Аэросъёмочный фотограмметрический комплекс Vision Map A 3 от

Аэросъёмочный фотограмметрический комплекс Vision. Map A 3 от широкоугольной цифровой камеры до автоматического создания ортофотоплана и квази-снимков для стереорисовки Proprietary Vision. Map Information

Темы для обсуждения • Предварительные рассуждения • Общее описание • Цифровая аэрокамера • Система обработки данных • Анализ точности • Производительность • Преимущества использования • Заключение Proprietary Vision. Map Information

Предварительные рассуждения • Большая высота фотографирования • Длиннофокусный объектив • Специальная конструкция аэрокамеры Proprietary Vision. Map Information Высокая производительность аэросъёмки и фотограмметрическая точность

Рассмотрим проект … Технические требования: Ортофотоплан с разрешением 15 см; Площадь – 20 000 кв. км; Максимально допустимый угол отклонения от надира = 20°; Выполнение аэросъёмки потребует: 21 съёмочных дней при использовании обычных крупноформатных цифровых камер; 5 съёмочных дней при использовании A 3 камеры; Что делает это возможным ? Высота фотографирования, длиннофокусный объектив и специальная конструкция камеры !!! Почему ? Proprietary Vision. Map Information

Высота фотографирования ? 4, 5 km S 2 Vision. Map A 3 (f=300 mm) α – максимально допустимый угол отклонения от надира при создании ортофотоплана Полоса съёмки для ортофотоплана (при α=20°): 2α 1, 5 km S 1 2α W 1 = 1092 m W 2 = 3276 m W 1 W 2 Proprietary Vision. Map Information Крупно форматные цифровые камеры

Длинный фокус ? Сдвиг изображения за счёт рельефа значительно меньше при использовании длиннофокусного объектива S 2 Vision. Map A 3 (f=300 мм) f Сдвиг изображения Меньше требуемая точность ЦМР Больше площадь для создания ортофотоплана Меньше площадь скрытых мест S 1 f Proprietary Vision. Map Information Скрытые места

Меньшая требуемая точность ЦМР при создании ортофотопланов S 1 Допустимая точность ЦМР (Δhпред) при разных F Масштаб карты Mk mz (f=300 мм) (f=100 мм) 500 2, 5 0, 8 1000 5, 0 1, 7 2000 10, 0 3, 3 5000 25, 0 8, 3 10000 50, 0 16, 7 25000 f mz 125, 0 41, 7 Rmax H * Вычисления выполнены для одиночного центрального снимка (CCD) с Rmax = 18 мм (α=3, 43°) DTM mz Ground D mxy Proprietary Vision. Map Information

Конструкция аэрокамеры α – максимально допустимый 2α угол отклонения от надира при создании ортофотоплана; FOV = 104° Угол максимального поля зрения - 104° Полоса съёмки одного маршрута для ортофотоплана Полная полоса съёмки для уравнивания и получения перспективных снимков Proprietary Vision. Map Information

Применительно к нашему проекту Результаты Входные данные Высота фотографирования (м) 4 500 Полная ширина съёмки (м) 11 519 Скорость полёта (км/час) 260 Ширина съёмки для ортофото (м) 3 276 Макс. угол поля зрения (градус) 104 3 276 Угол для ортофотоплана (2α, градус) 40 Расстояние между осями маршрутов (м) Разрешение в надире(м) 0, 14 Разрешение для перспективного снимка (м) 0, 22 Полная площадь съёмки (кв. км в час( 2 987 Площадь съёмки для ортофото (кв. км в час) 849 Один съёмочный день (5 часов, кв. км) 4 245 Площадь объекта (кв. км) Количество съёмочных дней Площадь для ортофото Proprietary Vision. Map Information 20 000 4, 7

Общее описание Proprietary Vision. Map Information

Основные отличия • Цифровая аэрокамера: – Малый вес, небольшой размер, простота установки в самолёте; – Два вращающихся спаренных объектива с двумя ПЗС (CCD) и фокусным расстоянием 300 мм; – Горизонтальные и перспективные снимки, с точным фотограмметрическим решением, одной камерой и из одного полёта; – Большая высота фотографирования приводит к большой съёмочной площади; – Квази-снимок большого формата (480 Mpix) для стереосъёмки; • Обрабатывающая система: – Расширяемая конфигурация ПК серверов; – Одновременная обработка разных проектов; – Одновременная обработка сотен тысяч снимков; – Все вычислительные процессы выполняются в автоматическом режиме. Proprietary Vision. Map Information

Основной порядок выполнения • Подготовка аэросъёмочного проекта; • Выполнение аэросъёмки (с возможностью контролирования качества снимков во время полёта); • Блок памяти переносится в наземную систему для обработки; • Автоматическая обработка данных: обработка данных полёта и проверка качества (снимки и GPS), аэротриангуляция, вычисление ЦМР/ЦММ, вычисление ортофотопланов, построение мозаики, радиометрическое уравнивание, построение квазиснимков для стереорисовки. Proprietary Vision. Map Information

Цифровая аэрокамера А 3 Proprietary Vision. Map Information

A 3 – легкая аэрокамера • Компьютер: Вес – 10 кг; Размеры - 25*40*40 см; • Аэрокамера: Вес – 15 кг; Размеры - 50*50*40 см; • Время установки – 15 -30 мин; • Нет необходимости в специальном транспортировочном средстве в аэропорту; Proprietary Vision. Map Information

Конструкция аэрокамеры • Два спаренных вращающихся объектива с ПЗС каждый; • Объективы вращаются перпендикулярно линии полёта; • Фокусное расстояние – 300 мм; • Зеркально-оптическая оптика; • Макс. угол поворота – 104 градуса; • Сдвиг изображения (FMC&SMC) и общая вибрация учитываются специальным зеркально-оптическим стабилизатором встроенным в объективы; • Вес – 15 кг; • Размеры – 50*50*40 см. Направление полёта Proprietary Vision. Map Information

Бортовой компьютер • ПК на основе Intel процессора; • Бортовая компрессия снимков с использованием JPEG 2000; • Двухчастотный GPS (с поддержкой Omni Star); • Съёмный модуль Flash памяти емкостью 0, 5 TB; • Вес – 10 кг; • Размеры – 25*40*40 см. Proprietary Vision. Map Information

Технические характеристики ПЗС (CCD) KAI-11002 Размер одиночного 4006*2666 снимка (пиксель) Размер двойного снимка 7812*2666 (пиксель) Количество двойных снимков за один поворот 27 объектива 62517*7812 Размер квази-снимка (пиксель) ~480 Mpix Поле зрения одного 6, 9*4, 6 объектива (градус) Макс. поле зрения 13*104 камеры (градус) Апертура f/4, 5 Цвет RGB Глубина цвета (бит) 12 Размер пикселя (мкм) 9, 0 Скорость съёмки (снимков/сек. ) 7, 5 Скорость чтения информации (Мб/сек. ) Макс. время полёта (час. ) Общий вес (кг) Температура Proprietary Vision. Map Information 155 5 -8 27 кг от -30°до + 45°

КСС - Квази-снимок для стереоработ • Плавное вращательное движение объективов; Одиночный снимок • До 27 двойных снимков за один поворот; • Перекрытие между снимками вдоль линии полёта 2%; • Перекрытие между снимками поперек линии полёта 15%; Направление полёта Направл ение вращени я объекти вов • Перекрытие между двумя последовательными КСС задаётся в зависимости от типа решаемой задачи; • Высокая точность. КСС – для визуализации. Все вычисление ведутся на одиночном снимке. КСС – 480 Мпикс Proprietary Vision. Map Information Двойной снимок

Параметры КСС Высота фотографирования (м) 1500 3000 4200 7500 Высота фотографирования (ft) 4921* 9842 13779 24606 354 709 992 1772 1435* 7679 10751 19198 Площадь КСС (кв. км) 0, 5 5, 4 10, 7 34, 0 Площадь стерео КСС вдоль маршрута (56%, кв. км) 0, 3* 3, 0 6, 0 19, 1 Площадь стерео КСС между маршрутами (50%, кв. км) 0, 7 2, 7 5, 3 17, 0 Отношение базис/высота (B/Н) между КСС в одном маршруте 1: 7, 6 Отношение базис/высота (B/Н) между КСС из соседних маршрутов 1: 0, 8 Разрешение на местности в надире (м) 0, 05 0, 10 0, 14 0, 25 Разрешение на местности для перспективного снимка (м) 0, 08 0, 16 0, 23 0, 41 Короткая сторона КСС (вдоль линии полёта, м) Длинная сторона КСС (поперёк линии полёта, м) * На высоте меньше 2700 м для поддержки перекрытия между КСС внутри маршрута, уменьшается угол поворота объективов. Proprietary Vision. Map Information

Пример КСС Proprietary Vision. Map Information

Перспективный снимок Высота съёмки - 3500 м; 45° от надира Proprietary Vision. Map Information

Горизонтальный снимок Высота съёмки 3600 м Разрешение – 10, 8 см Proprietary Vision. Map Information

Горизонтальный снимок Высота съёмки 3660 м Разрешение 11 см Proprietary Vision. Map Information

Система обработки данных 1. WEB-программа управления процессами; 2. Модуль подготовки аэросъёмочного проекта; 3. Предварительная обработка: задание параметров проекта, предварительная корреляция изображений, проверка качества аэросъёмки, обработка GPS; 4. Блочная фототриангуляция по методу связок с самокалибровкой; 5. Вычисление ЦМР и ЦММ или импорт существующих; 6. Построение КСС с радиометрической коррекцией (опционально); 7. Полностью автоматическое производство ортофотоплана: ректификация отдельных снимков, мозаика и радиометрическая коррекция. Proprietary Vision. Map Information

Точность и надёжность решения • Каждая точка изображается на множестве снимков и просматривается с разных направлений • Разные углы засечек • Высокая точность и надёжность - миллионы связующих точек и фотограмметрических связей. Площадь для ортофото Proprietary Vision. Map Information

Блочное уравнивание Самокалибровка Все вычисления ведутся на одиночном снимке Нет необходимости в IMU Нет необходимости в опорных точках Был решен блок из 700 000 снимков Миллионы связующих точек Полностью автоматический процесс Специальные средства для проверки качества Proprietary Vision. Map Information

Точность фототриангуляции Контр. точки Δx Δy Δxy Δz • Высота полёта – 3 600 м; P 1 -0, 20 0, 02 0, 20 -0, 06 P 2 0, 10 -0, 04 0, 11 • Площадь – 2 680 кв. км; P 3 -0, 19 0, 07 0, 20 -0, 09 • Количество одиночных снимков – 250 000; P 4 -0, 17 -0, 09 0, 19 -0, 16 P 5 0, 43 0, 04 0, 43 0, 74 P 6 -0, 13 -0, 24 0, 27 -0, 44 -0, 03 0, 04 -0, 20 -0, 14 0, 05 0, 14 -0, 17 P 9 -0, 12 -0, 15 0, 20 -0, 30 P 10 0, 07 -0, 28 0, 29 -0, 21 P 11 -0, 14 -0, 11 0, 18 -0, 13 СО -0, 05 -0, 07 0, 20 -0, 08 СКО 0, 18 0, 13 0, 23 0, 30 • Разрешение на местности – P 7 12, 5 cm; P 8 • Без опорных точек. Proprietary Vision. Map Information

Точность фототриангуляции Proprietary Vision. Map Information

Точность фототриангуляции Area H H (sq. km) (feet) (m) 1 220 8, 000 2, 400 0 2 220 8, 000 2, 400 3 220 8, 000 4 100 8, 000 Case GCP Ch. P RMS x y z xy xyz 66 0. 49 1. 15 0. 59 1. 25 1. 39 5 61 0. 28 0. 62 0. 33 0. 68 0. 75 2, 400 14 52 0. 15 0. 19 0. 30 0. 24 0. 39 2, 400 16 22 0. 06 0. 08 0. 10 0. 14 Proprietary Vision. Map Information

Автоматическое вычисление ЦМР/ЦММ Плотность ЦММ - 7. 5 м Зеленый - земля Розовый - дома и деревья Proprietary Vision. Map Information

Допустимая ошибка ЦМР Вычисления выполнены для: F = 300 мм; α = 30°; Rmax = 18 мм 2α – предполагаемый допустимый угол поля зрения для производства ортофотоплана. Инструкции по топографической съёмке ГУГК Городская и равнинная местность Масштаб карты Мк 2α Горная и залесённая местность Точность ЦМР Допустимая ошибка ЦМР (по α) Допустимая ошибка ЦМР (по Rmax для одиночного снимка) (м) (м) (м) 500 0, 25 0, 43 0, 35 0, 61 2, 5 1 000 0, 50 0, 87 0, 70 1, 21 5, 0 2 000 1, 25 1, 73 1, 40 2, 42 10, 0 5 000 2, 50 4, 33 3, 50 6, 06 25, 0 10 000 5, 00 8, 66 7, 00 12, 12 50, 0 25 000 12, 5 17, 32 17, 50 30, 31 125, 0 Proprietary Vision. Map Information

Автоматическая мозаика Программа обходит дома и деревья Учитываются движущиеся объекты Proprietary Vision. Map Information

Автоматическая коррекция радиометрии Исходные снимки Ортофотоплан Proprietary Vision. Map Information

Проверка параметров съемки Графическое представление угла 2α • Цветовое обозначение проблематичных мест; • Географическая презентация; • Тёмно-синий цвет – надир; • Возможность оценки площади съёмки пригодной для ортофотоплана. Proprietary Vision. Map Information

Проверка радиометрической коррекции • Цветовое обозначение проблематичных мест; • Географическое представление областей радиометрической коррекции; • Карта изменений для каждого пикселя. Proprietary Vision. Map Information

Оценка точности стерео модели B L P 2 a Стерео между маршрутами отношение В/Н 1: 0, 8 (α=32, 6°) H P 1 a Высота Разре шение Стерео внутри маршрута отношение В/Н 1: 7, 6 (α=3, 8°) Δx Δy Δz (м) (м) (м) Q (м) Схема оценки точности 1 500 0, 05 0, 01 0, 02 0, 01 0, 16 3 000 0, 09 0, 03 0, 05 0, 02 0, 32 4 500 0, 14 0, 04 0, 07 0, 03 0, 48 6 000 0, 18 0, 06 0, 05 0, 09 0, 04 0, 64 8 500 0, 26 0, 08 0, 07 0, 13 0, 06 0, 91 10 000 0, 30 0, 10 0, 08 0, 16 0, 07 1, 07 (м) Формулы оценки точности Proprietary Vision. Map Information

Соответствие стандартам Инструкция по фотограмметрическим работам ЦНИИГАи. К, 2002 Технические возможности комплекса А 3 (3. 7. 6 – Остаточные погрешности на опорных точках) Масштаб карты M Высота сечения рельефа h (м) Размер пикселя (м) Δxy 0. 2*M 1: 500 0, 5 0, 08 0, 1 1: 1000 1, 0 0, 13 1: 2000 2, 0 1: 5000 Δz 0. 15*h Высота полёта Размер пикселя Δxy Δz (м) (м) 0, 08 1500 0, 05 0, 02 0, 15 3000 0, 09 0, 04 0, 05 0, 25 0, 4 0, 30 4500 0, 14 0, 06 0, 07 2, 5 0, 38 1, 0 0, 38 6000 0, 18 0, 09 1: 10000 5, 0 0, 50 2, 0 0, 75 8500 0, 26 0, 11 0, 13 1: 25000 10, 0 0, 88 5, 0 1, 50 10000 0, 30 0, 13 0, 16 Proprietary Vision. Map Information

Производительность системы Площадь съёмки (кв. км) 3 000 Высота полёта (м) 3 650 Разрешение на местности (см) 12, 5 Количество одиночных снимков 250 000 Количество КСС 5 000 Компьютерная конфигурация 4 Dual quad core PC Время необходимое на аэросъёмку всего объекта (дней) 1 -2 Производительность производства (вычислений) ортофотоплана (кв. км в день) 500 Время на производство ортофотоплана (дней) 6 Общее время выполнения проекта (дней) 8 Окончательные продукты Ортофотоплан, КСС Горизонтальные и перспективные снимки, ЦМР/ЦММ Proprietary Vision. Map Information

Производительность аэросъёмки Высота полёта (fееt) 5 000 10 000 12 000 15 000 22 000 28 000 Высота полёта (м) 1 524 3 048 3 658 4 572 6 706 8 535 Скорость самолета (км/час) 260 260 260 Макс. угол (2α) для ортофото 60° 60° 60° Ширина полосы съёмки (м) 1 435 7 802 9 363 11 703 17 165 21 846 Расстояние между маршрутами (м) 1 109 2 219 2 662 3 328 4 881 6 212 Разрешение в надире (м) 0, 046 0, 091 0, 110 0, 137 0, 201 0, 256 Разрешение перспективного снимка (м) 0, 051 0, 149 0, 178 0, 223 0, 327 0, 416 372 2 023 2 428 3 034 4 450 5 664 372 913 1 095 1 369 2 008 2 555 Полная площадь аэросъёмки (кв. км в час) Площадь аэросъёмки для ортофотоплана (кв. км в час) • Площадь аэросъёмки для ортофотоплана, наряду с другими параметрами, определяется максимальным допустимым углом 2α для ортофотоплана; • Угол 2α задаётся при планировании аэросъёмки и зависит от требуемой точности, точности ЦМР и от типа местности – городская, равнинная, горная. Proprietary Vision. Map Information

Производительность обработки • Наземная система для обработки данных использует стандартное компьютерное оборудование; • Стандартная конфигурация поставки состоит из 4 -х Dual quad core Intel Xeon серверов интегрированных в единую систему; • На стандартной конфигурации система позволяет обрабатывать до 500 кв. км ортофотоплана в день; • Система расширяема. Простое добавление памяти и серверов приводит к повышению производительности вычислительного процесса. Proprietary Vision. Map Information

Преимущества пользователя Снижение стоимости аэросъёмки: • • сокращение времени полёта за счёт большой высоты фотографирования и большей площади съёмки, меньшая чувствительность к изменениям погоды из-за сокращения времени полёта и предполётной подготовки, большая эффективность при съёмке городской территории из-за большой высоты полёта, сокращение количества самолётов и аэрокамер при выполнении больших проектов или множества проектов в ограниченное время. Снижение стоимости фотограмметрических работ: • • все процессы выполняются в одном программном комплексе, полная автоматизация всех процессов, высокая производительность системы, параллельное выполнения множества проектов без вмешательства оператора, встроенные возможности для вычисления ЦМР/ЦММ, в общем случае, нет необходимости в опорных точках, эффективная стереосъёмка с использованием КСС. Proprietary Vision. Map Information

Заключение • Высокая производительность – для данного разрешения производительность комплекса значительно выше, чем у других цифровых аэросъёмочных систем; • В одном полёте одной камерой можно получить горизонтальные и перспективные снимки. Все снимки получают точные элементы внешнего ориентирования из фототриангуляции; • КСС – квази-снимок большого формата для стереорисовки; • Объектив с фокусом 300 мм позволяет выполнять аэросъёмку на больших высотах. Это повышает производительность аэросъёмки и важно при съёмке городских территорий при существующих ограничениях на минимальную высоту полёта; • Малый вес, небольшие размеры и легкость установки в самолёте сокращают пред- и послеполётные работы; • Полная автоматизация всех процессов; • Высокая точность и стабильность фотограмметрических вычислений; Proprietary Vision. Map Information