СПОСОБ ОБНОВЛЕНИЯ ЦИФРОВОЙ КАРТЫ МЕСТНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА Российский патент 2004 года по МПК G01C11/00 

Изобретение относится к фотограмметрии и может быть использовано при обновлении цифровых (электронных) карт местности.

Известен способ обновления цифровой карты местности (ЦКМ) по современным материалам аэрокосмической фотосъемки (Справочник по картографии./Под ред. Е.И.Калугина. - М.: Недра, 1988).

При реализации этого известного способа исходное фотоизображение местности преобразуют в цифровую форму на сканере, затем это цифровое изображение визуализируют на экране электронно-вычислительного средства. На экране другого электронно-вычислительного средства визуализируют обновляемую цифровую карту и сравнивают визуализированные цифровые изображения. При выявленных изменениях и недопустимых расхождениях ее графической нагрузки по отношению к изображению местности содержание цифровой карты корректируют.

Сравнение удаленных друг от друга изображений затрудняет выявление изменений местности, что существенно снижает достоверность и полноту обновления цифровых карт местности.

Использование двух электронных вычислительных устройств с экранами увеличивает стоимость аппаратуры, необходимой для обновления цифровых карт.

Этих недостатков частично лишен способ обновления цифровой карты местности, в котором цифровое изображение после сканирования снимка местности преобразуют из проекции получения снимка в проекцию визуализации графической нагрузки цифровой карты. Это преобразование выполняют, используя априорно установленные проекционные связи координат точек цифровой карты и изображения местности.

После завершения этого процесса визуализируют цифровое изображение местности в проекции цифровой карты, совмещают его с визуализированной графической нагрузкой этой карты, фиксируют подвижным курсором на экране электронно-вычислительного средства изменения и дополнения графической нагрузки цифровой карты в соответствии с выявленными недопустимыми различиями содержания цифровой карты по отношению к изображению местности и формируют на электронно-вычислительном средстве файлы с изменениями и дополнениями цифровой карты местности.

Сканирование снимка и последующие преобразования цифрового изображения из проекции получения снимка в проекцию визуализации графической нагрузки цифровой карты снижают производительность обновления цифровых карт, особенно при незначительных изменениях местности.

Сканер для реализации этого известного способа обычно комплектуют отдельным мощным электронно-вычислительным средством. Эта техника обслуживается специалистом в области выполнения работ по растровым преобразованием фотоизображений, а коррекцию содержания цифровой карты местности выполняет другой специалист.

Электронно-вычислительное средство, на котором вносятся дополнения и изменения в содержание обновляемой карты, должно быть достаточно мощным и позволять быстро визуализировать в различных масштабах отдельные фрагменты растровых цифровых изображений местности.

Использование при выполнении этого вида работ сканера с собственным электронно-вычислительным средством более чем в два раза увеличивает количество используемых средств вычислительной техники. По этой причине снижается надежность работы системы обновления цифровых карт, требуется дополнительная площадь для размещения оборудования и возрастают денежные затраты на приобретение вычислительной техники, выполнение профилактических работ и ее ремонт.

Задача, которую должны решать предлагаемые технические решения, состоит в устранении перечисленных недостатков известного способа обновления цифровых карт местности и комплексов электронно-вычислительных средств, которые используются в настоящее время для выполнения этого вида работ.

Сущность предложенного способа заключается в том, что в способ обновления цифровой карты местности, включающий визуализацию графической нагрузки цифровой карты местности на экране электронно-вычислительного средства, совмещение изображения местности с визуализированной графической нагрузкой цифровой карты соответствующего участка местности по априорно установленным проекционным связям точек цифровой карты и изображение местности, фиксирование подвижным курсором на экране электронно-вычислительного изменений и дополнений графической нагрузки цифровой карты в соответствии с выявленными недопустимыми различиями содержания цифровой карты по отношению к изображению местности, формирование на электронно-вычислительном средстве файлов с изменениями и дополнениями цифровой карты местности, введены операции: преобразования координат точек привязки изображений графической нагрузки цифровой карты местности из ее проекции в проекцию получения снимка этого же участка местности по проекционным связям точек цифровой карты и снимка, вывода на экран электронно-вычислительного средства графической нагрузки цифровой карты в проекции получения снимка местности, оптического совмещения исходного фотоизображения местности с графической нагрузкой цифровой карты в проекции получения снимка, отображения изменений и дополнений графической нагрузки цифровой карты в проекции получения снимка местности на экране электронно-вычислительного средства, фиксирования координат точек привязки изменений и дополнений в проекции получения снимка, преобразования координат точек привязки изменений и дополнений из проекции получения снимка местности в проекцию цифровой карты местности.

Реализация предложенного способа исключает продолжительные по времени операции сканирования снимков местности и последующие преобразования цифрового изображения из проекции получения снимка в проекцию визуализации графической нагрузки цифровой карты.

Операции преобразования цифровой карты в проекцию получения снимка местности и обратно выполняется более чем на порядок быстрее по сравнению с преобразованиями цифровых изображений местности из проекции снимка в проекцию цифровой карты. Это обусловлено тем, что количество точек привязки изображении графической нагрузки цифровой карты местности может быть на три порядка меньше чем, количество точек цифрового растрового изображения местности.

Кроме того, при растровых цифровых преобразованиях исходного фотоизображения местности часть информации теряется. Эти потери информации исключает предложенный способ обновления цифровых карт местности.

Предложенный способ позволяет обновлять цифровые карты местности по плановым, перспективным, панорамным и щелевым снимкам, фотоснимкам местности и по снимкам, полученным при радиолокационной или инфракрасной съемке местности.

Сущность предложенной технической реализации устройства для осуществления способа обновления цифровых карт местности заключается в том, что устройство, включающее электронно-вычислительное средство с экраном для визуализации подвижного курсора и цифровой графической информации, дополнительно содержит снимкодержатель, зеркало с полупрозрачным отражающим покрытием и осветитель, причем угол между плоскостью полупрозрачного отражающего покрытия зеркала и плоскостью формирования изображения экрана равен в пределах установленного допуска углу между плоскостью полупрозрачного отражающего покрытия зеркала и предметной плоскостью снимкодержятеля, а продолжение плоскости полупрозрачного отражающего покрытия зеркала содержит в пределах установленного допуска условную линию пересечения продолжения плоскости формирования изображения на экране электронно-вычислительного средства с продолжением предметной плоскости снимкодержателя.

Предложенное устройство позволяет при обновлении цифровых карт исключить использование сканера с дополнительным электронно-вычислительным средством и отличается простотой эксплуатации.

Технические решения, положенные в основу изобретения, могут быть использованы не только в картографическом производстве, но и при выполнении кадастровых работ, проектных архитектурных изысканиях и других областях народного хозяйства при создании цифровых и графических документов в виде карт, планов, схем и чертежей.

На чертеже представлен один из вариантов конструктивного исполнения устройства для осуществления способа обновления цифровых карт местности.

Устройство содержит электронно-вычислительное средство на базе ПЭВМ (персональной электронно-вычислительной машины) с экраном 2 для визуализации графической нагрузки цифровой карты и подвижного курсора и клавиатурой 3, снимкодержатель 4 для размещения снимка 5, полупрозрачное зеркало 6 и внешний осветитель 7. Управлять движением курсора можно и с клавиатуры ПЭВМ, но в предложенном устройстве целесообразно использовать дополнительный стандартный блок 8, облегчающий управление подвижным курсором на экране 2. Блок 8 может быть наполнен в виде "шара", "мыши", "штурвала", "джойстика" и т.д. На чертеже изображен вариант исполнения этого устройства в виде "шара".

Способ обновления ЦКМ выполняется с использованием предложенного устройства в следующей последовательности:

На снимкодержателе 4 устройства размещают фотоснимок 5. Подсветку снимка осуществляет осветитель 7.

Если элементы ориентирования снимка известны из его паспортных данных или получены непосредственно в момент фотографирования местности, то эти параметры с клавиатуры 3 непосредственно вводят в ПЭВМ 1. ПЭВМ по программе преобразует координаты точек привязки изображений графической нагрузки цифровой карты местности из ее проекции в проекцию получения снимка этого же участка местности. Если фотоснимки местности плановые или перспективные, то при преобразовании координат могут быть использованы следующие проекционные зависимости (1) (см. Лобанов А.Н. Фотограмметрия. - М.: Недра, 1980):

где x_i и y_i - координаты точек привязки изображений графической нагрузки цифровой карты местности в проекции получения перспективного фотоснимка местности,

i - номера точек привязки изображений графической нагрузки цифровой карты местности в проекции получения перспективного фотоснимка местности с координатами и соответствующих им точек с координатами X_i, Y_i и Z_i,

X_i, Y_i и Z_i - координаты точек контурных линий и точек привязки вне масштабных условиях знаков ЦКМ соответствующего участка местности.

x₀ и y₀ - координаты главной точки фотоснимка,

f - фокусное расстояние снимка местности,

X_s, Y_s и Z_s - линейные элементы внешнего ориентирования фотоснимка,

a₁, a₂,..c₂ и с₃ - направляющие косинусы угловых элементов внешнего ориентирования снимка местности, рассчитываемые по формулам (2):

где α, ω и - угловые элементы внешнего ориентирования планового или перспективного фотоснимка местности.

При неизвестных элементах ориентирования снимка последние определяются одним из известных, способов, описанных в книге Лобанов А.Н. Фотограмметрия. - М.: Недра, 1980.

В этом случае опознают опорные точки на снимке местности и соответствующие им точки на цифровой карте, а подвижный курсор, визуализированный на экране 2 ПЭВМ 1, используют как измерительную марку для фиксирования координат опорных точек фотоснимка 5, размещенного на снимкодержателе 4. Подвижный курсор может быть выполнен, например, в виде перекрестия.

Координаты опорных точек цифровой карты получают, например, из метрической информации, содержащейся в файлах ЦКМ.

По этим данным ПЭВМ 1 позволяет определить элементы ориентирования снимка местности и преобразовать координаты точек привязки изображений графической нагрузки ЦКМ из ее проекции в проекцию получения снимка этого же участка местности по формулам (1),(2).

Далее графическая нагрузка ЦКМ визуализируется на экране 2 ПЭВМ 1 в проекции получения снимка местности на экране. Оператор совмещает с этим изображением исходное фотоизображение местности, зафиксированное на ее фотоснимке его линейными смещениями и разворотами. Оптическое совмещение изображений выполняется или смещением снимка на снимкодержателе, или смещением визуализированной графической нагрузки ЦКМ на экране 2 ПЭВМ 1.

После этой операции содержание цифровой карты местности сравнивается с снимком местности.

Сравнивая наложенную на фотоизображение графическую нагрузку ЦКМ в проекции получения снимка местности, оператор выявляет ее изменения.

В соответствии с выявленными недопустимыми различиями содержания цифровой карты по отношению к изображению местности он фиксирует подвижным курсором на экране 2 ПЭВМ 1 изменения и дополнения графической нагрузки цифровой карты. Объекты местности, которые отсутствуют на цифровой карте, он отображает условными знаками на экране 2 ПЭВМ 1. Графические элементы содержания ЦКМ, которые относятся к объектам, отсутствующих на местности, он помечает или специальными условными знаками, либо удаляет сведения об этих объектах из файлов ЦКМ.

После актуализации графической нагрузки ЦКМ в проекции получения фотоснимка местности ПЭВМ по команде оператора перевычисляет координаты точек отображенных изменений местности в проекцию цифровой карты по формулам (3) (см. Лобанов А.Н. Фотограмметрия. - М.: Недра, 1980):

где X_j, Y_j и Z_j - координаты точек изменений и дополнений ЦКМ в ее проекции,

j - номера точек изменений и дополнений ЦКМ и

x_j и у_j - координаты точек изменений и дополнений ЦКМ в проекции получения фотоснимка местности.

При выполнении этих преобразований координаты Z_j получают путем интерполяции из цифровых матриц рельефа ЦКМ. Для равнинной местности может быть использовано среднее значение координат Z_j.

Формирование на ПЭВМ файлов с изменениями и дополнениями цифровой карты местности выполняется с помощью стандартного программного обеспечения, используемого в цифровой картографии.

Предложенное устройство позволяет существенно снизить денежные затраты на аппаратуру, так как не требуется дорогостоящий сканер при реализации, и в несколько раз повышает оперативность обновления цифровых карт местности, а именно электронных карт, цифровых топографических карт, цифровых кадастровых планов и т.д.

Изобретение относится к фотограмметрии и может быть использовано при обновлении цифровых карт местности. Способ включает визуализацию графической нагрузки цифровой карты местности на экране электронно-вычислительного средства, совмещение изображения местности с визуализированной графической нагрузкой цифровой карты соответствующего участка местности, фиксирование подвижным курсором на экране электронно-вычислительного средства изменений и дополнений графической нагрузки цифровой карты, формирование на электронно-вычислительном средстве файлов с изменениями и дополнениями цифровой карты местности. Преобразуют координаты точек привязки изображений графической нагрузки цифровой карты местности из ее проекции в проекцию получения снимка этого же участка местности по проекционным связям точек цифровой карты и снимка. Выводят на экран электронно-вычислительного средства графическую нагрузку цифровой карты в проекции получения снимка местности. Оптически совмещают исходное фотоизображение местности с графической нагрузкой цифровой карты в проекции получения снимка. Отображают изменения и дополнения графической нагрузки цифровой карты в проекции получения снимка местности на экране электронно-вычислительного средства. Фиксируют координаты точек привязки изменений и дополнений в проекции получения снимка, преобразуют координаты точек привязки изменений и дополнений из проекции получения снимка местности в проекцию цифровой карты местности. Устройство включает электронно-вычислительное средство с экраном для визуализации подвижного курсора и цифровой графической информации, снимкодержатель, зеркало с полупрозрачным отражающим покрытием и осветитель. Угол между плоскостью полупрозрачного отражающего покрытия зеркала и плоскостью формирования изображения экрана равен в пределах установленного допуска углу между плоскостью полупрозрачного отражающего покрытия зеркала и предметной плоскостью снимкодержателя. Продолжение плоскости полупрозрачного отражающего покрытия зеркала содержит в пределах установленного допуска условную линию пересечения продолжения плоскости формирования изображения на экране электронно-вычислительного средства с продолжением предметной плоскости снимкодержателя. Технический результат состоит в увеличении надежности работы устройства, уменьшении стоимости оборудования, а также уменьшении затрат на профилактические работы и ремонт оборудования. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обновления цифровой карты местности, включающий визуализацию графической нагрузки цифровой карты местности на экране электронно-вычислительного средства, совмещение изображения местности с визуализированной графической нагрузкой цифровой карты соответствующего участка местности по априорно установленным проекционным связям точек цифровой карты и изображения местности, фиксирование подвижным курсором на экране электронно-вычислительного средства изменений и дополнений графической нагрузки цифровой карты в соответствии с выявленными изменениями и недопустимыми различиями содержания цифровой карты по отношению к изображению местности, формирование на электронно-вычислительном средстве файлов с изменениями и дополнениями цифровой карты местности, отличающийся тем, что преобразуют координаты точек привязки изображений графической нагрузки цифровой карты местности из ее проекции в проекцию получения снимка этого же участка местности по проекционным связям точек цифровой карты и снимка, выводят на экран электронно-вычислительного средства графическую нагрузку цифровой карты в проекции получения снимка местности, оптически совмещают исходное фотоизображение местности с графической нагрузкой цифровой карты в проекции получения снимка, отображают изменения и дополнения графической нагрузки цифровой карты в проекции получения снимка местности на экране электронно-вычислительного средства, фиксируют координаты точек привязки изменений и дополнений в проекции получения снимка, преобразуют координаты точек привязки изменений и дополнений из проекции получения снимка местности в проекцию цифровой карты местности.2. Устройство для осуществления способа обновления цифровой карты местности, включающее электронно-вычислительное средство с экраном для визуализации подвижного курсора и цифровой графической информации, отличающееся тем, что содержит снимкодержатель, зеркало с полупрозрачным отражающим покрытием и осветитель, причем угол между плоскостью полупрозрачного отражающего покрытия зеркала и плоскостью формирования изображения экрана равен, в пределах установленного допуска, углу между плоскостью полупрозрачного отражающего покрытия зеркала и предметной плоскостью снимкодержателя, а продолжение плоскости полупрозрачного отражающего покрытия зеркала содержит, в пределах установленного допуска, условную линию пересечения продолжения плоскости формирования изображения на экране электронно-вычислительного средства с продолжением предметной плоскости снимкодержателя.