Фотограметрията и дистанционните изследвания в Турция

Ст. н. с.  д-р инж.  Иван  Кацарски

Целта на тази статия е да запознае геодезическата ни колегия с дейностите, развитието и организационното състояние на фотограметрията, дистанционните изследвания и географската информационна система в съседна Турция, чиято територия е 7 пъти по-голяма от България и населението й е 10 пъти повече от това на нашата страна.

Статията е написана по материали от ХХІ Конгрес на Международното дружество по фотограметрия и дистанционни изследвания (ISPRS), състоял се в Пекин през юли 2008 г., както и въз основа на личните впечатления на автора от докладите и демонстрациите по време на конгреса.

Статията е структурирана в два основни раздела: Технически дейности и Образование и наука.

Първият раздел включва: топографска продукция, фотограметрия, картография, база данни, регистриране на земята и кадастър, минни дело и геология, дистанционни изследвания. Вторият раздел съдържа информация за университети, курсове и научни изследвания.

Увод

Въпреки че приложението на фотограметрията в Турция има дълга история, само от няколко години правителствените организации включват в дейността си фотограметрични технологии, но историческото развитие на фотограметричните методи намира място и в тази организации. През последните петнадесет години частният сектор също прилага фотограметрични методи, съобразявайки се с нормативите и класификациите на картографирането в страната.

Турското национално дружество по фотограметрия е основано през 1974 г. с одобрението на кабинета. Поради нарасналото използване на спътниковите изображения в началото на 80-те години на миналото столетие, през 1982 г. дружеството е преименувано в Турско национално дружество по фотограметрия и дистанционни изследвания. Дружеството следва политиката и целите на Международното дружество по фотограметрия и дистанционни изследвания (ISPRS).

Представителната институция на Турското национално дружество по фотограметрия и дистанционни изследвания е Главното командване за картографиране, а главният командващ е президент на дружеството. Турция участва в дейността на ISPRS още от 1926 г., а ХХ Международен конгрес по фотограметрия се състоя през 2004 г. в Истанбул. В него бяха регистрирани13 души и две придружаващи лица от България, както и двама българи, работещи в чужбина. От наши участници в Конгреса бяха изнесени 6 доклада. На ХХІ Конгрес през 2008 г. в Пекин, в който участваха трима делегати от България и двама българи, живеещи в чужбина. за президент на ISPRS е избран добре познатият и в нашата страна проф. Орхан Алтан от Истанбулския техническия университет.

Географската информация е особено необходима във всекидневието ни. Много практически приложения като системата за проследяване на превозни средства зависят от пространствена информация, придобита от изображения и обработване на данните. Като естествено следствие интересът и дейностите в областта на фотограметрията, дистанционните изследвания и пространствената информация нарастват, както в публичния, така и в частния сектор.

Технически дейности

Топографска  продукция

Националната картографска агенция на Турция е Главното командване за картографиране. По закон то отговаря за производството, обновяването и снабдяването с общодържавни топографски карти в мащаби от 1:25 000 (основната карта) до 1: 500 000, както и дигитални географски данни, свързани с тези мащаби (например растерни и векторни карти, дигитални височинни модели, ортофотопланове, ортофотокарти и др.), които са необходими за отбраната, строителството и стопанството.

Топографските данни за територията на Турция и тяхното състояние са както следва:

• Печатни и растерни карти в мащаби 1:25 000, 1:50 000, 1:100 000, 1:250 000,

1:500 000 и 1:1 000 000. Производството на тези карти е завършено и сега е в процес тяхното обновяване.

• Дигитални векторни карти с хоризонтали в различни търговски формати (например DGN, ESRI Covarage, ESRI ArcExport, ESRI Shape, DXF).
• Фотограметрични векторни карти в мащаб 1:25 000 (в триизмерен DGN формат). За сега 50 % от тези карти са завършени.
• Готови за отпечатване векторни карти в мащаб 1:25 000 (в ESRI Covarage формат). С тези карти е завършено 60 % покритие от територията на Турция.
• Географски справочници и бази данни на населени места за цяла Турция (в MS-MDB формат).
• Дигитални височинни модели на терена, покриващи цялата територия на Турция.
• По заявка на публичния и частния сектор могат да бъдат изработени пластични релефни карти, тематични карти и дребномащабни печатни карти.

Фотограметрия,  картография,  база  данни

Векторните данни за производството на топографските карти в мащаб 1:25 000 са получавани чрез фотограметрични методи. Главното командване за картографиране притежава два самолета Beachcraft B-200, отговарящи на всички изисквания за аерозаснемане и задоволяващи нуждите на Командването и на други национални структури. Главното командване притежава аерофотокамери Zeiss RMK TOP с обективи с фокусни разстояния 153 и 305 mm. В края на 2007 г. е доставена дигиталната аерокамера Microsoft UltraCamX, снабдена с навигационната система IGI GPS / IMU.

Триизмерните векторни данни за топографските карти в мащаб 1:25 000 са получени от стереомодели посредством дигитални фотограметрични системи. Тези данни са компилирани с данните, получени посредством GPS/GIS и атрибутивната информация, събрана на терена. Всички векторни и таблични данни са модифицирани и редактирани за топографската база данни в мащаб 1:25 000.

След завършването на модифицирането и картографските процеси данните са готови за отпечатване. Готовите за отпечатване данни, които са картографски подготвени, се контролират чрез специализиран софтуер, създаден от състава на Главното командване за картографиране и въведен в библиотеката за картографски векторни данни.

Завършен е проектът за картографско генерализиране, който цели развитие на дигитална картографска генерализираща производствена линия и стандартизиране на производството на дребномащабни карти (1:50 000 и 1:100 000) от данни в Библиотеката за картографски векторни данни. Първите образци на картата в мащаб 1:100 000 са произведени в края на 2005 г.

Конструирането на базата данни и входът в общонационалните векторни и растерни данни към базата данни продължава. За целта са проектирани следните системи:

• Дигитална архивна система;
• Топографска база данни в мащаб 1:25 000;
• Топографска база данни в мащаб 1:250 000;
• Растерна база данни;
• Височинна база данни.

Етапите  за  анализ  и  проектиране  на  тези  системи  са  завършени  и  предстои конструирането на базата данни и изучаването на системите.

За отбранителни цели е развит различен интерфейс, който да се използва за дигитални географски данни, произвеждани от Главното командване за картографиране. За тази цел през 2000-та година започва създаването на дигитална карта за военни приложения. Този продукт все още е в процес на развитие и до сега са осъществени девет варианта. Продуктът се състои от софтуер върху компактдискове. Данните, които се съдържат в тях, покриват цяла Турция.

Дигиталната карта е предназначена за следното:

• Да намали разходите за софтуер, хардуер и обучение при използването на географски данни.
• Да създаде стандарт за географски данни, прилагане, обучение и снабдяване.

Главните функции на дигиталната карта са следните:

• Проектни приложения;
• Приложения на растерни данни;
• Измерителни приложения;
• Ситуационни графични приложения;
• Триизмерни приложения;
• Проследяване на превозни средства и лица;
• Приложения на векторни данни;
• Приложения на база данни;
• Онлайн помощ.

Друг проект е „Дигиталната ортофото представителна система“, която предлага използване на фотографски и спътникови изображения, които са компресирани и орторектифицирани. Идеята на този проект е да даде възможност на ползвателите:

• Да наблюдават съвместно ортоизображенията на населените места и техните имена; Това позволява на ползвателя да наблюдава изображенията във всеки желан мащаб, използвайки зуум функцията;
• Да правят двуизмерно дигитализиране;
• Да сравняват части от фотоснимки, направени през различно време;
• Да измерват разстояния между точки и площи;
• Да отпечатват части или изцяло изображенията във всякакъв мащаб;
• Да онагледяват триизмерно топографията.

Проектът „Дигитална архивна информационна система“, създаден през 2007 г., е типичен склад за геопространствени данни. В този проект повечето от операциите са централизирани. Почти всички множества от данни, с изключение на аероизображенията, които не са дигитализирани, са въведени в системата. Очаква се сканирането да завърши до няколко години.

През 2006 г. са започнати дейности за определяне на геометричната точност на някои продукти, включително топографските карти в мащаб 1:25 000 и 1:250 000. Този проект ще определи доколко позиционната информация (координатите в базата данни) е до нейното вярно положение. За тестване на точността по положение на данните са използвани два различни източника с висока точност – геодезически измервания и едромащабни карти.

За установяване точността на картата в мащаб 1:25 000 е използвана глобална позиционираща система (GPS). Анализът на точността на разликите между GPS измерванията и координатите от картата показва средна точност от ±12,3 m по положение и ±5,3 m по височина.

За определянето точността на картите в мащаб 1:25 000 и 1:250 000 е използван високоточен източник с данни. Статистическият анализ на разликите между двете множества от данни дава в резултат 95 m хоризонтална и 52 m височинна точност.

За изследване на височинната точност са избрани 15 клетки. Във всяка клетка са подредени наличните геодезически и фотограметрични точки, чиито пространствени координати са известни с точност не по-малка от 30 cm. Височинните стойности на тези точки се определят от системата като се използва линейна интерполация. Разликите между съществуващите и определените от системата координати се анализират и се изчислява височинната точност на всяка клетка. Средната стойност на вертикалната точност е ±8,8 m. Тази точност задоволява стандартите за карти в мащаб 1:25 000 и 1:250 000.

Регистриране  на  земята  и  кадастър

Генералният директорат за регистрация на земята и кадастъра е другата държавна институция, свързана с картографирането, която е отговорна за едромащабните топографски и кадастрални карти.

Създадената „Информационна системата за регистрация на земята и кадастъра“ осигурява навременното и подходящото използване на държавния бюджет и естествените ресурси, а също така елиминира проблемите като „управление на земята“ и „администриране на земята“, които директно засягат обществения и икономическия живот, с оглед бързо да създаде вярна информация за земята (собственост, ползване, отговорност, ограничение) да управлява и осъвременява тази информация.

В службите за поземлена регистрация и кадастър се извършват около 130 процедури и се осигурява надеждно, точно и бързо обслужване на гражданите. Използваната система предпазва от разлики между регионалното й прилагане, което зависи от субектите, взимащи решения. Тя намалява периода за адаптиране на персонала, който я прилага за поземлената регистрация и кадастъра.

Прилаганата система е европейски проект и е тъй наречен „Междинен проект“ в рамките на „Националната програма за асоцииране към Европейския съюз“:. Пилотното прилагане на проекта е завършено през 2005 г. и бързо следва развитието му в национален обхват. Към края на 2007 г. са завършени почти половината от деветте милиона регистрационни процедури.

Друг проект на Генералния директорат за регистрация на земята и кадастъра е „Проект за завършване на кадастъра“. Първоначално кадастърът на селата в около 350 области в страната е могло да бъде създаден годишно, размерът на тази дейност нараства поради обслужването от частния сектор. Използвайки фотограметрични методи последователно през 2004, 2004, 2006 и 2007 г., кадастърът е бил завършен съответно в 1200, 4032, 5335 и 2358 области. С този подход разходите за един парцел намалява от $54 на $43., с което са спестени около $142 милиона. Освен това средно $117 са събрани от такси поради нарастване обема на продукцията.

Със завършването на кадастъра:

• Ще бъде изяснена цялата собственост;
• Ще бъдат отстранени конфликтите, свързани със земеползването;
• Ще бъде определена инвентаризацията на земята, принадлежаща на общините, правителството или гражданите;
• Ще бъдат намалени загубите от такси;
• Ще бъде улеснена позитивната урбанизация;
• Ще нараснат инвестициите за околната среда;
• Ще бъде установена постоянна система за поземлена регистрация;
• Ще бъдат поставени основите за „Пространствена информационна система на Европейското правителство“.

Важен проект  на  Генералния директорат за регистрация на земята и кадастъра е

„Информационната система за архивите на поземлената регистрация“. Неговата цел е да запазва регистрите, свързани със земята, които датират от времето на Отоманската империя. Те имат историческо и стратегическо значение за 25 страни, които са били на територията на тогавашната империя, а сега са независими държави. За този проект е обявен търг през 2005 г., а негово осъществяване завършва през 2008 г.

Картите и свързаната с тях информация в Турция се създават от различни публични институции. Затова в допълнение на гореспоменатия проект е започнал нов проект „Метаданни портал“, известен още като „Банка за картографска информация“. Целта на този проект е да улесни координацията между институциите, които произвеждат едромащабни карти и да се избегне дублирането на карти и картографска информация. Проектирането на системата и софтуера са завършени.

Минно  дело  и  геология

Генералният директорат за проучване и експлоатация на минерали е институция, която от 1935 г. създава информация, необходима за развитието на минния сектор. Основна задача на директората е да извършва геоложки, минераложки и геофизически изследвания, а също така геотехнически проучвания. За основа на тези проучвания служат геоложки карти в мащаб 1:25 000, които съдържат информация за геоложките формации, геоложките структури, ландшафта и вулканите. От 1955 г. тези данни се складират в дигитален вид в Геоложката база данни на Турция. В периода 1955-2003 г. броят на геоложките карти в мащаб 1:25 000, които са интегрирани в Геоложката база данни, са били 3360, а през периода 2004-2007 г. тази брой нараства с 1770. Дигиталните изображения са обработени и анализирани относно редица геоложки и други характеристики за една площ от 490 450 кв. км.

Дистанционни  изследвания

Използването на спътникови изображения широко се разпространява в цяла Турция от 2004 г. В допълнение на към картографската продукция на Главното командване за картографиране, спътникови изображения и дистанционни методи се прилагат за получаване на данни и изследвания от публичния сектор, Генералния директорат за горите, Научния и технологичен изследователски съвет на Турция и университетите.

През 2007 г. в Изследователския институт за отбранителна индустрия започват изследвания по фотограметрия и дистанционни методи в областта на „Откриване и триизмерно моделиране на обекти чрез спътникови и въздушни изображения“, включващи:

• Сегментационни техники;
• Многомащабно извличане на ситуационни елементи;
• Извличане на линейни ситуационни обекти;
• Групиране на сегментационни сцени и описание на триизмерни обекти;
• Откриване на сенки;
• Методи за вътрешни триизмерни структури.

В сътрудничество с Дружеството за спътникови технологии е създадена инфраструктура за проектиране и производство на малки спътници и наземни станции. Първият турски спътник за дистанционни изследвания BÍLSAT е произведен и изстрелян. Турски инженерен екип е работил с инженери от Дружеството по проектирането, изработването, тестването и изстрелването на спътника. Други два спътника GEZGÍN и ÇOBAN са проектиране, произведени и интегрирани с BÍLSAT.

Центърът за спътникова комуникация и дистанционни изследвания към Истанбулския технически университет е един от световно известните институции в съответната област с висок капацитет на наземни станции. Това е първият център, основан в Турция да изпълнява приложно ориентирани проекти за спътникови комуникационни технологии и да подпомага национални и интернационални, граждански и военни компании в тяхната изследователска, развойна и образователна дейност.

Ролята на частния сектор в областта на фотограметрията, дистанционните изследвания и пространствените информационни приложения е важна в Турция. В Анкара има наземна станция за спътникови изображения, която използва изображенията от IKONOS. Много национални производители имат връзки с турски частни компании за придобиване на градски информационни системи, които използват фотограметрията и дистанционните изследвания.

Образование и наука

Университети

Информация за академичния състав в факултетите по геодезия и фотограметрия към университети в Турция се съдържа в таблица 1.

Студентските степени по геодезия и фотограметрия в Турция през последните четири академични години обхващат осем семестъра. Програмите в областта на фотограметрията и дистанционните изследвания включват лекции по Основна компютърна наука, Управление на база данни, Основи на фотограметрията, Фотограметрия, Географски информационни системи (ГИС), Фотограметрични приложения, Обработване на дигитални образи, Дистанционни изследвания, Фотограметрични информационни системи, Близкообхватна фотограметрия, Приложения на дистанционните изследвания.

Предназначението на образователните програми в тези факултети е да обучава студентите в умения и компетентност в геодезията, фотограметрията, дистанционните изследвания, картографията, ГИС, както и да подпомага тяхното развитие в говорими и писмени умения, необходими за продуктивен принос в обществото и способност да работят в екип, а също така да ги насочи към социално, икономическо, политическо и законово разбиране на отговорността и етиката на професионалистите.

Таблица 1. Университети, факултети и академичен състав по геодезия и фотограметрия

Програмата по геодезическо и фотограметрично инженерство в Истанбулския технически университет през 2005 г. е акредитирана от Акредитационния съвет за инженерство и технология. Съответни програми се предлагат от Институтите за наука и технология във всеки университет в Турция. Тези програми са Геоматика, Дистанционни изследвания и ГИС. Програмите допускат студенти, които са завършили следните дисциплини:

• Геодезическо и фотограметрично инженерство;
• Строително инженерство;
• Инженерство по околната среда;
• Градско планиране;
• Инженерна геология;
• Минно инженерство;
• Компютърно инженерство;
• Електроинженерство и електронно инженерство;
• Аерокосмическо инженерство;
• Архитектура и контролно инженерство;
• Инженерство по морски транспорт и управление;
• Метеорологическо инженерство;
• Инженерна математика;
• Физика;
• Агрикултурно инженерство;
• Инженерна хидрогеология;
• Инженерство по науките за управление.

Учебната програма по Геоматика включва обучение по геодезия, измерителни техники и управление на земята.

Учебната програма по дистанционни изследвания и ГИС се състои от отделите по геодезия, фотограметрия и картография и включва обучение по фотограметрия, дистанционни изследвания и картография. Завършилите иман достъп до геодезическо и фотограметрично инженерство и други свързани с тях дисциплини (Инженерна геология, Градско и регионално планиране, Математическо инженерство, Електронно инженерство, Строително инженерство, Инженерство по околната среда, Компютърна наука, География, Геофизическо инженерство, Хидрогеология, Публична администрация, Лесоинженерство, Земеделие).

Тази програма включва:

• Аналитична фотограметрия;
• Специална оптика за дистанционните методи;
• Дигитална фотограметрия;
• Качество на данните и сигурността на ГИС;
• Микровълнови сензорни системи;
• Структура на космически данни;
• Специални въпроси в обработването на дигитални образи;
• Дистанционни изследвания в брегови зони;
• Фототриангулация;
• Управление на проекти по фотограметрично картиране и ГИС;
• Триизмерно моделиране;
• Географски информационни системи в управлението на брегови зони;
• Геометрични основи на ГИС

Курсове

В 33 професионални училища в Турция са организирани двегодишни курсове с програми по геодезия и фотограметрия. Департаментът по геодезически и географски информационни технологии на Средноизточния технически университет и Изследователския институт по спътникови и космически науки към Анадолския университет предлагат магистърски и докторски степени по фотограметрия, дистанционни изследвания и ГИС.

Образованието не се извършва само в университетите, но също така и в някои публични институции. Една образователна програма, наречена Трета областна учебна програма, е организирана през периода 2004-2007 г. от Генералния директорат за проучване и експлоатация на минералите в сътрудничество с Японската агенция за международно коопериране. Тази учебна програма е свързана главно с редица развиващи се страни. Повече от 90 участници са участвали в курсове по дистанционни изследвания и ГИС за експлоатиране на минерални ресурси и картографиране на минерални находища, както и в курсове по дистанционни изследвания и ГИС за изучаване на околната среда и естествени рискове.

Научни  изследвания

Университети извършват изследователска сътрудническа дейност съвместно с организации от частния и публичния сектор на национално и международно равнище. Някои примери за тези проекти са следните:

• Тестване на Система за обработване и анализ на медицински изображения, която извършва автоматично триизмерно разпознаване на човешкото тяло и намиране на патологични изменения, използвайки дигитални изображения (2005 г.).
• Голям полски проект (2006 г.).
• Изследване на приложните вероятности на топологични връзки в триизмерни пространствени обекти (2006 г.).
• Изследване на геоложката еволюция на Дарданелите и техните околности (2006 г.).
• Изучаване развитието на градовете в региона Ескезехир посредством системата ERS-2SAR (2005 г.).
• Геометричен и семантичен анализ на космически изображения за топографски картографиране и създаване на база данни на избрани опитни полета в Турция (2001-2005 г.).
• Изследване точността на геометричните трансформации на спътникови изображения (2004-2005 г.).
• Анализ, основан на ГИС, на площта на Зонгулдаг метрополитен посредством спътникови изображения с висока разделителна способност (2004.2006 г.).
• Развитие на информационна и управленска система за разпознаване, анализ, запазване и възобновяване на културното наследство в исторически град Сафранболу (2007 г. – продължава).
• Развитие на нова система LIDAR за дистанционни изследвания (2004-2007 г.).
• Определяне на климатични зони с техника за горско класифициране с използване на многоресурсни и многотемпорални спътникови данни (2004-2007 г.).
• Прилагане на ГИС и дистанционни изследвания за мониторинг и оценяване на качеството на водата в езерото Бейсехир.
• Обхващане на пространствени данни от карти в мащаб 1:25 000 чрез автоматично дигитализиране и векторизиране (2004 г. – продължава).
• Оценяване на разпространение на качеството на водата в езерото Бейсехир посредством ГИС и геостатистически данни (2005-2007 г.).
• Триизмерно моделиране на деформации на естествено консервирани площи в региона Кападокия посредством наземно лазерно сканиране (2006 г. – продължава).
• Определяне на обеми чрез лазерно сканиране и фотограметрични методи (2006 г. – продължава).
• Триизмерен анализ на движения в различни спортове посредством дигитални фотограметрични методи (2006 г. – продължава).
• Моделиране изследване на точността и приложно моделиране на историческото и културното наследство чрез определяне на точки чрез лазерно измерване (2006 г. – продължава).
• Определяне на потенциалните агрикултурни възможности на областта Санлиурфа посредством дистанционни методи и ГИС (2004-2006 г.).
• Определяне на промените в земеползването след напояването в равнината Сунлиурфа-Нарран чрез дистанционни методи и ГИС (2006 г.).
• Мониторинг на ерозията на брега в региона Мерсин Казанли посредством дистанционни методи и ГИС (2003-2006 г.).