Обновление топографической карты с помощью фотоплана

Министерство образование и науки

 

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный» Факультет среднего профессионального образования

(Колледж геодезии и  картографии)

 

 

 

Допущено к защите

Зам директора по УПР

_______Ю. В. Гвоздева

«____»________20__г.

 

 

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

 

Тема: «Обновление топографической карты с помощью фотоплана»

 

 

 

 

Специальность аэрофотогеодезия группа АФГ-10-42

 

 

 

 

 

 

Дипломник Афонина А.А.

 

Руководитель ВКР Удальцова Я.П.

 

 

2014

 

 

Оглавление

 Введение……………………………………………………………………………

1. Современные средства, методы и технологии обновления топографических карт…………………………………………………………………………………

1.1 Сущность обновления карт……………………………………………………

1.2 Современные методы и технологии  обновления топографических карт… ..

1.3 Подготовительные работы при обновлении карт…………………………….

1.4 Способы обновления топографических  карт…………………………………

1.5 Существующие технологические  схемы, технические средства и  организация работ по обновлению  топографических карт……………………………………..

2. ЦФС-… цифровая фотограмметрическая станция ……………………

2.1 Технологическая схема создания  и обновления ЦТК с применением  ЦФС………………………………………………………………………………….

2.2 Обновление карт с использованием  цифровых методов…………………….

2.3 Обработка растровых изображений  при обновлении топографических карт…………………………………………………………………………………..

2.4 Особенности топографического  дешифрирования в цифровых технологиях  обновления карт………………………………………………………………….…

3 Эксперимент по обновлению участка карты с использованием фотоплана 2012 года в программе ЦФС……………………………….

3.1 Технологическая схема обновления в программе ЦФС………………………………………………………………………………....

3.2 Методика проведения эксперимента……………………………………….

3.3 Анализ результатов эксперимента…………………………………………….

Заключение…………………………………………………………………………

Графическая часть………………………………………………………………….

Список литературы. ………………………………………………………………..

 

Введение

 

Топографические карты дают нам представление об окружающем нас мире и позволяют ориентироваться в нем, показывая все видимые элементы местности c одинаковой подробностью. На них отображаются: рельеф, гидрография, растительность, почвы и грунты, населенные пункты, дорожная сеть, социально-экономические и другие объекты, что позволяет комплексно оценивать территорию. Топографическими масштабами принято считать ряд 1:10 000–1:200 000.

На данный момент на карте мира практически не осталось белых пятен — топографические карты покрывают почти всю поверхность суши нашей планеты, хотя не все они одинаково детальные. Территория России к 1988 г. была полностью покрыта картами в масштабе 1:25 000, а около трети  территории страны — в масштабе 1:10 000. Однако большая часть этих карт не обновляется систематически.

Между тем, современный мир очень изменчив: растут города,  появляются новые поселения, строятся дороги, коммуникационные сети, инженерные сооружения, осваиваются новые районы добычи полезных

Поэтому постоянно возникает задача обновления топографических карт.   Так как государственные топографические карты основных масштабов для  России уже созданы, составление топографических карт заново требуется реже — только в случае кардинальных изменений, таких как строительство новых городов и крупных сооружений.

В качестве первичного материала для топографических карт традиционно используются аэрофотоснимки и в последнее время -космические снимки.

Актуальность темы заключается в том, что топографические карты обновляются с целью приведения их содержания в соответствие с современным состоянием местности и переиздания карт, в принятой системе координат и высот и в действующих условных знаках.

 

Цель дипломной работы.

Дипломная работа посвящается обновлению карт масштаба 1: 2000 по фотопланам 2012 года, созданного на базе современной техники и технологий по материалам аэрофотосъемки 2012 года.

В первой главе рассматриваются современные средства, методы и технологии обновления топографических карт.

Во второй главе рассматривается технология обновления топографических карт с применением современных цифровых методов.

Третья глава посвящена эксперименту.

Дипломная работа содержит 44 страниц текста, список литературы (источников) и приложения.

 

 

 

                                                                                                   

 

1.Современные  средства, методы и технологии  обновления топографических карт

 

1.1 Сущность обновления карт

Обновление карт - путь поддержания топографической изученности земной поверхности на современном уровне. При отсутствии современных

топографических карт информация о земной поверхности и о природных

антропогенных ландшафтах устаревает и теряет свою ценность.

Различают физическое и моральное старение карт.

Физическое старение связанно с динамикой объектов местности и их  характеристик. Это старение происходит постепенно и неравномерно по различным элементам.

Физическое старение во многом зависит от экономического развития страны. Быстрее ландшафт меняется в экономически развитых районах. Строительство антропогенных объектов, прокладка дорог, сведение лесов может привести к тому, что карта перестанет быть современной через 2-3 года. Напротив, в малоосвоенных районах служба карты удлиняется на десятилетия. Различные элементы карты стареют с разной скоростью. Природные элементы ландшафта меняются медленнее культурных. Физические изменения местности различают по динамике:

одни могут происходить медленно и постепенно (миграции рек,

движение ледников), другие – быстро, катастрофически (сход селевых потоков, лавин, взрывы, карстовые обвалы).

Моральное старение карт связано с их несоответствием современному

научно-техническому уровню. В связи с непрерывным возрастанием

требований к картам и научно-техническим прогрессам в развитии топографо-геодезического производства меняются математическая основа, полнота содержания, оформление карт и методы их создания. Эти изменения

отражаются в новых инструкциях, условных знаках, руководящих технических материалах. Старение карт замедляет картографическую обеспеченность территории.

Под обновлением карт понимается приведение их в соответствие с

современным состоянием отображаемой местности и современными научно-

техническими требованиями.

Поскольку в большинстве случаев карта устаревает частично, при

обновлении выполняют не все процессы и в меньшем объеме, чем при создании карты. Обновление должно проходить быстрее и с меньшими затратами, чем создание карты заново. Следует отметить, что обновление процесс не бесконечный, и после 3-4х циклов карту необходимо создавать заново, чтобы исключить ошибки, вносимые при обновлении.

Обновление карт всегда является актуальной задачей и затрагивает многие вопросы.

Технологически обновление карты индивидуально для каждого района и зависит от характера, числа и значимости изменений. При планировании

технологии на первый план выходят задачи оценки качества обновляемой

карты и наличия исходных материалов для обновления в частности

космических или аэроснимков.

При обновлении карт необходимо решение следующих задач:

- изучение и анализ особенностей  района обновления;

- сбор и анализ основных и  дополнительных источников информации, а именно:

а) литературных, описательных материалов, географических карт и

атласов;

б) материалов топографических съемок: каталогов и координат точек

съемочной сети, материалов фотосъемок, технических документов к

созданным или обновленным картам (планам) предыдущего издания;

в) материалов специальных и специализированных крупномасштабных

съемок;

г) материалов государственного планирования;

- оценка степени старения карт  с целью выбора оптимальной  технологии

их обновления в зависимости от характера и числа изменений;

- выбор исходных материалов, основных  и дополнительных источников

информации;

- детальное выявление изменений  местности, получение координат  и

характеристик изменившихся объектов, внесение изменений;

- проверка качества обновленной  карты ( полевая, камеральная);

- подготовка карты к изданию.

Детальное выявление изменений местности и получение координат и

характеристик изменившихся объектов местности может проводиться

различными методами: непосредственно в полевых условиях с использованием геодезических приборов, в камеральных - с использованием современных карт более крупного масштаба, по аэрокосмическим изображениям местности.

Для полного обновления карт экономически выгодна технология обновления по космическим снимкам. Использование космической съемки по сравнению с аэросъемкой составляет удешевление работ в три раза. Применение космических снимков оправдано вплоть до обновления планов 1:500.

На данный момент самым крупным масштабом обновляемых по космическим снимкам карт является масштаб 1:25 000.

Работы в области космической съемки начались около 25 лет назад. За

это время были выполнены многочисленные исследования в этой области,

включая технологии обновления карт.

Последние 10 лет во многих областях картографического производства стали активно внедряться и использоваться электронно-вычислительные устройства, использование которых значительно сокращает долю ручного труда и повышает качество готового продукта. Переход на цифровые технологии ставит перед производством много технологических вопросов, связанных с точностью, содержанием и информативностью цифровых топографических карт.

 

При полном обновлении карт в цифровом виде с использованием аэрофотосъемки и  космической съемки.

Технология в общем виде включает следующие этапы:

- обзор, изучение и анализ особенностей района обновления, анализ изданных топографических карт, разработка требований к космической съемке

- сбор материалов, включая имеющиеся современные материалы космических  и аэрофотосъемок;

- предварительная оценка степени старения карт с целью выбора оптимальной технологии обновления;

- перевод рабочих материалов в цифровой вид (сканирование карт и снимков)

 при отсутствии цифровых  оригиналов;

- создание планово-высотного обоснования;

- векторизация содержания растровых карт;

- трансформирование растрового фотоизображения местности в проекцию карты;

- создание фотоплана по трансформированным  аэрофотоснимкам;

- дешифрирование участков местности по новым, созданным фотопланам;

- проверка содержания обновленной цифровой карты;

- полевое обследование с проведением при необходимости съемочных работ;

- редактирование обновленной цифровой карты;

- подготовка карты к изданию.

 

Технологии обновления карт варьируют в зависимости от их назначения, масштаба, исходных материалов, объема работ, степени старения карт, программного обеспечения и технических средств.

         Детальное выявление изменений местности и получение координат и

характеристик изменившихся объектов местности, может проводиться различными методами:

- непосредственно в полевых условиях с использованием геодезических приборов;

 - в камеральных условиях с использованием современных карт более крупного масштаба, по аэро и космическим снимкам изображениям местности.

 

1.2 Современные методы и технологии обновления топографических карт

 В зависимости от вида используемой информации об изменениях на местности различают три метода обновления карт:

- по  космическим и аэрофотоснимкам с последующим полевым обследованием или без него;

- по современным топографическим  картам, как правило, более крупного  масштаба по сравнению с масштабом обновляемой карты;

- по фотопланам;

Основным методом является метод обновления карт по космическим снимкам и по фотопланам, созданным по аэрофотоснимкам последних лет.

Плановым обоснованием при обновлении карт служат пункты государственной триангуляции, полигонометрии, точки съемочной сети и полевой подготовки снимков, как использованные при создании обновляемой карты, так и полученные после ее создания. Кроме того, при обновлении карт масштабов 1 : 50 000 и 1 : 100 000 в качестве планового обоснования используются надежно опознаваемые на новых снимках четкие контуры, выбранные на обновляемой карте.

Высотным обоснованием служат реперы и марки нивелирования, пункты триангуляции и полигонометрии, точки съемочной сети и полевой подготовки снимков, а также отметки высот на обновляемой карте, опознанные на новых снимках.

Плановое и высотное обоснование используется как опора для переноса со снимков на карту изменений местности и для геодезического ориентирования фотограмметрических сетей.

Фотограмметрические сети строятся для решения следующих задач:

1)  определение дополнительных опорных точек, необходимых для исправления карты по снимкам или для составления отдельных ее частей заново, а также для составления фотопланов;

2)  проверка точности карт, подлежащих обновлению.

Фотограмметрические сети строятся, как правило, аналитическим способом или на универсальных стереоприборах.

Аэрофотосъемку производят не ранее, чем за один год до начала камеральных работ по обновлению карты.

Снимки, полученные основным аэрофотоаппаратом, используются для построения фотограмметрических сетей и исправления карты.

В зависимости от физико-географических условий местности, масштаба обновляемой карты и принятой технологии камерального исправления ее содержания для производства аэрофотосъемки применяются различные варианты.

В остальном требования к аэрофотосъемке не отличаются от тех, которые предъявляются при составлении топографических карт.

  Для получения оригинала обновленной карты используются различные основы:

- фотопланы, составленные по новым снимкам;

- абрисные копии, изготовленные  с издательских оригиналов обновляемой  карты на прозрачном пластике;

- абрисные копии, изготовленные  с издательских оригиналов обновляемых  карт на чертежной бумаге или  фотобумаге, наклеенной на жесткую основу;

- издательские оригиналы обновляемой  карты.

Выбор основы зависит от количества изменений, происходивших на местности со времени создания карты, характера контуров и рельефа и точности их изображения на карте.

Фотопланы используются при обновлении карт равнинных районов с большим количеством контуров, когда изменения на местности превышают 40 %. 

1.3 Подготовительные работы  при обновлении карт

  Подготовительные работы содержат:

- сбор и систематизацию материалов, необходимых для обновления карт, и определение степени и порядка их использования;

- проверку точности обновляемой  карты и определение количества  и характера изменений, происшедших  на местности;

- разработку технического проекта  обновления карт;

- изготовление основ для обновления  карт.

  Собирают и систематизируют следующие материалы:

- издательские или составительские  оригиналы обновляемой карты  и формуляры;

- каталоги координат геодезических  пунктов, пунктов нивелирования  и точек съемочной сети;

- материалы аэрофотосъемки, выполненной для обновления карт;

- тиражные оттиски обновляемой  карты и карт более крупных  масштабов;

- снимки с точками полевой  подготовки, полученными для создания  обновляемой карты или карт  других масштабов, а также эталоны  дешифрирования;

- кальки высот, если обновляемая карта создана по материалам мензульной съемки или комбинированным методом аэрофототопографической съемки;

- дежурные карты с данными  об изменениях на местности;

- технические отчеты и проекты  ранее выполненных в данном  районе топогеодезических работ;

- специальные карты и планы  – морские карты, планы городов  и др.;

- литературно-справочные материалы  – справочники административно-территориального  деления, топографические и географические  описания и др.

Основными материалами, из названных выше, служат материалы аэрофотосъемки, полученные для обновления карт, и новые топографические карты. Все остальные материалы – вспомогательные.

Точность обновляемой карты определяется в результате изучения и анализа собранных материалов или путем построения фотограмметрических сетей по новым снимкам.

Пригодными для обновления без дополнительной проверки точности карты по снимкам, как правило, являются следующие карты:

- карты, созданные в соответствии  с действующими наставлениями  и руководствами по производству  топографических работ;

- карты, созданные комбинированным  методом аэрофототопографической  съемки;

- карты, созданные стереотопографическим методом аэрофототопографической съемки;

- карты, составленные по материалам  крупномасштабных топографических  съемок.

В необходимых случаях точность карт проверяется дополнительно путем построения фотограмметрических сетей, путем проектирования отдельного снимка на карту с помощью проектора и на стереофотограмметрических приборах.

В качестве точек фотограмметрических сетей выбирают геодезические пункты, точки съемочной сети и полевой подготовки снимков, а также контурные точки и характерные точки рельефа, камерально опознанные на снимках и карте. Эти же точки используют для геодезического ориентирования фотограмметрических сетей.

Карта считается пригодной для обновления, если предельные уклонения точек карты от соответствующих точек фотограмметрической сети не больше 0,6 мм в плане (для горных, высокогорных и пустынных районов – 1,0 мм), а по высоте для точек, высоты которых подписаны на карте, - не больше величин в метрах, указанных в таблице: 

№ п/п	Районы обновления	Допустимые средние расхождения высот (м), подписанных на картах
		1:10 000	1:25 000	1:50 000
1	Плоскоравнинные, высота сечения рельефа 1 м То же, высота сечения 2,0 (2,5) м	0,4     1,2	-     1,2	-     -
2	Равнинные, пересеченные и всхолмленные с преобладающими углами наклона до 6ᴼ	1,2	2,4	4,5
3	Горные и предгорные, песчаные пустыни	3,8	3,8	6,5
4	Высокогорные	-	7,5	13,0

 

  Изображение рельефа на обновляемой карте проверяется путем сопоставления его форм, отображенных на карте, с формами, наблюдаемыми при стереоскопическом рассматривании новых снимков.

   Если ошибки положения точек карты в плане и по высоте больше допустимых, то соответствующие участки карты должны быть сняты вновь в процессе обновления карты.

  Технический проект составляется на карте. К проекту прилагается пояснительная записка.

На карте показываются разграфка листов обновляемой карты, границы района работ, намеченные методы обновления карт и другие данные.

В пояснительной записке излагаются:

- краткая характеристика физико-географических  условий района работ и их  влияние на выбор метода обновления карт;

- характеристика обновляемой карты;

- наличие и порядок использования  планово-высотной основы;

- методы и технология обновления  карты с указанием допусков  для отдельных процессов;

- характеристика основных и  вспомогательных материалов и порядок их использования при обновлении карты;

- перечень материалов, подлежащих  сдаче после выполнения камеральных  и полевых работ;

 

- организация контроля и приемки  работ.

1.4 Способы обновления  топографических карт

  Способы обновления топографических карт зависят от следующих факторов:

- рельефа местности,

- насыщенности контуров,

- количества и характера изменений  местности.

I.Обновление оригинала карты на основе нового фотоплана.

Применяют: - в равнинных и всхолмлённых  районах; - при значительной контурной нагрузке; - при изменениях на местности более 30-40% от общего числа контуров.

 

В равнинных районах со значительными изменениями ситуации плановая часть карты создается заново путем изготовления фотопланов [4]

Изготовление фотопланов производится по обычной технологии, состоящей:

- из планового фотограмметрического сгущения съемочного обоснования,

 - трансформирования аэрофотоснимков по точкам сгущения,

- монтажа фотопланов.

При обновлении карт плоскоравнинных районов, где количество горизонталей невелико, перенос их на фотоплан может выполняться с помощью проектора или путём копирования. .[4]

  Для копирования изображения рельефа горизонтали перечерчивают с оригинала на восковку. Эту восковку совмещают с фотопланом по координатной сетке и затем переносят горизонтали на фотоплан через копировальную бумагу или путём передавливания, после чего их вычерчивают.

  Для проверки изображения рельефа фотоплан и соответствующий аэрофотоснимок рассматривают с помощью стереоскопа. Если на отдельных участках рельеф изменился или его изображение искажено, то производят исправление путем стереосъемки.

  Дешифрирование изменений ситуации выполняется по фотоплану с использованием контактных отпечатков аэроснимков и карты, а также ведомственных материалов картографического значения.

  При дешифрировании и вычерчивании контуров производится согласование их с гидрографией и изображением рельефа. В равнинных районах это согласование выполняют небольшим смещением положения горизонталей.

На фотоплане производится вычерчивание всех элементов ситуации и рельефа с соответствующими характеристиками и надписями. Контуры и объекты местности, отдешифрированные неуверенно, требующие проверки и уточнения в натуре, оставляют в карандаше и вычерчивают после полевого обследования.

 

II. Обновление оригинала карты по модели местности, построенной на универсальном стереоприборе.

Применяют : - в горных районах.

 

  Такое обновление обычно производится на копиях оригиналов карт, изготовленных на жесткой основе [4].

При значительных изменениях ситуации изготавливают двухцветные коричнево- голубоватые копии, на которых рельеф печатается коричневым, а ситуация голубым цветом; после внесения изменений вычерчивается вся ситуация. Если изменений немного, то изменившиеся контура и   вычерчивание новых менее трудоемки, чем вычерчивание всей ситуации.

Для исправления карты на универсальном приборе производят взаимное и внешнее ориентирование аэроснимков. Масштабирование и горизонтирование модели выполняют по неизменившимся четким контурным точкам, а если их недостаточно, то по точкам фотограмметрического сгущения. Горизонтирование модели производят по точкам, высотные отметки которых подписаны на карте, расположенным в наиболее пологих местах.

Для масштабирования и ориентирования модели выбирают 6-8 четких контурных точек или характерных точек рельефа (узкие лощины, углы обрывов и хребтов, отдельные вершины), а при отсутствии четких точек- 10-12 « контурных линий » ситуации и рельефа. Расхождения в положении опорных точек и « контурных линий » модели и карты не должны превышать 0,5 мм.

После ориентирования модели производят исправление по ней копии карты.

Выявление изменений ситуации и их дешифрирование производят по модели или предварительно по аэрофотоснимкам.

 Изменившиеся или новые контуры обводят по модели измерительной маркой прибора, а затем вычерчивают на копии карты, исчезнувшие элементы удаляют.

Удаление ненужного рисунка на совмещенных коричнево-голубых копиях производят снятием коричневой краски.