Точность дистанционных методов

При плановой съемке камера направлена вертикально вниз, под прямым углом к поверхности земли. На снимках мы видим плоскую картину (ортогональная проекция), напоминающую изображение на географических картах. При этом виде аэрофотосъемки мы можем определить взаиморасположение объектов на плоскости без учета их высот. Такой вид съемки в основном используется для создания фотопланов. Аналогичный продукт может быть получен с использованием спутниковой и традиционной аэрофотосъемки.

При перспективной (обзорной) съемке камера направлена под углом к горизонту. Такой вид съемки невозможен для спутников и традиционной "большой авиации". При перспективной аэрофотосъемке на снимках мы видим объемную картину (аксонометрическая проекция): не только крыши сооружений, но и боковые поверхности (стены). Таким образом, мы можем судить не только о взаиморасположении объектов на плоскости, но и об их форме. Кроме того, при перспективной съемке мы можем определить высоту объектов относительно друг друга. При определенных углах перспективной съемки в кадре может присутствовать линия горизонта. В этом случае мы получаем возможность увидеть на одном снимке то, как участок или сооружение вписаны в окружающий ландшафт и их взаиморасположение с отдаленными объектами (дальние объекты, леса, водоемы, населенные пункты). На основе нескольких перспективных снимков, сделанных с поворотом камеры вокруг вертикальной оси, могут быть собраны панорамные снимки, включая полные 360-градусные круговые панорамы.

Этапы аэрофотосъемочных работ. Опыт, накопленный в области применения аэрометодов показывает их эффективность по сравнению с традиционными методами сбора информации как в части значительного снижения трудоёмкости и сокращения сроков изысканий, так и в части широты охвата различных видов информации, необходимой для проектирования.

Аэроизыскания выполняют в три этапа: подготовительный, полевой и камеральный. В подготовительный период осуществляется сбор имеющейся на район изысканий топографической информации и материалов аэросъёмок прошлых лет, составляют проект производства аэросъёмочных, полевых и камеральных аэрофотогеодезических работ.

В полевой период производят: наземные геодезические работы по созданию планово-высотного обоснования аэросъёмок; закрепление и маркировку точек опорной сети; различные виды аэросъёмочных работ, привязку получаемых аэрофотоснимков.

Оборудование для беспилотной аэрофотосъемки используют небольшой, размахом до 3 м, беспилотный самолет с обычной, бытовой или студийной, фотокамерой на основе ПЗС матрицы. Наиболее популярны Samsung, Sony, Pentax. Фотографии с таких устройств годятся в целом для составления планов и схем. Аэрофотоснимки значительно более высокого качества дают зеркальные фотоаппараты - здесь лидерами и стандартом являются Canon 550D и Canon 5D Mark II. При этом, конечно же, находят применение и большие многообъективные системы.

Летно-съемочные работы, выполняемые фотоаппаратом на основе матричного сенсора (ПЗС – матрица), больше напоминают традиционный аналоговый метод аэрофотосъёмки.

Не менее важной, является система определения положения БПЛА/фотокамеры в пространстве. В простейшем случае это обычный малогабаритный GPS приемник с антенной, например Ublox. В настоящее время Российские производители комплексов с БЛА практически повсеместно переходят на приемники сигналов систем спутникового позиционирования совмещенного типа GPS/Глонасс. К сожалению, и они не могут обеспечить требуемую точность. Поэтому в более дорогих и серьезных аппаратах устанавливается дополнительный высокоточный приемник GPS, который позволяет при постобработке сырых данных определить координаты центра снимка с точностью до 5-10 см.

А если этот приемник используется вместе с наземными базовыми GPS станциями, то точность привязки кадров к координатам вырастет до 5 см. Для выполнения съемки создаются базовые GPS-станции, данные которых используются для вычисления дифференциальных поправок при определении траектории летательного аппарата. Для определения траектории летательного аппарата и уточнения угловых данных инерциальной системы применяется метод совместной обработки GPS-данных и данных инерциальной системы. Привязка снимков к координатам, как правило, выполняется при помощи программ, написанных специально под конкретный тип приемника и БЛА. Применение такого метода расчета повышает точность определения как угловых параметров, так и местоположения.

Точность GPS/Глонасс навигации и особенности систем автоматического управления БПЛА позволяют достигать следующих параметров при полете по маршруту аэрофотосъемки:

поперечное смещение от оси маршрута — ± 10 м;
удержание БПЛА на заданной высоте — ± 15 м;
расстояние от запроектированного центра фотографирования до точки срабатывания затвора фотоаппарата — ± 5 м;
изменение угла крена БПЛА на маршруте между двумя снимками — 10°;
изменение угла тангажа БПЛА на маршруте между двумя снимками — 6°.

Результатом цифровой аэрофотосъёмки местности являются цифровые аэрофотоснимки, а также зафиксированные в полете элементы внешнего ориентирования (линейные - Xs, Ys, Zs – координаты центра фотографирования; угловые - α, β, γ - ориентирование камеры относительно осей координат). Полученный аэронегатив (аэроснимок) содержит ряд искажений, величины которых определяются углом наклона оптической оси аэрофотоаппарата и колебанием рельефа местности, устранение которых осуществляется в процессе их компьютерной фотограмметрической обработки, и в частности – фотографического или цифрового преобразования, называемого трансформированием.

Во время полета беспилотник в автоматическом режиме рассчитывает свою скорость и частоту срабатывания затвора (скорость кадров) так, чтобы обеспечить заданное перекрытие кадров. Перекрытие снимков с БПЛА отвечает обычным требованиям для аэрофотосъемки и составляет, как правило, 60% кадра. Снимки с БПЛА перекрываются на 60% в продольном перекрытии и на 30% в поперечном перекрытии.

Важным этапом аэрогеодезических изысканий является дешифрирование – выявление (обнаружение и опознавание) и раскрытие содержания (познания) различных объектов и элементов местности по их изображениям на снимках, их качественных и количественных характеристик, своеобразных свойств и особенностей.

Осложняющим моментом в технологическом процессе инвентаризации лесов путем аэросъемки является несовершенство методов дешифрирования снимков. Современные методы решения этой задачи не обеспечивают качественной и с необходимой точностью расшифровки зафиксированных на снимках показателей.

Дальнейшие достижения в этой области лежат в области улучшения дешифрирования и распознавания отдельных категорий площадей и лесных массивов.

В камеральный период выполняют полную обработку результатов геодезических измерений, осуществляют фотограмметрическое сгущение методами аналитической фототриангуляции, осуществляют стереофотограмметрические работы по получению более полной информации о рельефе и изготовлению топографических планов и цифровых моделей местности (ЦММ) в единой системе координат.

В лесоустроительной практике (РФ) находит все более широкое применение аэросъемочный метод, непрерывно подвергающий локации определенную полосу местности лазерными фотоустройствами. Такого рода съемочные устройства именуются фотосканерами, а сам процесс этой своеобразной съемки называется сканированием, получающий развитие в цифровых фотограмметрических (стереодешифровочных) комплексах обеспечивающих получение всех количественных и качественных характеристик лесных насаждений по их изображению на аэро- и космоснимках.

Съемка методом сканирования имеет преимущества перед методом прямого фотографирования. Метод сканирования позволяет производить съемку в более узких зонах спектра и в большем числе зон, а это обеспечивает более четкое изображение снятого объекта. Результаты такой съемки, записанные на магнитную ленту, вводят в электронно-вычислительную машину и анализируют в каждой точке съемки.

В итоге обработки материалов получается карта с границами таксационных участков с указанием их площади и главнейших характеристик древесных пород (хвойные, лиственные и т.д.).

Точность дистанционных методов и область их применения. Точность дистанционных методов зависит от масштаба и качества снимков, применяемой аппаратуры для дешифрования и т.д. В целом эта точность пока ниже, чем наземная таксация, применяемая в Беларуси и в других странах СНГ, где ведется высокоинтенсивное хозяйство. В России точность дистанционных методов при использовании спектрозональных снимков примерно такая же, какая требуется для таксации лесов Севера и Сибири, что соответствует III и даже II разряду лесоустройства. В Беларуси точность таксации всех лесов соответствует I разряду по советской (1986) и российской лесоустроительной инструкции.

Применение аэроснимков в наших лесах сочетается с наземной таксацией. Это значительно повышает точность таксации, т.к. позволяет правильно устанавливать границы выдела, точно идентифицировать главную породу, определить степень неравномерности состава и точнее находить состав древостоя и многое другое. В настоящее время применение аэроснимков при таксации - это норма, которая обеспечивает высокий уровень инвентаризации лесов Беларуси.