Способ получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных для кластеризации неоднородности техногенно измененных территорий Российский патент 2023 года по МПК G01C11/04 G06T17/05 

Техническое решение относится к способам геодезического мониторинга, а именно к способам цифрового геоинформационного мониторинга техногенно измененных территорий с использованием геодезических и маркшейдерских средств, и может быть использовано для контроля, оценки и прогнозирования состояния неоднородной по строению и структуре техногенно измененной земной поверхности и прилегающих к ней участков недропользования.

Известен способ получения, обработки и отображения геопространственных данных, который заключается в создании топографических карт и планов по данным аэрофотосъемки с помощью аэрофотоаппарата. [Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов ГКИНП (ГНТА) 02-036-02. Утверждена приказом Роскартографии №84-пр. от 11 июня 2002 г., введена в действие с 1 августа 2002 г.].

Общим признаком аналога и предлагаемого технического решения является выполнение аэрофотосъемки.

Недостатками данного способа являются минимальная автоматизация процесса получения, обработки и отображения геопространственных данных, так как на всех этих этапах необходимо наличие человеческого фактора, трудоемкость получения геопространственных данных на локальных территориях, в пределах отдельного участка с техногенными изменениями вследствие использования пилотируемой авиации, отсутствие возможностей выявления и мониторинга структурных особенностей, нарушений и неоднородностей строения подземных участков с техногенными изменениями.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных для геодезического мониторинга операционной обстановки паводковой ситуации с применением технологии дистанционного зондирования (патент RU 2633642, G01C 11/04, G06T17/05, опубл. 16.10.2017, Бюл. №

29), включающий создание на контролируемом участке планово-высотного обоснования (ПВО) по координатам X, Y, Z спутниковой привязки опознавательных знаков, аэрофотосъемку заданной территории на базе беспилотного летательного аппарата с привязкой к системе координат ПВО, передачу результатов аэрофотосъемки в ПЭВМ, обработку материалов аэрофотосъёмки с помощью компьютерной программы, получение облака точек в виде цифровой метрической трехмерной точечной модели заданной территории, создание с помощью компьютерной программы цифровой модели поверхности в виде триангуляционной модели, создание матрицы высот и ортофотоплана для последующей актуализации адресного плана, дешифрирование ортофотоплана, создание и актуализация с помощью компьютерной программы цифрового адресного плана заданной территории, создание интерфейсной подсистемы подготовки и постоянного обновления геопространственных данных и передача в нее цифровой модели поверхности в виде триангуляционной модели, матрицы высот, ортофотоплана и адресного плана заданной территории, выполнение в автоматизированном режиме классификации триангуляционной модели поверхности заданной территории с целью выявления объектов застройки и инфраструктуры заданной территории путем выделения треугольников, принадлежащих этим объектам, присвоение с помощью компьютерной программы по результатам классификации треугольникам цифровой триангуляционной модели поверхности заданной территории, принадлежащим этим объектам, соответствующие атрибутивные данные, моделирование в этой же интерфейсной подсистеме подготовки и постоянного обновления геопространственных данных цифровой опорной расчетной модели заданной территории, состоящей из вышеуказанной цифровой модели поверхности в виде триангуляционной модели заданной территории, интегрирование в указанную цифровую модель предельно допустимых значений пространственных координат наземных объектов, используя их проектные значения, автоматическое введение в эту же интерфейсную подсистему подготовки и постоянного обновления геопространственных данных информации в режиме реального времени в виде атрибутивных гидрологических данных об уровне воды на контролируемом участке в системе координат ПВО, построение с помощью компьютерной программы двухмерных на базе ортофотоплана и трехмерных моделей зон затопления с использованием атрибутивных данных об уровне воды на контролируемом участке в системе координат ПВО, создание в этой же интерфейсной подсистеме подготовки и постоянного обновления геопространственных данных путем объединения вышеуказанной цифровой триангуляционной модели поверхности заданной

территории и результатов аэрофотосъемки в виде цифровых аэрофотоснимков цифровой текстурированной трехмерной модели местности заданной территории с возможностью визуализации текущей или смоделированной паводковой обстановки на контролируемом участке, виртуальное построение изолиний в этой же модели соединяющих точки текстурированной модели в соответствии с гидрологическими данными об уровне воды на контролируемом участке в системе координат ПВО в режиме реального времени, получение трехмерной и двухмерной моделей зон затопления, использование административной подсистемы в виде сервера геопространственных данных с возможностью управления, обработки, анализа, интерпретации и хранения полученных геопространственных данных и передачу в нее из интерфейсной подсистемы подготовки и постоянного обновления геопространственных данных вышеуказанной цифровой текстурированной трехмерной модели местности и трехмерных и двухмерных моделей зон затопления, использование интерфейсной подсистемы визуализации геопространственных данных путем предоставления сервиса пользователям на основе интернет-технологий, использование геопространственных данных в режиме реального времени и совместно с атрибутивными данными об объектах и рельефе заданной территории, использование интерфейсной подсистемы мониторинга оперативной обстановки, в которой создают систему расчета последствий при чрезвычайных ситуациях от затопления территорий с

возможностью запроса, визуализации и формирования отчетов в виде сводных таблиц и

ситуационных карт для планирования противопаводковых мероприятий либо ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на контролируемом участке путем вычисления в автоматическом режиме расхождения между фактическими значениями высот цифровой трехмерной модели зоны затопления и соответствующими значениями цифровой опорной расчетной модели заданной территории в системе координат ПВО.

Общими признаками прототипа и предлагаемого способа являются: создание на участке территории ПВО по координатам X, Y, Z спутниковой привязки опознавательных знаков, аэрофотосъемка заданной территории с привязкой к системе координат ПВО, получение результатов аэрофотосъемки, передача их в ПЭВМ, обработка материалов аэрофотосъемки с помощью компьютерной программы, получение трехмерной точечной модели заданной территории в системе координат ПВО, получение цифровой модели поверхности заданной территории и ортофотоплана, дешифрирование ортофотоплана.

Недостатком этого способа является то, что заданная территория рассматривается как однородный массив без возможности оптимального выбора средств для съемки

отдельных участков, а отсутствие возможностей прогнозирования ситуации и использование для мониторинга только земной поверхности без учета её подземной и атмосферной частей существенно снижает надежность и точность способа для кластеризации неоднородности техногенно измененных территорий и, как следствие, его эффективность.

Решаемая техническая проблема заключается в повышении эффективности способа получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных для кластеризации неоднородности техногенно измененных территорий, полученных с помощью методов высокоточного позиционирования, разного масштаба для мониторинга и управления техногенно измененной территорией за счет оптимального использования методов сбора геопространственных данных, увеличения точности собираемых данных и их последующей интерпретации, уточнения природных особенностей, техногенной нарушенности и неоднородности строения массива.

Поставленная проблема достигается тем, что в способе получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных для кластеризации неоднородности техногенно измененных территорий, при котором на участке территории создают ПВО по координатам X, Y, Z спутниковой привязки опознавательных знаков, выполняют аэрофотосъемку заданной территории с привязкой к системе координат ПВО, полученные результаты аэрофотосъемки передают в ПЭВМ, далее с помощью компьютерной программы выполняют обработку материалов аэрофотосъемки и получают трехмерную точечную модель заданной территории в системе координат ПВО, цифровую модель поверхности заданной территории и ортофотоплан, выполняют дешифрирование ортофотоплана, согласно техническому решению до создания ПВО выполняют сбор и анализ спутниковых снимков и цифровых карт рассматриваемой техногенно измененной территории в той же системе координат, что и пункты наземной инфраструктуры ГЛОНАСС, затем в автоматизированном режиме с помощью компьютерной программы выполняют предварительный анализ рассматриваемой техногенно измененной территории, с помощью алгоритмов кластеризации неоднородных пространственных данных получают цифровую модель рассматриваемой техногенно измененной территории, далее по результатам предварительного анализа определяют уточненные границы рассматриваемой техногенно измененной территории в той же системе координат, что и пункты наземной инфраструктуры ГЛОНАСС, а после получения трехмерной точечной модели заданной территории в системе координат ПВО в автоматизированном режиме с помощью компьютерной программы выполняют

кластеризацию неоднородности территории, полученной по результатам аэрофотосъёмки, далее на основе кластеризации этой территории выделяют участки, требующие детальной съёмки, после чего выполняют детальную съёмку этих участков рассматриваемой техногенно измененной территории наземным лазерным сканером и роботизированным тахеометром с функцией сканирования с привязкой к системе координат ПВО, после чего с помощью компьютерной программы выполняют обработку результатов сканирования и создают цифровую метрическую трехмерную точечную модель рассматриваемой техногенно измененной территории в той же системе координат, что и пункты ПВО, далее выполняют сбор и анализ данных подземной и атмосферной частей рассматриваемой техногенно измененной территории в той же системе координат, что и пункты ПВО, затем указанные данные подземной и атмосферной частей передают в ПЭВМ и с помощью компьютерной программы выполняют объединение созданной цифровой модели рассматриваемой техногенно измененной территории и созданной цифровой метрической трехмерной точечной модели рассматриваемой техногенно измененной территории, а также указанных данных подземной и атмосферной частей рассматриваемой техногенно измененной территории, учитывая геологические и горно-технические данные на всей рассматриваемой техногенно измененной территории, после чего создают уточненную цифровую модель рассматриваемой техногенно измененной территории, затем в автоматизированном режиме выполняют классификацию созданной уточненной цифровой модели рассматриваемой техногенно измененной территории для выявления структурных особенностей, нарушений и неоднородностей строения участков этой территории, далее с помощью алгоритмов выполняют автоматическую оценку точности и поиск возможных ошибок созданной уточненной цифровой модели рассматриваемой техногенно измененной территории, затем по результатам классификации формируют базу данных рассматриваемой техногенно измененной территории и механизмы запросов к ней, затем с помощью интерфейсной подсистемы задают параметры и исходные данные для прогноза состояния рассматриваемой техногенно измененной территории с использованием аналитической базы знаний методик прогнозирования состояний техногенно измененных территорий, после чего с помощью отдельного модуля программного обеспечения выполняют построение динамически изменяющейся трехмерной модели, основанной на оптимально подобранной методике прогнозирования состояний рассматриваемой техногенно измененной территории.

Данный способ позволит осуществить принцип поэтапного перехода от общих технологических объектов к отдельным участкам и последующему картированию контуров территорий, находящихся на них месторождений техногенно изменённых массивов, нарушенных работами различного назначения, охранных и санитарно-защитных зон с учётом розы ветров, климатических особенностей оцениваемого региона, с последующей оценкой природно-экологических рисков техногенно измененных территорий.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность способа получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных для кластеризации неоднородности техногенно измененных территорий за счет оптимального использования методов сбора геопространственных данных, увеличения точности собираемых данных и их последующей интерпретации, уточнения природных особенностей, техногенной нарушенности и неоднородности строения массива (трещиноватость, слоистость, структура и текстура пород, зоны различных видов деформаций поверхности и массива, накопления вредных и опасных химических элементов и соединений, очаги самовозгорания, окисления, геохимического преобразования, наличие снежного покрова, растительности и др.). С помощью полученных данных возможно создание уточненной цифровой модели техногенно измененной территории, которая позволит прогнозировать различные состояния на ней.

Сущность технического решения поясняется примером конкретной реализации способа получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных для кластеризации неоднородности техногенно измененных территорий (далее - способ).

Способ реализуют следующим образом.

Рассматривают техногенно измененную территорию, имеющую приближенные границы, выполняют сбор и анализ спутниковых снимков и цифровых карт рассматриваемой техногенно измененной территории в той же системе координат, что и пункты наземной инфраструктуры ГЛОНАСС. Затем в автоматизированном режиме с помощью компьютерной программы выполняют предварительный анализ рассматриваемой техногенно измененной территории, с помощью алгоритмов кластеризации неоднородных пространственных данных получают цифровую модель рассматриваемой техногенно измененной территории. По результатам предварительного анализа определяют уточненные границы рассматриваемой техногенно измененной территории в той же системе координат, что и пункты

наземной инфраструктуры ГЛОНАСС, для выполнения аэрофотосъёмки рассматриваемой техногенно измененной территории. Затем создают ПВО на рассматриваемой техногенно измененной территории, имеющей уточненные границы, по координатам X, Y, Z спутниковой привязки опознавательных знаков, например, относительно не менее чем, четырех пунктов наземной инфраструктуры ГЛОНАСС. Затем выполняют аэрофотосъёмку рассматриваемой техногенно измененной территории. Полученные результаты аэрофотосъёмки передают в ПЭВМ, далее с помощью компьютерной программы выполняют обработку материалов аэрофотосъёмки и получают трехмерную точечную модель заданной территории в системе координат ПВО, цифровую модель поверхности заданной территории и ортофотоплан, после чего производят автоматическое дешифрирование ортофотоплана. Далее создают цифровую модель рассматриваемой техногенно измененной территории. Затем в автоматизированном режиме с помощью компьютерной программы выполняют кластеризацию неоднородности территории, полученной по результатам аэрофотосъёмки. На основе кластеризации этой территории выделяют участки, требующие детальной съёмки, далее выполняют детальную съёмку этих участков рассматриваемой техногенно измененной территории наземным лазерным сканером и роботизированным тахеометром с функцией сканирования с привязкой к системе координат ПВО, после чего с помощью компьютерной программы выполняют обработку результатов сканирования и создают цифровую метрическую трехмерную точечную модель рассматриваемой техногенно измененной территории в той же системе координат, что и пункты ПВО. Далее выполняют сбор и анализ данных подземной и атмосферной частей рассматриваемой техногенно измененной территории в той же системе координат, что и пункты ПВО, затем указанные данные подземной и атмосферной частей передают в ПЭВМ. С помощью компьютерной программы выполняют объединение созданной цифровой модели рассматриваемой техногенно измененной территории, созданной цифровой метрической трехмерной точечной модели рассматриваемой техногенно измененной территории, а также указанных данных подземной и атмосферной частей рассматриваемой техногенно измененной территории, учитывая геологические и горно-технические данные на всей рассматриваемой техногенно измененной территории, и создают уточненную цифровую модель рассматриваемой техногенно измененной территории. Затем в автоматизированном режиме выполняют классификацию созданной уточненной цифровой модели рассматриваемой техногенно измененной территории для выявления структурных особенностей, нарушений и неоднородностей строения участков этой

территории. С помощью алгоритмов выполняют автоматическую оценку точности и поиск возможных ошибок созданной уточненной цифровой модели рассматриваемой техногенно измененной территории. По результатам классификации формируют базу данных рассматриваемой техногенно измененной территории и механизмы запросов к ней, затем с помощью интерфейсной подсистемы задают параметры и исходные данные для прогноза состояния рассматриваемой техногенно измененной территории с использованием аналитической базы знаний методик прогнозирования состояний техногенно измененных территорий, после чего с помощью отдельного модуля программного обеспечения выполняют построение динамически изменяющейся трехмерной модели, основанной на оптимально подобранной методике прогнозирования состояний рассматриваемой техногенно измененной территории.

Сбор и анализ геопространственных, подземных и атмосферных данных выполняют постоянно и вносят их в разделы создаваемой базы данных в зависимости от решаемых задач.

Изобретение относится к способам геодезического мониторинга и цифрового геоинформационного мониторинга техногенно измененных территорий с использованием геодезических и маркшейдерских средств, используется для контроля, оценки и прогнозирования состояния неоднородной по строению и структуре техногенно измененной земной поверхности. Способ включает сбор и анализ высокоточных геопространственных, атмосферных и подземных данных, кластеризацию техногенно измененной территории, по результатам которой формируют базу нарушенных территорий и механизмы запросов к ней, после чего с помощью интерфейсной подсистемы прогнозируют состояние территории, выполняют построение динамически изменяющейся трехмерной модели на основе результатов прогноза состояния, используя отдельный модуль программного обеспечения. Технический результат – повышении эффективности способа получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных для кластеризации неоднородности техногенно измененных территорий, полученных с помощью методов высокоточного позиционирования, разного масштаба для мониторинга и управления техногенно измененной территорией.

Способ получения, обработки, отображения и интерпретации геопространственных данных для кластеризации неоднородности техногенно измененных территорий, при котором на участке территории создают планово-высотное обоснование (ПВО) по координатам X, Y, Z спутниковой привязки опознавательных знаков, выполняют аэрофотосъемку заданной территории с привязкой к системе координат ПВО, полученные результаты аэрофотосъемки передают в ПЭВМ, далее с помощью компьютерной программы выполняют обработку материалов аэрофотосъемки и получают трехмерную точечную модель заданной территории в системе координат ПВО, цифровую модель поверхности заданной территории и ортофотоплан, выполняют дешифрирование ортофотоплана, отличающийся тем, что до создания ПВО выполняют сбор и анализ спутниковых снимков и цифровых карт рассматриваемой техногенно измененной территории в той же системе координат, что и пункты наземной инфраструктуры ГЛОНАСС, затем в автоматизированном режиме с помощью компьютерной программы выполняют предварительный анализ рассматриваемой техногенно измененной территории, с помощью алгоритмов кластеризации неоднородных пространственных данных получают цифровую модель рассматриваемой техногенно измененной территории, далее по результатам предварительного анализа определяют уточненные границы рассматриваемой техногенно измененной территории в той же системе координат, что и пункты наземной инфраструктуры ГЛОНАСС, а после получения трехмерной точечной модели заданной территории в системе координат ПВО в автоматизированном режиме с помощью компьютерной программы выполняют кластеризацию неоднородности территории, полученной по результатам аэрофотосъёмки, далее на основе кластеризации этой территории выделяют участки, требующие детальной съёмки, после чего выполняют детальную съёмку этих участков рассматриваемой техногенно измененной территории наземным лазерным сканером и роботизированным тахеометром с функцией сканирования с привязкой к системе координат ПВО, после чего с помощью компьютерной программы выполняют обработку результатов сканирования и создают цифровую метрическую трехмерную точечную модель рассматриваемой техногенно измененной территории в той же системе координат, что и пункты ПВО, далее выполняют сбор и анализ данных подземной и атмосферной частей рассматриваемой техногенно измененной территории в той же системе координат, что и пункты ПВО, затем указанные данные подземной и атмосферной частей передают в ПЭВМ и с помощью компьютерной программы выполняют объединение созданной цифровой модели рассматриваемой техногенно измененной территории и созданной цифровой метрической трехмерной точечной модели рассматриваемой техногенно измененной территории, а также указанных данных подземной и атмосферной частей рассматриваемой техногенно измененной территории, учитывая геологические и горно-технические данные на всей рассматриваемой техногенно измененной территории, после чего создают уточненную цифровую модель рассматриваемой техногенно измененной территории, затем в автоматизированном режиме выполняют классификацию созданной уточненной цифровой модели рассматриваемой техногенно измененной территории для выявления структурных особенностей, нарушений и неоднородностей строения участков этой территории, далее с помощью алгоритмов выполняют автоматическую оценку точности и поиск возможных ошибок созданной уточненной цифровой модели рассматриваемой техногенно измененной территории, затем по результатам классификации формируют базу данных рассматриваемой техногенно измененной территории и механизмы запросов к ней, затем с помощью интерфейсной подсистемы задают параметры и исходные данные для прогноза состояния рассматриваемой техногенно измененной территории с использованием аналитической базы знаний методик прогнозирования состояний техногенно измененных территорий, после чего с помощью отдельного модуля программного обеспечения выполняют построение динамически изменяющейся трехмерной модели, основанной на оптимально подобранной методике прогнозирования состояний рассматриваемой техногенно измененной территории.