Сканеры для выполнения аэросъемочных работ

 

Одновременно с наземными лазерными сканерами в 80-х годах разработаны лазерные сканеры воздушного базирования, которые предназначены для воздушных съемок и устанавливаются на летательных (ЛА). В свою очередь сканеры воздушного базирования разделяют на активные (лазерные) и пассивные сканеры. Эти приборы, установленные на борту ЛА, осуществляют сканирование местности вдоль маршрута. Ширина полосы съемки может меняться в широких пределах от 0 м до размера, равного 93 % высоты съемки. Обычно высота полета при съемке выбирается в пределах от 200 м до 3000 м. Точность определения высоты сканером составляет 5— 15 см. Построчное сканирование пучком лазерного излучения осуществляют перпендикулярно маршруту со скоростью несколько тысяч точек в секунду.

Траектория движения носителя регистрируется бортовым приемником СРS.

Таким образом, определяются текущие координаты центра съемки. Для определения элементов ориентирования используется инерциальная система. В сочетании с измеренными значениями наклонной дальности и угла сканирования эта точность определения позволяет непосредственно получить абсолютные геодезические координаты точек пространства, вызвавших отражение зондирующего луча.

Точность изображения элементов рельефа и наземных объектов по результатам съемки, а также точность всех геометрических измерений составляет порядка 20 см—40 см. Поэтому полученные данные можно использовать для создания и обновления топографических карт и планов практически всех масштабов вплоть до 1:5000.

Производительность данного метода достаточно высока, так как за один аэросъемочный день можно выполнить съемку линейных объектов в 500—600 км. Камеральная обработка результатов съемки, как правило, по продолжительности сравнима со временем выполнения авиационных работ, что позволяет при необходимости быстро выполнить повторную съемку. Обработка материалов сканерной съемки отличается от традиционных аэрофотосъемочных технологий, которые требуют камеральной обработки, включающей фотограмметрические измерения.

По результатам съемки с помощью лазерного сканера всегда можно создать пространственный образ объекта на основании совокупности точек, координаты которых получены при отражении от поверхности объекта. Это облегчает визуальный анализ формы изображаемого объекта и позволяет выполнять все необходимые первичные (а в некоторых случаях и окончательные) геометрические измерения. Полученные данные могут быть использованы для программного анализа и построения векторных моделей.

Этот метод съемки, в отличие от классической аэрофотосъемки, меньше зависим от сезонных ограничений, связанных с наличием лиственного покрова, так как в большинстве случаев применим к съемке объектов, расположенных под кронами деревьев.

Съемка с помощью воздушного лазерного сканера может быть выполнена для территорий с отсутствующей или слабовыраженной текстурой поверхности, а именно: карьеров, тундры, песчаных пляжей, заснеженных и водных поверхностей. Отметим, что стереофотограмметрические измерения таких снимков сложны, так как отождествление соответственных точек в стереопаре затруднено.

По данным съемки выполняется камеральное дешифрирование, и рисовки контурной части карты (плана). При выполнении съемки получают одновременно два вида данных: цифровую модель местности (ЦММ) с цветовым кодированием возвышения и соответствующие этой модели фрагменты изображения снимаемого объекта, полученные за счет регистрации интенсивности отраженного лазерного сигнала. Эти данные дополняют друг друга и способствуют повышению точности и достоверности работ по дешифрированию и выделению контуров. Действительно, если ЦММ представляет полную информацию по геометрии снимаемых объектов, то яркостное изображение по своим информационным свойствам соответствует классическому аэрофотоснимку, что позволяет оператору использовать методы традиционного дешифрирования.

Эти материалы могут быть получены непосредственно сразу после окончания аэросъемочных работ и использованы для камерального дешифрирования и создания цифровой модели рельефа, которая используется для ортотрансформирования снимков. Эта схема представляет собой технологически полную схему автоматического создания ортофотомозаики с точностью, удовлетворяющей требованиям топографического плана масштаба 1:5000 и мельче.

Результаты съемки можно использовать для семантического анализа данных, который предполагает автоматическое обнаружение, распознавание и позиционирование объектов различных классов. Например, можно практически без участия оператора создать модель линий электропередач, включающую опоры, провода и грозозащитные тросы, гирлянды изоляторов, пересекающие линии, и представить эту модель в CAD-овской форме, что, в свою очередь, позволяет числено оценить такие параметры, как стрела провеса, габариты, углы наклона гирлянд и др.

Также можно выполнять моделирование городских ландшафтов, автомобильных и железных дорог, инженерных коммуникаций, береговой линии. При выделении поверхности истинной земли из множества лазерных точек можно автоматически построить векторные модели лесных массивов, используемые для таксации леса и численной оценки лесотехнических характеристик.

По данным съемки могут решаться и некоторые землеустроительные задачи, а также может быть создана вся рельефная часть карты (плана). Этот процесс можно автоматизировать, а также создать триангуляционную (TIN) и регулярную (GRID) модель поверхности рельефа. Такое представление рельефа позволяет выделять линии разлома и другие структурные компоненты. Полученные геоморфологические данные позволяют прогнозировать наводнения, оценивать объем снежной массы, осуществлять мониторинг карьеров, оценивать эрозию береговой линии и др.