Лазерное сканирование и цифровая аэрофотосъемка: новый уровень детальности

      Комментарии к записи Лазерное сканирование и цифровая аэрофотосъемка: новый уровень детальности отключены

Лазерное сканирование и цифровая аэрофотосъемка: новый уровень детальности

И. А. Рыльский

Новое в деятельности компании «Совзонд» 

Начиная с 2015 г., компания «Совзонд» решила о начале массированного применения способов цифровой аэрофотосъемки (АФС) и воздушного лазерного сканирования (ВЛС) в практике информационного обеспечения проектов. За счет внедрения указанных способов компания планирует начиная с января 2016 г. предоставлять своим клиентам всю линейку информационных продуктов масштабного последовательности 1:500–1:5000 включительно. Благодаря внедрению указанных способов компания будет предоставлять следующие виды продукции:

  • точные цифровые модели рельефа (ЦМР) в форматах GRID либо TIN, под сечение рельефа от 0,5 до 2,0 м и детальнее;
  • модели относительной высоты строений, лесов, проводов над уровнем рельефа;
  • ортфотопланы в видимом, ближнем инфракрасном (ИК) либо тепловом диапазонах с разрешением 5–20 см;
  • топографические замыслы местности 1:500–1:5000.

Что являются методами  АФС ВЛС?

В конце 1990-х гг. в области способов получения картографических материалов высокой детальности (масштаб 1:5000 и больше) случилось оживление. По большей части оно было вызвано возникновением новых способов дистанционного зондирования Почвы (ДЗЗ) с применением импульсных лазеров. Вместо хорошей аэрофотосъемки потребителям картографической информации была предложена точная лазерно-локационная съемка в сочетании с цифровой аэрофотосъемкой.

Последний вид съемки в будущем будем именовать «воздушное лазерное сканирование», либо ВЛС, что будет подразумевать применение тандема «лазер+фото», потому, что лазерная съемка без аэрофотосъемки используется редко.

Постепенное распространение данного способа в мире и прогресс в области создания цифровых лазерных сканеров и камер стали причиной подробности и эволюции точности приобретаемых по этим материалам данных — от 1:5000 в конце 1990-х гг. до 1:500 к началу 2015 г.

Лазерное сканирование есть разновидностью активной съемки. Установленный на авианосителе (самолете, вертолете) полупроводниковый лазер (трудящийся в импульсном режиме) проводит дискретное сканирование поверхности Почвы и объектов, расположенных на ней, регистрируя направление лазерного луча и время прохождения луча (рис. 1).

Рис. 1. Правила лазерного сканирования с воздуха

Так, удается конкретно локализовать в пространстве точку (точки, в случае если отражений было большое количество), от которой отразился лазерный луч. Текущее положение лазерного сканера определяется посредством точного спутникового приемника, трудящегося в дифференциальном режиме совместно с инерциальной совокупностью. Зная относительные смещения и углы разворота между компонентами обрисованной совокупности, возможно конкретно выяснить безотносительные координаты каждой точки лазерного отражения в пространстве.

Потому, что лазерный сканер испускает много тысяч импульсов в секунду («качая» луч из стороны в сторону и смещаясь вместе с носителем (скажем, вертолетом)), то территория съемки оказывается покрыта множеством точек лазерных отражений, для каждого из которых известны координаты, интенсивность, и порядок отражения (было ли это первое отражение — от самого большого объекта в данной точке, либо последнее — от земной поверхности либо строения). Эти, приобретаемые в следствии совместной обработки лазерной альтиметрии, данных приёмников и инерциальной системы GPS-ГЛОНАСС, являются массивом нерегулярно расположенных точек, для которых известны пространственные координаты, интенсивность отраженного сигнала и последовательность дополнительных параметров.

В один момент с лазерным сканированием ведется аэрофотографирование земной поверхности с применением цифровой камеры, регистрирующей излучение в видимом, инфракрасном, или тепловом либо ИК диапазоне электромагнитного излучения. Аэрофотоснимки регистрируются на бортовом носителе. Наличие правильных меток времени разрешает выяснить элементы внешнего ориентирования камеры и осуществить привязку снимка и коррекцию неточностей за рельеф, за наклоны, кривизну Почвы, и т.п.

Исправленные ортоизображения сливаются в единую бесшовную мозаику. В следствии же автоматизированной обработки точек отражений создается точная ЦМР территории.

Фактор времени

Во многих случаях оперативность АФС-ВЛС возможно, как ни необычно, значительно выше, чем космической съемки.

Это вероятно за счет того, что для АФС-ВЛС нет неприятностей трудиться под тучами, в условиях дымки (она значительно меньше воздействует на уровень качества АФС изображений, чем на космоснимки, и по большому счету не воздействует на эти лазерного сканирования).  Для последовательности районов нашей страны нехорошая погода есть нормой, в особенности — в бесснежный сезон. Это — фактически все побережье арктических морей, Курильский острова и Камчатка, побережье Охотского моря, горные районы Сибири и ряд других районов.

Помимо этого, большая очередь клиентов космосъемки (прежде всего, на совокупности очень высокого разрешения) может затянуть съемочный процесс на пара месяцев без возможности как-либо его улучшить. При всем жажде сам факт ограниченности числа космических аппаратов, фиксированности их орбит и невозможность посмотреть под облака делают неосуществимым ускорение работ.

АФС-ВЛС, наоборот, разрешают применять астрономические и климатические изюминки полностью. Так, в полярных районах вероятно использование в один момент нескольких совокупностей (до 5 в один момент) и работа весь день без перерывов в условиях полярного дня. К сожалению, космическая съемка в этом случае не имеет возможности воспользоваться этими преимуществами.

Что видно?

Разумеется, что производительность этих совокупностей не уступает хорошей аэрофотосъемке (наряду с этим включает получение многозональных фотоматериалов), а по цене — не превосходит ее. Но сокровище этих данных значительно выше, чем у хорошей аэрофотосъемки.

Как пример разглядим съемку лесных районов. На материалах с плотностью 4 точки на 1 кв. м (под масштаб 1:1000) легко различимы в 3Д-режиме (другими словами легко по форме, без спектральных показателей) кроны лиственных и хвойных деревьев с учетом самые высоких точек дерева. Кроме того эти с плотностью 2 точки на 1 кв. м (под масштаб 1:2000, рис. 2) хорошо подходят для  применения при обновлении материалов лесоустройства всех категорий таксации.

  Эти под масштаб 1:5000 (0,5–1,0 точки на 1 кв. м) совершенны для применения при уточнении результатов, взятых по моделям хода роста.

Рис. 2. Пример лазерного сканирования леса с плотностью 4 точки/м2. Красная линия – ось профиля (рис. 3)

Рис. 3. Профиль (по красной линии на рис. 2). Прекрасно видно различие крон каждого дерева и поверхность рельефа под кронами

Не считая воздушного лазерного сканирования, ни один из использующихся на сегодня способов ДЗЗ не владеет одновременной возможностью приобретать и видимую поверхность поверхность и крон рельефа. Вправду, оптико-электронное наблюдение дает нам данные о видимой поверхности (кроны), оставляя рельеф невидимым. Радарная съемка — напротив.

Лишь воздушное лазерное сканирование сочетает в себе лучшие черты каждого из способов, владея наряду с этим субдециметровыми точностями измерения высоты. Как раз именно поэтому свойству, воздушное лазерное сканирование — один из немногих способов, разрешающих взять правильные геометрически параметры каждого дерева из главного яруса растительности.

Мифы о стоимостях

Одним из главных мифов последних лет, окружающих лазерное сканирование, есть миф о его чрезмерной дороговизне. Так вправду было в недалеком прошлом.

Но за последние 12–14 лет (десятилетие?) разработка прошла путь от совокупностей, имевших возможность съемки с охватом в 300–500 м и средней расстоянием между точками лазерных отражений  в 1–1,5 м до совокупностей, снабжающих среднюю расстояние между точками лазерных отражений (аналог размера пиксела для фотоснимков) на уровне 20–40 см при ширине охвата в пара километров). Это не имело возможности не сказаться на себестоимости и производительности работ.

Так, к примеру, совокупность Riegl Q1560 разрешает вести работу с высоты 2800 м при скорости сканирования 800 000 точек в секунду, что при скорости носителя около 160 км/ч (Ан-2, Ми-8) разрешает вести съемку в полосе шириной в 3000 м, давая наряду с этим плотность в 4 точки на 1 кв. м (средняя расстояние — 50 см), что достаточно для создания картографических материалов масштаба 1:1000, и пригодно для лесоустроительных работ всех видов. Производительность работ наряду с этим образовывает около 450 кв. км в час.

Конечно, наряду с этим имеет суть вести параллельную цифровую аэрофотосъемку в видимом и инфракрасном диапазонах, поскольку  все совокупности воздушного лазерного сканирования комплектуются камерами среднего формата, разрешающими приобретать снимки с применением ближнего инфракрасного и видимого диапазонов. С указанных высот — от 2800 до 4000 м — разрешение фотоматериалов составит от 25 до 35 см кроме того без применения широкоформатных камер. При применении широкоформатных камер разрешение возможно увеличено до 15–22 см.

При применении более скоростного носителя, к примеру, Ан-30, вероятно ведение работ и с громадных высот — до 4000 м. Наряду с этим будет достигнута производительность до 1000 кв. км в летный час (плотность — 2 точки на 1 кв. м, средняя расстояние — 70 см, под масштаб 1:2000), а также 1500 кв. км  — под масштаб 1:5000 (0,7 точки на 1 кв. м, средняя расстояние 1,2 м).

Вправду, в случае если создавать сравнение цены новой космической съемки большого разрешения (0,5 м) и аэрофотосъемки (с разрешением 0,2–0,3 м), то возможно убедиться, что средняя себестоимость космосъемки на сегодня образовывает около 1200 руб. за 1 кв. км, а себестоимость воздушного лазерного сканирования с геопривязкой и уравниванием — около 3500–8000 руб. за 1 кв. км (в зависимости от региона). Нетрудно видеть, что аэрофотосъемка дороже, но приобретаемая наряду с этим детальность данных в 4–6 раз выше, чем по космическим данным.

Напомним, что с конца 2014 г. дешёвы заказы на космическую съемку с разрешением около 30 см (со спутника WorldView-3) по цене около 3500 руб. за 1 кв. км, что, возможно, составит борьбу данным аэрофотосъемки с разрешением 0,25–0,30 м как по информационной сокровищу, так и по цене. Но громадная загруженность данного аппарата вряд ли разрешит в ближайщее время создавать массированные съемки громадных территории РФ.

3d лазерное сканирование


Подобранные по важим запросам, статьи по теме: