Создание фрагмента ортофотоплана с использованием ПО "ЦФС-Талка"

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» (ННГАСУ)

Факультет архитектуры и градостроительства

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Фотограмметрия и дистанционное зондирование»

на тему: «Создание фрагмента ортофотоплана с использованием ПО «ЦФС-Талка»

Студент

Емельянова М.А.

Нижний Новгород, 2014

Содержание

Введение

Раздел 1. Построение и уравнивание фотограмметрической сети

.1 Создание и настройка проекта в ПО «ЦФС-Талка»

.2 Внутреннее ориентирование

.3 Взаимное ориентирование

.4 Блочная фототриангуляция

Раздел 2. Цифровое моделирование рельефа

.1 Общие сведения о цифровой модели рельефа

.2 Подготовка к созданию ЦМР

.3 Создание орографических линий в стереорежиме

.4 Создание ЦМР

Раздел 3. Изготовление фрагмента ортофотоплана

Заключение

Список используемой литературы

Приложения

Введение

Фотограмметрия - техническая наука о методах определения метрических характеристик объектов и их положения в двух- или трехмерном пространстве по снимкам, полученным с помощью специальных съемочных систем.

Основная задача фотограмметрии - топографическое картографирование, а также создание специальных инженерных планов и карт, например кадастровых. Фотографирование исследуемых объектов и последующая камеральная обработка их изображений вместо самих объектов предопределяют основные преимущества фотограмметрических и стереофотограмметрических методов исследований перед другими. Эти преимущества фотограмметрии обеспечили применение ее методов в самых разнообразных отраслях науки и техники: в геодезии и картографии (для создания планов и карт); в строительстве (для контрольных измерений и исследования деформации сооружений); в архитектуре (для съемки исторических памятников); в астрономии и космонавтике (для определения положения космических объектов и картографирования планет); в военно-инженерном деле (для определения координат цели, траектории и иных параметров полета снаряда и пр.) и т.д.

Цель нашей работы заключается в создании фрагмента ортофотоплана с помощью программного обеспечения «ЦФС Талка». Для этого предстоит решить следующие задачи:

.Создать проект и провести внутреннее ориентирование снимков

.Выполнить взаимное ориентирование снимков

.Рассчитать блочную фототриангуляцию

.Создать классификатор и легенду

.Выполнить рисовку орографических линий в стереорежиме

.Построить цифровую модель рельефа

.Построить фрагмент ортофотоплана М 1:2000

Исходными данными для выполнения данной курсовой работы являются:

.Стереопара на городскую территорию

.Значения элементов внутреннего ориентирования

.Каталог координат опорных точек и абрисы

Раздел 1. Построение и уравнивание фотограмметрической сети

.1Создание и настройка проекта в ПО «ЦФС-Талка»

«ЦФС-Талка» предназначена для обработки материалов аэросъемки, космосъемки со спутников Ikonos, Quick Bird, SPOT-5, Irs и др., а также любых космических снимков центральной проекции. Помимо одиночных космических снимков «ЦФС-Талка» обрабатывает космические стереопары. Программа обрабатывает снимки, полученные с цифровой камеры, данные наземной фототеодолитной съемки, материалы лазерного сканирования - полноценно, без обращения к другим средствам.

В одном проекте могут быть обработаны разномасштабные снимки, снимки с различными фокусными расстояниями и форматами кадров, одновременно аэро- и космоснимки.

«ЦФС-Талка» позволяет провести полный цикл обработки: от фотоснимков до готовых электронных и бумажных карт и обладает развитыми механизмами контроля и согласованного изменения проекта на любом этапе. Это позволяет существенно снизить трудозатраты и, соответственно, себестоимость продукции.

Выходной продукцией станции «Талка» являются:

фотосхемы, фотопланы, ортофотопланы;

цифровые модели рельефа в виде горизонталей, матрицы высот, треугольников (TIN);

электронные карты и планы.

Для создания проекта необходимо в главной панели меню выбрать «Проект» - «Новый» - имя: «yar» - «открыть».

Для добавления аэроснимков следует выбрать «Фото» - «Добавить фото» - выбрать нужные аэроснимки: 976500 и 975500.

После этого произвести настройку параметров маршрутной схемы в меню «Блок» - «Параметры» и параметров АФА «Задача» - «Внутренние параметры» - «Параметры АФА»:

Фокусное расстояние f= 303,35 мм;

Масштаб 1:2000;

PPS (смещение главной точки к центру КМ) = -0,017; -0,022. (Рис. 1.1)

Рисунок 1.1 - Параметры снимков

.2Внутреннее ориентирование

Внутреннее ориентирование выполняется с целью введения элементов внутреннего ориентирования.

Элементы внутреннего ориентирования позволяют найти положение центра проекции относительно снимка и восстановить связку проектирующих лучей, существующую в момент съемки. К ним относятся координаты главной точки снимка х0, у0, а также фокусное расстояние фотокамеры f.

При внутреннем ориентировании могут быть определены параметры, описывающие систематическую деформацию снимка. Все это необходимо для преобразования результатов измерений из системы координат исходного цифрового изображения в систему координат снимка.

При внутреннем ориентировании снимков вводятся координаты координатных меток через меню «Фото» - «Параметры» - «Координатные метки».

После чего координатные метки на снимке показываем сначала грубо, затем второй раз точно при помощи увеличения снимка. (Рис. 1.2)

Рисунок 1.2 - Координатная метка

Затем производим расчет.

Далее вызываем окно таблицы невязок внутреннего ориентирования, нажав кнопку «Расчет». Невязки не должны превышать м. Невязки в допуске, следовательно, ориентирование выполнено верно. (Рис. 1.3)

Рисунок 1.3 - Таблица невязок внутреннего ориентирования

.3Взаимное ориентирование

Элементами взаимного ориентирования (ЭВзО) называются величины, определяющие взаимное положение пары снимков, при котором соответственные лучи пересекаются.

Пересечение лучей достигается поворотами обоих снимков или поворотами и смещениями одного снимка при неподвижном положении второго. В соответствии с этим различают две системы ЭВзО.

Взаимное ориентирование выполняется по произвольному числу точек в зоне продольного перекрытия через меню «Точки на снимках».

Расположение точек должно удовлетворять следующим требованиям:

-точки должны располагаться по углам, в центре и вдоль верхней и нижней границ блока в перекрытиях с маршрутами смежных блоков;

-на снимках точки должны выбираться вблизи от средней линии поперечного перекрытия, по возможности в зонах тройного продольного перекрытия и не ближе 1 см от краев снимка;

-точками должны служить четко изобразившиеся на каждом из перекрывающихся оцифрованных изображений пересечения и стыки линейных контуров под углами, близкими к прямым, например развилки дорог, троп, углы пашни; запрещается выбирать точки, образованные линиями контуров, пересекающимися под острыми углами, на овальных контурах, затененных участках и переменных контурах;

-точки должны находиться на плоских участках рельефа - ровных площадках, низинах, седловинах; запрещается выбирать точки на крутых склонах, на дне узких оврагов, на острых вершинах и на высоких объектах.

Было поставлено 30 точек. Критерием качества измерений являются остаточные поперечные параллаксы.

После чего пересылаем точки на второй снимок и проверяем их местоположение относительно первого снимка.

Следующим этапом создаем стереопару через меню «Ст.пара». После чего активируем ее и производим взаимное ориентирование. (Рис. 1.4)

Рисунок 1.4 - Таблица невязок взаимного ориентирования

Все невязки в допуске. Допуск 1,0 pix. Значит взаимное ориентирование было выполнено успешно. Таблица невязок взаимного ориентирования представлена в приложении А.

.4Блочная фототриангуляция

Далее выполняется фототриангуляция, в процессе которой стереопара обеспечивается опорными точками. Фототриангуляцией называют способ определения координат точек местности фотограмметрическими методами.

Особенность стереофотограмметрической обработки снимков - необходимость измерения координат на перекрывающихся снимках всех точек, включенных в обработку, т. е. для каждой измеряемой точки необходимо найти соответственную точку на соседнем снимке. В современных программах стереофотограмметрической обработки снимков процесс идентификации соответственных точек автоматизирован. Как правило, оператор один раз вручную отождествляет две соответственные точки. При этом координаты (х1, у1, x2, у2) этих точек на левом и правом снимках определяются автоматически. Разность абсцисс можно принять за средний продольный параллакс р точек стереопары, а разность ординат - за средний поперечный параллакс q тех же точек. В дальнейшем оператор курсором отмечает измеряемые точки лишь на левом снимке стереопары. Для них автоматически определяются координаты (х1, у1) на левом снимке и вычисляются приближенные координаты (x2, у2) соответственных точек на правом снимке:= x1 - p;= y1 - q.

Далее работает программа сравнения цифровых изображений левого и правого снимков вблизи соответственных точек. Участок левого снимка с центром в точке (х1, у1) сравнивается с участком правого снимка с центром в точке (х2, у2). В окрестностях точки (х2, у2) на правом снимке автоматически отыскивается точка, вокруг которой оптическая плотность распределена так же, как на левом снимке вокруг точки (х1, у1). Точность идентификации определяется коэффициентом корреляции: чем больше коэффициент корреляции, тем надежнее идентификация.

Блочная фототриангуляция выполняется с помощью меню «Задачи» - «Ориентирование» - «Блочная фототриангуляция». Затем выполняется расчет невязок в меню «Расчет» (pix) - «Сохранить» имя: block. Все полученные невязки в допуске. Допуск pix. Получена таблица невязок блочной фототриангуляции. (Рис. 1.5; Приложение Б).

Рисунок 1.5 - Таблица невязок блочной фототриангуляции

Раздел 2. Цифровое моделирование рельефа

.1 Общие сведения о цифровой модели рельефа

Цифровая модель рельефа (ЦМР) - это цифровое представление земной поверхности как непрерывного явления, описывающее ее с определенной томностью. Под ЦМР понимают множество точек с известными геодезическими координатами (Xт, Yт, Zт) и правило определения высоты Zт любой другой точки, не входящей в это множество. Точки с известными геодезическими координатами в данном случае принято называть высотными пикетами. Правило определения высоты называют правилом интерполяции высот, или аналитической моделью рельефа (AMP).

Методы построения цифровых моделей рельефа различаются по схемам расположения высотных пикетов и по способам интерполяции высот в промежутках между ними.

По схемам расположения высотных пикетов ЦМР делят на регулярные, полурегулярные и структурные.

В регулярных моделях высотные пикеты расположены в узлах сеток квадратов, прямоугольников или равносторонних треугольников. Недостатком этих моделей является то, что наиболее значимые точки рельефа, находящиеся на линиях тальвегов и водоразделов, перегибах скатов, могут оказаться между узлами сетки и не отобразиться на ЦМР. В связи с этим важно выбрать оптимальный шаг сетки, так как с его увеличением возрастают погрешности ЦМР, а с уменьшением - объем ЦМР, время и средства на ее создание.

В полурегулярных моделях высотные пикеты располагают на поперечниках к заданным линиям. Пикеты могут находиться на поперечниках либо на одинаковых расстояниях друг от друга, либо на перегибах скатов. Полурегулярные ЦМР в основном используют при проектировании трасс линейных сооружений (дорог, линий электропередач, нефте- и газопроводов, и т.п.).

Для наиболее правильного описания характера рельефа меньшим числом высотных пикетов создают структурные ЦМР. В этих моделях положение высотных пикетов определяется структурой рельефа - их выбирают в его характерных точках.

Координаты высотных пикетов, используемых для построения ЦМР, могут быть получены в результате полевых геодезических измерений, по топографическим картам, по результатам воздушного и космического лазерного сканирования, путем стереофотограмметрической обработки снимков.

Для определения отметок точек, находящихся между высотными пикетами, применяют различные способы линейного и нелинейного интерполирования.

При использовании регулярных ЦМР с малым шагом сетки отметки промежуточных точек можно определить двойным линейным интерполированием.

В структурных ЦМР применяют, как правило, линейные методы интерполяции.

Цифровые модели рельефа используют при изготовлении ортофотопланов, для создания оригинала рельефа в горизонталях и как самостоятельный слой в геоинформационных системах (ГИС).

.2 Подготовка к созданию ЦМР

Перед созданием ЦМР необходимо отредактировать классификатор и добавить в него нужные коды. Для этого в меню «Карта» - «Классификатор» - «Редактировать» - «Добавить новый код в конец классификатора» - «Тальвег (водораздел, горизонтали)» (Рис. 2.1)

Затем выбираем геометрический тип, цвет, толщину и рисуем знак дерева. Сохраняем классификатор под именем «yar». После этого «Карта» - «Легенда» - «Обновить по классификатору» - «Сохранить в файл «yar».

Рисунок 2.1 - Редактор классификатора

В опциях на вкладке «Рельеф» выбираем «Показывать горизонтали» (шаг 5 м).

Для выявления грубых ошибок в построении тальвегов и водоразделов необходимо выделить нужный объект и через меню «Карта» - «Профиль контура» получить профиль заданной местности. Профиль местности представлен в Приложении В.

Также необходимо перед созданием ЦМР указать участок, в котором будет рассчитана стереопара. Для этого с помощью кнопки «New» - «Классификатор» - «Рамка рельефа» - «Принять».

.3 Создание орографических линий в стереорежиме

Формы рельефа характеризуются основными орографическими линиями, которые дают представление о степени его расчлененности и составляющие структуру неровностей местности, так называемые - скелетные линии рельефа. К ним относятся: водораздел, тальвег, бровка, подошва. Водораздел - линия или полоса местности, разделяющая поверхностный сток противоположных склонов возвышенности. Тальвег - линия, соединяющая наиболее низкие точки дна долины. Бровка - линия перегиба склона, ниже которой он становится более крутым. Подошва - линия перегиба склона, ниже которой он становится более пологим. Подошвой называют также подножия гор, холмов, обрывов.

Для перехода в стереорежим запускаем программу Stereo for Windows и задаем настройки. (Рис. 2.2)

Рисунок 2.2 - Настройки Stereo for Windows

В режиме 3DMono начинаем рисовку орографических линий, т.е. тальвегов и водоразделов. Рисовка выполняется в специальных очках. Характерные точки ставятся на поверхность путем перемещения с помощью кнопок вверх-вниз. (Рис. 2.3)

Рисунок 2.3 - Рисовка орографических линий

2.4 Создание ЦМР

После создания классификатора, легенды и выбора участка расчета рельефа приступаем к созданию ЦМР. В нашей работе использована регулярная модель рельефа, с последующей оцифровкой орографических линий.

Регулярная цифровая модель рельефа создается в выходной системе координат и представляет собой регулярную решетку, параллельную осям координат, с постоянным шагом по оси X и по оси Y. В узлах этой решетки (не обязательно во всех) заданы значения высоты. Размер решетки по X и по Y не ограничен. Расчет ЦМР производится внутри одной или нескольких областей, ограниченных контурами, заданными оператором. Для задания таких областей в классификаторе выбирается код «Рамка рельефа» (ветвь дерева классификатора «Проект»). Рамки рельефа можно задавать на подложке или на стереопаре.

Далее в меню «Задача» - «Рельеф» - «ЦМР» - выбираем «Создать новую» - «Выполнить». (Рис. 2.4)

Рисунок 2.4 - Задача «Рельеф»

Затем «Рассчитать по контурам класса рельеф» - «Триангуляция» - «Выполнить». После этого «Карта» - «Задачи» - «Рельеф» - «Горизонтали» - «Создать». Задаем код классификатора, устанавливаем шаг горизонталей 5 м. Также задаем код утолщенной горизонтали (каждая четвертая). Далее устанавливаем дополнительные параметры: способ расчета и радиус сглаживания (Рис. 2.5).

Рисунок 2.5 - Параметры горизонталей

Цифровая модель рельефа представлена в приложении Г.

Раздел 3. Изготовление фрагмента ортофотоплана

Ортофотоплан изготавливается как самостоятельный вид топографической продукции и как основа сбора цифровой векторной информации.

Ортофотоизображение - это изображение снимков, трансформированное по элементам внешнего ориентирования и с введенными поправками за рельеф.

Ортофотоплан - фотограмметрическое изображение местности, смонтированное из рабочих площадей ортофотоизображений (трансформированных снимков). Ортофотопланы изготавливаются либо на отдельное землепользование, либо в границах трапеций государственной разграфики.

Исходными данными для ортофототрансформирования являются:

)Элементы внешнего ориентирования;

)Файлы исходных снимков;

)ЦМР, построенная, как правило, в виде регулярной сетки высот со сторонами, параллельными осям координатной сетки.

Принцип изготовления ортофотоплана заключается в делении изображения на отдельные участки, которые называются зонами трансформирования с последующим установлением для каждой зоны своего масштаба проектирования. Зоной является пиксель или группа пикселей.

Ортофотоплан может изготавливаться в виде твердой копии или в цифровом виде.

При ортофототрансформации положение каждого пикселя пересчитывается по формулам аналитического трансформирования с учетом информации о рельефе.

Для начала задаем область. Для этого меню «Окна» - «Подложка» - «Переключиться» - «Прямоугольник» - задаем область. После этого меню «Задачи» - «Фотоплан (сшивка)» - «Параметры выходного растра» - «Блок» - «Создать». (Рис. 3.1)

Рисунок 3.1 - Создание блока

Затем формируем лист ортофотоплана:

)Присваиваем координаты с помощью меню «Лист» - «Координаты листов» и задаем параметры. (Рис. 3.2)

Рисунок 3.2 - Координаты листов

)Задаем размеры листа с помощью меню «Лист» - «Размеры листа» - масштаб 1:2000 и расширение 300 dpi. (Рис. 3.3)

Рисунок 3.3 - Размер листа

Далее производится расчет геометрии преобразований. Ставится галочка «Геометрия преобразований» - «Параметры» - ставится галочка «Ортофотоплан» и «По ЦМР» - «Список снимков для расчета геометрии…».

фототриангуляция рельеф снимок стереорежим

Заключение

В ходе выполнения данной курсовой работы нами были решены следующие задачи:

.Создать проект и провести внутреннее ориентирование снимков

.Выполнить взаимное ориентирование снимков

.Рассчитать блочную фототриангуляцию

.Создать классификатор и легенду

.Выполнить рисовку орографических линий в стереорежиме

.Построить цифровую модель рельефа

.Построить фрагмент ортофотоплана М 1:2000

Список используемой литературы

1. #"justify">Приложение А

Таблица невязок взаимного ориентирования

Приложение Б

Таблица невязок блочной фототриангуляции

Приложение В

Профиль местности

Приложение Г

Цифровая модель рельефа