автореферат диссертации по геодезии, 05.24.02, диссертация на тему:Разработка и исследование программно-технологического комплекса блочного фототриангулирования

кандидата технических наук
Салман Луай Ганем
город
Москва
год
1997
специальность ВАК РФ
05.24.02
Автореферат по геодезии на тему «Разработка и исследование программно-технологического комплекса блочного фототриангулирования»

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование программно-технологического комплекса блочного фототриангулирования"

^ Министерство сельского хозяйство и продовольствия

Российской Федерации Государственный университет по землеустройству

на правах рукописи

I

Салман Луай Ганем о

Разработка, и исследования программно-технологического комплекса блочного фототриаигулирования

Специальность 05.24.02 '

Аэрокосмические оцмки, фотограмметрия, фототопография

Автореферат диссертации ка соискакио ученой стопшш кандидат технических наук

3

Москва 199'

Работа выполнена в Государственном университете по аемлеустройстпу .

Научный руководитель : доктор тотигчоскях наук,

профессор Малявсгшй Б.К. Официальные оппоненты : доктор «ешипосюа ыаук ,

профессор Чябуикгчвс Д.Г. кандидат «охштасскдо: наук „ Филимонов Е. В. Ведущее предприятие : Фодоралышй кадастровый

цоптр "Зскиа" .

Защита состоите« 11» ихпж 2.997 V. В "11"ч:вс. юа а&ссд&шш диссортациошного совета К. 120.59.01 по йощмто дис с зрч ацга: на соисхс.ш№ утаоиой свела гдо кандидата наук ори Гоеударстиошюгз ушш©рси®о®© по аешюусо.'ройс тиу (ГУЗ) по специальиосэтз 05.24.02-

2&рОК1С£ДОгКС(аХС> СЬСШКИ • ' , фо®огро№га®рша

,фототопография по адресу : 103064" ,Мосгнз& ул.

Казакова 15 .

С диссертацкай шшю ойиакоккгаси в бийкмояака университета .

Автореферат рааоелгш «с£</.» А-/УК 1997 г.

УЧдогшй секретарь дассерзгициошюг1© еоиока докгор тезшгтееския иаук ,

профессор Суков А.II. '

/ ' о

.....

о

Общая характеристики работы

Актуальность проблемы :

Одним ия основных процессов

аэрофототопографического производства является

фототриангулирование - сгущение сети точек рабочего обоснования при фотограмметрических методах создания планов и карт Этот процесс ,во многом, спредаляат общие сроки и клчесаво конечной продукции , поэтому совершенствованию методов фототриангулирования всегда

о удалялось внимание многих исследователей .

Совершенствование теории и возможности учета все

большего числа факторов ,при вычислительной обработке результатов измерения снимков ,обусловил»

существенное повышение точности и эффективности фототриангулирования . Вместо с тем ,в действующих производственных технологиях фототриангулирован <я имеется неиспользованные еще резервы повышения точности и ' надежности результатов Это относится ■ как х организации предварительной вычислительной обработки с оперативным контролем и корректировкой исходных , данных, так ' и х методам использования

с

внутренних и . внешних геометрических связей К

• последним относятся не только данные полевой гтоивязки снимков , но и элементы внешнего ориентирования , получаемые о в полете, в особенности' спутнике *ые определение координат центров фотографирования .

с , э

Цгдью работы являлось : В системный анализ методик и технологий . аналитического )ототриакгулирования ислолы. уеких в России и других странах ; определение

принципиальных путей их совершенствования ; В разработка интерактивной технологии построения и уравнивания маршрутных и блочных сетей; фототриангулированив соответствии с предлагаемыми схемами и возможностями использования независимых данных , получаемых при аэрофотосъемке; В проведение экспериментальных исследований на основе математического моделирования с использованием макетных склмков , а также опытных работ с использованием реальных материалов аэросъемки .

На Защиту выносятся результаты теоретических• и экспериментальных исследований , определяющих эффективность разработанного подхода к проблемам фототриангуляционного построения сетей .

Методика исследования состояла в анализе используемых и разработанных способов , алгоритмов и технологий аналитического фототриангулирования , применительно к новому определению размеров элементарны:: звеньев, при построении

уототрианх'уляционных сетей , а также использование координат центров фотографирования определяемых с высокой точностью ° различными навигационными системами. Проведение , на базе разработанных

о

способов, экспериментальных и опытных работ с

о

использованием макетных и реальных материалов.

Натмя моммяа работа. Новыми положениями , обоснованными в диссертационной работе яшкшса - методика построения фототриаягуляционных сетей с формфоваюми , после предварительных псетрьюки, ■окаяышх подблоков в качестве элементарных звеньев .

использование в качестве элементарных звеньев локальны» независимых подблоков образуемых пути обмкмнвнм стереопар смежных маршрутов и характеризующихся ,близким к линейному, характером накопления погрешностей взаимного положения точек ;

способ объединения иерекрывахнрехея элементарных звеньев в геодезическом пространстве под условием одновременной минимизации уклонений в координатах . опорных и связужжрсх точек с использованием только линейных зависимостей;

выявленное ,в процессе моделирования и экспериментальных исследований, ' соответствие

предлагаемых схем блочного фототриангулированля наиболее строгим ,с методических позиции, схемам <3 элементарными звеньями в виде независимых стереопар.;

возможность объективной оценки точности фототриакгуляционной сети построений с использованием независимо определенных координат центров

фотографирования , по результатам внутренних

о

'фотограииетрг-чесхих связей . ^

Практическая полезности работы определяется

- позтапнсэ построении сетей о оценкой правильное« . результатов и оперативной их

эй;

возможность повышения точности построения фототриакгуляциокных сетей по сравнение с традиционными методами построения.

- Снижение объема планово-высотной подготовки снимков при использовании дашшх GPS . '

Структура и объем работы . Диссертация состоит из введения , трех глав основного техста , Заключения, списка л;.торатуры и одного приложения Общий объем 118 машинописных страниц , 22 таблицы , 29 рисунков . В приложении содержится руководство по использованию программного комплекса

г Содержание работы.

Во введении обоснованна актуальность работы и приведено ее краткое содержание .

В первой главе рассмотрены погрешности , связанные с построением и объединением элементарных фотограмметрических звеньев , & также приведено обоснование выбора размера подблоков в соответствии с реальной точностью измерения и идентификации общих и опорных точек при фототриангулировании .

Здесь же поставлена задача определения длины маршрутного ряда ,при которой характер накопления погрешностей близок к линейному в пределах погрешностей построения одиночной фотограмметрической

модели . с

Формирование бдЬчнгс сетей из таких

элементарных звеньев , ° позволяет не только

существенно сократить объем вычислительных операции,

но 0 и обеспечивает возможность надежного технологического контроля .

Схема построения таких условно-ориентированных подблоков , содержит следующие этапы : ,

1.Построение свободных маршрутных фототриангуляционнг^с рядов , образующих многомаршрутную сеть .

2. Совместное геодезическое ориентирование свободных рядов в геодезическом пространстве с предварительной оценкой точности и выявлением грубых ошибок .

3. Формирование элементарнгтх звеньев и перекрывающихся независимых подблоков и их услоэно-геодезическое ориентирование о использованием ограниченного числа опорных точек, координаты которых определены в результате преобразования маршрутных рядов в фототриангуляционном блоке .

4. Нахождение элементов геодезического ориентирования - каждого из подблоков путем одновременной минимизации расхождения в коордикатах опорных и связующих точек в перекрытии подблоков.

5. Контроль и оценка точности фототриангудирования .

Во второй главе излагаются алгоритмы , разработанная программная реализация и оргаиизационпо-техяологичес!.ле особенности разработанного

программного комплекс 1 , который содержит следующие технологические этапы :

1. Разработка проекта построении, фототриангуляционной сети .

2. Измерение снимков в стерео или монокомпараторе и предварительная _ обработка

результатов с ц«лыо получатся иенопиг+ртт

координат связующих и опорных точек снимков. 3. Формирование эявмшпарш амжьм - свободных одиночных моделей юм моделей , оймдшпшшк а свободный ряд .

4 .Объединение элементарных вяиьва а общую свободную или геодезически ориентированную сеть . 5.Геодезическое ориентирование и уравнивание построенной сети .

В третьей главо описываются результаты

вылолг энных экспериментальных и опытно-

производств лнных работ .

Для сравнения различных методик

фотограмметрических построений использован принцип

математического моделирования с предварительным

деформированием макетных снимков , максимально

приближая их к снимкам , получаемым реальными

съемочными системами. При этом модели деформации

должны учитывать основные факторы , влияюврсе на

селичину и характер деформации изображения.

Автором разработан программный модуль ,

обеспечивахорде моделирование случайных и

систематичес тах погрешностей и _ введения мх в координаты макетных-снимков .

о При этом учитывались следующие факторы :

1. Изменение фокусного расстояния .

2. Нелинейная дёфогчация подложки .

Ь. Дисторсия объектива (симметричная). 4. Случайные погрешности измерения и идентификации общих точек .

о

Обработка макетных снимков ( масштаб макетных снимков 1:10000 , 1:к=100мм ) , максимально

приближенных х реальным снимкам, выполнялась в следующей последовательности :

1. В координаты всех точек каждого ив макетных снимков, кроме систематических поправок вводились, рассчитанные с использованием датчика случайна» чисел, случайные погрешности с гчсперсией

с

±20 мкм . <

2. По полученным таким образом общим данным проводилось построение маршрутных , многомаршруткых и блочных сетей по различным схемам . )

3. Полученные в результате' одной такой реализации геодезические координаты точег. , включенных в построения , сравнивались с их истинными эталонными Значениями' и разности выводились на печать.

4. Таких случайных реализаций для каждой

) " о

схемы выполнялось не менее 10 и результаты их оценки статистически обрабатывались .

Ниже приводятся результаты такой вероятностно-статистической обработки блока макетных снимков, •состоящего из 3 маршрутов по 10 стереопар о

и

каждом.

"А-......................... : 0 ...........................А-

1 2п/б

\ ▲ А

рис.1

Во всех случаях в качестве опоры использовались 5 планово-высотных точек, расположенных в соответствии с рис. 2 . •

В таблицах 1,2,3 приведены средств

кв&дратические ошибки, полученные по результатам 10 реализаций и трем использованным схемам :

-совместное объединение маршрутов ; -объединение трех подблоков, сформированных в соответствии с рис. 1 , содержащих по 4 пары из каждого из трех маршрутов с пзаимным перекрытием на одну пару;

-объединение 8 подблоков , пключакхвдос в

соответствии с рис. 2 по 3 стереопары из 2х смежных маршрутов и перекрывающихся между собой на одну пару вдоль -маршрутов и по общему маршруту поперек ;

- А > ! А

А А :

рис. 2

таб. 1

помер реализации шх м. ту м. Ш1 м.

1 0.357 0. 524 0.749

2 0.324 0. 796 0.433

3 0.2е7 0. 487 0.432

4 0.449 0. 319 0.353

5 0.368 0. 383 0.326

б 0 .253 0. 362 0.080

7 о'. 405' 0. 472 0.212

8 С.382 0 0. 933 0.620

9 ° 0.384 <?• 358 0.442

10 0.327 0 . 609 0.620

средние значения

0.353 0.524 0.426

таб. 2

номер реализации шх м. ту м. тг м.

1 0.247 0.238 0.221

2 0.279 0. 492 0.232

3 0.265 0.401 0.203

4 0.259 0.328 0.201

5 0.347 0.324 0.132

6 0.204 0.199 0.067

7 0.347 0.376 0.149

в 0.299 0.384 0 217

9 0.305 0.325 0.168

10 0.292 0.282 ' 0.166

средние значения 0.284 .0.335 0.176

таб. 3

номер реализации их м. гсу м. тг м.

1 0.298 0.240 0.159

2 0.287 ' 0.365 0.145

3 0.358 0.402 0.184

4 С. 310 0.323 0.145

5 0.331 0.372 0.187

6 0 .'226 0.335 0.110

" 7 0.270 0.343 0.164

8 0.318 0.391 0.152

9 0.303 0.248 0.185

10 0.305 0.387 0.147

средние значения 0.300 0.344 0.158

Сравнительный анализ получен"\ос результатов показывает эффективность использования а качестве элементов при построении блочных -^етей локальных

звеньев , сформированных стереопар смежных маршрутов десяти реализаций

из ограниченного числа Так полученные из средние квадратичесхие

погреши сти Ю7 гнового положения точек уменьшаются в среднем в 1.5 раз.. , а по высоте в 2 , раза Моьло также отметить , что уменьшение размера элементарных звеньев по сравнению с их

оптимальными размерами , определяемыми величиной остаточных нелинейных погрешностей не приводит к существенному повышению точности .

___Иногомзршругная схема Три подблока__Восемь подблоюп

1 г мг

I 20

! . 10 0 +

рис 3.

Диаграмма анализа значений средних квадратических ошибок го десяти реализациям.

Разработанное программное обеспечение позволяет выполняет, фототриангуляционные построения формируя элементарные звенья на только в блоке , но и в пределах одного маршрута С этой точки зрения представляют интерес результаты , полученные при построении маршрутных фототриангуляциошгых рядоп и их 9 уравнивание с использованием авеиьев,

сформированных после предварительных построений в виде триплетов, перекрыла юп»исся на 1 стереопару. Схема

о

маршрута , протяженном 10 стереопар и положение опорных точек приведены на рис. 4 .

ГА........ • •••• ▲

• •: ▲

; ▲....... • • А

рис. 4

В этом случав в каждой ив реализаций, фототриангуляционный маршрут строился вначале по традиционной схеме, путем объединения иг зависимых моделей и последующим его геодезическим

ориентированием по точкам планово-высотной подготовки, а затем по этим же данным , но с использованием методики совместного ориентирования триплетов, перекрывающихся на одну стереопару в геодезическом пространстве .

Осредненные из 10 случайных реализаций результаты приведена в таблицах 4,5 *

таб. 4

номер реализации шх м. ту м. тг м.

1 0. .323 0.943 0.273

2 0. ,362 0.866 0.239

3 0. ,245 0.365 0.255

4 0. .371 0.268 0.143

5 " 0. ,240 0.397 0.087

6 0. .288 0.288 0.103

7 0. ,305 0.533 0.114

8 0. 402 = 0.786 0.240

9 0. ,448 0.613 0.169

10 0. ,345 0.769 0.110

средние значения 0. 333 0.583 0.173

Дакныо таб. 4 соответствуют построению сети по традиционной схеме , а таб. 5 - на основе объединения предварительно сформированных триплетов .

таб.5

номер реализации шх м. ту м. тх и.

1 0.534 0.396 0.245

2 0.497 0.458 0.216

3 0.391 . 0.524 0.256

4 0.482 0.291 0.174

5 0.496 0.445 0.086

6 0.299 0.255 0.073

7 0.399 0.377 0.164

8 0.660 0.359 0.210

9 0.277 0.492 0.125

10 0.357 0.788 0.112

средние Значения 0.439 0.448 0.166

Результаты моделирования убедительно показываю-? уменьшение остаточных погрешностей высот точек при тез: же исходных даяных .

В разработанной технологии блочного

фототриангулирования предусмотрено использование

с

независимо определенных координат центров

фотографирования . При этом предусматривались дао схемы построений.

, В первой из низе предварительно

сформированные локальные звенья объединялись г. геодезическом пространство на основе совместной минимизации остаточных ^ расхождений в положении центров фотографирования и. координат опорных и связующих точек .

Во второй -элементарные звенья (локальные подблоки) сразу строились в о геодезическим

пространство , которое фиксировалось положением центров фотографирования .

Осреднечные из 10 случайных реализаций

результаты приведены , соответственно, з таблицах

6,7..

таб. б

реализации тх м. ту м. гаг м.

1 0 .242 0. .239 0.175

2 0. .270 0. .472 0.266

3 0, .270 0. ,399 0.208

4 0. .251 0. .327 0.197

5 0, .338 0. .329 0.141

б 0, .220 0. 329 0.098

7 0. .345 0. ,370 0.233

8 0. .288 0. 369 о.:в2

9 0. .295 0. ,298 0.128

10 0. .296 0. ,288 ■ оаоб

средние значения 0.282 0.342 0.131

При этом , предварительно', в координаты центров фотографирования в каждой реализации вводитесь, случайные погрешности с дисперсией с = ±20 см .

таб. 7

номер реализации их м. ту м. шг м.

1 0 .240 0.234 0 .182

2 0, .322 0.331 0. .231

3 0 .265 0.281 0 .220

4 1 0. .246 0.249 0, .163

5 0, .318 0.213 0. .226

б 0. .226 .0*226 0. .169

7 0, .247 0.329 0. .216

8 0. .315 0.299 0. .272

9 0. .276 0.256 0. ,225

10 0. .304 0.253 0. ,185

средние значения 0. .276 0.267 0. .209

•таб. 8

номер реализации шх м. ту м. М.

1 ' 0.256 0.274 0.227

2 0.288 0.192 0.205

3 0.159 0.145 0.128

4 0.155 0.141 0.213

5 0.255 0.128 0.158

6 0.113 0.120 0.101

7 0.199 0.190 0.122

8 0.510 0.277 0.290

9 0.295 0.295 0.301

10 0.283 0.200 0.168

средние значения 0.251 0.196 0.191

Так как формирование локальных звеньев

. (подблоков)• производится в общем блоке с перекрытием

(рис. 1) и их раздельное ориентирование в

геодезическом пространстве выполняется с

использованием соответственных координат центров

фотографирования, возникает возможность объективной

оценки точности построений по разности получаемых

координат общих точек смежных подблоков . Получаемые

' таким образом разности могут считаться разностями

двойных независимых измерений .

Результаты такой оценхи приведены в таблице 8

Сопоставление этих результатов , отражающих лишь

внутренние геометрические связи, с оценкой точности

построений, полученной по значениям истинных

о " .

разностей, показывг.,1т практическое их совпадение .

Обобщенные графики ,результатов вероятностно-статистического моделирования приведены на рис. 5 .

о •

Диаграмма распределений результатов ееригоюстео-статистачеоюй обработки

г~

«рмлодОлока

| j-•остытоблока

! i----<зрз* спорны* кмо*

[-толмс рэ

рис. 5

С использованием разработанной методчки и

комплекса программ были также обработаны результаты

измерений аэроснимков полигона Роскиц Алексин ,

обеспеченных достаточно плотной сетью контрольных

точех и с определенными в полете координатами центров

фотографирования При масштабе съемки 1:3000 ( ■

100 мм ) в общую сеть было включено 3 маршрута по 10

снимков в каждом , а элементарные звенья формировались

в виде трех подблохов размерностью 4X3 .

Схема этих маршрутов и положения опорных точех

приведены на рис. 6 .

В таблице 9 приведены остаточные погрешности в

положении

контрольных точек

полученные

при

использовании координат центров фотографирования и 5 отмеченный опорных точек , а в таблице 10 -погрешности, полученные при использовании только координат центров фотографирования .

г\-V■ -С/.'

14

ч M * !í L J ir. !Л ? o

(i Ъ- V ps -r o <r ' 8 ^ l¡ !

i ■ I • 1 i. ffl . w < о г , i N 7 w 0) i и 9 1 i

i ill . o »• 1Л • N U¡ Г 2 * 1 1

• 8 , M n 2 Я « " л С g F 2 О

г г* • 3 с _ «г — v o « eoooi n,

p N г* а & if* > 8 J, ; в i j? • i ! i

, »< V 1 « 1 4 ! 1 J .

!

таб. 9

Si то<г:-м Ax Ay Az

10015 -0. .070 -0 .038 -0. .020

10154 0. .074 -0 .399 -0. .029

10142 0 .023 0 .108 0. .017

10013 0 .007 0 .092 -0. 004

10153 0 .046 -0 .070 0. 008

10141 0. .340 0 .147 -0. 164

10129 0. .070 0 .134 0. .216

10011 0. .151 0 .049 -0. 032

10009 -0. .033 0 .108 0. 016

10152 0. .013 0 .248 0. 057

10151 -0 .003 0 .019 0. 013

10140 0. .164 0 .134 0. 176

10139 0. .006 -0 .021 0. 002

10320 0. .341 -0 .012 0. 125

10128 0. 005 -0 .019 -0. 019

0. 142 0 . 146 0. 092

таб. 10

Ci точки Ах Ау Л Az

10015 0. .011 -0.210 0.032

°1015Д 0 .198 -0.458 -0.049

10142 0 .011 0.193 . -0.063

10013 0 .036 -0.085 -0.005

10153 0. .116 -0.132 -0.057

10141 0. .339 0.211 -0.233

10129 0, .220 0.318 0.056

10011 0 .144 0.022 -0.157

10009 0. .015 0.221 -0.098

1015S -0. .043 0.251 0.012

10151 0. .070 0.091 0.052

10140 0. .090 0.172 1 0.179

10139 0. ,062 -0.012 0.184

10328 0 . .263 0.077 0.107

10128 0. .018 -0.028 0.202

0. 148 0.203 0.101

Оцынм по разности координат общих точек ■ стииж подблоках привела к аналогичным рваушмсам .

Заключение

Выполненные к отраженные в рабом рмушага порммчваскх и экспериментальных исследований оомодш» сделать следующие выводы :

1. Весьма значительное число используемых при построении фотесрмшгуляциошшк сетей , особенно блочных , геометрических сетей обусловливает технологическую необходимость выполнить »«и постро« к« в несколько з*алоо > оценивая а каждом из которых вражияывпоеь

. получаемых результатов и корректируя даяние . .2. Современные средства вычислительной м

аппаратной техники позволяет выполнять и

поэтапно оценивать результаты обработки а

интерактивном режиме ,непосредственно на

рабочем месте м оперативно выявлять нормативно

недопустимые погрешности идентификации , и

измерения связующих м опорных точек . '3. Использование в качестве элементарных звеньев,

составпаи ццх блочную сеть локальных образований

(подблоков), ахяючапфос предварительно

построенные . части смежных маршрутов,

обеивечмвает ^ пожсвенке надежности к жесткости

фототришгуд^ц» ¡жиъпс построений _ Оетималышй

размер подблока ; как показываю« щцимчм а

работе исследования , составляет 3-5 стереопар каждого иа 2-3-х смежных маршрутов .

4. Статистически достоверные результаты , полученные из многократной обработки псевдомакетных и реальных снимков , убедительно подтвердили правильность сделанных в работе предпосылок . По сравнению с традиционными схемами многомаршрутного фототриангулир вания, исполг- зспагио предлагаемой методикиь обеспечивает уменьшение остаточных погрешностей в 1.5 - 2 раза а плане и в 2 раза по высоте . В результате этих же исследований показано , что уменьшение размера локахышх звеньев , который в пределе соответствует одиночной модели , как это есть в известных схемах , не приводит к реальному повышению точности .

5. Использование предложенной схемы построения и уравнивания фототриангуляции эффективно ,не только при формировании блочных сетей , но и а случае маршрутной фототриаягуляции.

6. Разработанные схемы фототриангуляции и программно-технологическое обеспечение позволяют

эффективно использовать получаемые, с помоч^ыо GPS в полете, координаты центров фотографирования . При обеспечении определенных в работе условий соответствия независимых определений точности фотограмметрических

построений , использование данных GPS позволяет

существенно снизить необходимый облюм планово-высотной подготовки снимков или обойтись без него .

7. Излагаемые в работе схемы блочного фототргангулирования с использованием данных GPS позволяют объективно оценить точность этих данных по результатам внутренних связей Результаты экспериментальных исследований подтверхсдздот это обстоятельство .

8. Основные результаты , полученные " при вероятностно-статистическом моделировании по макетным снимкам , подтверждается результатами обработки материалов полигонной съемки с определением координат центров фотографирования в полете .

г

Заказ 1> £3 .Тираж 100 . Объем 1.3 п/л. Участок оперативной полиграфии ГУЗ