Современные технологии сбора и обработки топографической информации

Технология производства топографических работ, в зависимости от фи­зико-географических условий и наличия высокоточного геодезического обо­рудования, может быть ориентирована на одну из следующих схем:

топографическая съемка выполняется после создания съемочного обо­снования;

топографическая съемка выполняется параллельно с созданием съемоч­ного обоснования;

съемочное обоснование как таковое не создается, а формируется по кос­венным данным (метод свободных станций).

Последовательное выполнение работ полностью повторяет устоявшу­юся десятилетиями технологию, рекомендуемую действующими норматив­ными документами. Для работ используются, как правило, оптические ин­струменты различной точности и традиционные полевые журналы, причем, для создания обоснования и съемки применяются инструменты разной точ­ности. В специализированных топографо-геодезических предприятиях и организациях эти работы могут выполнять разные бригады.

Съемка с одновременным созданием обоснования предполагает исполь­зование современных измерительных приборов, оснащенных блоками па­мяти. Программа работ на каждой станции включает измерения как повы­шенной точности, относящиеся к элементам обоснования (углов, направле­ний, длин линий), так и пониженной точности, относящиеся к съемочным пикетам (элементам ситуации и рельефа); принадлежность конкретного из­мерения съемочному обоснованию или съемке обозначается служебным кодом или параметром точности. Все измерения регистрируются в памяти прибора и для камеральной обработки переносятся в память ПЭВМ сплош­ным потоком. Последующий анализ информации и выделение признаков измерений позволяет отделить элементы съемочного обоснования от мате­риалов съемки и выполнить их раздельную обработку.

Реализация рассмотренной схемы возможна в случае, если все измере­ния выполняются электронными тахеометрами, точностные параметры ко­торых составляют несколько секунд для углов и миллиметров для линий, что позволяет использовать их не только для топографической съемки, но и для построения сетей сгущения.

Метод свободных станций по своей идеологии близок к способу съем­ки с одновременным созданием обоснования, но, в отличие от него, не пред­полагает четкого выделения элементов обоснования, сгруппированных в ту или иную схему геодезического измерений [2]. Сущность способа заключа­ется в косвенном определении недостающих элементов (длин линий, углов, превышений) косвенным путем и сводится к следую­щему (рис. 1).

Работу начинают с разме­щения на местности точек 1, 2, 3, ..., 6 исходя из удоб­ства съемки и максимально­го обзора. Далее на исход­ных пунктах А и В измеряют примычные углы α и b, пос­ле чего выполняют съемку с намеченных точек. Одновре­менно со съемкой измеряют длины линий между пунктами 1, 2, ..., 6 так, чтобы можно было выполнить аналитическое определение недостающих элементов А - 2, 2 - 4 и др., по которым может отсутствовать прямая види­мость. В результате получают единое геодезическое построение, уравнива­ют его и выполняют оценку точности неизвестных.

С точки зрения построения алгоритмизации вычислительных операций рассмотренная схема не имеет заметных преимуществ по сравнению с традиционной, но в определенных условиях ее применение может оказаться эффективным.

Рис.1.

Топографическая съемка для целей последующего создания цифро­вой модели местности мало отличается от традиционной, используе­мой вне автоматизированных технологий, и выполняется с точек мест­ности, положение которых в принятой системе координат известно. Такими точками служат пункты государственной геодезической сети, пункты сетей сгущения или опорной межевой сети. В необходимых слу­чаях, когда густота пунктов этих сетей недостаточна, выполняется раз­витие съемочного обоснования проложением теодолитных, тахеомет­рических ходов, построением аналитических (линейно-угловых) сетей и различного рода засечек. Параметры названных построений и техно­логические допуски регламентируются нормативными документами, и частично рассмотрены ранее.

Технология тахеометрической съемки и сбора информации для создания цифровой модели местности в целом соответствует традиционной, приме­нявшейся два-три десятилетия назад. Ее суть заключается в измерении го­ризонтальных, вертикальных, углов и расстояний до съемочных точек, фиксации полученных результатов вместе с номерами точек в памяти измери­тельного прибора, регистратора или в журнале специальной формы, а также ведении абриса, на котором показывается положение пикетов, границы объек­тов местности, их качественные характеристики и пр.

При использовании автоматизированной технологии топографической съемки для целей последующего создания цифровой модели местности важное, если не определяющее, значение имеет технология полевых ра­бот, включая сбор семантической (атрибутивной) информации и пред­ставление данных для камеральной обработки. Элементы автоматизиро­ванной технологии топографической съемки допускают применение ме­тодов тахеометрической и горизонтальной съемки, с тем же составом собираемых данных. Последующая компьютерная обработка результа­тов измерений, основанная на использовании методов аналитической (координатной) геометрии, позволяет использовать ряд новых способов съемки, базирующихся на технологических приемах определения поло­жения съемочных точек, объектов или их элементов. К числу таких при­емов можно отнести:

- формирование объектов, внешняя граница которых совпадает с геомет­рическими фигурами или их фрагментами, путем построения дуг, в том числе сопряженных с прямыми линиями или гладкими кривы­ми (плавные закругления искусственных объектов),

- окружностей (клумбы, круглые башни и др.);

- построение полилиний на определенных расстояниях от исходной, па­раллельно заданной и расположенных слева, справа или по обе стороны нее (например, границы покрытия или канавы дороги по пикетам, рас­положенным по ее оси);

- обработку результатов, полученных при съемке методами обмеров, ство­ров и перпендикуляров.

- При автоматизированной обработке полевой информации создание объек­тов выполняется преимущественно в интерактивном (диалоговом) режиме объединением в соответствующие структуры съемочных пикетов. Поэтому в технологии наземной автоматизированной топографической съемки, осо­бенно в застроенных территориях с большим количеством объектов, прида­ется исключительное значение абрису, как документу, на основании которо­го при камеральной обработке можно определить порядок создания объек­тов из десятков и сотен съемочных пикетов.

С переходом на персональные ЭВМ и децентрализованную обработку по­левых данных полевое кодирование обрело новые возможности. Использу­емая ныне система полевого кодирования базируется, как и ранее, на фор­мировании примечания к съемочному пикету в одной или двух кодовых стро­ках (комментариях), содержание которых устанавливается технологическими документами эксплуатируемого программного комплекса, и представляет собой систему кодов (команд), параметров и атрибутов, обеспечивающих возможность:

- связи формируемого объекта или элемента его описания (в том числе структурных линий рельефа) со съемочными точками (пикетами);

- указания типа текущего съемочного пикета и характера его связи с рель­ефом местности;

- присвоения объекту (объектам) кода пользователя, соответствующего коду классификатора, и набор его свойств (атрибутов).

Для решения перечисленных задач применяются зарезервированные сло­ва, знаки и коды в символьной или цифровой форме, в частности:

- технологический код, определяющий содержание объекта (например, «42», «327» или «КОЛ» - колодец);

- тип точки, определяющий характер текущей съемочной точки (исход­ная в плане, исходная по высоте, исходная в плане и по высоте, опреде­ляемая, рельефная, ситуационная и др.);

- команду, управляющую формированием элемента описания (например, начало контура, создать окружность, замкнуть и др.);

- признаку определяющий принадлежность текущего съемочного пикета к одному из нескольких поочередно снимаемых элементов местности.

В качестве технологического кода могут использоваться как коды полно­го классификатора программного обеспечения, так и коды пользователя. Во втором случае обработке данных и построению цифровой модели местнос­ти предшествует установление соответствия между этими кодами средства­ми, входящими в состав используемого программного комплекса. Отсутствие таких программных возможностей означает, что переход от технологичес­ких кодов к кодам классификатора в автоматическом режиме невозможен.

В практике зачастую содержание объекта характеризуется не одним клас­сификационным кодом с соответствующими атрибутами (свойствами), а несколько (например, фонарь на столбе, луг по болоту с редким лесом и др.), поэтому многие обрабатывающие программы допускают указание двух и более технологических (классификационных) кодов.

Полевое кодирование особенно эффективно в малоконтурной или одно­образной (в смысле однотипности объектов) местности. Для территории с большой контурной нагрузкой и значительным разнообразием объектов эффективность полевого кодирования остается достаточно высокой, но одновременно повышается и роль абриса, в качестве которого во многих случаях можно использовать имеющийся планово-картографи­ческий материал. Так что использование технологических возможностей, связанных с применением системы полевого кодирования, во всех случаях упростит камеральную обработку и повысит ее качество и объективность.

Технологические возможности съемки с использованием полевого кодирова­ния существенно зависят от возможностей систем автоматизированной обработ­ки. В простейшем случае обрабатывается полевая съемка методом обхода, когда отражатель перемещается вначале по границе одного контура, затем следующего и т.д. Однако такой метод не эффективен из-за большого числа переходов и суще­ственного увеличения трудоемкости полевых работ. Эффективным является ис­пользование автоматизированных систем обработки (например, CREDO), кото­рые позволяют организовать съемку при перемещении отражателя «вкрест», то есть одновременную съемку нескольких объектов с планированием перемеще­ния отражателя по всем объектам по кратчайшей траектории. Порядок полевого кодирования, определяющих правила сбора, представления и обработки данных, всегда оговаривается эксплуатационными документами программного обеспече­ния, и их проработка должна предшествовать выезду на полевые работы.

В качестве еще одной особенности тахеометрической съемки, определя­ющей возможности систем автоматизированной обработки, можно указать на необязательность единой нумерации съемочных пикетов на объекте съем­ки, так как во многих случаях вполне достаточно нумерации на станции и использования системы полевого кодирования с указанием содержания хотя бы небольшого числа съемочных точек.

Обработке материалов топографической съемки предшествует уравнива­ние координат и высот пунктов съемочного обоснования, а также тахеомет­рических ходов, если таковые создавались. Причем, современные программ­ные средства принимают всю полевую информацию единым потоком, после чего она сортируется по служебным, технологическим или косвенным при­знакам, разделяющим элементы геодезических построений и съемочные пи­кеты. Для ее выполнения должны быть представлены результаты измерений на носителях, абрисы, схемы геодезического обоснования и др. Накопленная при создании обоснования и топографической съемке информация перено­сится в память ПЭВМ через разъем RS-232C или порт USB, иногда - непос­редственно из памяти измерительного или регистрирующего прибора.