Использование данных дистанционного зондирования земли в автонавигационном картографировании

      Комментарии к записи Использование данных дистанционного зондирования земли в автонавигационном картографировании отключены

Использование данных дистанционного зондирования земли в автонавигационном картографировании

П.Л. КАРТОГРАФИРОВАНИЕ

и  Платонов

К настоящему времени сложилось отдельное направление электронного картографирования — навигационное картографирование, имеющее серьёзное научно-прикладное значение. Навигационное картографирование относится к геоинформационному картографированию, обширно применяет опыт комплексных географических изучений и системного тематического картографирования.

Для России актуально применение универсального подхода к обеспечению навигационными картами всей территории страны. Этим обусловлено появление нового навигационного направления в существующем электронном тематическом картографировании — автонавигационного картографирования.

Автонавигационное картографирование — новое навигационное направление хороших тематических электронных карт, созданное с применением современных разработок в существующем электронном тематическом картографировании. Актуальность создания автонавигационных карт обусловлена растущим числом пользователей и большой востребованностью. Специфика развития автонавигации с позиций потребителя формирует требования к качественному картографическому обеспечению навигационных совокупностей.

Задачи структурирования автонавигационного картографирования в создании описания своеобразных способов обработки информации заключаются в разработке систематизации информации на разных стадиях камеральных и полевых работ. Автонавигационные карты  — продукция нового поколения, воплощающая  в себе большой массив и современные технологии географических знаний, сохраняющая преемственность по отношению к  известным примерам отечественной картографической продукции.

Автовигационная карта представляет собой систематизированное собрание взаимосвязанных и взаимодополняющих друг друга тематических слоев и  разрабатывается как целостное произведение с комплектом комбинированных данных.

Использование разных способов сбора данных, сотрудничества между исходными данными из разных (статических, динамических, справочных и др.) источников, последующей их обработки в единый информационно-справочный массив. Это связано с видом и различным форматом предоставленных данных. Они смогут быть в виде справочных таблиц, снимков с летательных аппаратов, схем и электронных карт, и многих вторых источников.

Упорядочить полученные эти, отобрать нужное,  распознать основное, составить на базе этих данных автонавигационную карту для конечного пользователя — переработки информации и основная задача интеграции.

Так, автонавигационное картографирование помогает не только средством персональной навигации, но и направлено на решение транспортных, строительных, логистических, публичных, социально-культурных задач, и — на цели хозяйственного управления, природоохраны и др.

К настоящему времени накоплен обширный опыт в способах и методах обработки разнообразных картографических и геоинформационных материалов для картографического обеспечения автомобильной навигации. Отдельного внимания заслуживают эти полученные посредством средств дистанционного зондирования Почвы (ДЗЗ).

Эти ДЗЗ ДЛЯ АВТОНАВИГАЦИИ

Для работы по обновлению и созданию карт употребляются материалы съемки Земной поверхности с разных летательных аппаратов. В следствии получаются изображения местности с разным разрешением, цветностью и точностью. Самыми распространенными материалами для картографических работ, в т. ч. и для обеспечения автонавигационного картографирования являются аэро- и космоснимки —  дешёвые и  актуальные эти ДЗЗ.

Для работы с картами разных масштабов и точности употребляются и соответствующие изображения. Для карт по наполнению и точности родным к большим масштабам употребляются снимки с разрешением в пара дециметров, т.е. 50–60 см в одном пикселе.

Для карт средних масштабов пригодны снимки уже с разрешением на порядок ниже, к примеру 1–5 м в одном пикселе. А для карт небольших масштабов снимки разрешения хуже 5 м в пикселе.

Для тематических слоев предназначенных для автонавигации и применяемых соответствующими программами для маршрутизации (роутинга) и прокладки маршрутов точность снимков имеет больше значение. Чем изображение детальнее и прекрасно читаемое, тем больше информации и векторных разрешённых можно получить в камеральных условиях. Это разрешает существенно экономить денежные, технологические и людские ресурсы при таких своеобразных работах.

ПРИВЯЗКА ДАННЫХ

Работа с взятыми растровыми данными существенно упрощается, если они уже пространственно ориентированы и привязаны к местности. Точность привязки имеет громадное значение для автонавигационных карт, т. к. на некоторых участках дорог требуется точность в пара метров для показа детальных элементов дорожного графа, как к примеру, на городских площадях, сложных перекрёстках и развязках.

В случае если эти не геопривязаны и снимок не обработан, поднимается вопрос о получении точек с известными координатами (опорные наземные точки) для их привязки и ортотрансформирования.

Рис. 1. Автомобильные треки, полученные посредством ГЛОНАСС/GPS устройств

В автонавигации для этого применяют автомобильные треки, полученные посредством точных антенн-приемников ГЛОНАСС/GPS сигналов (рис. 1). Фундаментальный принцип сбора информации для привязки снимков, содержится в получении векторной линии высокой точности по пути следования автомобиля с упомянутым устройством (рекомендуется иметь его в нескольких экземплярах) установленным на крыше автомобиля. Таковой объезд может совершаться в пределах участка работ либо всего покрытия снимка.

 Современные устройства для ответа этих задач имеют весьма высокую точность (от нескольких метров до нескольких дециметров) и разрешают собрать достаточно правильную базу для привязки изображений.

Совокупность этих линий на ограниченном участке территории дает правильную опору для предстоящей работы со снимками. Это особенно принципиально важно для участков с неоднородным рельефом местности, в то время, когда дороги являются серпантином «» и погрешность за счет рельефных искажений возможно высокой.

 БАЗА АВТОНАВИГАЦИОННЫХ КАРТ

Для российского пользователя, в отличие от зарубежной потребительской аудитории, характерно, в большинстве случаев, наличие базисных географических знаний (в силу специфики отечественного среднего образования). Отечественная навигационная карта обязана соответствовать хорошему пониманию карты, в которой заложена не только особая автонавигационная информация для прокладки маршрутов, а в первую очередь текущая ситуация местности в наглядной, доходчивой для прочтения, использования и анализа форме.

В конечной навигационной совокупности смогут находиться пара карт разного масштаба с разной  степенью детализации и точности для оптимального отображения объектов местности. Для подробного отображения городов употребляются содержания и карты масштаба близкого к 1:10 000,  для обзорной схемы города оптимален масштаб 1:25 000, для регионов и карт областей объектовый состав и наполнение соответствует масштабу 1:100 000, для обзорной карты нескольких соседних регионов — 1:1 000 000, для схемы всей России с показом лишь административно-территориального деления подходит масштаб 1:4 000 000 и без того потом.

Все эти карты в исходном виде соответственно  компонуются и поочередно сменяются на экране при масштабировании выбранной пользователем территории. Для корректного отображения объектов на картах разных масштабов требуются своеобразные изюминки картографической генерализации объектов в электронном виде, и новые критерии отбора и выбора объектов для нанесения их на карту того либо иного исходного масштаба.

При уменьшении карты на экране и при повышении области обзора, эти подменяются, или машинально либо полуавтоматически генерализуются с подробного масштаба на более небольшой — с 1:10 000 на 1:25 000 после этого на 1:100 000 и т. д., показывая содержание, соответствующее топографическим картам указанных масштабов. Исходя из этого точность для всех перечисленных выше объектов и слоев соответствует стандартам и принятым правилам электронного картографирования для данных электронных карт.

УЧЕТ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИЗЮМИНОК ТЕРРИТОРИЙ ПРИ ДЕШИФРИРОВАНИИ

Перед тем как начать работу с векторными объектами города либо области нужно изучить их географическую составляющую, физико-положение и географические особенности местности картографируемых объектов на ней, связи конкретного города с населёнными пунктами и соседними городами в частности его взаимоотношение с районами и сопредельными городами. В первую очередь, нужно изучить территорию на предмет физико-географических особенностей дешифрируемого ландшафта.

Соответственно на первый замысел тут выходят объекты растительности, рельефа и гидрографии. Географические изюминки местности, кроме этого как и социально-экономические условия, требуют необходимого тщательного анализа при применении космических снимков для либо обновления автонавигационных карт. На космических снимках различимы объекты различных категорий и типов.

К примеру, объекты гидрографии имеют явные дешифровочные показатели, как правило говорящих о принадлежности того либо иного цветового оттенка на снимке к реке либо озеру. Объекты растительности (к примеру, парки, скверы, газоны) кроме этого легко различимы на фотоизображениях из космоса и конкретно дешифрируются. Замечательно дешифрируются объекты гидрографии  (реки, ручьи, бассейны, фонтаны) и др.

Очень не легко, не имея высотной привязки снимков, верно дешифрировать рельеф. Так, дабы учесть физико-географические изюминки местности, нужно в первую очередь выяснить и осознать ее рельеф, после этого правила построения гидрографической сети изучаемого района и в обязательном порядке учесть высоту и густоту растительного покрова территории. Лишь правильно разобравшись в ландшафте дешифрируемого района можно понять возможности пролегания, нахождения в нем объектов инфраструктуры и дорожной сети в целом.

НАНЕСЕНИЕ и ДЕШИФРИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ ИНФРАСТРУКТУРЫ и МЕСТНОСТИ

По окончании того как территория достаточно изучена в физико-географическом замысле, нужно произвести дешифрирование социально-экономических объектов района работ, в первую очередь —  транспортной инфраструктуры, взаиморасположение населенных пунктов и других селитебных территорий. Время от времени видятся кое-какие сложности при дешифрировании. К примеру, на снимках с разрешением неотёсаннее 5 м время от времени приводит к отличить объекты рельсового транспорта от автомобильного.

Для этого нужно проследить по снимку протяженный линейно локализованный объект и распознать дешифровочные показатели, разрешающие правильно трактовать назначение транспортной артерии региона. В городах сложности появляются при дешифрировании, по большей части, некоторых маленьких улиц, кроме того на совершенном снимке, сделанном в надир, с отсутствием облачности и листвы. Не хватает космических изображений для прорисовки детального графа дорог и улиц большого населенного пункта.

Кроме этого нужно учитывать национальную и административно-территориальную принадлежность территории. В регионах и различных государствах приняты собственные правила организации дорожного перемещения, начиная от сторон движения машин (левостороннее и правостороннее перемещение) и заканчивая дорожной разметкой, обычно имеющую разную трактовку в различных государствах. Различия одних и тех же элементов дорожного перемещения в различных государствах и  кроме того континентах смогут быть весьма сложны, и неверная трактовка изображения на снимке приведет к принципиальным неточностям в создании базы дорожного графа в этом регионе.

СОЗДАНИЕ ГРАФА ДОРОГ и ДОРОЖНОГО Движения УЛИЦ

Рис. 2. Граф дорожного перемещения

Граф дорог и улиц складывается из совокупности линейных объектов и узлов, связывающих эти линии. Все участки графа имеют собственные неповторимые характеристики, на базе которых  рассчитывается маршрут перемещения навигационной программой. Характеристики узлов соединений линейных отрезков кроме этого содержат в себе данные о вероятных разрешенных либо запрещенных  маневрах для транспортных средств (рис.

2). Дорожный граф не изменяется в зависимости от масштаба. На некоторых типах навигационных совокупностей он  кроме того не отображается на экране, т. е. маршрутизация строится применяя невидимый слой карты, а проложенный маршрут отображается на фоне базы.

На космических снимках возможно заметить благодаря разметке, ширине и покрытию участки для пешеходов, велосипедистов, легковых либо грузовиков, выделенные полосы для перемещения маршрутных транспортных средств, круговые, односторонние и реверсивные участки перемещения.

Точность этого слоя неизменно максимально высока, потому, что в нем должны учитываться все нюансы дорожного перемещения, в частности дорожные символы, дорожная разметка, перемещение по полосам, ограничения для перемещения по времени и по типам транспортных средств, запреты поворотов и т. п. При дешифрировании снимков вероятно распознать следующие параметры создаваемого графа:

  • ширина проезжей части;
  • тип дороги;
  • класс дороги;
  • направление перемещения на участке улицы либо развязки;
  • манёвры и количество полос с них;
  • запреты поворотов на некоторых пересечениях участков графа.

Главными дешифровочными показателями нужно считать такие как ориентация транспортных средств на проезжей части, цвет покрытия дороги, наезженность колеи на участках с покрытием либо без, тени объектов инфраструктуры — разделительный бордюр, газон и т. п. Раздельно дешифрируются особые участки перемещения для разных видов транспортных средств.

При высокой точности съемки появляется возможность нанести на карту такие дорожные объекты как пешеходный переход, ЖД переезд, неестественные неровности, остановки маршрутных транспортных средств, светофоры, и — парковки, АЗС, пункты досмотра и контроля и др.

При создании конечного роутингового слоя направляться в обязательном порядке учитывать манёвры и возможные места, каковые  нереально выявить на изображениях. К примеру, такие, где разрешен либо запрещен левый поворот, разворот (технический либо пешеходный разрыв в улице, не предназначенный для перемещения), другие препятствия и шлагбаумы, запрещающие либо ограничивающие перемещение на участке дороги.

Так, информация, полученная из космоса, разрешает создать базу графа перемещения, но никак не конечный роутинговый слой, содержащий все свойства и необходимые характеристики для верной и правильной маршрутизации.

ПРИДОРОЖНОЙ ДЕШИФРИРОВАНИЯ ИНФРАСТРУКТУРЫ и ОСОБЕННОСТИ ДОРОГ ВНЕ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ

Вне населенных пунктов, при наличии снимков большого разрешения фактически все объекты инфраструктуры дешифрируются без особенного труда. Дорожное полотно в большинстве случаев равномерно по интенсивности цвета, на одной дороге, в случае если цвет дороги  изменяется, значит, вероятнее, случилась смена одного покрытия проезжей части на второе (свежее либо напротив малоиспользуемое). Это превосходно видно на участках примыкания второстепенных шоссе к магистралям либо на съездах на развязках (рис. 3).

Дорожная разметка кроме этого в большинстве случаев прекрасно читается, что дает большую данные для роутинга о чертях участка (количество полос, ширина и т. п.).  Для автомагистралей, пожалуй, самым сложным моментом есть различимость технических разрывов между встречными полосами перемещения от реально применяемых разворотов на автомагистрали либо шоссе. Но и это обычно не выясняется значительной проблемой для умелого эксперта-картографа.

Рис. 3. Дорожная развязка на космическом снимке

Не все дороги вне населенных пунктов пролегают по открытой местности и объекты на них легко читаются. Весьма многие дороги либо шоссе всецело либо частично смогут пребывать в лесу или других местах с плотной растительностью. В этом случае нужно весьма правильное дешифрирование, основанное на возможности и географических знаниях пространственного анализа. направляться подробно разбирать  интенсивность цвета пикселей и искать дорогу в просветах деревьев.

Во многих случаях способы дешифрирования и перечисленные методы не дают желаемого результата. В таких случаях ничего не остается как уточнять эти участки на местности посредством правильных ГЛОНАСС/GPS приемников-трекеров.

ОСОБЕННОСТИ ДЕШИФРИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ В НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТАХ

 Для работы с объектами дорог и улиц в населенных пунктах рекомендуется   применять изображения с разрешением до 2 м. Применение таких снимков разрешает выстроить достаточно детальный граф перемещения в городе: отобразить на карте все магистрали, развязки на них, улицы и проспекты, другие транспортные артерии. Для получения более детальной их характеристик и сети дорог нужны уже снимки с разрешением от 1 м и выше. Они разрешают дешифрировать переулки и небольшие улицы, отделить пешеходные участки улиц от проезжих частей.

Благодаря другим прямым и разметке дешифровочным показателям возможно заметить организацию перемещения на площадях и перекрёстках, распознать односторонние участки улиц, круговые перемещения, и количество полос на проезжей части, для совершения маневров. При применении детальных снимков возможно создать дорожный граф города на всех участках перемещения от малых и переулков улиц до развязок и проспектов.

Но, при отсутствии адекватной разметки в городе, нереально выяснить места, в которых имеется ограничения маневров транспортных средств. К примеру, разрешен ли разворот либо левый поворот на перекрестке. Исходя из этого приходится констатировать, что применение космических снимков в населенных пунктах разрешает создать лишь базу, «скелет» дорожного графа, но никак не полный и точный граф.

Дабы он был таковым нужны работы на местности по уточнению организации дорожного перемещения в городе.

В населенных пунктах на снимках очень высокого разрешения видны кроме того внутриквартальные и дворовые проезды, участки, закрытые для сквозного проезда, въезды на стоянки и паркинги, различима организация перемещения на территориях торговых комплексов, прочих объектах и паркингах (аэропорты, поликлиники, спортивные и учебные заведения и т. п.).

Неприятности дешифрирования в городах все те же — «наклон» («завал») домов и строений с громадной этажностью, плотные зеленые насаждения  на протяжении дорог и улиц, облачность. Все это затрудняет  определение разметки дорог, объектов других ориентиров и инфраструктуры  и  дешифровочных показателей местности.

В мегаполисах имеется не только наземные транспортные артерии, смогут находиться и тоннели, в которых из космоса не видны места слияний второстепенных рукавов тоннелей с главными их руслами, и другие объекты, находящиеся под почвой, элементы развязок либо второстепенные проезды. Все эти объекты нужно учесть в роутинге и отобразить в слое графа дорожного перемещения не только как линии, но и задать им характеристики и вероятные запреты маневров.

Так, применяя космические изображения с разрешением более 1 м возможно взять весьма качественную подробную базу для дорожного графа города, включающую в себя кроме того небольшие улицы и внутридворовые проезды. Наряду с этим детальность и достоверность роутинга нужно контролировать на местности полевыми способами.

ОБНОВЛЕНИЕ АВТОНАВИГАЦИОННОЙ КАРТЫ По данным ДДЗ

 Обновление картографической базы по космическим снимкам подробно обрисовывать не будем, правила и дешифровочные показатели для ее объектов содержания легендарны и уже много лет используются в картографии как в Российской Федерации, так и за ее пределами.

Разглядим кое-какие особенности обновления дорожного графа и объектов придорожной инфраструктуры. Обновление дорожного графа — основная задача автонавигационного картографирования. Нужно уточнить векторную данные роутингового слоя и вероятно его содержательные характеристики.

В первую очередь, на снимках стоит обращать внимание на строящиеся участки дорог. Прекрасно различаются остовы мостов, насыпи, прочие изменения и вырубки ландшафта.  Особенное внимание нужно обращать на реконструкции автодорог и участки строительства, строительство и развитие торговых объектов на автострадах, включая объекты инфраструктуры (рис.

4).

Рис. 4. Участок строительства новой дороги на космическом снимке

Так, к примеру, с возникновением усовершенствованного объезда города либо иного населенного пункта ветхая дорога утрачивает собственный значение, появляются участки менее применяемые, с закинутым не наезженным покрытием. Эти особенности должны отыскать собственный отражение и в графе дорог, в частности участкам графа направляться понизить класс, скорость, тип, перевести некогда главное шоссе в малую улицу, грунтовую дорогу, полевую либо пешеходную тропу, а вероятно а также перекрыть участок для проезда, к примеру при строительства нового моста рядом со ветхим либо тоннеля под железной дорогой, и участок на месте уже бывшего ЖД переезда исключить из маршрутизации.

Большим нюансом для обновления есть сравнение разновременных снимков одной и той же местности. Это разрешает не только лучше осознать дорожное развитие территории, но и, в некоей степени, предвидеть  расширения и развитие дорожной сети и транспортной инфраструктуры.

НЕСПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПРАВИЛА Применения ДАННЫХ ДЗЗ ДЛЯ АВТОНАВИГАЦИОННЫХ КАРТ

На основании рассмотренных  аспектов и примеров применения космических снимков для и обновления автонавигационных карт возможно сделать пара практических выводов. Изображения Почвы из космоса в значительной мере облегчают труд картографов в части обновления и составления картографической базы и своеобразных тематических слоев.

Применяя снимки возможно существенно снизить затраты на дорогостоящее полевые работы и полевое оборудование топографов и геодезистов, трудящихся на местности с точными устройствами и ветхой картографической базой. Большой процент конечной информации для картографической базы вероятно взять применяя космические снимки только в качестве подложки для цифрования топографических объектов. Во многих случаях снимки большого разрешения разрешают  воссоздать фактически полную  актуальную дорожную обстановку в кодах и линиях дорожного графа.

К сожалению, какого именно бы большого разрешения ни был снимок, он постоянно останется таковым с свойственными ему особенностями, затрудняющими дешифрирование (наклон строений, облачность, растительность и т. д.).  Исходя из этого, взяв предельное число информации, нужно проверить и уточнить оказавшийся «полуфабрикат» в поле. Снимки кроме этого имеют негативное для картографирования свойство устаревать, терять актуальность .

Дорожная ситуация, символы, разметка — достаточно динамичные элементы, они всегда меняются и чтобы обладать актуальной дорожной обстановкой нужно систематично выезжать в поле в целях уточнения и обновления графа перемещения. Особенно критично это в городах, где  процесс развития, усовершенствования, соответственно, и реструкуризации дорожного перемещения перманентен.

Обстановка с обеспечением автонавигационными картами разных регионов России имеет не только собственные макрорегиональные особенности, но и отражает специфику развития автонавигации в областях страны и разных регионах. Региональные изюминки карт обусловлены уровнем экономразвития территории, ее освоенностью, чертями совокупностей расселения (значительно различающейся плотностью населения, наличием наибольших муниципальных агломераций и т. д.), изученностью территории, спецификой потребительских требований и рядом вторых изюминок.

Использование ГИС и данных дистанционного зондирования Земли для охраны природы


Подобранные по важим запросам, статьи по теме: