Создание геодезической основы для ведения городского кадастра с использованием спутниковых навигационных систем

особенно в тех случаях, когда организация собирает и обслуживает эти данные самостоятельно, так как в них сохраняются исходные измерения (например, точки с точными трехмерными значениями рельефа). Другим подобным форматом является набор данных terrain (упомянутый выше). Он может быть визуализирован в виде сети TIN.
Как и при обработке других данных, сначала в ЦФС создается проект, в него вводятся снимки и телеметрическая информация. На основании данных о центрах проекции и углах производится создание накидного монтажа, разбивка по маршрутам. Снимки, попавшие на развороты спутника, удаляются в ручном режиме. Неточные угловые элементы внешнего ориентирования приводят к достаточно грубому накидному монтажу (рис. 2.7):


Рисунок 2.7. Накидной монтаж по телеметрической информации

Автоматический поиск связующих точек в таких случаях затруднен или требует значительного времени работы компьютера. Для уточнения накидного монтажа в таких случаях в ЦФС PHOTOMOD используется т.н. «автоматический накидной монтаж», который уточняет взаимное расположение снимков (рис. 2.8).


Рисунок 2.8. Накидной монтаж после автоматического уточнения

Нестабильность полета спутника иногда может привести к очень большим перекрытиям между соседними снимками, что вызывает сложности в стандартных фотограмметрических пакетах (рис. 2.9).


Рисунок 2.9. «Перепутывание» снимков при маленьком базисе съемки

Разные углы и высоты съемки соседних кадров приводят к увеличению области поиска связующих точек и увеличению числа грубых ошибок по сравнению со стандартными аэрозалетами. После создания уточненного накидного монтажа выполняется процедура автоматического измерения связующих точек. Накидной монтаж после первых проходов автоматического измерения связующих точек. На следующих проходах производится доизмерение связующих точек. Несколько проходов необходимы в случае, когда телеметрическая информация не содержит всех углов ориентирования, или углы известны с точностью 10-30 градусов. Если же телеметрическая информация содержит угловые элементы ориентирования с точностью в несколько единиц градуса, то достаточно и одного прохода – надежность автоматических измерений в этом случае повышается.
При необходимости, после уравнивания может быть сделана стереовекторизация – отрисовка в ручном режиме зданий, сооружений, мостов, дамб и других объектов. Построенный рельеф используется для ортотрансформирования снимков. На последнем этапе из ортотрансформированных снимков создается бесшовная мозаика – производится расчет линий порезов, выравнивание яркостей, стыковка контурных объектов. Самокалибровку можно включать и при отсутствии опорных точек, правда, в этом случае можно рассчитать только коэффициенты k1, k2 радиальной дисторсии. При использовании камер с щелевым затвором можно дополнительно включить расчет аффинных искажений. В случае стабильности углов ориентирования при съемке такая самокалибровка может повысить точность уравнивания.
Анализируя методические аспекты работы с топографо-геодезической информацией, была выявлена необходимость работы в области развития комплекса технологических решений, совмещающих оптические методы и программную обработку получаемых данных. Таким образом, автоматическое измерение профилей и вынос проектных координат осуществляется на базе оптической (лазерной) технологии измерения.
Преимущества рассматриваемой системы [49]:
 повышение качества путем обеспечения высокой точности измерений;
 повышение скорости и увеличение частоты геодезических замеров;
 уменьшение затрат на геодезические работы;
 уменьшение времени простоя.
Результатом применения данной спутниковой системы станет совокупность координатно-временного массива. Возможность применения координатно-временной информации, получаемой с помощью современных оптических (лазерных) систем, в различных функциональных приложениях задач проектирования, строительства, содержания, ремонта и реконструкции активно прорабатывается во всех государствах, поскольку данная технология уже на первом этапе существования доказала свою эффективность. Данное обстоятельство вполне закономерно, поскольку данная методика существует на стыке практических направлений оптики, физики, геодезии и информационных технологий.
В настоящее время развертывание наземных сетей базовых референсных станций систем дифференциальной коррекции (далее ДГНСС), позволяющих вычислить корректирующие поправки к оптическим данным, обеспечивая возможность определения местоположения объектов на земной поверхности с сантиметровыми точностями в режиме реального времени и миллиметровыми точностями в режиме постобработки обуславливает полный переход от спутниковых технологий, которые показали свою непригодность в работах с объектами сложного генезиса.
На основе описания земельного участка как трехмерного пространственного объекта, то есть оценки его разветвленности как литологической системы, в соответствующих службах разведки и разработки полезных ископаемых активно разрабатываются технологии оценки и проектирования каждого элемента земельного участка. При этом практически во всех разработках в качестве инструмента были выбраны оптические операции съемки и обработки данных с созданием геопространственной базы данных, используемой для последующего описания земельного участка [45].
Первые шаги в практической реализации предлагаемой технологии позволили составить следующие практические положения [26]:
– наиболее действенным методом контроля признается координатный – массивы данных, полученных при измерении координат, представляют собой достаточно прочную базу для получения окончательной модели данных;
– координатный метод базируется на системе непрерывного оптически-цифрового описания пути с применением единой общеевропейской системы координат ETRS;
– основным инструментом получения координатных данных являются технологии дифференциальной коррекции первичных данных на основе развертываемых наземных сетей базовых спутниковых референсных станций.
В качестве первого и приоритетного направления можно определить использование технологий оптического позиционирования на основе данных геодезических постов для обеспечения привязки в едином координатном пространстве результатов измерений, полученных в ходе инструментального контроля геометрии измерений, проводимых с помощью совокупности геодезического инструментария с оптической основой.
Успехи в использовании технологий высокоточного оптического позиционирования для координатной привязки результатов измерений, получаемых различными способами, обуславливают подходы к дальнейшему развитию технологий, направленных на использование координатных методов непосредственно в системах регистрации земельных участков при регистрации и передачи их под нефтяные месторождения. Отметим, что данная практика в отношении подобных земельных участков на сегодняшний день является единственным средством описания качественных характеристик земельных участков, что необходимо при разработке стратегии дальнейшего освоения участка [65].
При геодезическом обеспечении работ по описанию земельных участков рекомендовано использование единой Европейской системы наземных координат ETRS-89 совместно с подходящими картографическими проекциями. Соответственно, практически все европейские страны запланировали к 2017 году обязательный переход от своих национальных координатных систем к единой координатной системе ETRS-89, а при построении цифровой модели проекта (далее ЦМП) использование стандартизованной модели непрерывного координатно-цифрового описания участка. Данная технология описывает 3D-модель участка с использованием непрерывных (бесшовных) математически точных элементов, позволяющих определить плановые координаты и высоты любой точки земельного участка.
Необходимость создания и внедрения инновационной технологии описания и регистрации земельных участков на основе координатных методов с применением оптических систем обусловлена тем, что добывающие компании постоянно обращают внимание на совершенствование используемых в настоящее время традиционных методов описания участка перед передачей участка под нужды нефтедобычи, базирующиеся на относительных измерениях. Этим определяется необходимость устранения ряда «узких мест» в применяемых технических решениях, повысить качество и эффективность работ [35].
В сложившейся за последние года практике съемка всего спектра параметров земельных участков для последующей передачи в целях организации нефтедобычи, ведется относительным методом, а проектные данные (даже в случаях применения при изысканиях современного геодезического оборудования) готовятся в относительных величинах, представляя собой на выходе эпюры рихтовок и продольный профиль. Данные результаты представляют собой низко информативное и уже практически неиспользуемое для целей нефтедобычи представлении информации, являя собой не только модель, в создании которой не приняты во внимания все свойства и измерения участка, но и совокупность данных, описывающих около 48% информации.
При использовании приборов оптического характера за счет того, что текущее положение следующей точки неизвестно, измерение осуществляется только по заданным эпюрам рихтовок. Как следствие, это приводит к появлению длинных профильных провалов данных на прямых участках с низкой разветвленности, поскольку погрешность, учитываемая на высотных участках, не позволяет получить точную информацию о структуре участка при малых перепадах высот.
Без единой координатной привязки земельного участка, после проведения работ по геодезическим замерам, при последующих работах по текущему содержанию происходит накопление «ухода» от исходного проектного положения, который относительными методами эффективно проконтролирован быть не может.
Таким образом, получение качественных данных возможно только при применении чувствительных оптических приборов. Накопленные пространственные данные могут быть на всех этапах жизненного цикла земельного участка – от изыскания и проектирования до строительства и текущего содержания. Единство и актуальность пространственных данных на всех этапах обеспечивают качество выполняемых работ, точный контроль полученных данных и объектов инфраструктуры в проектное положение, создают информационную основу для управления инфраструктурой.
Развертывание работ по внедрению технологий, основанных на применении данных с использованием оптических систем, и возможности их высокоточной дифференциальной коррекции от наземных спутниковых референсных станций, позволяет получать в режиме реального времени координаты каждого элемента земельного участка с высокой точностью, тем самым открывая перспективы перехода к новым инновационным технологиям при оформлении участков в городском кадастре.
Отметим, что рассматриваемая технология представляет собой не только совокупность измерительных технологий, но и является информационно-технологической системой сбора, обработки, хранения и предоставления пользователям координатной информации об объектах земельных участков при их оформлении в системе городского кадастра.
Основным назначением данной технологии является создание единого высокоточного координатного пространства, реализуемого на основе механизмов использования комплексных решений по обработке данных о земельных участках при их оформлении в системе городского кадастра.
В настоящее время применяемые технологические решения по своей структуре состоит из дифференциальной подсистемы оптических измерений и опорной геодезической сети. В состав дифференциальной подсистемы оптических измерений входят расположение точек замеров, сетевой центр сбора и обработки данных от сети таких точек, подсистема связи, включающая в себя канал фиксированной связи по доставке результатов измерений от станций в центр сбора и обработки данных и канал подвижной радиосвязи по доставке контрольно-корректирующей информации из центра сбора и обработки данных для завершения обработки [46].
Базовые точки непрерывно выполняют кодовые и фазовые измерения по сигналам приборной базы, передавая данные для обработки.
Основную часть оборудования таких точек составляют геодезические двухчастотные приемники сигналов с возможностью легкого подключения измерительных приборов по средствам проводной связи, так как беспроводная связь в данной ситуации не отвечает требованием безопасности и надежности. С их помощью определяются координаты пунктов опорной сети, а также характеристики объектов в статическом и кинематическом режимах, включая и режим реального времени.
С помощью данной системы возможно осуществить сбор полного комплекса информации со всех станций с последующей передачей для обработки. В нем вычисляют контрольно-корректирующую информацию и затем передают ее по каналам подвижной радиосвязи на мобильные средства для уточнения координат объектов земельного участка.
Получаемая информация хранится на сервере центр сбора и обработки для обеспечения координатных определений в режиме постобработки. Необходимо вести также мониторинг состояния сети базовых станций с осуществлением автоматического управления этой сетью. В случае необходимости необходимо предусмотреть ручное управление работой дифференциальной подсистемы получения и хранения данных.
Опорная геодезическая сеть, являющаяся геометрической основой структуры земельного участка, формируется каркасными (совпадающими с базовыми станциями), главными и промежуточными пунктами, закладываемыми в полосе отвода и обеспечивающими в среднем плотность в два пункта на один километр дистанции.
Она обеспечивает резервирование функционирования подсистемы получения данных на случай возможных отказов в ее работе или невозможности приема сигналов от опорной сети (например, при экранировании спутниковых радиосигналов зданиями, сооружениями, деревьями, рельефом местности и т.п.). Необходимо учесть возможность обустройства временных базовых станций, более приближенных к району производства работ, что позволяет точнее определять местоположение объектов. В случае равнинных участков опорная сеть практически полностью покрывает участок.
Использование промежуточных пунктов дополняет или заменяет столь распространенные спутниковые измерения традиционными геодезическими, позволяющими на расстояниях до одного километра реализовывать более высокую точность при определении местоположения, что является одной из важнейших задач предлагаемой методики. Роль опорной геодезической сети заключается в обосновании для получения данных о координатных и высотных калибровках дифференциальной подсистемы, а также для целей контролирующих процессов качества работы в составе текущих поверок при эксплуатации земельного участка. Использование такой сети способствует развитию съемочных сетей, расположенных в пределах полосы отвода и выполнению геодезическое обеспечение процессов лазерного сканирования.
Обеспечение средней квадратической погрешности опорной геодезической сетью при взаимном положении смежных пунктов в плане 8 мм, а по высоте (нормальной) – 5 мм.
Высокоточная координатная система позволяет обеспечить координатное единство решения задач при оформлении земельных участков [26].
Концепция применения классической геодезической сети предусматривает создание и использование цифровых моделей геометрических параметров объектов земельного участка как составной части комплексной системы пространственных данных.
Таким образом, рассматриваемая методика представляет собой основу формирования системы координатного обеспечения оформления земельных участков.
Рассматриваемая методология определяется следующими принципами [82]: