Совершенствование технологии создания планово-картографической основы ведения государственного кадастра недвижимости

В последние годы в картографическом производстве, как в России, так и за рубежом, невооруженным взглядом заметен явный переход от аналоговых и аналитических методов создания картографических документов по материалам аэрокосмических съемок Земли к цифровым. Этот переход обусловлен в первую очередь бурным развитием программно-технических средств вычислительной техники. Кроме того, широкое использование цифровых методов картографирования вызвано тем, что они позволяют существенным образом повысить производительность труда при создании картографических материалов и получить такую продукцию, которую невозможно было создать на обычных аналоговых или даже аналитических комплексах.

Планово-картографической основой для создания различных картографических материалов в основном являются ортофотопланы. Ортофотоплан, являясь информационно емким, достоверным и объективным измерительным фотодокументом, используется для создания картографических документов, применяемых в различных отраслях народного хозяйства и обороны: картографии, землеустройстве, архитектуре, управлении недвижимостью, военном деле, сельском и лесном хозяйстве, электроэнергетике, газовой и нефтяной сфере, в организациях, занимающихся ликвидацией последствий стихийных бедствий и т. п.

Применение цифровых методов в картографировании побудило разработчиков к созданию различных цифровых фотограмметрических и картосоставительских программно-технических комплексов, а также к разработке различных технологий и методов обработки материалов аэрокосмических съемок с целью получения ортофотопланов. В настоящее время существует большое количество цифровых фотограмметрических комплексов, как зарубежных (DPW-770, IS), так и отечественных (Фотомод, Талка, ЦФС и других). Причем каждый разработчик программно-технических комплексов стремится к тому, чтобы они обеспечивали наиболее высокую точность и производительность получения ортофотоплана при снижении его себестоимости. И это логично, так как предполагает обработку в сжатые сроки больших объемов материалов аэрокосмических съемок.

Кроме того, несмотря на большой объем информации, содержащейся на ортофотоплане, она со временем устаревает, поэтому ее необходимо периодически обновлять, что также требует больших сил и средств для создания новых ортофотопланов. Поэтому сокращение времени и себестоимости создания ортофотоплана является весьма актуальной задачей.

Использующиеся в федеральном государственном унитарном предприятии «Государственный проектно-изыскательский институт земельно-кадастровых съемок» (ФГУП «Госземкадастрсъемка"-ВИСХАГИ) технологии и программно-технические средства для создания цифровых планово-картографических документов, полученные предприятием по различным международным проектам, со временем устаревают. В связи с этим необходимо искать пути модернизации оборудования и совершенствования программно-технологических комплексов и методов и технологий выполнения работ. Вопросам совершенствования методов и технологий выполнения работ на имеющемся оборудовании и посвящена данная диссертационная работа.

Диссертационная работа состоит из трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения.

В первой главе автор на основе анализа процессов существующей в ВИСХАГИ технологии создания ортофотопланов по материалам аэрофотосъемки местности приходит к выводу о необходимости ее совершенствования с целью сокращения всех временных затрат и периода создания ортофотопланов.

Вторая глава посвящена разработке технологии и методов, которые позволили бы сократить общее время и период выполнения процессов создания ортофотопланов.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований разработанных методов, а также технико-экономическая эффективность предложенной технологии создания ортофотопланов по материалам аэрофотосъемки.

В заключении представлены результаты выполненных исследований, а также даются рекомендации по выполнению дальнейших работ.

Список используемой литературы включает в себя 66 наименований работ, из которых 12 написаны самим автором данной работы или в соавторстве. Цель и задачи исследований.

Целью настоящей работы является разработка технологии и методов, позволяющих повысить производительность труда, снизить себестоимость изготовления ортофотопланов и сократить цикл обработки аэрофотосъёмочных материалов за счёт повышения степени её автоматизации, сокращения числа аналоговых процессов, совершенствования методов и технологии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: исследовать существующую технологию создания ортофотопланов и определить пути ее совершенствованияразработать современную технологию создания ортофотопланов с учетом новых технических и функциональных возможностей аппаратно-программных средств получения аэрофотоснимков и их цифровой обработкиразработать и исследовать методы, позволяющие сократить затраты на выполнение процессов новой технологиивыполнить апробацию разработанных методов.

Методы исследований.

Решение поставленных задач выполнено с использованием аналитической и цифровой фотограмметрии и фотограмметрической обработки аэрофотоснимков, математической статистики, сетевых методов планирования, системного подхода, метода наименьших квадратов. Для проверки правильности реализации разработанных технологий и методов использовался экспериментальный метод исследований. Экспериментальные исследования выполнены на современных цифровых фотограмметрических станциях, имеющихся в ВИСХАГИ, с использованием реальных аэрофотосъемочных материалов. Научная новизна.

Основные результаты диссертационной работы, представляющие новизну и выносимые на защиту: метод классификации ортофотоплановавтоматический метод создания проекта аэрофотосъемкитеоретическая зависимость (формула), позволяющая по заданному масштабу ортофотоплана рассчитать масштаб проектируемой аэрофотосъемкитехнология, сокращающая цикл и время создания ортофотоплановразличные по точности и времени методы изготовления репродукции накидного монтажа в цифровом виде (цифровой репродукции) и результаты их экспериментальных исследованийметоды планово-высотной привязки материалов аэрофотосъемки и результаты их экспериментальных исследований.

Практическая значимость.

Предложенную технологию и разработанные методы рекомендуется использовать не только при создании ортофотопланов и обновлении устаревших карт и планов, но и при проектировании аэрофотосъемки и предварительной обработке полученных при ее выполнении исходных материалов.

Апробация работы и реализация результатов исследования.

Основные результаты исследований опубликованы в научно-технических статьях.

Предложения по модернизации существующей технологии и разработанным методам реализованы в федеральном государственном унитарном предприятии «Государственный проектно-изыскательский институт земельно-кадастровых съемок» (ФГУП «Госземкадастрсъемка"-ВИСХАГИ) и используются в производственном процессе при создании планово-картографической основы в виде цифровых ортофотопланов.

В настоящее время на предприятии выполняются опытно-производственные работы по использованию цифровых ортофотопланов и получаемых при их создании промежуточных данных для обновления земельно-кадастровых (штриховых) карт и планов.

Выводы по главе.

Результаты выполненных опытно-производственных работ позволяют сделать следующие выводы:

1. Цифровая репродукция может быть создана тремя различными путями: по двум связующим точкам, по координатам центров фотографирования и одной связующей точке и, наконец, только по одним координатам центров фотографирования.

Самым точным является первый путь, а самым производительным путем является третий (только по координатам центров фотографирования). Он примерно в три раза производительнее первого.

2. Для геодезического уравнивания результатов фотограмметрических измерений фотоснимков при создании планово-картографической основы масштабов 1:5000 и мельче можно использовать только координатам центров фотографирования, полученные дифференциальным методом во время выполнения аэрофотосъемки. Это упрощает и удешевляет обработку материалов аэрофотосъемки.

3. Для геодезического уравнивания результатов фотограмметрических измерений фотоснимков с целью создания планово-картографической основы масштабов 1:10 ООО и мельче в ряде случаев можно использовать пункты Государственной геодезической сети, пункты опорно-межевой сети или другие маркированные точки на местности с известными координатами.

4. Предлагаемые методы и технология выполнения работ по созданию планово-картографической основы позволяют: исключить «мокрые» процессы фотолабораторной обработки материалов аэрофотосъемки (кроме проявки фильмов), снизить стоимость работ и стоимость ортофотопланов за счёт исключения процессов фотолабораторной обработки, сократить примерно на 45−55% временной цикл, повысив тем самым оперативность изготовления ортофотопланов.

5. Разработан и экономически обоснован метод обновления имеющихся карт и планов. Для чего предлагается создать Государственную базу геоинформационных данных, в которую необходимо включить всю информацию, полученную ранее, как-то: цифровые ортофотопланы, цифровые модели рельефа, опознаки с их фотоабрисами и координатами, результаты фототриангуляции и т. п. вплоть до координат линий пореза.

Предлагается также для обновления карт путем создания ортофотопланов аэрофотосъемку выполнять в одно и тоже время и с одних и тех же точек фотографирования.

Заключение

.

Набирающие силу в России работы по ведению государственного земельного кадастра и государственному мониторингу земель, связанные с установлением и разграничением прав собственности на землю, требует наличия планово-картографической основы, с использованием которой можно было бы эффективно выполнять эти работы.

Как известно, в настоящее время правоустанавливающие документы (свидетельства) на землю предполагают создание на все участки векторных планов, каждый из которых представляет собой совокупность поворотных точек с заданными координатами, соединенными прямыми линиями.

Такой картографический документ малоинформативен, не дает полного и объективного представления об участке, постройках на нем, изображении границы и её качестве, а также о характере границы со смежными участками.

Наиболее достоверной и объективной является планово-картографическая основа в виде ортофотоплана, на которую послойно наносятся все необходимые атрибуты каждого участка (границы, постройки, дороги, линии электропередач, газопроводы и т. п.).

Создаются ортофотопланы по существующей цифровой технологии и, как правило, вначале в цифровом виде (цифровой ортофотоплан).

Цифровой ортофотоплан характеризуется точностью, изобразительными свойствами, качеством, достоверностью и объективностью фотографического изображения местности, возможностями послойного наложения различной векторной информации и т. п.

Недостатками существующей цифровой технологии создания ортофотопланов являются, во-первых, наличие большого количества аналоговых фотоматериалов, получаемых при фотолабораторной обработке фильма, а, во-вторых, последовательное выполнения основных технологических процессов, что приводит к существенному увеличению временного цикла создания ортофотоплана.

Для устранения этих недостатков автором были предложены следующие пути и методы совершенствования существующей технологии:

1. Метод классификации ортофотопланов.

2. Автоматический метод создания проекта аэрофотосъемки, который позволит не только сократить временные затраты, но и оптимизирует процесс аэрофотосъемки, уменьшив ее объем до необходимого минимума.

3. Предложена формула для расчёта масштаба аэрофотосъёмки, материалы которой позволили бы с требуемой точностью создавать ортофотоплан в цифровом виде.

Как видно из этой формулы, масштаб аэрофотосъемки, выполняемой аэрофтотосъемочной системой RC-30, может быть в 1.6 мельче масштаба аэрофотосъемки, выполняемой аэрофотоаппаратом АФА-ТЭ. Учитывая также и то, что формат кадра в аэрофотосистеме RC-30 в 1.3 раза больше кадра, получаемого аэрофотоаппаратом АФА-ТЭ, то время, затрачиваемое на создание ортофотоплана по материалам аэрофотосъемки, полученным аэрофтотосъемочной системой RC-30, примерно в 2.5 раза меньше времени, затрачиваемого на создание цифрового ортофотоплана аналогичного масштаба по материалам аэрофотосъемки, полученным аэрофотоаппаратом АФА-ТЭ. Следовательно, и стоимость цифрового ортофотоплана при использовании фотоснимков, полученных аэрофтотосъемочной системой RC-30, будет также примерно во столько же раз ниже, чем при использовании фотоснимков, получаемых аэрофотоаппаратом АФА-ТЭ.

4. С целью уменьшения механических повреждений фильма при его многократных просмотрах на просветных станках, предлагается сразу же после его просмотра цензором сканировать все его кадры и записать их на компакт-диски, которые и будут использоваться для последующей фотограмметрической обработки фотоснимков. Это позволит за счет уменьшения количества дефектов на растровых полутоновых изображениях повысить степень автоматизации выполнения ряда основных процессов фотограмметрической обработки, таких как триангуляция и построение цифровой модели рельефа.

5. Предложены методы изготовления цифровой репродукции взамен фоторепродукции, а также ее использования в цифровой технологии создания планово-картографической основы. Предложено несколько вариантов ее изготовления. Показано, что цифровая репродукция может использоваться не только для оперативного выбора фотоснимков, но и для эффективной разработки различных технических проектов и отчетных документов. Использование координат центров фотографирования при создании цифровой репродукции обеспечивает не только высокую производительность, но и координатную привязку фотоснимков. Это позволяет не только наносить на нее различную цифровую информацию, но и с определенной точностью измерять координаты объектов, представленных на цифровой репродукции.

6. Предложен метод геодезического уравнивания результатов фотограмметрических измерений координат связующих точек только по координатам центров фотографирования. С целью его экспериментальной проверки был выполнен большой объём опытно-производственных работ. Результаты этих работ показали возможность использования полученных при фототриангуляции элементов внешнего ориентирования для создания планово-картографической основы масштабов 1:5000 и мельче.

7. Для геодезического уравнивания результатов фотограмметрических измерений предложен и экспериментально исследован также метод использования пунктов Государственной геодезической сети, опорно-межевой сети или других маркированных точек для геодезического уравнивания фотограмметрических блоков на межселенную территорию для получения планово-картографической основы.

Выполненные экспериментальные работы на один из районов Самарской обл. показали возможность создания планово-картографической основы масштаба 1:10 ООО и мельче с использованием в качестве геодезической опоры пунктов Государственной геодезической сети.

8. С целью обеспечения оперативности создания ортофотопланов предложено изменить последовательность выполнения процессов полевой геодезической планово-высотной привязки материалов аэрофотосъемки и фотограмметрического измерения координат связующих точек в камеральных условиях. Это позволит, не дожидаясь результатов полевой планово-высотной привязки материалов аэрофотосъемки, выполнять не только процесс измерения связующих точек, но и получать цифровую информацию о рельефе в фотограмметрической системе координат. Такая организация процессов обеспечит выполнение около 80% работ по созданию планово-картографической основы до получения результатов полевой планово-высотной привязки.

9. Разработан и экономически обоснован метод обновления имеющихся карт и планов. Для чего предлагается создать Государственную геоинформационную базу данных, в которую необходимо включить всю информацию, полученную ранее при обработке материалов аэрофотосъемок, как-то: цифровые ортофотопланы, цифровые модели рельефа, опознают с каталогом координатами и их цифровыми фотоабрисами, результаты фототриангуляции и т. п. вплоть до координат линий пореза.

10. Результаты выполненных опытно-производственных и экспериментальных работ показали, что внедрение предложенных методов и путей организации производственных процессов, т. е. совершенствования технологии, позволит на 45 — 55% сократить цикл создания планово-картографической основы, а также удешевить производство за счет исключения большинства процессов фотолабораторной обработки (применения дорогих оптико-механических приборов, фотоматериалов и химикатов).

11. Основными направлениями дальнейших исследований автор считает: повышение точности координат центров фотографирования за счет использования базисов фотографирования. Это позволит повысить точность фототриангуляции и тем самым обеспечить создание планово-картографической основы не только мелких, но и крупных масштабовиспользование в землеустроительном деле вместо штрихового плана (карты) ортофотопланаразработку рекомендаций по определению сроков обновления как самой планово-картографической основы, так и создаваемых с ее использованием карт и плановвнедрение в нормативные документы и практику метода классификации ортофотопланов.