Введение 4
1. Использование беспилотных летательных аппаратов в геодезии
1.1. Классификация беспилотных летательных аппаратов 6
1.2. Аэрофотосъемка с применением беспилотных летательных
аппаратов 7
1.3. Применением беспилотных летательных аппаратов для решения
инженерно-геодезических задач 9
1.4. Основные способы определения объема 10
1.5. Понятие TIN и DEM модели 11
1.6. Триангуляция Делоне 12
2. Фотограмметрическая обработка аэрофотоснимков
2.1. Элементы ориентирования аэрофотоснимка 14
2.2. Элементы внешнего ориентирования пары аэрофотоснимков 16
2.3. Элементы взаимного ориентирования пары аэрофотоснимков 18
2.4. Обратная пространственная фотограмметрическая засечка 19
2.5. Фототриангуляция 20
2.6. Способ независимых моделей 21
2.7. Способ частично-зависимых моделей 22
2.8. Источники ошибок фотограмметрических измерений 23
3. Практическая часть
3.1. Создание планово-высотного обоснования с применением
глобальных навигационных спутниковых систем 27
3.2. Обработка результатов съемки в Trimble Business Centre 29
3.3. Обработка снимков в Agisoft PhotoScan 32
3.4. Вычисление объема в Agisoft PhotoScan 37
3.5. Оценка точности вычисления объема в Agisoft PhotoScan 41
3.6. Вычисление объема по результатам тахеометрической съемки
в Trimble Business Centre 44
3.7. Сравнение результатов вычисления 47
Заключение 48
Список литературы 50
В настоящее время в области крупномасштабного картографирования происходят бурные изменения, связанные с развитием ряда ключевых технологий сбора и обработки пространственных данных. Такими технологиями являются:
> Лазерное сканирование (воздушное, наземное);
> Аэрофотосъемка с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА);
Данные технологии за последние 15 лет произвели революцию в точности, скорости и стоимости сбора пространственных данных [1].
Актуальность применения БПЛА, как новый фотограмметрический инструмент, в том, что два традиционных метода получения данных ДДЗ (данные дистанционного зондирования) с использованием космических спутников (космическая съемка) и аэрофотосъёмки с летательного аппарата имеют недостатки.
Снимки, полученные со спутника, не имеют высокого разрешение, что конечно же не подходит для крупномасштабного картографирования.
Традиционная аэрофотосъемка с использованием самолетов или вертолетов требует высоких экономических затрат, которые приводят к повышению стоимости конечной продукции. Также не выгодно проводить съемку небольших по площади объектов.
Таким образом, применение БПЛА имеет ряд плюсов, таких как:
> Экономическая целесообразность (рентабельность);
> Возможность съемки с разных высот;
> Полученные снимки обладают высокой разрешающей способностью;
> Оперативность получения снимков;
> Возможность применения в труднодоступных местах [2];
Целью выпускной работы является - практическое применение результатов, полученных с БПЛА, для решения инженерно-геодезических задач, а именно возможность использования фотограмметрического метода для вычисления объема грунтов.
Для достижения данной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1. Создать планово-высотное обоснование с применением ГНСС;
2. Обработать полученные снимки с БПЛА Геоскан 401 в лицензионном программном обеспечении Agisoft PhotoScan;
3. Решить задачу вычисления объемов грунта в Agisoft PhotoScan;
4. Произвести оценку точности вычислений, полученных в Agisoft PhotoScan;
5. Произвести тахеометрическую съемку рельефа с использованием электронного тахеометра Trimble M3 DR 5". Результаты обработать в программном обеспечении Trimble Business Centre и получить значение объема;
6. Сравнить между собой результаты вычисления объема;
Выпускная квалификационная работа состоит из трех глав. В первой главе говорится о применении беспилотных летательных аппаратов для решения прикладных задач геодезии. Во второй главе представлена обзорная часть фотограмметрической обработки снимков. В третей главе описываются этапы выполнения практической части выпускной работы, полученные результаты с оценкой точности и выводы.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были изучены два метода вычисления объема. Первый метод вычисления с применением фотограмметрического материала, полученного в 2017 году с квадрокоптер Геоскан 401. Второй способ по результатам тахеометрической съемки, полученной с применением тахеометра Trimble M3 DR 5".
В процессе выполнения работы были решены следующие задачи:
1. Создано планово-высотное обоснование с применением ГНСС. На снимках были выбраны точки планово-высотного обоснования, которые использовались для геодезической привязки аэрофотоснимков. Для определения точек ПВО с использованием ГНСС применялся кинематический метод Stop&Go. Получен каталог координат и высот 20 точек планово-высотного обоснования в программном продукте Trimble Business Centre. Ошибки полученных координат не превосходят 2см в плане и 3 см по высоте.
2. Произведена обработка полученных снимков с БПЛА Геоскан 401 в программном обеспечении Agisoft PhotoScan. В результате была построена модель с критерием точности EXY=0,069 м, Ez=0,072 м.
3. Решена задача вычисления объемов грунта в Agisoft PhotoScan и оценена точность результата. Вычисленное значение объема равно V=1315,9 м3, ошибка вычисления равна mV=62,6M3, что составляет 4,7% от общего объема. По требованиям инструкции РД 07-603-03 «Инструкция по производству маркшейдерских работ» удвоенная относительная ошибка вычисления объема не должна превышать 10%. Следовательно, применение беспилотных летательных комплексов обеспечивают заданную точность при соблюдении действующих инструкций
4. Проведена тахеометрическая съемка с использованием электронного тахеометра Trimble M3 DR 5", по результатам которой вычисленный объем в программном обеспечении Trimble Business Centre равен V=1189,9 м3.
5. Выполнено сравнение результатов вычисления объема. Согласно требованиям инструкции по маркшейдерским работам предельные погрешности определения объема для двух независимых результатов не должны превышать 12%. В нашем случае разность двух результатов удовлетворяет данному условию и составляет 9,5%.
Можно сделать вывод, что использование материалов аэрофотосъемки, полученных с беспилотных летательных аппаратов, возможно применять для решения инженерно-геодезических задач, а именно возможно использовать фотограмметрический метод для вычисления объема земляных работ.
1. Оценка возможности использования данных ВЛС и аэрофотосъемки с БПЛА для обеспечения проектных работ/ И.А. Рыльский// («Совзонд») Геопрофи 2017. Выпуск 2 стр. 15-22.
2. Беспилотные летательные аппараты: применение в целях аэрофотосъемки для кар тографирования (часть 1)/ Зинченко О.Н.//www.racurs.ru.
3. Беспилотная авиация: терминология, классификация, современное состояние/ Фетисов В.С, Неугодникова Л.М. Адамовский В.В. Красноперов Р.А.
4. Беспилотный летательный аппарат: применение в целях аэрофотосъемки для картографирования (часть 2)/ А.Ю. Сечин, М.А. Дракин, А.С. Киселева// «Ракурс», Москва, Россия.
5. Беспилотные летательные аппараты: теория и практика/ Д.П. Иноземцев/ Технологии. — 2013. — 5 с.
6. Сайтhttps://www.geoscan.aero/ru
7. Обоснование и разработка метода оценки объема угольного склада на основе аэрофотосъемки с применением беспилотных летательных аппаратов/ Д.С.Коровин.
8. Автоматизированные технологии проектирования, контрольных и исполнительных съемок при строительстве автомобильных дорог/ Д.В.Чадович // «Кредо-Диалог», г. Минск
9. Фотограмметрия/ А.С.Назаров// Учебное пособие для студентов вузов. - Мн.: ТетраСистемс, 2006. - 368 с.
10. Методическое пособие по курсу фотограмметрия/ Б.В.Краснопевцев, В.М.Курков// МИИГАиК, 2012, — 74 с.
11. Аэрогеодезия: учебное пособие: в 2 книгах. Книга 1 / Р. В. Зотов. - Омск: СибАДИ, 2012. - 216 с
12. Фотограмметрия. Учебное пособие/ Б.В.Краснопевцев/УПП «Репрография» МИИГАИК, 2008. - 160 с.
13. Фотограмметрия. Построение и уравнивание аналитической фототриангуляции/ В.М.Безменов// Учебно-методическое пособие для студентов физического факультета КГУ, обучающихся по специальности «Астрономогеодезия». КГУ, Казань, 2009, 86с
14. Руководство пользователя Agisoft PhotoScan: Professional Ебйюп/_версия 1.2. 2016, с.119
15. «Инструкция по производству маркшейдерских работ», РД 07-603-03 - 2004
16. Инструкция по межеванию земель 1996г.
17. Картографо-геодезическое обеспечение кадастра. Площадь земельного участка. Точность определения площади/ В.М.Безменов// Учебно-методическое пособие - КФУ, Казань, 2014, 26 с.
18. ГКИНП (ГНТА)-02-036-02 Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов