Е.С. Бойко, директор по картографии и ГИС ООО «СКИП», г.Краснодар.

(по материалам публикации в журнале «Инженерные изыскания», № 3, 2009г)

На сегодняшний день перед проектными организациями остро стоит вопрос оперативного получения высокоточных данных о Земле для решения задач обоснования инвестиций и проектирования различных объектов, от автомобильных и железных дорог до градостроительства и обустройства месторождений полезных ископаемых. Потребности в качественной топографической основе все время возрастают, а сроки на выполнение всего комплекса изыскательских работ сокращаются. Кроме того, современные рыночные  отношения заставляют искать и использовать то новое, что может способствовать улучшению качества работ при одновременном сокращении затрат времени, и, следовательно, повышать конкурентоспособность предприятия.

Благодаря активному развитию технологий за последние годы, разработано и используется несколько основных методов получения и обработки данных дистанционного зондирования (Рис.1).

Рисунок 1. Методы получения информации о поверхности Земли

Активно развиваются и совершенствуются космическая съемка, аэрофотосъемка, лазерное сканирование, использование спутниковых навигационных систем в  геодезии, а также методы обработки данных и соответствующее программное обеспечение.

Космические методы исследования Земли получили широкое распространение еще в 90-х годах прошлого века. Оперативность, крайнее многообразие данных, относительно невысокая стоимость – далеко не полный перечень достоинств космических методов исследований. Однако недостаточное пространственное разрешение и ряд технических ограничений не позволяют использовать эти данные при создании топографического материала крупнее 1:10000 - 1:25000. Причем при работе с этими масштабами совокупные затраты на проведение всех работ, включая полевые, оказываются сопоставимы с проведением аэрофотосъемки, а по соотношению цена – качество – сроки даже в некоторых случаях уступают последней (рис.2). И все-таки, наличие обширных банков детальных космических снимков, возможность заказа съемки с нескольких спутников, развитие современных сетевых сервисов способствуют увеличению интереса к изображениям из космоса. Развитие данного метода идет по пути совершенствования космических аппаратов и их сенсоров, получения все более детальных снимков не только видимого диапазона, но и в различных частях спектра, а также развития радиолокационных съемок. Не отстает здесь и развитие программного обеспечения для обработки космических данных. Автоматизация многих процессов ведет к сокращению затрат времени и количества необходимых для обработки специалистов. Наша организация использует детальные космические снимки при обновлении картографического материала масштабов 1:25000 и мельче, а также для оценки местности и планировании работ при проведении аэросъемок.

Рисунок 2. Результаты детальной космической (слева) и аэрофотосъемки (справа). На снимках здание рынка, г. Краснодар

Аэрофотосъемка – самый старый, но не менее актуальный сегодня метод ДЗЗ. Возникший практически с момента появления воздухоплавания, сегодня этот метод переживает второе рождение благодаря переходу на цифровые технологии. Разнообразие технических решений позволяют получать не только фотографии в привычном представлении, но и гиперспектральные изображения, оптические сканы, тепловизионные изображения местности. Использование современных навигационных систем упрощает получение элементов внешнего ориентирования снимков и тем самым кардинально сокращает наземные геодезические работы по обеспечению съемки. Программное обеспечение и мощность персональных компьютеров последнего поколения позволяют обрабатывать огромные массивы данных в считанные часы. Камеральные работы, на которые еще 5 лет назад 20 человек тратили 1 месяц, сегодня успешно решаются 2 специалистами за 4-5 дней, и это время с ростом производительности ПК будет сокращаться.

Аэрофотосъемка продолжает оставаться одним из главных методов получения данных для создания крупномасштабных топографических планов и карт. Однако некоторые «детские болезни» данного метода все еще актуальны. К ним относятся невозможность точного определения высоты местности под сплошным пологом леса, необходимость полевых работ по обеспечению съемки, зависимость от погодных условий и состояния освещения (угла падения солнечных лучей). Фотограмметрическая схема работ при необходимости используется и для уточнения ортофотопланов масштаба 1:500 при выполнении работ методом воздушного лазерного сканирования и цифровой аэрофотосъемки.

Спутниковые навигационные системы активно используются в современной геодезии как для развития сетей, закладки геодезических пунктов так и для непосредственного получения координат объектов. Развитие данного метода идет по трем направлениям: совершенствование орбитальных аппаратов, запуск новых спутников и целых группировок (системы GLONASS, GALILEO) – первое. Развитие наземного обеспечения, которое заключается в уточнении моделей ионосферы, значений эфемерид, совершенствовании математического аппарата всех расчетов. И третьей составляющей является собственно пользовательская часть – создание более точных, быстрых и защищенных приемников, создание и развитие сетей постоянно действующих станций, совершенствование программного обеспечения по обработке измерений (рис.3).

Рисунок 3. Камеральные и полевые геодезические работы.

Одним из наиболее передовых и продуктивных методов ДЗЗ является лазерное сканирование местности. Причиной активного развития данной технологии во всем мире являются такие факторы, как высокая точность и подробность получаемых данных, оперативность съемки и обработки, получение данных (и производных материалов), принципиально отличных от других методов, с одновременным получением и общеизвестных данных (например, аэрофотоснимков) (Рис.4). Подробно сущность метода была описана автором в февральском номере «Инженерных изысканий» за 2008 год.  Повторим лишь краткое определение: метод лазерного сканирования (лазерной локации) сводится к получению пространственно определенной модели местности, состоящей из точек лазерного отражения («облака точек»), описывающих как поверхность земли, так и все расположенные на ней объекты в виде координат XY  и аппликаты Z, которые имеет каждая полученная точка.

Рисунок 4. Результаты воздушного лазерного сканирования и цифровой аэрофотосъемки.

ООО «Северо-Кавказский институт проектирования» специализируется на проведении инженерно-топографических работ методом воздушного лазерного сканирования и цифровой аэрофотосъемки. Собственное оборудование позволяет самостоятельно выполнять весь  цикл работ, от получения задания и планирования полетов, до выпуска цифровых и бумажных инженерно-топографических планов и карт. Фактически конечным продуктом обработки данных лазерного сканирования становится не только цифровой топографический план. Заказчик получает трехмерную модель рельефа, которая без каких-либо доработок используется при проектировании. По дополнительным требованиям на основе данных лазерного сканирования предоставляется информация о высоте деревьев (с детальностью вплоть до каждого дерева при необходимости), столбов ЛЭП, провисах проводов, профилях дорожного покрытия и т.д. Использование лазерного сканера многократно расширяют возможности дешифровщика по сравнению с традиционной аэрофотосъемкой, что положительным образом сказывается на качестве, полноте и достоверности  планов и карт, созданных на основе лазерных данных.

Развитие данного направления идет, как и в описанных выше методах, по пути совершенствования оборудования и способов обработки получаемых материалов. Нашими специалистами разработаны собственные алгоритмы обработки данных лазерной съемки, что позволяет выполнять большие объемы работ в сжатые сроки и с хорошим качеством.

Несомненным преимуществом по сравнению с традиционными дистанционными способами получения данных о Земле, такими например, как стереофотосъемка, является возможность получения информации о рельефе под пологом растительного покрова и возможность точного позиционирования в условиях отсутствия или недостаточности ориентиров (пустыни, степи, сплошные массивы леса, тундра и т.д.). Регистрация отражений как от первого на пути распространения лазерного импульса объекта (например, листьев деревьев), так и от самого дальнего (обычно от поверхности земли) делает возможным получение рельефа земной поверхности под пологом растительности, а использование спутниковых GPS\ГЛОНАСС геодезических приемников и бортового навигационного комплекса обеспечивает пространственную точность.

Кроме того, времени от проведения съемки до выпуска конечной продукции требуется значительно меньше, чем при стереофотограмметрической  или тахеометрической съемке, а затратные полевые геодезические работы сведены к минимуму. За счет автоматизации процессов получения и обработки данных снижается и влияние так называемого «человеческого» фактора на точность и релевантность конечной продукции.

К общим проблемам применения современных методов ДЗЗ относится также отсутствие актуальной нормативной базы, которая была адекватна технологическим возможностям получения и обработки пространственных данных. Большинство до сих пор используемых нормативных документов были созданы, когда целого ряда методов просто не существовало или они находились в зачаточном состоянии. Таким образом, их применение оказывается ничем не регламентировано, а адаптация технологии работ к старой нормативной базе не только приводят к значительному удорожанию, но и в ряде случаев к ухудшению качества полученных материалов (искусственному огрублению  данных).