автореферат диссертации по геодезии, 05.24.02, диссертация 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 +
"Л
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
-
Похожие работы
- Разработка методики, комплекса технологических алгоритмов и программ фототриангулирования с использованием микро ЭВМ
- Совершенствование применения метода самокалибровки при пространственной аналитической фототриангуляции
- Совершенствование технологии проектирования, построения и уравнивания фотограмметрических сетей
- Разработка комплекса программ для технологической обработки снимков наземной стереофотограмметрической съемки при решении инженерных задач
- Аналитическая пространственная блочная фототриангуляция с использованием координат центров проекции аэрофотоснимков, полученных GPS-методами