СПОСОБ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ФОТОПЛАНОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2002 года по МПК G01C11/02 

Предлагаемое изобретение относится к способам картографирования участков земной поверхности, конкретно к созданию цифровых (растровых) топографических фотопланов при помощи съемки, производимой с борта самолета.

Известен способ топографической съемки при помощи электронного тахеометра, в систему которого входят вычислитель, накопитель данных, анализатор полноты и качества съемок, а также устройство графического представления (см. а.с. СССР 1278577, кл.G 01 C 3/30, публ. 23.12.86). Данный способ съемки непригоден для его использования на борту самолета, поскольку при создании цифровых планов с применением летательного аппарата (ЛА) неотъемлемой частью работ является определение местоположения объекта съемки. От конкретного решения данной задачи зависит набор технических средств для осуществления съемки и стоимость исполнения работ.

Известен способ определения координат местоположения объектов по радионавигационным сигналам космических аппаратов спутниковых навигационных систем, при котором сигналы принимают с помощью антенно-приемных устройств, установленных на объектах, при этом антенны образуют прямоугольную систему координат, оси которых параллельны осям объектов (см. патент РФ 2022294, кл. G 01 S 5/00, публ. 30.10.94).

Известен способ зондирования Земли с борта ЛА, включающий поэлементный прием оптического излучения с поверхности Земли, излучение в обратном направлении радиосигнала и прием отраженного радиосигнала, синхронное формирование оптического и отраженного радиосигналов, передачу сигналов в наземный пункт с целью их дальнейшей обработки (см. а.с. СССР 1111582, кл. G 01 S 13/95, 30.12.86). В данном способе задача определения местоположения объекта также решается техническими средствами наземного пункта.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сути является способ сканерной съемки природных ресурсов, включающий сканирование с борта космического летательного аппарата земной поверхности и регистрацию значений ее отражающей способности, при этом линейную развертку сканирования производят в плоскости вертикала Солнца, а ось сканера ориентируют по направлению, обратному направлению на Солнце (см. а.с. СССР 1707474, кл. G 01 C 15/00, публ. 23.01.92 - прототип). В данном решении используют устройства для съемки и определения местоположения, объединенные в систему, установленную на борту летательного аппарата.

Указанный в качестве прототипа способ невыгоден для получения топографических планов участков Земли ввиду его узкой специфичности и высокой стоимости, связанной с размещением на ИСЗ нестандартной дорогостоящей аппаратуры для съемки и обработки кадров.

Технической задачей является упрощение способа съемки, снижение его стоимости.

Технический результат достигается тем, что в способе создания цифровых топографических фотопланов с применением летательного аппарата, при котором на летательном аппарате устанавливают систему для съемки объектов на поверхности Земли, включающую устройства для определения местоположения объекта и записи полученных кадров, съемку производят при помощи видеокамеры, соединенной с комплектом GPS-(Global Position System)-приемников спутниковых навигационных систем, определяющих по радионавигационным сигналам местоположение объекта, данные от GPS-приемников отображают на соединенном с видеокамерой контрольном дисплее для управления полетом и видеосъемкой, записывают вместе с видеоизображениями на видеомагнитофон с последующей обработкой на аналого-цифровом преобразователе, при помощи которого захватывают видеокадры и преобразуют их в цифровой формат, захваченные видеокадры обрабатывают при помощи автоматизированного программного комплекса цифровой фотограммометрии, устанавливаемого на компьютере, и оформляют в виде цифрового фотоплана. При необходимости обработанные в цифровом формате видеокадры оформляют в виде отдельного слоя электронных карт отраслевых кадастров.

Способ также отличается тем, что видеосъемочную систему и контрольный дисплей устанавливают на рабочем месте второго пилота (штурмана) двухместного сверхлегкого самолета, при этом данные с контрольного дисплея используют в полете для управления самолетом и видеосъемкой. В качестве аналого-цифрового преобразователя используют видеомагнитофон, соединенный с TV-тюнером, встроенным в компьютер. Как вариант, в качестве аналого-цифрового преобразователя используют бортовой компьютер, имеющий карту видеозахвата, при этом дисплей компьютера используют для контроля видеосъемки и управления полетом летательного аппарата, а компьютер используют для обработки видеокадров в режиме реального времени.

Таким образом, техническое решение задачи достигается путем использования установленной на борту сверхлегкого самолета системы топографической видеосъемки, состоящей из покупных серийно выпускаемых единиц оборудования: видеокамеры, комплекта навигационных GРS-приемников, видеомагнитофона, аналого-цифрового преобразователя (TV-тюнера), компьютера.

Описанный выше способ реализуется при помощи нижеперечисленного оборудования.

1. Сверхлегкий двухместный самолет "Авиатика-890У":
- взлетная масса 430 кг
- высота полета 3000 м
- скорость 120 км/ч
2. Видеокамера PANASONIC WV-CP412
3. Видеомагнитофон PANASONIC AG-DS550р
4. Комплект из стандартных GРS-приемников HORITA FP-50
5. Цифровой контрольный монитор CITIZEN M938
6. Пульт управления
7. Телевизионный тюнер
8. Персональный компьютер Pentium III
Оборудование позиций 2-6 монтируют на приборной стойке, которую устанавливают вместо кресла второго пилота так, чтобы контрольный монитор (дисплей) был доступен для наблюдения в полете.

Настройку видеосъемочной системы производят на этапе предполетной подготовки. GPS-приемники настраивают на частоты спутниковых навигационных систем, сигналы от которых имеют устойчивый прием в данном месте в данное время. Для включения системы и производства видеосъемки в полете пилоту достаточно нажать кнопку на пульте управления.

Топографическую съемку поверхности Земли производят поквадратно в соответствии с генеральным планом. Согласно маршрутному заданию пилот совершает полет в указанный квадрат, используя для определения местонахождения самолета данные от GPS-приемников, которые автоматически выводятся на контрольный дисплей. Достигнув указанного в маршрутном листе места, пилот включает систему видеосъемки и барражирует над квадратом по заданной траектории.

Видеокамера автоматически производит видеозапись квадрата и передает изображение на видеомагнитофон.

Одновременно происходит запись данных с GPS-приемников, которые обеспечивают привязку кадров к географическим координатам квадрата местности.

На следующем этапе производят корректировку (калибровку) захваченных кадров с целью устранения аппаратных искажений. Откорректированные кадры передают для обработки в программных комплексах цифровой фотограммометрии. Полученные результаты оформляют в виде цифровых топографических фотопланов как конечный продукт или в виде отдельного слоя электронных карт отраслевых кадастров.

При необходимости можно заменить видеомагнитофон с TV-тюнером на портативный бортовой компьютер, имеющий видеокарту и соответствующее программное обеспечение. Тогда захват и преобразование в цифровой формат кадров с видеокамеры производят при помощи компьютера, дисплей которого используют для навигации и контроля за видеозаписью в полете.

В соответствии с описанной выше схемой Летно-испытательной станцией предприятия "Авиатика-Урал" (г. Екатеринбург) был произведен опытный полет с выполнением экспериментальной видеосъемки и изготовление топографических фотопланов. Результаты испытаний признаны вполне удовлетворительными по качеству, а фактическая стоимость видеосъемки оказалась на порядок ниже стоимости традиционного способа фотокартографирования на базе самолета АН-2. Такое резкое снижение стоимости съемки стало возможным благодаря применению сверхлегкого самолета "Авиатика-890У", производство которого налажено на указанном предприятии.

На основании приведенных выше сведений можно сделать вывод, что данный способ отвечает критериям новизны, неочевидности и промышленной применимости, в связи с чем предлагается к правовой защите патентом на изобретение.

Изобретение относится к способам картографирования земной поверхности с борта самолета. Съемку производят с борта сверхлегкого самолета при помощи видеокамеры, соединенной с приемниками спутниковой навигационной системы, которые определяют местоположение объекта по радионавигационным сигналам спутниковых навигационных систем, и выполняют координирование центров видеокадров. Полученные данные отображают на дисплее для контроля за результатами видеосъемки и записывают на видеомагнитофон с последующей обработкой на аналого-цифровом преобразователе, который имеет программное обеспечение, реализующее фотограмметрическую обработку цифровых кадров. Обработанные данные видеосъемки оформляют в виде цифрового фотоплана или в виде отдельного слоя электронных карт отраслевых кадастров. Обеспечено снижение стоимости и упрощение способа. 4 з.п.ф-лы.

1. Способ создания цифровых топографических фотопланов с применением летательного аппарата, при котором на летательном аппарате устанавливают систему для съемки объектов на поверхности Земли, включающую устройства для определения местоположения объекта и записи полученных кадров, отличающийся тем, что съемку производят при помощи видеокамеры, соединенной с комплектом GPS-(Global Position System)-приемников спутниковых навигационных систем, определяющих по радионавигационным сигналам местоположение объекта, данные от GPS-приемников отображают на соединенном с видеокамерой контрольном дисплее для управления полетом и видеосъемкой, записывают вместе с видеоизображениями на видеомагнитофон с последующей обработкой на аналого-цифровом преобразователе, при помощи которого захватывают видеокадры и преобразуют их в цифровой формат, захваченные видеокадры обрабатывают при помощи автоматизированного программного комплекса цифровой фотограммометрии, устанавливаемого на компьютере, и оформляют в виде цифрового фотоплана. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработанные в цифровом формате видеокадры оформляют в виде отдельного слоя электронных карт отраслевых кадастров. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что видеосъемочную систему и контрольный дисплей устанавливают на рабочем месте второго пилота (штурмана) двухместного сверхлегкого самолета, при этом данные с контрольного дисплея используют в полете для управления самолетом и видеосъемкой. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве аналого-цифрового преобразователя используют видеомагнитофон, соединенный с TV-тюнером, встроенным в компьютер. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве аналого-цифрового преобразователя используют бортовой компьютер, имеющий карту видеозахвата, при этом дисплей компьютера используют для контроля видеосъемки и управления полетом летательного аппарата, а компьютер используют для обработки видеокадров в режиме реального времени.