ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ЦМР ПО МАТЕРИАЛАМ АЭРОФОТОСЪЕМКИ С БЛА «ГЕОСКАН 101»

Аэрофотосъемка местности, осуществляемая с беспилотных летательных аппаратов (БЛА), в настоящее время является эффективным решением задач картографирования территорий, имеет преимущества перед традиционной наземной съемкой и в ряде случаев способна заменить ее при создании и обновлении топографических планов крупных масштабов [1]. В этом случае к точности отображения контуров и высот на топопланах предъявляются достаточно вы сокие требования, определяе мые действующими норматив ными документами [2].

В связи с этим определенный практический интерес пред ставляет оценка точности высот цифровых моделей рельефа (ЦМР) и цифровых моделей местности (ЦММ), созданных по материалам аэрофотосъемки с БЛА с использованием современных компьютерных методов фотограмметрической обработки снимков [3].
В статье приведены результа ты исследования точности ЦМР участка автодороги между населенными пунктами Сосново и Дедушкино Чайковского района Пермского края, полученной по материалам аэросъемки с БЛА «Геоскан 101» [4].
Автодорога, протяженностью около 5 км, располагалась на равнинной местности с углами наклона менее 20. Ширина по лосы съемки составляла около 170 м. Так как работы проводились поздней осенью, и влияние высоты травяного покрова было незначительным, построенная модель местности (ЦММ) рассматривалась как модель рельефа (ЦМР).
Аэрофотосъемка выполня лась по четырем маршрутам с параметрами, приведенными в табл. 1.

 
Для определения координат центров фотографирования использовался геодезический приемник GPS, установленный на БЛА.

Наземная планово высотная подготовка аэросъемки включала создание и закрепление на местности опорной геодезической сети из 7 пунктов, расположенных вдоль трассы автодороги, и вычисление координат и высот опорных точек (опознаков). Координаты и высоты пунктов опорной геодезической сети были определены от двух пунктов триангуляции ГГС из ГНСС наблюдений, координаты и высоты 105 опознаков — от пунктов опорной сети наземными геодезическими методами (рис. 1).

Один из пунктов опорной сети с установленным на нем приемником ГНСС использовался как базовый, для определения координат центров фотографирования.
Для маркировки опознаков применялись белые пластиковые тарелки диаметром около 20 см, которые хорошо распознаются на снимках (рис. 2).

По результатам обработки материалов аэрофотосъемки в ПО Agisoft PhotoScan [5] был построен ортофотоплан в формате JPG с разрешением на местности 2 см/пиксель и цифровая модель местности с шагом 1,0 м в виде текстового файла матрицы высот размером 3209х2563 (рис. 3).

Для независимой оценки точности высот ЦМР использо вались данные наземной тахеометрической съемки автодороги масштаба 1:500, выполненной в период проведения аэросъемочных работ. Из материалов топосъемки было отобрано 1037 пикетных точек рельефа земной поверхности, входящих в границу созданной ЦМР с от метками Hтопо. Значения отметок цифровой модели рельефа (HЦМР) в пикетных точках вы числялись путем интерполиро
вания матрицы высот ЦМР двумерными полиномами, используя стандартные программы библиотеки численного анализа Вычислительного центра МГУ им. М.В. Ломоносова.
Разности отметок ЦМР и топографической поверхности земли в пикетных точках при оценке точности рассматрива лись как истинные погрешности ЦМР: ΔH = HЦМР – Hтопо.
Для выявления точек, находящихся вблизи границы созданной ЦМР или вблизи высоких сооружений, сравнивались результаты интерполирования матрицы высот полиномами первой, второй и третьей степеней. Если разность отметок точности в качестве контрольных было отобрано 819 пикетных точек, положение которых приведено на рис. 4.

Основными показателями точности высот ЦМР служили следующие параметры:
— среднее значение разно сти высот ЦМР и пикетных точек (систематическая ошибка) —ΔHср.;
— средняя квадратическая погрешность (Root Mean Square Error) — RMSEΔH;
— средняя абсолютная по грешность (Mean Absolute Error) — MAEΔH;
— вероятная линейная ошибка (Linear Error) — LE90ΔH;

— минимальное (ΔHmin) и максимальное (ΔHmax) значения разностей высот.
Значения показателей точности ЦМР, вычисленные по разности отметок (ΔHi) на этих точках, приведены в табл. 2.

Гистограмма на рис. 5 пока зывает, что эмпирическое распределение погрешностей высот ЦМР достаточно хорошо соответствует закону нормаль ного распределения, график плотности которого выделен красным цветом.

В соответствии с инструкцией [2] средние ошибки съемки рельефа относительно ближайших точек геодезического обоснования не должны превышать по высоте 1/4 принятой высоты сечения рельефа при углах наклона местности до 20 или 0,25 м  для высоты сечения рельефа 1 м.

Принимая во внимание, что значение средней погрешности высоты ЦМР составило 0,16 м и не превышает допустимого в 0,25 м, можно сделать вывод о возможности использования ЦМР автодороги Сосново — Дедушкино, полученной по материалам аэрофотосъемки с БЛА «Геоскан 101», для создания и обновления топографических планов с высотой сечения рельефа 1,0 м.

И.В. Оньков (ЗАО «Мобиле», Пермь)

В 1970 г. окончил геодезический факультет МИИГАиК по специальности «астрономогеодезия». После окончания института работал в Степногорском управлении строительства, с 1974 г. — в Пермском политехническом институте, с 1989 г. — в Горном институте УрО АН (Пермь), с 1993 г. — в Частном предприятии по созданию цифровых карт, с 1995 г. — в филиале  «Госземкадастрсъемка» — ВИСХАГИ (Пермь), с 2000 г. — в Пермском филиале ООО «Недра» (Челябинск), с 2002 г. — в ООО «ПермНИПИнефть», с 2006 г. — в ООО «Тримм». C 2011 г. работает в ЗАО «Мобиле», в настоящее время — научный консультант. Кандидат технических наук.

А.В. Гормаш (Верхнекамский трест инженерно строительных изысканий, Пермь)

В 2000 г. окончил горно нефтяной факультет Пермского государственного технического университета с квалификацией «инженер» по специальности «прикладная геодезия». После окончания университета работал в Группе предприятий «УралГео» (Пермь). С 2011 г. работает в ОАО «Верхнекамский трест инженерно строительных изысканий», в настоящее время — главный геодезист.

Статья опубликована в журнале «Геопрофи» №5-2015, с. 49-51 – ссылка на http://www.geoprofi.ru/issues