярных изображений - используется режим on-the-fly. Монтаж ортофотоплана осуществляется одновременно с ортофототрансформированием, а линии монтажа задаются заранее на нетрансформированном изображении. Съемка в монорежиме осуществляется на нетрансформированном изображении с автоматической корреляцией, при этом трансформируются (вычисляются) векторные данные. Система интегрируется с аналитическими плоттерами SD20, Стереоанаграф. Отсутствие фототриангуляции в системе обусловливает необходимость внешнего ориентирования каждой стереопары по опорным точкам. Очевидно, что организация проекта в рамках листа карты может стать неудобством при обработке больших блоков снимков. К ограничениям можно также отнести отсутствие возможности группового редактирования точек ЦМР. Цифровой стереоплоттер SDS (полное название ?Сибирский цифровой стереоплоттер¦) разработан (Новосибирске) на кафедре фотограмметрии и дистанционного зондирования СГГА около 5 лет назад. Сейчас распространяется версия 3.1. Система эксплуатировалась в производственных условиях при составлении топографических и кадастровых карт, в том числе в ПО ?Инжгеодезия¦. К сожалению, подробная информация о системе отсутствует. Можно отметить, что SDS обладает почти всеми компонентами полнофункциональной системы. Перечисленными отечественными системами, очевидно, не исчерпывается весь сегодняшний потенциал. Следовало бы назвать также интересные разработки МИИГАиК, однако, сейчас мы ограничились рассмотрением тех, которые уже оформились как коммерческий продукт или имеют все свойства полных систем. Основные характеристики рассмотренных цифровых фотограмметрических систем представлены в табл. 1, 2, 3, 4, 4а. Следует отметить, что данные по производительности, достаточно условны, особенно это касается создания ЦМР, так как затраты времени на этот процесс не ограничиваются только ее автоматическим построением, требуются еще контроль и редактирование, поэтому фактические затраты времени во многом определяются качеством автоматически сформированной ЦМР и развитостью средств редактирования. Конечно, детальный анализ должен быть представлен гораздо более обширными таблицами, особенно по функциональным возможностям. Но и из этих общих сведений можно сделать некоторые выводы.
Отечественные разработки приближаются по своим функциональным возможностям к зарубежным, а по производительности могут даже конкурировать с ними. По этой причине, а также ввиду их сравнительной дешевизны они находят более широкое применение в производстве. С их помощью вполне можно решать конкретные задачи созданию и обновлению топографических и кадастровых карт и ортофотопланов. Во всех системах такие процессы, как измерения для фототриангуляции и построение ЦМР, выполняются с использованием корреляции. Однако средний уровень отечественных продуктов в отличие от зарубежных определяется следующим:
- зарубежные системы не ограничиваются обработкой аэрофотоснимков центральной проекции, а как правило, предоставляют возможность обработки достаточно большого набора изображений, в том числе и космических;
- отечественные системы как правило имеют существенно меньшие интеграционные возможности. Это выражается в том, что набор форматов экспорта/импорта как растровых, так и векторных данных более ограниченный; меньше выражена совместимость с другими фотограмметрическими пакетами или аналитическими приборами; практически отсутствует интеграция с распространенными ГИС-продуктами (в лучшем случае обеспечивается конвертирование данных);
- в качестве графической среды в зарубежных системах обычно используется сторонний коммерческий продукт. Очень большое распространение получил пакет MicroStation, который задействован в большинстве систем. Российские системы как правило базируются на использовании оригинальной графической среды, при этом можно выделить следующие разновидности подходов: оригинальными графическими средствами решить задачу-максимум, т. е. получить на фотограмметрическом рабочем месте практически законченный продукт - карту, в том числе и оформленную в условных знаках; оригинальными средствами обеспечить минимально необходимое для сбора векторных данных, а затем передать их в другую конкретную (например, Талка) специализированную картографическую среду для последующей обработки; оригинальными графическими средствами обеспечить минимально необходимое для сбора и конвертировать данные в формат, позволяющий проводить дальнейшую обработку с помощью распространенного коммерческого пакета (пример - Z-space);
- отсутствие JPEG компрессии/декомпрессии изображений в отечественных системах;
- в российских системах отсутствует как правило пакетная обработка (исключение - Талка);
- в лучших зарубежных фотограмметрических системах на процессе переноса точек в фототриангуляции оператору предоставляется возможность работы одновременно с шестью снимками (по три снимка смежных маршрутов), в российских системах эта возможность как правило ограничивается двумя снимками;
- в зарубежных системах как правило используются специальные средства управления 3D-курсором (измерительной маркой), в отечественных - мышь (исключение - ЦФС);
- в качестве средства стереонаблюдений в зарубежных системах используются очки активные или с ИК-эмиттером или пассивные с поляризационным экраном. В отечественных системах наиболее распространено применение поляризационных очков с кабелем.
Представленный обзор охватил только самые известные системы и самые основные их характеристики. Для дальнейшего более детального анализа необходимо тщательнее отработать систему критериев, детальнее изучить и исследовать свойства систем.
Главная Реферат Ссылки Отчет о поиске Индивидуальное задание