СПОСОБ АКТУАЛИЗАЦИИ КАРТОГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ТЕРРИТОРИИ Российский патент 2004 года по МПК G01C11/10 

Изобретение относится к области картографии, в частности к картографированию территорий, имеющих локальные участки с различными по временной дифференциации и по качеству картографическими материалами.

Картографический материал территорий является необходимой первичной основой для составления и ведения земельного, водного, лесного кадастров, а также для кадастра имеющихся на поверхности земель объектов недвижимости, землеустройства, архитектурно-строительной планировки и др.

С течением времени картографический материал территорий устаревает и требует обновления (актуализации). Обычно полное обновление планово-картографического материала производят через 6-15 лет, а частичную корректировку - через 1-3 года (А.А. Фостиков, Б.Ш. Альтшулер и др. Аэрофотогеодезические изыскания в сельском хозяйстве. М.: Недра, 20 с.). Обновление картографического материала территорий производят с использованием космосъемки, аэрофотосъемки, наземных инструментальных средств (полевыми работами) в зависимости от возможностей, требуемых характеристик и качества карт, финансовых возможностей и др.

На региональных территориях, имеющих административно-территориальное деление (например, районов, областей, краев), картографический материал имеет не только разную степень возрастной дифференциации (разное время изготовления карт), но и разную степень изменения ситуации, вызванную природными процессами, антропогенной и хозяйственной деятельностью человека. При изготовлении проектной документации на выполнение местных площадных работ (прокладку линий электропередачи, газопроводов, нефтепроводов, автомобильных и железных дорог и т.п.) необходимо проведение достаточно большого объема локальных картографических работ на местах проведения этих площадных работ. Эти работы проводят или с применением классической полноразмерной аэрофотосъемки всей территории полномерными летательными аппаратами гражданской и военной авиации, или полевыми геодезическими (инструментальными наземными) съемками локальных участков, на которых имеется качественное и/или количественное изменение объектов, что не всегда возможно качественно и оперативно выполнить (климатические и географические условия местности, большие затраты времени и финансов на классическую аэрофотосъемку всей территории или на полевые инструментальные съемки требуемых локальных участков).

Известен способ комплексного локального картографирования территории, включающий изготовление новых и/или использование уже готовых нескольких одномасштабных тематических карт землепользования одного и того же локального участка путем их совмещения по опознаваемым точкам и создания суммарной карты этого локального участка (Патент РФ № 2036516, 1992 г., G 01 В 29/00, G 01 С 11/00).

Недостатками известного способа являются его большая трудоемкость, большие затраты времени и средств, низкая точность получаемых карт, вызванная ошибками взаимного ориентирования набора карт. Известный способ может быть применен только для разработки схем природопользования, стоимостной оценки и составления кадастров ограниченных локальных участков земель и природных ресурсов, оценки их состояния и тенденций изменения природной среды. Для создания и/или актуализации картографических материалов и/или многофункциональной картографической базы территорий (тем более обширных), имеющих большое количество локальных участков с качественным и/или количественным изменением объектов, известный способ не предназначен и практически неприменим.

Известен способ получения цифровых карт территории (заявка № 97100134, 1999 г.), использующий в качестве исходного материала имеющиеся топографические карты, фотокарты, фотопланы, изображения картографического материала в виде растровой копии, разделенной по слоям содержания. Согласно этому способу перерабатывают (а не создают, не актуализируют) уже имеющиеся картографические материалы, то есть проводят идентификацию дискретных, линейных, площадных объектов территории по элементам содержания, регистрируют соответствующую им семантическую информацию, снимают метрическую информацию об имеющихся в материалах объектах, обрабатывают полученную информацию, заносят ее в соответствующий классу данного объекта сегмент памяти компьютера.

Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает дифференциацию исходного материала по достоверности и точности имеющейся ситуации, не предусматривает актуализирующую фотосъемку и/или актуализирующие полевые работы, не пригоден для территорий, не имеющих качественного картографического материала, не может быть использован для картографирования территорий, имеющих картографический материал разной степени дифференциации.

Известен способ актуализации цифровых карт (картографирования) обширной территории (Патент № 2165596, G 01 C 11/10, 1999 г.), включающий обновление базовой цифровой карты территории на основе отсканированных топографических материалов и космических ортофотоснимков этой территории путем одновременного отображения и взаимного уточнения их растровых копий, одновременно располагаемых в разных местах экрана компьютера.

Недостатком известного способа является низкая точность актуализируемых карт, обусловленная низким качеством и плохой точностью мелкомасштабных космических снимков. Кроме того, выведение на экран компьютера одновременно двух соседствующих сравниваемых изображений усложняет технологию обработки материалов и повышает возможность появления ошибок в работе оператора. Следует особо отметить, что известный способ не применим для картографирования территорий, не имеющих цифровых карт.

Известен способ картографирования территории, включающий ее полноразмерную фотосъемку с искусственного спутника Земли или с борта полномерного летательного аппарата гражданской или военной авиации, камеральную обработку полученных фотоснимков, полноразмерную актуализацию устаревших и/или создание полноразмерных новых карт обследуемой территории по фотоснимкам и по имеющимся картографическим материалам (В.И. Кравцова. Космические методы картографирования. М.: Московский университет, 1995 г., с.104-113, 118 - прототип).

Недостатками известного способа является следующее:

- с помощью космических снимков можно провести качественную полноразмерную актуализацию (обновление) только мелкомасштабных картографических материалов обследуемой территории, которые имеют особую специфичность (узкую направленность и применимость) и мало используются в хозяйственной деятельности отдельных хозяйств, локальных территорий и районов. Локальная актуализация локальных участков с помощью космических снимков наиболее распространенных рабочих крупномасштабных карт этих локальных участков трудновыполнима (практически невозможна), тем более, если обследуемая территория имеет значительно устаревшие картографические материалы, вообще не имеет их;

- для актуализации картографических материалов даже одного локального участка обследуемой территории необходимо производить площадную аэрофотосъемку всей (или достаточно большой ненужной части обследуемой территории) полномерными летательными аппаратами гражданской или военной авиации, что требует больших затрат средств и времени.

Целью настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, то есть упрощение и удешевление производства актуализации карт и других многофункциональных крупномасштабных картографических материалов, сокращение сроков их выполнения, повышение их точности и качества с одновременным исключением длительных и дорогостоящих инструментальных полевых работ локальных участков, а также дорогостоящих аэрофотосъемочных работ всей обследуемой территории полномерной гражданской или военной авиацией.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном способе, включающем фотосъемку обследуемой территории с борта летательного аппарата (ЛА), привязку кадров фотосъемки к актуализируемым материалам по опознаваемым точкам и к требуемой системе координат по опознаваемым геодезическим знакам, производят локальную фотосъемку только тех требуемых локальных участков территории, на которых произошли значительные качественные и/или количественные изменения объектов, а также часть прилежащих к ним участков, не имеющих таких изменений, при этом локальную фотосъемку производят с малоскоростного ЛА, низколетящего на одной высоте над вышеуказанными локальными участками, с захватом в кадр локальной фотосъемки требуемого для стыковки фотоснимков с актуализируемой картой количества опознаваемых точек и/или геодезических знаков, сканируют полученные кадры локальной фотосъемки, вводят их отображение в компьютер, стыкуют по опознаваемым точкам, монтируют из них отображение локальных фотокарт локальных участков, проводят их математическое трансформирование, сканируют актуализируемую карту территории, на которой расположены актуализируемые локальные участки, вводят ее отображение в компьютер, привязывают полученные отображения локальных фотокарт локальных участков к отображению актуализируемой карты всей территории по общим опознаваемым точкам и к требуемой системе координат по общим опознаваемым геодезическим знакам, полученный материал используют в ГИС как актуализированную цифровую картографическую базу территории и/или распечатывают ее на графопостроителе и/или на фотоплоттере как актуализированную карту всей территории в требуемом виде и масштабе, и/или как локальные актуализированные карты отдельных локальных участков.

Согласно предложенному способу при локальной фотосъемке локального участка, ширина которого больше ширины захвата фотокадра, локальную фотосъемку производят параллельными курсами ЛА, выполняемыми на одной высоте над вышеуказанным локальным участком, со сдвижкой очередного курса пролета относительно предыдущего на величину наложения кадров локальной фотосъемки друг на друга, обеспечивающую наличие требуемого количества опознаваемых точек и/или геодезических знаков на наложениях фотокадров для их последующей стыковки.

Согласно предложенному способу в качестве ЛА для локальной фотосъемки локальных участков обследуемой территории используют автожир, например двухместный.

Совокупность существенных признаков предложенного способа актуализации картографических материалов территорий проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что предложенное сочетание комплекса новых технологий, а также технологий, использующих последние достижения авиационной и компьютерной техники и программного обеспечения (применение автожира для локальной фотосъемки, проведение локальной фотосъемки только локальных участков, имеющих качественное и/или количественное изменения объектов и др.), автоматизирует, упрощает, ускоряет, удешевляет процесс актуализации и создания цифровой картографической базы данных обследуемой территории, повышает точность, качество и функциональность картографических материалов, исключает трудоемкие и долговременные инструментальные полевые работы и дорогостоящую классическую полноразмерную фотосъемку полномерными ЛА гражданской и военной авиации.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критериям “изобретательский уровень” и “новизна”.

Актуализацию картографических материалов всей обследуемой территории или ее локальных участков по предложенному способу производят следующим образом.

Перед актуализацией картографических материалов обследуемой территории (например, перед выполнением проектных работ по строительству газопровода, нефтепровода, электролинии, автомобильной или железной дороги, проходящих по обследуемой территории) проводят анализ имеющегося картографического материала по качеству, времени изготовления, полноте информации, наличию количественных и/или качественных изменений находящихся на них объектов. Если имеющиеся картографические материалы не удовлетворяют поставленным требованиям, намечают работы по их актуализации.

Следует отметить, что предложенный способ может быть применен также и при плановой актуализации достаточно обширных (на региональном уровне) территорий, на которых есть локальные участки с качественным и/или количественным изменением расположенных на них объектов (вместо применения известных сложных дорогостоящих способов).

Если актуализация требуемых локальных участков известными способами, то есть наземными инструментальными средствами или площадной фотосъемкой с борта полномерных ЛА гражданской или военной авиации, оказывается неприемлемой по природным факторам (климатический пояс, время года, география местности), по финансовым причинам (инструментальные полевые и классические фотосъемочные работы полномерной авиацией требуют значительных затрат средств и времени) или по срокам выполнения (необходимо быстро начать и закончить строительные работы), производят локальную фотосъемку только требуемых локальных участков с борта легкого низко летающего ЛА, например двухместного автожира, способного пролететь над требуемыми локальными участками на малой высоте и произвести локальную фотосъемку только этих локальных участков даже при облачной погоде.

Если ширина локального участка, подлежащего локальной фотосъемке, меньше ширины кадра фотосъемки, выполняемого с борта низколетящего автожира (например, длинная узкая полоса строящегося газопровода, нефтепровода, электролинии, автомобильной или железной дороги), то локальную фотосъемку этого локального участка производят одним заходом (пролетом) этого ЛА. При этом следует особо отметить, что таким ЛА можно произвести локальную фотосъемку длинного узкого локального участка, имеющего ломаную линию с большим углом поворота.

Локальную фотосъемку с ЛА, низколетящего на одной высоте над локальными вышеуказанными участками, производят с захватом в кадр локальной фотосъемки требуемого для стыковки фотоснимков с актуализируемой картой территории количества опознаваемых точек и/или геодезических знаков. Ширина захвата локальной фотосъемки при этом в определенной степени может регулироваться высотой полета низколетящего автожира.

Полученные кадры локальной фотосъемки каждого локального участка сканируют, вводят их отображение в компьютер, стыкуют между собой по опознаваемым точкам, монтируют из них отображение локальной фотокарты каждого локального участка и производят их математическое трансформирование. После этого сканируют актуализируемую карту территории, на которой расположены актуализируемые локальные участки, вводят ее отображение в компьютер, привязывают полученные отображения локальных фотокарт локальных участков к отображению актуализируемой карты всей обследуемой территории по общим опознаваемым точкам и к требуемой системе координат по общим опознаваемым геодезическим знакам. Полученный материал используют в ГИС как актуализированную цифровую картографическую базу территории и/или распечатывают ее на графопостроителе и/или на фотоплоттере как актуализированную карту всей обследуемой территории в требуемом виде и масштабе, и/или как актуализированные локальные карты отдельных требуемых локальных участков.

Если ширина локального участка, подлежащего локальной фотосъемке, больше ширины кадра фотосъемки, выполняемого с борта автожира (например, длинная широкая полоса реки или водохранилища с их прибрежными участками, производственная или природная площадка и т.п.), локальную фотосъемку этого локального участка производят несколькими параллельными курсами ЛА, выполняемыми на одной высоте над вышеуказанным локальным участком, со сдвижкой каждого очередного курса пролета ЛА относительно предыдущего на величину наложения кадров локальной фотосъемки друг на друга, обеспечивающую наличие требуемого количества опознаваемых точек и/или геодезических знаков на наложениях фотокадров для их последующей стыковки между собой.

Применение предложенного способа актуализации картографических материалов для некоторых участков территории Воронежской, Курской, Белгородской, Липецкой, Тамбовской, Саратовской областей подтвердило его эффективность по сравнению со старыми технологиями и способами. Предложенный способ позволил в несколько раз сократить затраты времени и средств на актуализацию картографических материалов этих участков, повысить качество и точность картографических материалов, расширить их функциональное использование в качестве цифровой картографической основы различных Геоинформационных систем, быстро сформировать цифровые базы - карты (цифровую, то есть компьютерную картографическую базу данных) локальных участков и обследуемых территорий в целом.

Изобретения относятся к области картографии, в частности к картографированию территорий, имеющих локальные участки с различными по временной дифференциации и по качеству картографическими материалами. В данном способе производят локальную фотосъемку участков территории, на которых произошли качественные и/или количественные изменения объектов и часть прилежащих к ним участков, не имеющих таких изменений. Фотосъемку осуществляют с малоскоростного и низколетящего на одной высоте над локальными участками ЛА с захватом в кадр фотосъемки требуемого количества опознаваемых точек и/или геодезических знаков. Сканируют полученные кадры локальной фотосъемки, вводят их отображение в компьютер, стыкуют по опознаваемым точкам, монтируют из них отображение локальных фотокарт локальных участков, проводят их математическое трансформирование. Сканируют актуализируемую карту территории, на которой расположены актуализируемые локальные участки, вводят ее отображение в компьютер. Привязывают полученные отображения локальных фотокарт этих локальных участков к отображению актуализируемой карты всей территории по общим опознаваемым точкам и к требуемой системе координат по общим опознаваемым геодезическим знакам. Полученный материал используют в геоинформационной системе как актуализированную цифровую картографическую базу обследуемой территории и/или распечатывают ее на графопостроителе и/или на фотоплоттере как актуализированную карту этой территории в требуемом виде и масштабе, и/или как актуализированные локальные карты отдельных локальных участков. Технический результат состоит в упрощении и улучшении качества актуализации карт территории. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ актуализации картографических материалов территории, включающий фотосъемку обследуемой территории с борта летательного аппарата (ЛА), привязку кадров фотосъемки к актуализируемым материалам по опознаваемым точкам и к требуемой системе координат по опознаваемым геодезическим знакам, отличающийся тем, что производят локальную фотосъемку только тех локальных участков территории, на которых произошли качественные и/или количественные изменения объектов, а также часть прилежащих к ним участков, не имеющих таких изменений, при этом локальную фотосъемку производят с малоскоростного ЛА, низколетящего на одной высоте над вышеуказанными локальными участками, с захватом в кадр фотосъемки требуемого для стыковки фотоснимков с актуализируемой картой количества опознаваемых точек и/или геодезических знаков, сканируют полученные кадры локальной фотосъемки, вводят их отображение в компьютер, стыкуют по опознаваемым точкам, монтируют из них отображение локальных фотокарт локальных участков, проводят их математическое трансформирование, сканируют актуализируемую карту территории, на которой расположены актуализируемые локальные участки, вводят ее отображение в компьютер, привязывают полученные отображения локальных фотокарт этих локальных участков к отображению актуализируемой карты всей территории по общим опознаваемым точкам и к требуемой системе координат по общим опознаваемым геодезическим знакам, полученный материал используют в геоинформационной системе (ГИС) как актуализированную цифровую картографическую базу и обследуемой территории и/или распечатывают ее на графопостроителе и/или на фотоплоттере как актуализированную карту этой территории в требуемом виде и масштабе, и/или как актуализированные локальные карты отдельных локальных участков.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при локальной фотосъемке локального участка, ширина которого больше ширины захвата фотокадра, локальную фотосъемку производят параллельными курсами ЛА, выполняемыми на одной высоте над вышеуказанным участком, со сдвижкой очередного курса полета относительно предыдущего на величину наложения кадров локальной фотосъемки друг на друга, обеспечивающую наличие требуемого количества опознаваемых точек и/или геодезических знаков на наложениях фотокадров для их последующей стыковки.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ЛА для локальной фотосъемки локальных участков территории используют автожир, например, двухместный.