Геодезия

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.

 

analogovaCamera_RC30.jpg
Аналогова камера RC30

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;

 

Camera_UltraCam_Eagle.jpg

 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.

Camera_ADS40.jpg

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

 

Аерокамера

Фокусно
разстояние

 

mm

Напречен размер на изображението

 

пиксели

Напречен ъгъл на полезрението

O

Физически размер на пикселите

µm

RC30 (f = 300)

300

15 333

42

15

 RC30 (f = 150)

150

15 333

75

15

 DMC

120

13 824

69

12

 DMC II230

 92

15 552

51

5,6

 DMC II250

112

16 768

47

5,6

 ADS40

  63

12 000

64

6,5

 Visionmap A3

300

~63 000

108

9,0

 UltraCam Eagle 80

 80

20 010

66

5,2

 UltraCam Eagle 210

210

20 010

28

5,2

 

Таблица 2: Характеристики на самолета King Air 350

 

Характеристика

Стойност

Двигатели

2 турбовитлови

Дължина

14,20 m

Размах на крилата

17,60 m

Височина на опашката

  4,40 m

Таван

 9500 m

Скорост: максимална, средна, минимална

580, 450, 250 km/час

Времетраене на полета

5,2 часа

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

Аерокамера

GSD*

 

 

cm

Височина
на летене

 

m

Напречно
застъпване

 

%

Продължи-телност

 

часове/дни

Произво-

дителност

 

m2/час

Размер на изображе-

нието

пиксели

Ъгъл на

полезре-

нието

О

 RC30 (f =300)

18

3600

30

6,3 / 1,2

400

    10733

30

 DMC

18

1800

61

  11,7 / 2,2

213

5391

30

 DMC II230

18

2960

42

7,2 / 1,4

349

9020

30

 DMC II250

18

3600

36

6,3 / 1,2

400

    10732

30

 ADS40

18

1740

 56

  12,1 / 2,3

207

5220

30

 Visionmap A3

18

5810

 69

3,8 / 0,8

649

    17554

30

 UltraCam

 Eagle 80

 

18

 

2770

 

 59

 

7,7 / 1,5

 

325

 

8244

 

30

 UltraCam

 Eagle 210

 

18

 

7270

 

 30

 

4,4 / 0,8

 

571

 

    14007

 

 20

 

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

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

 

Аерокамера

GSD*

 

 

cm

Височина
на летене

 

m

Напречно
застъпване

 

%

Продължи-телност

 

часове/дни

Произво-

дителност

 

m2/час

Размер на изображе-

нието

пиксели

Ъгъл на

полезре-

нието

О

 RC30 (f =150)

50

5000

30

117,6 / 22,6

2125

    10733

56

 DMC

50

5000

30

 128,6 / 24,7

1943

9676

52

 DMC II230

50

8210

30

113,7 / 21,9

2198

    10886

37

 DMC II250

46

9300

30

112,6 / 21,7

2240

    12051

34

 ADS40

50

4830

30

 148,5 / 28,6

1683

8400

47

 Visionmap A3

29

9330

63

  62,9 / 12,6

3976

    33244

56

 UltraCam

 Eagle 80

 

50

 

7690

 

30

 

   89,6 / 17,2

 

2790

 

    14007

 

49

 UltraCam

 Eagle 210

 

23

 

9300

 

30

 

193,3 / 37,2

 

1293

 

    14007

 

 20

 

* 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

 

Аерокамера

Произво-

дителност

km2/час

Ефективен

размер

пиксели

Относителна

производи-

телност

Относителен

ефективен

размер

GSD*

 

cm

 RC30 (f =300)

400

19733

         1

         1

50

 DMC

213

   9676

0,914

0,902

50

 DMC II230

349

10886

1,034

1,014

50

 DMC II250

400

12051

1,054

1,123

46

 ADS40

207

 8400

0,792

0,783

50

 Visionmap A3

649

33244

1,871

3,097

29

 UltraCam Eagle 80

325

14007

1,313

1,305

50

 UltraCam Eagle 210

571

14007

0,608

0,608

23

 

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

Camera_DMC.JPG

Дигитална аерокамера DMC 

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

Аерокамера

Произво-

дителност

km2/час

Ефективен

размер

пиксели

Относителна

производи-

телност

Относителен

ефективен

размер

GSD*

 

cm

 RC30 (f =300)

2125

10733

         1

         1

50

 DMC

1943

  9676

0,914

0,902

50

 DMC II230

2198

10886

1,034

1,014

50

 DMC II250

2240

12051

1,054

1,123

46

 ADS40

1683

  8400

0,792

0,783

50

 Visionmap A3

3976

33224

1,871

3,097

29

 UltraCam Eagle 80

2790

14007

1,313

1,305

50

 UltraCam Eagle 210

1293

14007

0,608

1,305

23

* 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. 11th 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.

Автор

Super User

И все пак тя се върти…
Rotating_earth
Rotating_earth
От категорията
Гео-портал на минестерството на отбраната

Contact Us