Место и роль географических информационных систем (ГИС)

Общая технологическая схема создания тематических карт природных (земельных) ресурсов

Создание первичных планов и карт в большинстве случаев выполняется в настоящее время двумя методами: по результатам наземных геодезических съемок и, в большинстве случаев, с ис­пользованием материалов дистанционного зондирования местно­сти. К таким материалам относятся полутоновые как цветные, так и черно-белые космические или аэрофотоснимки, полученные с помощью различных аэрофотосъемочных систем, устанавливае­мых на борту искусственных спутников Земли, космических станциях, самолетах, вертолетах, дельтапланах и пр.

Комплекс работ по созданию земельно-ресурсных (в том числе и земельно-кадастровых) карт осуществляется по определенной технологической схеме, обобщенная блок-схема которой представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Блок-схема создания земельно-ресурсных карт 6

На данной блок-схеме отчетливо просматриваются несколько отдельных крупных блоков (подсистем), основными из которых являются:

- фотограмметрическая подсистема, при помощи которой осуществляется ввод и преобразование полутоновых цветных или черно-белых фотоматериалов в цифровой вид, их последующая обработка и выдача конечной продукции в виде ортофотопланов (полутоновые изображения участка местности в ортогональной проекции) или штриховых кадастровых планов;

- подсистема цифрования ортофотопланов и карт, при помощи которой преобразуются в цифровой вид уже имеющиеся планы и карты;

- подсистема цифровой обработки, хранения и отображения картографической информации, которая служит для создания цифровой модели местности (ЦММ), путем преобразования растровых изображений в векторную форму, формирования те­ матических слоев, создания специальных хранилищ информации (баз данных) и электронных карт, выдачи готовой продукции в виде цветных земельно-кадастровых и других тематических карт.

Последние две подсистемы будут являться предметом под­робного рассмотрения в последующих главах данного пособия, поэтому кратко остановимся на отдельных процессах, которые включает в себя фотограмметрическая подсистема. Это:

аэрофотосъемка;

геодезические работы по планово-высотной привязке опорных точек (опознаков);

фотограмметрическая обработка.

1. Аэрофотосъемку выполняют, как правило, аналоговыми аэрофотоаппаратами, в результате чего получают негативы, с ко­торых контактным или проекционным способами изготавливают фотоотпечатки на бумаге или диапозитивы на прозрачных неде­формирующихся пленках. В последние годы на рынке появились так называемые цифровые аэрофотокамеры, при помощи которых возможно получить непосредственно в процессе фото­графирования цифровое фотоизображение местности и передать его для последующей обработки в компьютер, минуя стадию не только фотохимической обработки, но и стадию сканирования, т.е. преобразования фотоизображения в цифровой вид. Они работают как обычные фотокамеры, но вместо пленки в них исполь­зуется светочувствительный элемент, преобразующий изображе­ние в электрические сигналы. После кодирования сигналов они запоминаются в памяти камеры, откуда их можно в любое время переписать на компьютер. Далее можно обработать фотоснимки с помощью графических редакторов и распечатать их на принтере. Имея качественную фотокамеру, можно отказаться от использо­вания сканера и копировального устройства.

В настоящее время ввод аналоговых фотоизображений осу­ществляется преимущественно сканированием фотоматериалов, в качестве которых используются как отдельные негативы или диапозитивы, так и рулонные аэрофильмы.

Сканеры для обработки аэрофото- и космических снимков достаточно дороги. К ним предъявляются очень высокие требо­вания: разрешение до 10 мкм, точность 2-3 мкм (0,02-0,03 мм), формат 24 х 24 см. При этом следует учитывать, что в некоторых сканерах используется разное разрешение по горизонтали и по вертикали. Широко распространенные сканеры Hewlett Packard достаточно надежны и просты в использовании. Из дешевых ска­неров следует отметить устройства, производимые фирмой Mustek,

На рисунке 3 представлена последняя модель фотограммет­рического сканера Photoskan-2001 корпорации Z/I, которая обра­зовалась от слияния двух мощнейших фирм Zeiss (Германия) и Intergraph (США).

Рис. 3. Фотоскан-2001

Фотоскан-2001 обладает наилучшими на сегодняшний день точностными характеристиками, например, инструментальная средняя квадратическая ошибка составляет величину 2 мкм.

2. Геодезические работы выполняются с целью определения планово-высотных координат некоторых наземных точек (опознаков), которые при дальнейшей фотограмметрической обра­ботке используются для «привязки» всех фотоматериалов к мест­ности. Именно планово-высотные данные, полученные на этом этапе, задают требуемую систему координат и проекцию, в кото­рой в дальнейшем будут созданы планы и карты.

В настоящее время для определения геодезических коорди­нат широкое применение получила система спутникового пози­ционирования (GPS — аппаратура) (рис. 4). Ее использование по­зволило существенным образом упростить геодезический про­цесс, получая координаты опознаков с требуемой точностью, но значительно быстрее, чем при использовании традиционных гео­дезических приборов (теодолитов, электронных дальномеров, та­хеометров и т.п.).

Рис. 4.

3. Фотограмметрическая обработка включает в себя такие процессы:

- как аналитическую фототриангуляцию, т.е. способ определения по опорным точкам координат других точек местности фотограмметрическими методами. В результате получают не только искомые координаты точек местности, но и так называемые элементы внешнего ориентирования модели, которые позволяют определить пространственное положение стереомодели в момент фотографирования. В последнее время элементы внешнего ориентирования стали определять непосредственно во время аэрофотосъемки, используя уже упоминавшиеся выше GPS-приемники;

- как векторизация (цифрование) объектов по стереомодели или цифровая стереофотограмметрическая обработка с одновременным дешифрированием этих объектов и представлением их в принятых условных обозначениях (рис. 5);

- как получение цифровой модели рельефа (рис. 6 а) и создание на ее основе цветных или черно-белых ортофотопланов (рис. 6 б).

Рис.5

Рис. 6

Описанная выше технология создания ортофотопланов по материалам дистанционного зондирования местности и необхо­димые для ее реализации фотограмметрические и картографиче­ские программно-технические средства широко применяется ны­не во всех производственных подразделениях УФГП Госземкадастрсъемка (ВИСХАГИ) и доказала свою жизнеспособность в ус­ловиях рынка.

Как видно из приведенной блок-схемы, центральным ядром общей технологической схемы является подсистема цифровой обработки, хранения и отображения графической информации.