В данной статье рассматривается создание цифровой модели местности, цифровой модели рельефа и ортофотоплана по данным выполненной аэрофотосъёмки и обработки первичных данных.
Ключевые слова: глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС), аэрофотосъемка (АФС), геоинформационные системы (ГИС), лидар,цифровая модель местности (ЦММ), программное обеспечение.
This article discusses the creation of a digital terrain model, a digital terrain model and an orthophotoplane based on the data of aerial photography and processing of primary data.
Keywords: global navigation satellite system (GNSS), aerial photography (AFS), geographic information systems (GIS), lidar, digital terrain model (DMM), software.
Введение. Внастоящее время наблюдается активное развитии геодезии как в Республике Казахстан, так и во всём мире. Само развитие происходит за счёт изобретения новых приборов, улучшения старых, а также программного обеспечения, которое сокращает затраченное время на выполнение геодезических работ. Современная геодезия играет ключевую роль в проектировании как в строительстве, так и в других областях, требующих точных пространственных данных. Эффективное использование современных технологий в геодезии, таких как лазерное сканирование, глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС), аэрофотосъемка (АФС) и геоинформационные системы (ГИС), позволяет получать точные и высококачественные пространственные данные для различных целей. Эти данные не только помогают в планировании и разработке проектов, но и способствуют принятию обоснованных решений на основе объективных фактов. Важной частью процесса является создание цифровых моделей местности (ЦММ), классификация облака точек и формирование ортофотопланов. Эти шаги необходимы для получения точных и достоверных данных, которые находят применение во многих сферах, от градостроительства до охраны окружающей среды [1–3].
Кроме того, эти данные в свою очередь важны для земельного кадастра: ортофотоплан помогает определять границы земельных участков, или же осуществлять мониторинг использования земель. ЦММ и ЦМР позволяют оценить ландшафт объекта, предотвратить природные риски и т. д., а облако точек даёт возможность точно измерить площадь объектов, как земельных участков, так и отдельных строений.
В данной статье описана полная обработка результатов комплексной аэрофотосъёмки и данных лидара для получения высокоточной карты территории и детальной модели рельефа. С помощью этих данных мы изучили погрешности между данными в АИС ГЗК и данными, которые были получены в ходе работы. Помимо этого, с помощью облака точек лидара измерили площадь земельного участка и недвижимого имущества, сравнив точность данных с тем же АИС ГЗК. Кроме того, будет выполнен анализ результатов, с минусами и плюсами ЦММ, созданной по облаку точек с фотоснимков, и созданной по облаку точек с лидара.
В качестве исследуемого объекта был выбран земельный участок под строительство ветрогенераторов, который находится неподалеку от г. Хромтау. Для решения данной задачи и осуществления цели было использовано при обработке полевых данных программное обеспечение Agisoft Metashape и GlobalMapper.
Общие сведения об объекте исследования. Объект находится в Актюбинской области, Хромтауском районе, и частично в самом г. Хромтау. Изначально в 1940 году Хромтау был создан как городок, благодаря Донскому горнообогатительному комбинату. Город Хромтау является сердцем Хромтауского района, и по совместительству городом районного значения. Хромтау расположен в протяженности 86 км от областного центра города Актобе, а также в бассейне рек Сармыза и Ойсылкара. Своё название город получил благодаря самому крупному на планете (после аналогичного в ЮАР) залежи хромовой руды, при этом в руде, расположенной в г. Хромтау имеется большее содержание хрома, нежели в руде ЮАР. Город с прилегающей к нему территорией расположен в сухой степной зоне и с каштаново-коричневой почвой. В составе данной почвы встречаются песчаный песок и также части горных пород. Климат территории является резко континентальным, зимой на климат района влияет проходящий сибирский антициклон, в летнее время свободно достигает субтропический воздух пустыни. В зимний период температура доходит до -20–22 С, а в летнее время до +20–25 С. Среднее по году количество осадков доходит в пределах 350–450 мм. Средняя скорость ветра доходит до 8 м/сек.
Методика проведения комплексных инженерно-геодезических изысканий. Комплексные инженерно-геодезические изыскания осуществляются для сбора всесторонних данных о территории и объектах на ней, прежде чем начать строительные работы. На рисунке 1 указаны основные методы, используемые при выполнении комплексных инженерно-геодезических изысканий, содержат в себе:
Рис. 1. Методы при проведение комплексных инженерно-геодезических изысканий
Обработка данных. Вгеодезии, цифровая модель местности (ЦММ) играет важную роль в различных аспектах измерения, анализа и планирования. Для создания ЦММ по облаку точек ВЛС была использована программа Agisoft Metashape
Agisoft Metashape Professional представляет из себя программу, которая даёт возможность по максимуму раскрыть все возможности фотограмметрии. Agisoft несет в себе технологии алгоритмического обучения с целью оценки и постобработки, что обеспечивает получение результатов с высочайшей точностью.
Программа может экспортировать все виды файлов практически во все форматы для постобработки, что делает Agisoft Metashape Professional всесторонним фотограмметрическим инструментом. Перед построением цифровой модели местности нам необходимо загрузить наши полевые данные в новый проект. При съёмке лидар разделил облако точек на небольшие файлы размером до 200мб, поэтому загружаем их все в проект и объединяем в одно плотное облако. Такие же действия выполняем с другими данными съёмок [4].
После этого во вкладке «Обработка» запускаем «Построить ЦММ». Спустя небольшой промежуток времени ЦММ было построено. Но нас также интересует и ЦМР. ЦМР — это также математическое моделирование поверхности Земли или её фрагмента, выполненное с использованием компьютерных технологий и представленное в цифровой форме, но содержит только информацию о рельефе. Отличие от ЦММ заключается в том, что на ЦММ видны все строения и растительность, что не скажешь о ЦМР.
Для того, чтобы построить ЦМР, нам необходимо выполнить классификацию облака точек. Рассмотрим две программы для этого: Global Mapper и Agisoft Metashape.
Для классификации в Global Mapper необходимо подготовить облако точек для программы. После экспорта облака точек мы загрузили их в Global Mapper. При загрузке в программу на главный экран выходит диалоговое окно с выбором системы координат и геоида. Выставив необходимые значения выполнили классификацию облака точек. После классификации облака точек, мы экспортируем данные в формате.las и загружаем их в Agisoft Metashape для построения ЦМР.
В данной работе мы создаем Ортофотоплан в программе Agisoft Metashape.
После выравнивания снимков построилось предварительное облако точек, с помощью которого уже можно построить цифровую модель местности, но она будет с очень низкой точностью. Расположение опорных точек обуславливается через их проекции на первичных снимках. Для понятия расположения маркеров в пространстве пользователю требуется указать их местонахождение минимум на 2 снимках. Чем больше задано на снимках проекций маркера, тем больше точность позиционирования. Для того чтобы добавить маркера в наш проект, выбираем «Импорт привязки» и выбираем наш файл с маркерами. Программа имеет возможность добавления маркеров через импорт, но при этом возможен только один формат добавления. После добавления маркеров выбираем M1 и фильтруем снимки по маркерам [5, 6]
После оптимизации камер было выполнено построение облака точек среднего качества. На рисунке 2 показано данное облако точек в Agisoft Metashape.
Рис. 2. Общий ортофотоплан
Далее была построена общая цифровая модель местности (ЦММ). После построения ЦММ уже было построен ортофотоплан. На рисунке 3 показано готовый ортофотоплан.
Готовый ортофотоплан предоставляет нам точное и свободно масштабируемое изображение снятого нами объекта с привязкой к координатам. С помощью ортофотоплана мы можем свободно изучить всю ситуацию видом сверху, рассмотреть наземные коммуникации, строения и т. д. Ортофотоплан также служит важным инструментом для научных исследований и образовательных целей, предоставляя детализированные данные о поверхности Земли [7, 8].
Рис. 3. Цифровая модель местности (ЦММ)
Заключение. Вданной работе было рассмотрено выполнение комплексных инженерно-геодезических изысканий территории по данным аэрофотосъемки на объекте под строительство ветрогенераторов. Описаны комплексные инженерно-геодезические изыскания, рассмотрена подготовка и проведение аэрофотосъёмки, и вместе с этим подробно изучено построение ЦММ, ЦМР и ортофотоплана. По полученным данным также был проведен анализ точности, плюсов и минусов данных и доступности.
Аэрофотосъёмка с применением лидара позволяет наглядно увидеть неточности рельефа, что тяжело заметить при выполнении работ нынешним оборудованием, а также без проблем измерить площадь здания, учитывая все углы и неровности стен.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Комитета Науки Министерства науки и высшего образования РК (ГФ ИРН № АР23489372).
Литература:
- Земельный кодекс Республики Казахстан. Кодекс Республики Казахстан от 20 июня 2003 года № 442. https://zakon.uchet.kz/rus/docs/K030000442 _
- Постановление Правительства Республики Казахстан от 4 июня 2003 года N530 «Об утверждении Правил регистрации, учета и выдачи разрешений на проведение аэросъемочных работ» https://adilet.zan.kz/rus/docs/P030000530_
- С. А. Чудинов «Технология аэрофотосъёмки при изысканиях автомобильных дорог» Екатеринбург, учебное пособие УГЛТУ, 2020. — 7–11 с.
- Norhayati Ngadiman, Masiri Kaamin, Suhaila Sahat, Mardiha Mokhtar, Nor Farah Atiqah Ahmad, Aslila Abd Kadir, Siti Nooraiin Mohd Razali «Production of orthophoto map using UAV photogrammetry: A case study in UTHM Pagoh campus» 2018. — 3 p.
- Шовенгерд Р. А. «Дистанционное зондирование. Модели и методы обработки изображений» М.: Техносфера, 2018. — 402 с.
- Руководство пользователя Agisoft PhotoScan: Professional Edition, версия 1.5. 2019. — 27 с.
- Титовская М. А. «Построение цифровой модели местности как основа для разработки информационных моделей транспортных сооружений» 2021. — 88 с.
- Кайрат У. Э., Тыныбекова А. Т., Исмаилов Н. Ы., Родионова Е. Г. «Создание ортофотоплана с использованием беспилотного летательного аппарата», 2022. — 13–19 с.
