Нов модел аерозаснемащи системи от VisionMap – A3 EDGE

Юрий Райзман, yuri@visionmap.com

Ангел Ангелов, angel.angelov@geodetect.bg

Кратко съдържание

Новият модел в семейството на A3 камерите – A3 EDGE осигурява значително по-добро качество на изображението, по-висока наземна разрешаваща способност от предходните модели A3 и дори по-висока производителност. Камерата A3 EDGE заедно със системата за обработка А3 LightSpeed ​​представляват пълно и завършено фотограметрично решение за провеждане на широкомащабно картографиране и имат най-голяма производителност на аерозаснемане и наземна обработка. Системата за наземна обработка LightSpeed в изцяло автоматичен режим изпълнява аеротриангулация, построява цифров модел на местността (ЦММ) и изработва ортофото. Системата LightSрeed има възможност едновременно в един блок да се обработват до 250 000 планови и перспективни снимки, което позволява нейното използване за големи регионални проекти. Площта на обработвания в един блок проект може да достигне 50 000 кв. км. Системата A3 EDGEотговаря на всички международни стандарти. През 2013 година системата A3 премина сертификационен процес в Щутгартския университет по фотограметрия (IFP) и получи висока професионална оценка. IFP публикува пълния отчет на тази проверка. Понататъшното развитие на системата LightSpeed е в областта на 3D моделирането. В последните години използването на методите на въздушната фотограметрия за създаване на 3D модели стана сериозна тенденция в геопространствените отрасли. Системите A3 идеално подхождат за 3D приложения, тъй като осигуряват висока наземна разрешаваща способност едновременно с висока производителност.

Статията разглежда въпросите за използване на данните от A3 за създаване на ортофото, картографиране и 3D моделиране на градове.

1. 1.Въведение
2. 2. A3 EDGE – нов модел камера

Компанията VisionMap (Израел) е една от водещите световни компании на пазара за аерозаснемащо оборудване и програмно осигуряване в областта на фотограметрията. Компанията е разработила и е внедрила успешно в аерофотограметричното производство аерозанемащата картографска система А3. Системата за аерозаснемане А3 заедно със системата за наземна обработка LightSpeed намират широко приложение по целия свят. През последните четири години във фотограметричните компании и картографските организации в целия свят са доставени повече от 30 системи А3.

От средата на 2013 година започна производството на нов модел камера – A3 EDGE. Той се отличава със съществено повишаване на качеството на изображенията, производителността на аерозаснемането и възможността за извършване на цветна и инфрачервена снимка с една оптична глава.

Допълнително към новия модел камера, в съдружие с немската фирма SOMAG, е разработена и внедрена жиростабилизираща инсталация SOMAG VSM 500, осигуряваща допълнително повишаване качеството на изображението и производителността на аерозаснемането.

Постоянно се работи за усъвършенстване на съществуващото и разработване на ново програмно осигуряване. През 2013 година са внедрени три версии на програмата LightSpeed и основните съпътстващи програми. Допълнително са разработени две нови програми – програмата FlightViewer, предназначена за бърз преглед на снимките по време или веднага след полета без предварителна обработка, и програмата TopoFlight, предназначена за по-ефективно и точно планиране на аероснимачните полети.

Новият модел камера А3 EDGE (фиг.1) се характеризира със следните параметри:

• наземна разрешаваща способност 5 см. може да се получи при височина на полета 2 000 м. При височина на полета 10 000 м. наземната разрешаваща способност е 25 см.;
• геодезическата точност на крайните продукти без опорни точки и без наземни GPS станции варира в границите на 20 – 50 см. в зависимост от разрешаващата способност;
• производителност на аерозаснемаето – до 11 000 кв. км. за час в зависимост от височината на полета и скоростта на самолета;
• производителност на наземната обработка – до 9 000 кв. км. ортофотопланове за денонощие в зависимост от разрешаващата способност на снимките;
• автоматични процеси на аерозаснемане и наземна обработка;
• практически, не е необходима полева геодезическа работа.
• новото поколение CCD матрица осигурява значително по-добро качество на изображението;
• използва се само електронен затвор на CCD матрицата;
• повишената разрешаваща способност на CCD матрицата позволява да се увеличи наземната разрешаваща способност от дадената височина или да се подобри качеството на изображението;
• увеличен е максимално възможния ъгъл на полезрението за висока (3-5 см.) наземна разрешаваща способност, което осигурява перспективни снимки с ъгъл до 55° на малка височина и достатъчно голяма скорост;
• подобрена е стабилизацията на изображението по време на завъртането на обектива, което повишава качеството на изображението.

В таблица 1 са показани основните технически характеристики на камерите А3 и А3 EDGE.

Таблица 1.

* в камерата А3 за заснемане в режим NIR е необходима допълнителна оптична глава. Камерата A3 EDGE позволява да се пренастрои оптичната глава в режим RGB или RGB+NIR.

Основните разлики и предимства на камерата А3 EDGE спрямо модел А3 могат да се изразят по следния начин:

Снимките по-долу показват високо качество на изображението в различни области на спектъра. Първата снимка (фиг. 2) е обикновено цветно изображение (RGB), втората (фиг. 3) – инфрачервено изображение (NIR, в степени на сивото) и третата (фиг. 4) – цветно инфрачервено изображение (CIR). Първите две снимки са на една и съща част от земната повърхност и са получени едновременно с двата обектива на системата А3 в различни части на спектъра. Третата снимка е композиция от първите две.

Фигура 2 – RGB снимка.

Фигура 3 – NIR снимка.

Фигура 4 – CIR снимка.

Снимките са получени с A3 EDGE камера на височина 2 225 м. и разрешаваща способност 5,5 см.

1. 3. A3 EDGE – най-висока производителност на аерозаснемането
2. 4.Пример за картографиране на България с камера А3 EDGE

Всички камери от семейството на А3 се отличават с висока производителност на аерозаснемане.

В таблица 2 са представени параметрите и производителността на аерозаснемането при използване на камера А3 EDGE и King Air B350.

Таблица 2.

Указаните параметри са разчетени при приемлива за KingAir B350 височина на полета 9000 м и скорост 536 км/час. При увеличаване на височината и скоростта на полета, производителността на аерозаснемането се увеличава.

При разчета на производителността за наземна разрешаваща способност 15 – 25 см е използван допустим ъгъл на ортофото (ефективен ъгъл на аерозаснемане) равен на 65° (този ъгъл съответства на 20% напречно застъпване при снимки със стандартна аналогова камера от типа RC30/150), надлъжното застъпване е 55%, а напречното е повече от 55%. Производителността на аерозаснемането е изчислена за камера А3 EDGE с жиростабилизатор.

Широкият ъгъл на полезрение на камерата и влиянието му върху покритието на земната повърхност с аерофотоснимки може да се представи по следния начин (фиг. 5):

Фигура 5.

От снимката се вижда, че при максимално увеличаване на ъгъла на полезрението производителността на аерозаснемане на A3 EDGE е няколко пъти по-голяма, отколкото при всички останали аерозаснемащи камери.

Създаването на цветна ортофотокарта с разрешаваща способност 25 см. на цялата територия на България може да се извърши с една камера A3 EDGEсъс система за наземна обработка LightSpeed и самолет, който може да лети на височина 9 000 м. със скорост не по-малка от 370 км/час.

На фигура 6 е показан реален план за изпълнение на такъв проект. Този проект е разчетен с използване на програмата TopoFligh (планиране на полети) и при следните данни:

• височина на фотографиране – 8 800 м.;
• скорост на самолета – 370 км/час;
• обща площ на аерозаснемане – 112 500 кв.км., която съответства на цялата площ за България;
• наземна разрешаваща способност на снимките – 21 см.

Фигура 6.

Разчетът за планиране на полета показва, че за покриване на цялата територия на България с аерофотоснимки с използване на камера А3 EDGE са необходими 44 маршрута и 33 часа полетно време. При продължителност на аероснимачния ден 5 часа, за цялата територия са необходими само 6-7 дни.

За автоматична обработка на изображенията от А3 е разработена специална система за наземна обработка LightSpeed. Системата позволява в автоматичен режим да се изпълнят следните процеси: построяване и изравняване на аеротриангулацията, построяване на ЦММ и ортофото.

Системата осигурява много висока производителност на обработката. Например, за обработка на всичките снимки, получени в резултат на аерозаснемането и за получаване на крайния продукт – цветно ортофото с разрешаваща способност 25 см. за територията на цялата страна ще са необходими само 18 денонощия автоматична работа на системата. Този резултат предполага наличието на готов цифров модел на релефа (ЦМР). При необходимост от създаване на ЦМР, времето за автоматичната работа на системата се увеличава с 30 %, т.е. 27 денонощия.

1. 5.Заключение.

Представената система за картографиране включва цифрова аерозаснемаща камера A3 EDGE и система за наземна обработка LightSpeed. Основните предимства на системата са:

• висока производителност на аерозаснемане, изразяваща се в десетки хиляди кв.км. площ за ден;
• висока производителност на наземната обработка, изразяваща се в хиляди кв.км. ортофото за денонощие;
• висока автоматизация на всички процеси;
• възможност с един полет и една камера да се получат планови и перспективни снимки;
• малко тегло и размери на аерозаснемащата камера, което позволява използването й на всякакъв вид самолети;
• висока наземна разрешаваща способност от голяма височина на полета;
• разнообразни методи за заснемане, които правят тази система универсална и незаменима както за картографиране на големи територии, така и за построяване на 3D модели на градовете.