За производителността на дигиталните аерокамери

Ст.н.с.  д-р  инж.  Иван  Кацарски

Въведение

Тази статия се основава на изследване, извършено от московското Аерогеодезическо предприятие „Меридиан+“ и е представено на 11-та Международна конференция „От снимката до картата: цифрови фотограметрични технологии“, Тосса де Мар, Испания [1]. Разширено изложение на същото изследване е публикувано в Научно-техническото списание за геодезия, картография и навигация „Геопрофи“, Москва [2].

Аерозаснемането е един от основните и най-съществени технологични процеси на аерофотограметрията. От неговото правилно планиране и изпълнение зависи твърде много правилното и качественото извършване на останалите фотограметрични работи.

Предназначението на аерозаснемането е да се покрие част от земната повърхност с аероснимки, които имат зададени технически характеристики. Аерозаснемането се извършва при специфични условия, като се спазват определени изисквания. За целта се използват специални аерокамери, носени от летателно средство, най-често самолет.

Показателят  производителност

            Производителността на аерокамерите е особено важен показател, който, наред с други показатели, трябва да се има предвид при избиране на една аерокамера. Поради разнообразието на съществуващите дигитални аерокамери въпросът за тяхното сравняване е твърде актуален.

            Производителността на една аерокамера се измерва с площта на определена територия, която се заснема за единица време. Към това трябва да се прибави и времето за проучвателните полети над територията, както и времето за прелитане на самолета от базата до обекта и обратно.

Целесъобразно е анализът за производителността на дигиталните аерокамери да се извършва въз основа на аерозаснемане над големи територии, покрити с десетки ивици от аероснимки. При аерозаснемане на големи територии за създаване на карти или ортофотопланове голямо значение има необходимото време за неговото изпълнение като основен показател, който влияе върху стойността на продукцията.

Производителността обаче трябва да се разглежда винаги свързана с конкретни условия, като тип и характеристики на летателното средство, изискванията и материалите за аерозаснемане. Тези изисквания обаче са съобразени със следното:

• Предназначението на аероснимките;
• Ъгловия обхват на аерокамерата.
• Мащаба на създаваната карта;

 Дигитална аерокамера UltraCam Eagle 

От мащаба на създаваната карта зависи изискуемата пространствена разделителна способност на аероснимките, която се задава с размера на пикселите върху терена (Ground Sample Distance – GSD). Този размер има значително влияние върху производителността.

При зададени изисквания към крайния продукт производителността зависи не само от използваната аерокамера, но също и от характеристиките на летателното средство, което я носи. Освен това при оценка на производителността трябва да се имат предвид специфичните условия на последващата обработка на аероснимките.

Дигитална аерокамера ADS40 

Условия на изследването

            В тук третираното изследване е направено сравнение между производителността на следните дигитални аерокамери: DMC, DMC II230, DMC II250, ADS40, VisionmapA3, UltraCam Eagle 80 и UltraCam Eagle 210. Тяхната производителност е сравнена и с производителността на аналоговите аерокамери RC30 (f = 300 mm) и RC30 (f = 150 mm). Параметрите на всички аерокамери са посочени в Таблица 1. Аерозаснемането е извършено от самолета King Air 350, чиито характеристики се намират в Таблица 2.

Таблица 1: Параметри на някои аерокамери

Таблица 2: Характеристики на самолета King Air 350

Сравняването на производителността на гореизброените дигитални аерокамери е направено при еднакви условия и при предпоставката, че аероснимките от тях ще послужат за изработването на дигитални ортофотопанове в мащаби 1:2000 и 1:10 000. Мащабът на ортофотоплана е свързван с размера на пикселите върху терена (GSD). За мащаб 1:2000 е възприет GSD = 18 cm, а за мащаб 1:10 000 – GSD = 50 cm. В първия случай се има предвид аерозаснемане на територия с площ 2500 km², а във втория случай – с площ 250 000 km². И в двата случаи се приема, че границите на териториите образуват квадрат. Освен това се предполага, че геометричната точност на изображението от всички изследвани аерокамери, при зададен размер на пикселите върху терена (GSD), осигурява създаване на ортофотоплан с пълнота и точност съгласно изискванията за съответния мащаб.

В анализа, също така е прието, че на самолета при скорост 520 km/h са необходими 0,4 часа за да прелети от базата до обекта и толкова врем за обратния полет.

Постановка  на  изследването

В Таблици 3 и 4 се намират предпоставените количества при формулираните условия на изследването за загуба на време и производителността на аерозаснемането при напречно застъпване между съседните ивици от аероснимки не по-малко от 30 %.

Таблица 3: Производителност на аерозаснемане за изработване на ортофотопланове в мащаб 1:2 000

*GSD (Ground Sample Distance) = Размер на пиксела върху терена

Таблица 4: Производителност на аерозаснемане за изработване на ортофотопланове в мащаб 1:10 000

* GSD (Ground Sample Distance) = Размер на пиксела върху терена

При сравняването производителността и ефективния размер на изображението в Таблица 3 се забелязва зависимост между тях, която е близко до право пропорционалната. Тази зависимост е показана числено в Таблица 5. Тяхното не пълно съвпадение се дължи на обстоятелството, че производителността на аерокамерите се изчислява с използване на дискретни параметри – брой на ивиците, брой на аероснимките за един снимачен ден и времето за отиване на самолета до обекта и обратно.

Производителността на аерокамерите може да се характеризира с ефективния размер на изображението като показател за техните качествата. С използването на този показател се оценява относителната производителност на дигиталните аерокамери, под което се разбира отношението на производителността на дигиталните аерокамери към производителността на аналоговите аерокамери с фокусно разстояние, съответстващо на мащаба на създавания ортофотоплан или на характеристиката на терена. Това е така обаче при условие, че максималната височина на полета не ограничава зададената пространствена разделителна способност на аероснимките. В противен случай тази пропорция се нарушава, както е показано в Таблица 6, където за някои видове аерокамери размерът на пиксела върху терена е по-малък от зададения GSD = 50 cm.

Таблица 5: Зависимост между производителността и размера на изображението при аерозаснемане за изработване на ортофотопланове 1:2000

* GSD (Ground Sample Distance) = Размер на пиксела върху терена

Дигитална аерокамера DMC 

Таблица 6: Зависимост между производителността и размера на изображението при аерозаснемане за изработване на ортофотопланове 1:10 000

* GSD (Ground Sample Distance) = Размер на пиксела върху терена

Заключение

Въз основа нарезултатите от тук разискваното изследване могат да се направят следните изводи:

• Съвременните дигитални аерокамери имат висока производителност, която позволява тяхното ефективно използване за аерозаснемане на големи по площ територии.
• Относителната производителност на дигиталните аерокамери в сравнение с производителността на аналоговите аерокамери се оценява с помощта на ефективния напречен размер на изображението, изразен в пиксели.
• Направеният сравнителен анализ на производителността на няколко от най-използваните в аерофотограметрията дигитални аерокамери позволява да се определи най-ефективното направление, където може да се използва всяка от тях.

Литература

1. Kadnichanskiy, S. A.  A Comparison of the Performance of Various Digital Aerial Photogrammery Systems in an Aerial Surveys of Large Territories. 11^th International and Technical Conference „From imagery to map: digital photogrammetric technologies. Proceedings. September 11-22, 2011, Tossa de Mar, Spain.
2. Кадничанский, С. А.  Сравнительная оценка производительности цифровых аэрофотосъемочных систем. Москва, Научно-тeхнический журнал по геодезии, картографии и навигации „Геопрофи“, 6, 2011.