Как организовано окно редактора бланков

Меню «Набор бланков».

4. Меню «Бланк».

Добавление нового бланка.

Панель набора бланков.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Тема «Построение рельефа местности по стереопарам»

Общие сведения

С того самого момента, как появились первые карты, перед картографами встала проблема, как отразить трехмерный рельеф на двухмерной карте. Были использованы горизонтали (линии равных высот), на картах давалась отмывка (штриховка) рельефа, разные высоты рельефа местности выделялись окраской с различной тональностью. Но и сегодня развитие картографии не стоит на месте и, с развитием компьютерной техники, появляются новые возможности представления рельефа местности. Все большую популярность приобретает трехмерная визуализация модели рельефа, т.к. она позволяет даже профессионально неподготовленным людям, получить достаточно полное представление о рельефе. Современные технологии трехмерной визуализации позволяют «взглянуть» на рельеф местности из любой точки пространства под любым углом, а также «полетать» над местностью. Одной из программ, поддерживающих трехмерную визуализацию, является цифровая фотограмметрическая станция (ЦФС) «Талка».

Для полета над рельефом вначале необходимо получить цифровую модель рельефа (ЦМР), над которой мы собираемся полетать. Есть несколько способов получения ЦМР, она может быть рассчитана после стереорисовки проекта в ЦФС «Талка». Также ЦМР можно построить в автоматическом режиме, но следует помнить, что в автоматическом режиме можно создать только модель местности DEM (Digital Elevation Model), представляющую собой поверхность, проходящую над всеми объектами местности [31]. ЦМР может быть получена методом воздушного лазерного сканирования. Если есть электронная карта, ее можно импортировать в ЦФС «Талка» и по горизонталям и отметкам высот рассчитать модель рельефа. Можно получить ЦМР, если оцифровать рельеф по отсканированным картам.

Для полета над рельефом местности необходимо запустить модуль «Fly 3 D», который входит в комплект поставки ЦФС «Талка». Для запуска модуля в меню «Сервис» выбрать «3D рельеф (полеты)». Работать с модулем «Fly 3 D» достаточно просто, достаточно только указать, где на диске располагается цифровая модель рельефа, и если в проекте были рассчитаны ортофотопланы, указать их расположение. Если имеется только ЦМР, трехмерная (3D) модель рельефа может быть представлена в виде сетки (рис. 1), либо в виде объемной поверхности, на которую наложены тени (рис.2).

 

 

Рис. 1 Представление 3 D модели рельефа в виде сетки

 

 

Рис. 2 Представление 3 D модели рельефа в виде поверхности с тенями

 

Если на участок местности помимо цифровой модели рельефа имеется ортофотоплан, то он может быть наложен на 3 D модель рельефа (рис. 3). Из перечисленных 3 D моделей рельефа, модель с наложенным на нее ортофотопланом, является наиболее информативной, т.к. помимо информации о рельефе местности дает достаточно подробное представление об объектах на местности.

 

 

Рис. 3. Представление 3 D модели рельефа, с наложенным ортофотопланом

 

Для равнинной местности, где рельеф не ярко выражен, в программе предусмотрена возможность увеличения вертикального масштаба. Увеличив вертикальный масштаб можно еле заметные холмы превратить в высокие горы.

Модуль «Fly3D» дает возможность установить камеру в точке с заданными координатами, что позволит провести «виртуальную» рекогносцировку местности. Для пользователя предусмотрена возможность ввести координаты траектории полета. Выполняя полет по заданной траектории можно осмотреть местность, по которой будет проложена дорога, линия электропередач, либо любой другой протяженный объект.

К сожалению, на сегодняшний день трехмерная визуализация рельефа местности используется достаточно узким кругом специалистов и не нашла практического применения у обычных пользователей. Для пользователей, которые не привыкли работать с 3D моделью рельефа, в программе ЦФС «Талка» предусмотрена возможность более привычного представления рельефа в виде горизонталей (рис. 4) либо отмывки (рис. 5). Для большей наглядности горизонтали раскрашиваются в разные цвета в зависимости от высоты. Отмывка рельефа дает наглядное представление о местности, делая изображение объемным.

 

 

Рис. 4.  Представление рельефа в виде горизонталей

 

В цифровой фотограмметрической станции «Талка» и ранее имелись функции автоматического построения модели рельефа. Но только в 2005 году завершены работы по отладке этих функций на ЦФС «Талка». Эти функции прошли производственные испытания. В работе [31] приводится описание технологии автоматического построения цифровой модели рельефа местности, практически без участия оператора.

 

 

Рис. 5 Представление рельефа в виде отмывки

 

В настоящее время различают две модели: DEM (Digital Elevation Model) и DTM (Digital Terrain Model). DEM представляет из себя поверхность, которая проходит над всеми объектами местности, такими как, деревья, здания и т.д. DTM представляет собой поверхность, совпадающую с поверхностью земли (рис.1).

Точность построения модели местности DEM на ЦФС «Талка» зависит только от качества исходных материалов. Если исходные материалы были получены на некачественных просроченных фотоматериалах, при аэросъемке использовались аэрофотоаппараты с низким разрешением, после сканирования цифровые фото- материалы подверглись сильному сжатию, приведшему к ухудшению изображения, все это приводит к снижению точности построения цифровой модели местности. Также точность построения цифровой модели местности зависит от качества изображения местности. Если изображение местности контрастное, то цифровая модель по такому изображению будет строиться гораздо лучше, чем по неконтрастным изображениям (рис. 7).

 

 

Рис. 6. Модели рельефа DEM и DTM

 

 

Рис. 7. Слева контрастное изображение, справа не контрастное изображение

 

Построение модели рельефа DTM автоматическим методом возможно только при условии, что на местности нет возвышающихся объектов домов, деревьев и т.д. В случае же, если на местности имеется небольшое количество возвышающихся объектов, то после автоматического построения рельефа можно либо вручную отредактировать данные участки, либо вообще не строить на такие участки рельеф автоматически, а дорисовать его вручную.

Автоматическое построение рельефа производится внутри служебной области, которая называется «рамка рельефа». «Рамка рельефа» может быть одна и занимать всю площадь работ. Либо таких рамок может быть несколько, в этом случае рамки рельефа указываются на каждой стереопаре. В первом случае область внутри рамки рельефа автоматически разбивается на участки, соответствующие отдельным стереопарам. Расчет проводится последовательно по каждому участку с использованием растров соответствующей стереопары. Во втором случае каждая рамка рельефа может либо содержаться в рамке какой-то одной стереопары (в этом случае будут использованы растры этой стереопары), либо быть накрыта рамками нескольких стереопар (как в первом случае). Рекомендуется указывать «рамки рельефа» для каждой стереопары, поскольку это повышает качество автоматического построения рельефа.

После того, как в проект нанесены рамки, вызывается функция автоматического построения рельефа (рис. 8).

 

 

Рис. 8. Окно функции автоматического расчета рельефа

Расчет рельефа может производиться, как по всем «рамкам рельефа», так и по заранее выбранным. Также расчет можно произвести внутри одной активной рамки.

Параметры расчета могут быть общими на все рамки, либо каждой рамке можно задать индивидуальные параметры. Например, если имеются в одном проекте равнинные участки и достаточно рельефная местность, то на равнинных участках расстояние между пикетами можно значительно увеличить по сравнению с расстоянием между пикетами на рельефной местности.

При автоматическом построении модели рельефа результаты работы могут сохранятся в цифровой матрице рельефа. Они же могут быть сохранены в цифровой карте в виде пикетов рельефа. Пикеты рельефа создаются в местах выбранных программой (там, где функция корреляции устойчива и коэффициент корреляции выше) приблизительно с шагом, заданным параметрами «Шаг свободной ЦМР по X и по Y». При расчете цифровой матрицы рельефа «Шаг свободной ЦМР», конечно же, не может быть использован. Мы рекомендуем при построении рельефа использовать пикеты рельефа.

При автоматическом построении рельефа в местах со слабо выраженным рельефом рекомендуется использовать график «Допустимого отклонения рельефа от линейной интерполяции» вместе со значением «Радиус» (рис. 9).

При автоматическом расчете рельефа по растрам с помощью корреляционных функций и некоторые методов интерполяции рельефа используют в качестве параметра график «допустимого отклонения от линейной интерполяции». График служит для того, чтобы оператор мог контролировать отклонение высоты для вновь создаваемых узлов ЦМР от поверхности, полученной с помощью линейной интерполяции по контурам класса «Рельеф». Контура класса «рельеф» могут быть получены в том случае, если уже производились работы по стереовекторизации на заданном участке. Для получения таких контуров пользователь может провести основные орографические линии. Либо в качестве таких контуров могут выступать точки фотограмметрического сгущения.

Работу допустимого отклонения от линейной интерполяции показывает рисунок 10.

Здесь изображен профиль рельефа, где точки ABCDEFG – уже имеющиеся точки на рельефе, например, они были просто поставлены оператором. Остальные точки вычисляются программой по графику допустимого отклонения от линейной интерполяции и образуют зону (многоугольник), в котором программе разрешается искать новый профиль рельефа при автоматическом поиске. Верхняя линия, выше которой программе запрещено искать точки рельефа, задается буквами AHBJCLDNEPRFTVG, нижняя допустимая граница поиска рельефа – буквами AIBKCMDOEQSFUWG.

 

 

Рис. 9. Окно графика допустимого отклонения рельефа от линейной интерполяции

 

Рис. 10. Допустимое отклонение от линейной интерполяции

 

Линия ABCDEFG - линейная интерполяция рельефа. Линии AH и HB образованы как допустимое отклонение от линейной интерполяции, заданной верхней, красной, границей графика. Аналогично вычисляются нижние границы. При этом точки A и B равноправны, то есть чем расстояние между ними делится пополам, в левой половине строится график отклонения по удалению от точки A, в правой половине – по удалению от точки B.

Точки P и R расположены от точек E и F соответственно на расстоянии R (радиуса), после которого отклонение становится постоянным, как описывалось выше.

Таким образом, регулируя отклонение от линейной интерполяции графиком, можно не допускать, чтобы программа автоматически находила явно ложные решения, очень помогает программе в поиске точек рельефа. Это особенно актуально, если при автоматическом создании рельефа используются исходные материалы пониженного качества.

Автоматическое построение цифровой модели местности проверено на целом ряде производственных работ. Полученные результаты показывают, что по всем параметрам полученная цифровая модель местности удовлетворяет требованиям по созданию карт требуемого масштаба. При этом производительность труда операторов повышается в 5 и более раз.

В программе поддерживаются два вида цифровой модели рельефа (ЦМР): регулярная и свободная. В одном проекте могут присутствовать ЦМР обоих видов, но в каждом процессе используется модель рельефа только одного какого-то вида. Для задания вида ЦМР обычно используется переключатель «По единой ЦМР / По контурам класса «Рельеф»».

ЦМР используется:

-для расчета геометрии преобразований снимков;

-для расчета горизонталей;

-для показа в рабочих окнахгоризонталей;вершин рельефа

-для автоподстройки вида в окне стереопары (только свободная ЦМР);

-в задаче «Полет над рельефом» (только регулярная ЦМР);

-в некоторых задачах по работе с картой.

По свободной модели рельефа можно рассчитатьсоответствующую регулярную модель (несколькими способами). Свободная модель рельефа строится на основе данных векторной карты, и для ее редактирования используется редактирование карты. Регулярную ЦМР можно редактировать вручную в окне стереопары. Также имеется набор задач, которые позволяют изменять регулярную ЦМР внутри заданных оператором областей (рамок рельефа). Можно рассчитать как регулярную, так и свободную ЦМР автоматически (с использованием корреляции) по растрам стереопар.

В окне стереопары можно просматривать также саму регулярную ЦМР по узлам (в режиме «ЦМР»). Можно просматривать регулярную ЦМР (возможно, с наложенным растром фотоплана) с управлением направлением движения «в реальном времени» («Полет над рельефом»).

Свободную ЦМР можно импортировать, используя возможности импорта объектов карты. Регулярную ЦМР можно импортировать импортировать из формата версий «Талки» 3.1 и более ранних, а также из «международного» формата DTED. Свободную ЦМР можно экспортироватьэкспортировать в формате DXF. Регулярную ЦМР можно экспортироватьэкспортировать в формате DXF и в формате «Талки» 3.1.

На файловом уровне ЦМР представляет собой группу файлов, в котором главный файл называется также как «Имя ЦМР» в окне, а остальные начинаются с этого же имени. Размеры ЦМР ограничены теперь только дисковым пространством и теоретически могут быть любыми. Понятие имени ЦМР введено для того, чтобы облегчить работа с несколькими ЦМР, выбирая по своему усмотрению текущую. Имя файла выводится без пути, если он лежит в директории проекта. Операции загрузки и выбора не удаляют прежнюю ЦМР, а просто прописывают в проект указание на новую текущую ЦМР. Все файлы старой ЦМР остаются на месте, и она снова может быть выбрана текущей. Операция импорта полностью удаляет текущую ЦМР.

Регулярная ЦМР. Регулярную ЦМР (Цифровую Модель Рельефа) можно представлять себе как бесконечную решетку, параллельную осям координат, к узлам которой могут быть приписаны значения высоты. Значения в узлах регулярной ЦМР могут быть значащими (содержащими значение высоты) и не значащими или пустыми (т.е. не содержащими никакой высоты). Расстояния между соседними узлами по Х и Y называются шагом. Регулярная ЦМР не обязана быть прямоугольной, и определяется только именем и своим шагом по осям координат.

В программе предусмотрен расчет фотоплана по листам в пакетном режиме, то есть можно рассчитать сразу несколько растровых файлов фотопланов («листов»). «План нарезки», или просто «нарезка», содержит данные, которые определяют, какие именно листы будут создаваться. Нарезка представляет собой список листов. Листы нарезки группируются в блоки. Для каждого блока задается схема листов (прямоугольная таблица). Листы располагаются в схеме листов блока подобно тому, как снимки располагаются в маршрутной схеме. Для каждого листа задаются:

-имя файла и путь;

-координаты четырех углов листа на местности;

-размеры листа в пикселях растра и в миллиметрах для печати;

-флаги «готов», «отмечен к исполнению», «зарамочное оформление»;

-номер блока листов и место в схеме листов блока;

Могут быть также заданы (но могут и отсутствовать):

-рамка трапеции (произвольный многоугольник в плановых координатах на местности);

-система координат, приписанная к данному листу.

Заданные четыре угла листа всегда образуют прямоугольник на местности. Рамка трапеции, если она задана, определяет часть листа, заполняемую растром со снимков. Часть листа вне рамки трапеции остается пустой. При отсутствии рамки трапеции заполняется весь лист. При отсутствии системы координат, приписанной к листу, углы листа и рамка трапеции задаются в выходной системе координат проекта; если к листу приписана собственная система координат, то в этой системе координат.

План нарезки используется:

-при расчете фотоплана;

-для привязки к местности рассчитанных листов фотоплана;

-для нарезки карты на листы;

-для выбора одного или нескольких листов по схеме листов;

-в некоторых задачах по работе с картой.

План нарезки записывается в текстовом файле (описание формата прилагается). Его можно сохранить в файле и загрузить из файла с выбранным именем, а также экспортировать в некоторые форматы.

Что бы задать нарезку, выбираем команды Задача/Фотоплан/Параметры выходного растра.