СПОСОБ АКТУАЛИЗАЦИИ ВЫСОТНЫХ ПАРАМЕТРОВ В ЛОКАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2020 года по МПК G01C11/10 G01V3/38 

Изобретение относится к области геодезии и в частности к способам уточнения малоточных моделей рельефа земной поверхности, может быть использовано при создании и актуализации цифровых карт местности с применением в качестве исходного материала топографических планшетов, топографических карт, фотопланов местности, специальных (навигационных) карт, графических документов и других аналогичных материалов (далее - Картографическая информация).

Картографическая информация, в зависимости от масштабов используется для решения практических задач при проектировании и строительстве объектов военного назначения, обеспечении боевой подготовки войск, планировании и ведении боевых действий войск, а также для решения других задач в интересах обороны страны [1, с. 5-7].

Картографическая информация должна удовлетворять требованиям по обеспечению определения с соответствующей масштабу точностью прямоугольных и географических координат, абсолютных и относительных высот точек местности, качественных и количественных характеристик объектов местности, а также производства других картометрических работ.

При создании и обновлении картографической информации, как правило, используются следующие материалы:

каталоги (списки) координат и высот геодезических пунктов и точек съемочной сети;

материалы воздушного, наземного фотографирования и космической съемки;

издательские оригиналы, их дубликаты или микрофиши, тиражные оттиски карт и планов;

специальные карты и планы ведомственных организаций, и другие картографические материалы (дежурные карты и т.д.);

материалы, по которым создавалась обновляемая карта (аэрофотоснимки с точками полевой подготовки и данные фотограмметрического сгущения опорных точек, негативы, фотоэталоны или образцы дешифрирования и др.), а также формуляры обновляемых листов карт;

литературно-справочные материалы (описания местности, справочники административно-территориального деления, словари-справочники географических названий, схемы и профили железных и автомобильных дорог, нефте- и газопроводов, линий связи и электропередачи и др.).

Опорной геодезической основой картографической информации в высотном отношении служат пункты государственной нивелирной сети, пункты государственной геодезической сети и геодезических сетей сгущения, высоты которых определены геометрическим или тригонометрическим нивелированием, а также точки высотной съемочной сети, высоты которых приведены к принятому исходному уровню (относительные высоты).

Основным недостатком способов создания планово-высотной основы для формирования картографической информации является то, что при использовании математических методов уравнивания массива опорных точек формируется общая средняя квадратическая погрешность (СКП) как для плановых координат, так и для высотной основы картографической информации. Существует необходимость снижения СКП высотных параметров в локальной области картографической информации, полученных с большими ошибками. Известны способы, позволяющие актуализировать локальные участки картографической информации, в том числе снизить в отдельных точках СКП плановой основы.

Известен способ актуализации карты обследуемой земной поверхности (ОЗП) (RU №2246697, 2005 г.), включающий компьютерное уточнение устаревшей карты по современным снимкам, отличающийся тем, что производят съемку ОЗП в масштабе, близком к масштабу устаревшей карты, сканируют устаревшую карту и снимок ОЗП, выводят их на экран компьютера двумя отдельными отображениями - устаревшую карту в виде непрозрачной основы, снимок в виде полупрозрачного подвижного, растягиваемого по фрагментам и изменяемого по масштабу в плоскости экрана компьютера наложения на эту непрозрачную основу, визуально совмещают их и фиксируют относительно друг друга по опознаваемым точкам, затем убирают из непрозрачной основы объекты, отсутствующие в полупрозрачном наложении, добавляют в нее новые объекты, зафиксированные съемкой, корректируют на ней размеры и конфигурацию общих объектов под их размеры и конфигурацию на полупрозрачном наложении, после чего полученное на экране графическое изображение фиксируют в памяти компьютера как отображение современной ОЗП и распечатывают его на графопостроителе и/или на фотоплоттере как актуализированную карту ОЗП в требуемом виде и масштабе.

Известный способ предназначен для уточнения и обновления семантического наполнения картографического материала отдельных участков территории путем применения космических снимков. Недостатком указанного способа является то, что в нем не производится локальная актуализация планово-высотной основы картографического материала.

Известен способ межевания и/или актуализации карт территории (RU №2249179, 2005 г.), включающий определение местонахождения объектов на этой территории с помощью радиосигналов с искусственных спутников Земли (ИСЗ), фиксируемых приемниками, установленных, использование устаревших материалов обследуемой территории, отличающийся тем, что обследуемую территорию разделяют по геофизическим и хозяйственным характеристикам на локальные участки, в центре которых на свободном от помех спутниковым радиосигналам месте с известными координатами монтируют стационарный базовый приемник радиосигналов (БПРС) с ИСЗ и необходимые инженерно-технические средства, в поворотных точках границ координируемых площадных объектов устанавливают один или два мобильных приемника радиосигналов (МПРС) с ИСЗ, регистрируют одновременно БПРС и МПРС радиосигналы с ИСЗ, по параметрам зарегистрированных радиосигналов и по известным координатам БПРС вычисляют в центре обработки информации (ЦОИ) координаты поворотных точек границ координируемых площадных объектов, сканируют актуализируемый картографический материал обследуемой территории, вводят полученное отображение в компьютер, по вычисленным ЦОИ координатам поворотных точек уточняют в отображении на экране компьютера расположение и границы координируемых площадных объектов, создают из полученных материалов актуализированную цифровую картографическую базу обследуемой территории, используют ее в геоинформационных системах различного назначения, распечатывают из нее на графопостроителе и/или на фотоплоттере требуемые виды карт требуемой территории, устанавливают с ее помощью межи и межевые знаки.

Известный способ предназначен для актуализации частичной (локальной) корректировки планово-картографического материала отдельных участков территории через 1-3 года без монтажа глобальных геодезических спутниковых систем, а также во многих случаях без применения космо и/или аэрофотосъемки обследуемой территории. Недостатком данного способа является то, что не рассматривается актуализация высотной основы в локальных участках картографического материала.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является способ уточнения навигации старых магнитных съемок, выполненных с большими ошибками координирования (RU №2676390, 2018 г.), содержащий карту графиков наблюденного модуля магнитного поля в координатах, цифровую модель карты в прямоугольной сети точек и ее СКП, отличающийся тем, что по заданным увязочным профилям выполняют современную высокоточную магнитную съемку в старых координатах с высокоточной спутниковой навигацией, ищут положение значений современной съемки на карте корреляционным способом, находят точку пересечения современного маршрута со старыми маршрутами, в точку пересечения старых маршрутов с новыми приписывают координаты, полученные путем параллельного самому себе переноса в новой системе координат всего старого маршрута и/или его части, расположенной между двумя современными маршрутами, так чтобы найденная точка максимальной корреляции поля старого уточняют координаты всех старых маршрутов, строят новую увязочную по координатам цифровую модель старой карты и вычисляют ее СКП по пересечениям новой карты с реальными измерениями, разница между этой старой и новой погрешностями является оценкой надежности увязки поля по новым координатам.

Известный способ предназначен для уточнения малоточных координат точек измерения на старых профилях с помощью современных высокоточных магнитных съемок с высокой точностью спутниковой навигации.

Недостатками данного способа являются то, что не рассматривается актуализация высотной основы в локальных участках картографического материала по результатам современных высокоточных геодезических съемок с высокой точностью спутниковой навигации, а также не учитываются измерения, полученные с высокой точностью от других источников информации, и динамика изменения радиуса корреляции, соответствующего изменению структуры рельефа в локальной области картографической информации.

Цель изобретения заключается в актуализации малоточных моделей рельефа земной поверхности путем уточнения высотных параметров в произвольных точках локальной области картографической информации, в которых не проводились высокоточные измерения высот, от точек с высотными параметрами, в которых имеется дополнительная (избыточная) высокоточная геодезическая информация о высоте.

Требуемый технический результат достигается тем, что при способе актуализации высотных параметров в локальной области картографической информации, заключающегося в уточнении малоточных высот точек в локальных областях картографической информации, в которых не проводились высокоточные измерения за счет привлечения дополнительных источников измерений от точек, где проводились измерения высотных парамеров в локальной области - новые тахеометрические (теодолитные) съемки и/или геометрические (тригонометрические) ходы нивелирования, спутниковые измерения, близкорасположенные пункты государственной геодезической (нивелирной) сети и/или картографическая информация высокой точности или карты масштаба крупнее, но размера меньше чем имеющаяся (далее - Дополнительные источники геодезической информации), заключающийся в учете динамики радиуса корреляции в локальной области картографической информации, зависящего от структуры рельефа, в выборе максимальных расстояний между точками с измеренными и/или не измеренными значениями высотных параметров по известным координатам, получаемым по картографической информации, в установлении разностных невязок между значениями высотных параметров и их погрешностями, полученными по картографической информации и дополнительным источникам геодезической информации.

Сущность изобретения поясняется структурной схемой, где на фиг. 1 изображены:

1 - блок массива точек с высотами и прямоугольными координатами, полученными от малоточной картографической информации;

2 - блок массива точек с высотами, полученными спутниковым методом;

3 - блок массива точек с высотами, полученными от близкорасположенных пунктов государственной геодезической (нивелирной) сети;

4 - блок массива точек с высотами, полученными от новых тахеометрических съемок, теодолитных ходов, нивелирных съемок;

5 - блок массива точек с высотами, полученными от картографической информации высокой точности и/или карт масштаба крупнее, но меньших размеров чем исходная малоточная картографическая информация;

6 - блок расчета максимальных расстояний между множеством произвольных точек и точек с избыточными высотными параметрами по известным координатам малоточной картографической информации;

7 - блок записи выражений, устанавливающих разностные невязки между значениями высотных параметров и их погрешностями, полученными по картографической информации и дополнительным источникам информации;

8 - блок согласования данных между максимальными расстояниями массива всех выбранных точек от блоков 6, 9 с учетом динамики изменения радиусов корреляции высоты для локальной области картографической информации;

9 - блок выбора радиуса корреляции высоты для локальной области картографической информации с учетом анализа динамики изменения структуры рельефа;

10 - блок актуализации высотных параметров в локальной области картографической информации;

11 - блок вывода высотных параметров в локальной области картографической информации.

Изобретение работает следующим образом:

выбирают периметр (локальный участок) на малоточной картографической информации, площадь которого зависит от спектра решаемых специальных задач;

в границах выбранного периметра производят высокоточные измерения высот, представленных блоками 2-5: формируют массив точек высотных параметров h_k и средней квадратической погрешностью (СКП) измерений высоты σ_hk с координатами x_ky_k, полученные спутниковым методом - блок 2; массив точек высотных параметров h_n и СКП измерений высоты σ_hn с координатами x_ny_n, полученными из каталогов близкорасположенных пунктов государственной геодезической и/или нивелирной сети - блок 3; массив точек высотных парамеров h_m и СКП измерений высоты σ_hm с координатами x_my_m, полученными полигонометрическим методом и/или геометрическим и/или тригонометрическим нивелированием с применением геодезических приборов: тахеометров, теодолитов и/или нивелиров - блок 4; массив точек высотных параметров h_j и СКП измерений высоты σ_hj с прямоугольными координатами x_jy_j, полученными по картографической информации высокой точности и/или от карт масштаба крупнее, но имеющих меньший размер чем уточняемая картографическая основа - блок 5; первые выходы блоков 2-5 с информацией о высокоточных высотных параметрах и их СКП являются входами в блок 7, а вторые выходы блоков 2-5 с информацией о прямоугольных координатах точек с дополнительными геодезическими параметрами о высоте являются входами в блок 1;

определяют массив точек по малоточной картографической информации - прямоугольные координаты X_HiY_Hi равные прямоугольным координатам дополнительных источников геодезической информации x_ky_k, x_ny_n, x_my_m, x_jy_j и соответствующие им высоты и СКП H_i, σ_Hi, а также выбирают произвольные точки с высотами и СКП Н', σ_H', в которых необходимо снизить СКП картографической информации за счет дополнительных источников геодезической информации, при условии, что σ_Hi=σ_H', определяют их координаты X_H'Y_H' - блок 1; первый выход блока 1 с значениями высотных параметров и их СКП в произвольных точках является первым входом в блок 10, второй выход блока 1 с значениями прямоугольных координат произвольных точек и точек с избыточными высотными параметрами являются входами в блок 6, третий выход блока 1 с значениями высотных параметров и их СКП, определяемых по малоточной картографической информации, является входом в блок 7;

производят расчет расстояний S_hih', S_hiH' по известным координатам между произвольными точками X_H'Y_H' и точками с избыточной геодезической информацией X_hiY_hi по малоточной картографической информации - блок 6; выход блока 6 является первым входом блока 8;

осуществляют регистрацию высотных параметров H_i, h_k, h_n, h_m, h_j и их СКП σ_Hi, σ_hk, σ_hn, σ_hm, σ_hj при условии нормального закона распределения случайной величины и нулевого математического ожидания М[х]=0, полученных по малоточной картографической информации и дополнительным источникам геодезической информации, а также осуществляют запись выражений, устанавливающих разностные невязки между значениями измерений по малоточной картографической информации и дополнительным источникам геодезической информации и их погрешностями в точках с избыточной геодезической информацией о высоте X_hiY_hi - блок 7; выход блока 7 является вторым входом в блок 10;

осуществляют сравнение между допустимым радиусом корреляции r_доп. и максимальными расстояниями S_h', S_Hi, выбранных точек по малоточной картографической информации, если расстояние больше значения радиуса корреляции, то точки с высотной информацией исключаются из обработки измерений - блок 8; выход блока 8 является третьим входом блока 10;

производят выбор допустимого радиуса корреляции r_доп. по результатам анализа изменения структуры рельефа в локальной области картографической информации, соответствующий значениям: для высокогорных районов r_доп. = 2000 метров, для среднегорных районов r_доп. = 6000 метров, для равнинных районов r_доп. = 8000 метров [5, с. 126] - блок 9; первый выход блока 9 является вторым входом в блок 8, второй выход блока 9 является четвертым входом в блок 10;

осуществляют расчет нового значения высотных параметров от информации, полученной из блоков 1, 7-9 в произвольных точках локальной области картографической информации по алгоритму [6, с. 136-138] - блок 10.

Начало

1. Вводят корреляционную функцию для высот, как меру статистической связи между погрешностями картографических параметров. Связь корреляционных функций зависит от расстояния между выбранными точками и имеет вид [7, с. 68-69]:

где - дисперсия ошибок картографических данных;

2. Осуществляют построение вектора погрешностей Z параметров высоты в точках с малоточной картографической информацией.

3. Формируют априорную ковариационную матрицу погрешностей Р массива точек высотных параметров, определяемых по картографической информации с учетом корреляционных функций k(r_доп).

4. По информации от блока 7 формируют матрицу несоответствий (невязок) Е.

5. Формируют матрицу наблюдения М.

6. Формируют ковариационную матрицу погрешностей дополнительных источников информации для массива точек высотных параметров R.

7. Формируют коэффициент усиления K для нахождения оценок высотных параметров в каждой определяемой точке.

8. Осуществляют расчет оценок высотных параметров Н* в произвольных точках локальной области картографической информации.

9. Осуществляют расчет апостериорной матрицы погрешностей Р* картографической информации, а также новое значение СКП σ* для актуализированной высоты Н* картографической информации.

Конец

выход блока 10 является входом в блок 11;

осуществляют вывод и изменение СКП σ* актуализированных высотных параметров Н* в локальной области картографической информации - блок 11.

Таким образом, в предлагаемом новом способе помимо перечисленных в ближайшем аналоге, используются следующие дополнительные действия:

1. Привлекают не только спутниковый метод измерений, но и другие источники геодезической информации - каталоги близкорасположенных пунктов государственной геодезической (нивелирной) сети; высотные параметры новых тахеометрических и/или теодолитных съемок и/или нивелирных ходов; высотные параметры в точках, полученных по высокоточной картографической информации и/или картам масштаба крупнее, но размеров меньших, чем исходная малоточная картографическая основа.

2. Анализируют и учитывают динамику радиуса корреляции в локальной области картографической информации, зависящего от изменения структуры рельефа при выборе максимальных расстояний между произвольными точками и точками с избыточной геодезической информацией о высоте по известным координатам, получаемым по малоточной картографической информации.

3. Формируют разностные невязки между значениями высотных параметров и их погрешностями в точках с избыточной геодезической информацией о высоте.

4. Снижают СКП высотных параметров в точках локальных областей малоточной картографической информации, в которых не проводились высокоточные измерения высот, от точек с высотными параметрами, в которых имеется избыточная высокоточная геодезическая информация о высоте.

Сравнительный анализ существенных признаков существующих способов актуализации (уточнения) локальных областей картографической информации и настоящего способа показывает, что предложенный способ, основанный на использовании дополнительных операций, связанных с анализом и учетом динамики радиуса корреляции в локальной области картографической информации и формированием невязок между значениями относительных высот и их погрешностями отличается тем, что за счет обработки избыточной информации обеспечивается более точное определение высотных параметров в точках локальной области картографической информации, в которых не проводились высокоточные измерения высот.

Таким образом, достигается технический результат изобретения - актуализация моделей рельефа земной поверхности путем снижения СКП высотных параметров в локальных областях картографической информации, полученных с большими ошибками, в которых не проводились высокоточные измерения высот, от точек с высотными параметрами, в которых имеется избыточная высокоточная геодезическая информация о высоте.

Источники информации:

1. ГКИНП 05-029-84 Основные положения по созданию и обновлению топографических карт масштабов 1:10000, 1:25000, 1:50000, 1:100000, 1:200000, 1:500000, 1:1000000. М: ГУГК, ВТУ ГШ, 1984. 29 с.

2. Ващенко Ю.Е., Русинов П.С., Ломакин С.В. Патент RU №2246697 С1, МПК G01C 11/10 «Способ актуализации карты обследуемой земной поверхности». Опубл. 20.02.2005. Бюл. №5.

3. Ващенко Ю.Е., Русинов П.С., Филимонов В.В. Патент RU №2249179 С1, МПК G01C 11/10 «Способ межевания и/или актуализации карт территории». Опубл. 27.03.2005. Бюл. №9.

4. Паламарчук В.К., Глинская Н.В., Мищенко О.Н., Бурдакова Е.В., Петров В.В. Патент RU №2676390 С2, МПК G01V 3/38 «Способ уточнения навигации старых магнитных съемок». Опубл. 28.12.2018. Бюл. №1.

5. Августов Л.И., Бабиченко А.В., Орехов М.И., Сухорукое М.И., Шкред В.К. Навигация летательных аппаратов в околоземном пространстве. Под редакцией Джанжгавы Г.И. М.: ООО «Научтехлитиздат», 2015. - 421 с.

6. Лупанчук В.Ю. Развитие методов навигационной картографии для контроля позиционирования робототехнических комплексов в пространстве. // Вестник Московского авиационного института. М.: МАИ, 2018. Т. 25 №1. - с. 132-142.

7. Белоглазов И.Н., Джанжгава Г.И., Чигип Г.П. Основы навигации по геофизическим полям. - М.: Наука, 1985. - 328 с.

Изобретение относится к области геодезии и в частности к способам уточнения малоточных моделей рельефа земной поверхности, может быть использовано при создании и актуализации цифровых карт местности с применением в качестве исходного материала топографических планшетов, топографических карт, фотопланов местности, специальных (навигационных) карт, графических документов и других аналогичных материалов. Цель изобретения заключается в актуализации моделей рельефа земной поверхности путем снижения погрешностей высотных параметров в локальных областях картографической информации, полученных с большими ошибками, путем уточнения малоточных высот точек, в которых не проводились высокоточные измерения высот, от точек с высотными параметрами, в которых имеется дополнительная (избыточная) геодезическая информация о высоте. Технический результат достигается тем, что при способе актуализации высотных параметров в локальной области картографической информации, заключающегося в уточнении малоточных высот точек, в которых не проводились высокоточные измерения за счет привлечения дополнительных источников измерений от точек, где проводились измерения высокоточных высотных параметров - спутниковые измерения; новые тахеометрические (теодолитные) съемки и/или геометрические (тригонометрические) ходы нивелирования; каталоги близкорасположенных пунктов государственной геодезической (нивелирной) сети; картографическая информация высокой точности и/или карта масштаба крупнее, но размерами меньшей, чем исходная картографическая основа, заключающийся в учете динамики радиуса корреляции в локальной области картографической информации, зависящего от изменения структуры рельефа; в выборе максимальных расстояний между произвольными точками с значениями высотных параметров и точками с избыточной геодезической информацией о высоте по известным координатам малоточной картографической информации, соответствующих допустимому радиусу корреляции; в формировании разностных невязок между значениями высотных параметров полученными от малоточной картографической информации и дополнительных источников геодезической информации и их погрешностями. 1 ил.

Способ актуализации высотных параметров в локальной области картографической информации, заключающийся в том, что формируют массив точек со значениями малоточных высотных параметров и соответствующие им прямоугольные координаты в локальной области картографической информации, формируют массивы точек с значениями высокоточных высотных параметров, полученных в этой же локальной области спутниковым методом, от каталогов близкорасположенных пунктов государственной геодезической и/или нивелирной сетей, при проведении новых тахеометрических и/или теодолитных съемок местности и/или нивелирных ходов, по высокоточным картам и/или картам масштаба крупнее, но меньшего размера, чем исходная картографическая основа и соответствующие им значения прямоугольных координат, которые равны значениям прямоугольных координат картографической информации малоточных высотных параметров, отличающийся тем, что учитывают динамику радиуса корреляции высот в локальной области малоточной картографической информации, зависящего от изменения структуры рельефа при выборе максимальных расстояний между произвольными точками и точками с избыточной геодезической информацией о высоте по известным координатам малоточной картографической информации для формирования корреляционных связей между высотными параметрами, формируют разностные невязки между значениями высотных параметров и их погрешностями в точках с избыточной геодезической информацией о высоте, снижают среднюю квадратическую погрешность малоточных высотных параметров в произвольных точках локальных областей картографической информации, в которых не проводились дополнительные измерения высот, от точек, в которых имеется избыточная высокоточная геодезическая информация о высоте.