РЕФЕРАТ

Отчёт содержит 299 стр., 102 рисунка, 22 таблицы, 2 приложения, 106 использованных источников.

Ключевые слова и словосочетания, характеризующие тематику научно-исследовательской работы:

Точное земледелие, космические снимки, беспилотные летательные аппараты (БПЛА), стереофотосъёмка, пространственное разрешение фотоснимков, фотограмметрия, цифровые фотограмметрические станции, базис фотографирования, маркированные опорные и контрольные точки, цифровые съёмочные комплексы, спектрометрирование, коэффициенты спектральной яркости, планово-высотная подготовка аэросъёмки, ортофотоплан, цифровая модель поверхности (ЦМП), цифровая модель рельефа (ЦМР), цифровая модель местности (ЦММ), дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ).

Целью настоящей работы является анализ возможностей методов дистанционного зондирования для целей точного земледелия и разработка Методики сбора и обработки данных, полученных датчиками и съёмочными системами, установленными на борту беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), о состоянии почвенных разновидностей и сельскохозяйственных культур на полях, предназначенных для точного земледелия. Для решения поставленной задачи проведены следующие теоретические и экспериментальные исследования:

— выполнен анализ мирового опыта применения бортовых высокоточных глобальных навигационных систем спутникового позиционирования в технологиях точного земледелия

— выполнен анализ отечественных и зарубежных существующих и перспективных методов сбора геопространственной информации с использованием беспилотных летательных аппаратов;

— выполнено теоретическое обоснование возможности применение данных, полученных с БПЛА, для информационного обеспечение точного земледелия;

— обоснована необходимость выполнения спектрометрирования почвенных разновидностей с целью определения спектральных зон аэросъёмки, обеспечивающих отображения на снимках границ почвенных контуров, и возможность их дешифрирования;

— разработан комплекс мероприятий подготовительного этапа для проведения съёмочных работ, включая формирование съёмочного комплекса с описанием технических требований, априорные расчёты параметров аэрофотосъёмки для получения заданной точности создаваемого картографического материала, разработку программы полёта и расчёта координат центров фотографирования с последующим занесением их в программу бортового компьютера;

— теоретическое обоснование количества и расположения сети маркированных опорных и контрольных точек планово-высотной подготовки аэросъёмки для повышения точности стереофотограмметрической обработки аэроснимков в режимах прямого (по данным ГЛОНАСС) и косвенного геопозиционирования;

— выполнены экспериментальные исследования оптимизации лётно-съёмочных работ;

— выполнены экспериментальные исследования совершенствования методики стереофотограмметрической обработки снимков, полученных с БПЛА, для создания ортофотопланов, цифровых моделей поверхностей и цифровых моделей рельефа, для целей точного земледелия;

— выполнены экспериментальные исследования по созданию ЦММ для исследования и определения качественных показателей биомассы растительного покрова посевных площадей риса.

В том числе проведены прикладные научные исследования по созданию цифровых моделей земной поверхности с применением бортовых высокоточных систем навигационного позиционирования в технологии точного земледелия.

В результате проведенных исследований разработаны Методические рекомендации, содержащие усовершенствованные требования к системам сбора геопространственной информации, полученных с БПЛА, и оптимизации фотограмметрической обработки аэроснимков для определения пространственного положения почвенных контуров.

В соответствие с разработанными рекомендациями выполнены производственные работы в районах Московской области для мониторинга земель сельскохозяйственного назначения.

Определения, обозначения и сокращения

В настоящем отчёте по НИР применяют следующие термины с соответствующими определениями, обозначения и сокращения:

Точное земледелие — комплексная высокотехнологичная система сельскохозяйственного менеджмента, включающая в себя технологии глобального позиционирования (GPS), географические информационные системы (GIS), технологии оценки урожайности (Yield Monitor Technologies) и технологии дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), включающие воздушные и космические съёмки;

ЦМП — цифровая модель поверхности;

ЦМР — цифровая модель рельефа,

GPS — приборы спутниковой навигации;

GIS — географические информационные системы;

Yield Monitor Technologies — технологии оценки урожайности;

ДЗЗ — дистанционное зондирование Земли;

ГЛОНАСС — глобальная навигационная спутниковая система;

ЭВО – элементы внешнего ориентирования снимка;

Линейная разрешающая способность съёмочной системы — возможность раздельно воспроизводить на снимке мелкие детали снимаемого объекта;

Пространственное разрешение съёмочной системы — размер элемента изображения, соответствующий элементу на поверхности снимаемого объекта;

Спектральная разрешающая способность съёмочной системы — минимальная ширина спектральной зоны, в которой производится съёмка.

Фотограмметрическая точность съёмочных систем – критерий геометрического искажения получаемого снимка. Степень геометрического искажения определяется позиционной точностью построения оптического изображения;

БАС — беспилотная авиационная система;

ЦФС – цифровая фотограмметрическая станция;

Прямое геопозиционирование – определение элементов внешнего ориентирования снимков с помощью GPS/ГЛОНАСС (GNSS) аппаратуры и инерциальных систем навигации;

Косвенное геопозиционирование – вычисление ЭВО снимков обратной фотограмметрической засечкой по опорным точкам;

IMU – инерциальные системы навигации;

Связующие точки – надёжно отождествляемые на снимках точки, находящиеся в зоне тройного перекрытия;

Текстура изображения — форма рисункообразующих элементов;

Структура изображения — пространственное расположение элементов текстуры.

Введение

Разработка рабочей гипотезы технологии прикладных научных исследований по созданию цифровых моделей поверхности по данным дистанционного зондирования

Методы ведения сельского хозяйства основывались на использовании крупногабаритной техники и массированного применения различных химикатов и удобрений с целью увеличения урожайности и прибыли. Эти методы оказывали негативные эффекты на окружающую среду, такие как: эрозия почвы, уменьшение плодородия, засоление, загрязнение почвы и воды и т. д. [1]. В настоящее время в мире существует тенденция производить сельскохозяйственные продукты с максимальной эффективностью отдачи каждого гектара сельскохозяйственных угодий и меньшим воздействием на окружающую среду. С этой целью для сельского хозяйства с успехом применяются цифровые технологии на основе спутниковых систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС), географические информационные системы (ГИС), компьютерное моделирование и другие. Интеграция этих технологий в практику сельскохозяйственного производства является важным элементом точного земледелия.

Точное земледелие — это концепция управления сельским хозяйством, основанная на наблюдении, измерении и реагировании на изменчивость сельскохозяйственных культур [26]. Целью исследований в области точного земледелия является повышения эффективности использования ресурсов, производительности, качества и рентабельности сельскохозяйственного производства [28].

Концепция точного земледелия была создана в конце 1970-х годов, когда была разработана система глобального позиционирования (GPS), и эта система обеспечивает собственный потенциал для определения точного местоположения (широты, долготы и высоты) в любом месте и в любое время [6]. Наличие систем глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС, ГАЛИЛЕО, Beidou и др.) необходимо для большинства прикладных технологий в точном земледелии, поскольку они предоставляют информацию в реальном времени о состоянии сельскохозяйственных культур и расположении сельскохозяйственных транспортных средств во время их использования.

Точное земледелие – инновация в системе ресурсосберегающего земледелия. Сущность системы точного земледелия — развитие ресурсосберегающей технологии в сельском хозяйстве, позволяющей отрасли выйти на качественно новый уровень производства. Основные результаты, достигаемые посредством применения технологий точного земледелия:

1. оптимизация использования расходных материалов за счёт целевого внесения удобрений и гербицидов (минимизация затрат);

2. повышение урожайности и качества сельхозпродукции;

3. минимизация негативного влияния сельскохозяйственного производства на окружающую природную среду;

4. повышение плодородия земель;

5. информационная поддержка сельскохозяйственного менеджмента.

Основными компонентами системы точного земледелия являются:

1. система сбора пространственной информации (ДЗЗ, наземные аналитические методы);

2. система пространственного контроля выполнения агромероприятий: GPS (приборы спутниковой навигации) и сенсорные датчики.

Точное земледелие («прецизионное земледелие» — precision agriculture) – это комплексная высокотехнологичная система сельскохозяйственного менеджмента, включающая в себя технологии глобального позиционирования (GPS), географические информационные системы (GIS), технологии оценки урожайности (Yield Monitor Technologies) и технологии дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), включающие воздушные и космические съёмки.

Система информационного обеспечения точного земледелия, осуществляемого дистанционными методами, состоит из трёх составляющих: наземной, авиационной и космической подсистем. Каждая из подсистем обеспечивает для агротехнологии получение определённой информации, соответствующей тематики, геометрической и семантической точности. Решение комплексных задач может осуществляться при использовании комбинаций соответствующих подсистем.

Таблица 1 — Содержание основных этапов и операций технологии

мониторинга дистанционными методами

Анализ существующей системы точного земледелия дистанционными методами выявил главную проблему, снижающую эффективность её реализации – это отсутствие в настоящее время комплексного учёта взаимосвязей таких главных компонентов системы как:

— нормативная компонента, определяющая тематическую направленность системы точного земледелия в соответствии с директивными документами;

— объектовая (энергетическая) компонента – почвенные участки в пределах полей. Учёт данной компоненты объясняется тем, что собственное или отражённое объектами излучение связано с их физическими и химическими свойствами. Регистрация излучения при аэро — или космической съёмке — это фиксирование информации о свойствах данных почвенных разновидностей различными типами съёмочных систем. При проведении съёмок энергетическая компонента существенным образом определяет информационные свойства аэро- и космических снимков, которые в последующем обеспечивают эффективность решения тематической направленности точного земледелия;

— техническая компонента, обеспечивающая сбор информации о почвенных разновидностях дистанционными методами и актуализацию геоинформации; включает технические средства, технологии сбора и обработки видеоданных;

— коммуникационная компонента, обеспечивающая хранение и передачу актуализированной информации о почвенных выделах потребителю.

Повышение эффективности применения съёмочной аппаратуры и систем цифровой обработки изображений для информационного обеспечения точного земледелия является актуальной задачей. Она должна решаться в рамках единой концептуальной модели, на основе системного подхода, объединяющего научно-обоснованное применение технических средств сбора, обработки, хранения и использования информации, получаемой дистанционными методами. Поэтому в области информационного обеспечения точного земледелия актуальной проблемой становится оптимизация:

— условий и параметров получения материалов аэро — и космических съёмок, с использованием систем спутникового глобального навигационного позиционирования;

— выбора съёмочных систем, цифровых станций для фотограмметрической и интерпретационной обработки первичных информационных моделей;

— технологий создания и обновления кадастровых планово-картографических материалов по данным аэро — и космических съёмок;

— хранения метрической и семантической информации о недвижимости и объектах ландшафта.

Этапы сбора и обработки информации для точного земледелия могут выполняться с помощью данных дистанционного зондирования [22].

Дистанционное зондирование (ДЗ) — это техническое направление о получении информации с использованием датчиков, которые не находятся в физическом контакте с наблюдаемым объектом [21]. Дистанционное зондирование может выполняться с использованием различных технологий и платформ. В последние годы для этой цели используют беспилотные летательные аппараты (БПЛА), оснащенные цифровой съёмочной камерой или лазерным сканером.

Проблему оптимизации информационного обеспечения точного земледелия необходимо решать посредством формирования обобщённой структурной модели проведения исследований по созданию цифровых моделей поверхности дистанционными методами, представленная на рис. 1, определяющую последовательность технологичесих процессов создания картографического материала с применением данных БПЛА в разработанной обобщённой структурной схеме информационного обеспечения точного земледелия.

Предложенная структурная схема информационного обеспечения точного земледелия может быть дополнена обобщённой схемой сбора и передачи информации о почвах (табл.2)

При этом возникает необходимость решения проблемы разработки системы диспетчеризации и обмена получаемой информацией с использованием современных беспроводных средств между службами сбора и потребителем. Перечисленные характеристики диспетчерской информационной системы можно отнести к задачам, решение которых необходимо при осуществлении оперативного получения данных о составе почв. Для осуществления получения данных необходимо:

• разработка пакета нормативных документов, являющихся основанием для реализации схемы диспетчеризации и обмена информации при осуществлении точного земледелия методами дистанционного зондирования:
• совершенствование и возможная унификация технологий обработки материалов аэро — и космических съёмок;
• описание порядка создания тестовых полигонов и эталонных материалов;
• совершенствование централизованной структуры, отвечающей за:
• состояние существующего фонда данных, полученных дистанционными методами;
• разработку текущих и перспективных решений поточному земледелию;
• оптимальное использование данных для нужд АПК.

Рисунок 1 — Структурная модель информационного обеспечения точного земледелия по данным дистанционного

зондирования

Таблица 2 — Структура сбора, хранения и передачи информации и качественных характеристик почв при точном

земледелии

Продолжение таблицы 2

Дистанционные методы точного земледелия оперирует данными, полученными различными съёмочными системами, и обслуживает, прежде всего, подсистему сбора оперативных данных. Во вторую очередь – подсистему фондовых (базовых) данных.

Настоящее исследования направлены на совершенствование одного из направлений обеспечения точного земледеления – верификации технологии картографического обеспечения по снимкам, полученным с беспилотных летательных аппаратов с использованием высокоточной аппаратуры глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС). Аппаратура ГЛОНАСС устанавливается на БПЛА для определения линейных элементов внешенего ориентирования в полёте (прямое геопозиционирование).

Съёмочные средства дистанционных методов зондирования, используемые для получения исходных данных при картографировании земной поверхности (полей севоборотов) в реализации точного земледелия представлена на рисунке 2. Их целевое применение зависит от заданной, достаточной, точной инфрмации, погодных условий и отражательных (излучательных) характеристик почв.

Рисунок 2 — Съёмочные средства, используемые для информационного

обеспечения точного земледелия

Глава 1. Обзор результатов исследований по созданию цифровых моделей

1.1 Краткий обзор воздушных съёмочных систем, применяемых для информационного обеспечения точного земледелия

Основные те.хнические х.арактерист.ики съёмоч.ных систем

Различные т.ипы съёмоч.ных систем соз.дают изобр.ажения с нео.динаковыми и.нформацион.ными свойст.вами.

Для оценки и.нформацион.ных возмож.ностей съё.мочных систе.м применяют с.ледующие кр.итерии: ли.нейная разре.шающая способ.ность, спе.ктральная р.азрешающая с.пособность, фото.грамметричес.кая точност.ь, фотометр.ическая точ.ность.

Линейной разрешающей способностью съёмочной системы называют её воз.можность р.аздельно вос.производит.ь на снимке ме.лкие детал.и снимаемо.го объекта.

Размер эле.мента изобр.ажения соот.ветствующе.му элементу н.а поверхност.и снимаемо.го объекта н.азывают пространственным разрешением съёмочной системы.

Разрешающая с.пособность о.птико-электро.нных съёмоч.ных систем, в котор.ых приёмни.ками излуче.ния служат ПЗС-.линейки ил.и ПЗС-матр.ицы (сканер.ы и цифров.ые кадровые с.истемы), в.ыражается ко.личеством э.лементов и.ли линий в о.дном дюйме изобр.ажения – dpi (dots per inch – точек н.а дюйм) ил.и lpi (lines per inch — линий н.а дюйм).

Под термино.м спектральная разрешающая способность съёмочной с.истемы пон.имают мини.мальную шир.ину спектр.альной зон.ы, в которо.й производ.ится съёмк.а. Ширина с.пектрально.й зоны опре.деляется воз.можностью испол.ьзуемого се.нсора воспр.инимать инте.гральный с.игнал (уро.вень излуче.ния), созд.аваемый в д.анной зоне.

Фотограмметрическая точность съё.мочных систе.м – критер.ий геометр.ического ис.кажения по.лучаемого с.нимка. Сте.пень геометр.ического ис.кажения опре.деляется поз.иционной точ.ностью построе.ния оптичес.кого изобр.ажения и пос.ледующей дефор.мацией дан.ного оптичес.кого изобр.ажения приё.мником излуче.ния Использу.я модель дефор.мации, мож.но учесть гео.метрические ис.кажения сн.имка при ц.ифровой фото.грамметричес.кой обработ.ке.

Съёмочные с.истемы, обес.печивающие посто.янство отно.шения яркост.и объекта к ве.личине рег.истрируемо.го сигнала от это.го объекта по по.лю изображе.ния, относ.ят к фотометрическим. Причинам.и, снижающ.ими фотометр.ическую точ.ность, могут б.ыть оптичес.кий тракт съё.мочной систе.мы, нестаб.ильность р.аботы её э.лектронной це.пи, непропор.циональност.ь регистра.ции сигнало.в сенсором и др. В к.ачестве од.ного из по.казателей фото.метрическо.й точности мо.жет быть ис.пользовано от.ношение сигнал / шум – критери.й, определ.яющий отно.шение осно.вного сигн.ала, несуще.го информа.цию, к вел.ичине сигн.ала-шума (.помехи).

К нефотогр.афическим с.истемам от.носят неско.лько классо.в съемочны.х устройст.в, которые р.азработаны с це.лью расшире.ния техничес.ких возмож.ностей аэро- и кос.мических мето.дов изучен.ия Земли. Пр.инципиальн.ым их отлич.ием от фото.графически.х систем я.вляется пр.именение и.ных сенсоро.в, регистр.ирующих широ.кий спектр из.лучения от зе.мной повер.хности, ин.ых способо.в построен.ия и перед.ачи изобра.жения, пре.дставлении резу.льтатов съе.мки в цифро.вом виде. Съе.мочные систе.мы, устано.вленные на кос.мические лет.ательные а.ппараты, поз.воляют получ.ать информ.ацию о про.цессах, про.ходящих на Зе.мле в реал.ьном или б.лизком к ре.альному вре.мени.

Оптико-электронные съёмочные системы

Оптико-электронные съе.мочные систе.мы (ОЭСС), пр.и использо.вании технологий ко.мпьютерной фото.грамметричес.кой обработ.ки снимков, по.лучили широ.кое примене.ние. Испол.ьзование в ОЭСС в к.ачестве пр.иемника из.лучения (се.нсора) прибор.а с зарядо.вой связью (.ПЗС) расшир.яет класс съе.мочных систе.м, имеющих н.а выходе ц.ифровое изобр.ажение. Пр.и использо.вании в качест.ве сенсора ПЗС-.матрицы сн.имок формируетс.я аналогич.но закону построе.ния в кадро.вых топогр.афических аэрофото.аппаратах. Ес.ли сенсоро.м служит ПЗС-.линейка, то изобр.ажение (сн.имок) состо.ит из множест.ва сканов, по.лученных пр.и ее экспо.нировании. К.аждый скан соз.дается в резу.льтате посту.пательного д.вижения лет.ательного а.ппарата.

Линейное р.азрешение ОЭСС з.ависит от р.азмера эле.ментов (фото.диодов), сост.авляющих ПЗС-.матрицу ил.и ПЗС-лине.йку. Их ко.личество в со.временных ц.ифровых съе.мочных систе.мах достиг.ает 80 млн э.лементов и бо.лее, что обес.печивает р.азрешающую с.пособность б.лизкой к фото.графическо.й. Обычно се.нсор кадро.вых ОЭСС состо.ит из 4, 9 и.ли более ПЗС-.матриц. Ка.ждая матри.ца служит д.ля фиксиро.вания изобр.ажения. Изобр.ажение каж.дой ПЗС-матр.ицы перекр.ывается с сосе.дними. С по.мощью прогр.аммных сре.дств, испо.льзуя пере.крывающиес.я части сн.имков мало.го формата, фор.мируется к.вазиснимок бо.льшего раз.мера, для которо.го рассчит.ывается фо.кусное рассто.яние.

Гиперспектральные съёмочные системы

Г.иперспектро.метры пред.назначены д.ля регистр.ации оптичес.кого излуче.ния и получе.ния сотен изобр.ажений подст.илающей по.верхности в уз.ких спектр.альных интер.валах. Инфор.мационной х.арактерист.икой гиперс.пектральны.х измерени.й является с.пектр отра.женного зо.ндируемым объе.ктом излуче.ния как фу.нкция длин.ы волны и п.араметров е.го состоян.ия. Высока.я чувствите.льность коэфф.ициентов отр.ажения раз.нородных объе.ктов на раз.личных дли.нах волн в.ыделяет ги.перспектра.льный мето.д среди дру.гих методо.в дистанцио.нного зонд.ирования. Д.анные гиперс.пектральны.х измерени.й особенно по.лезны для обнаружен.ия и выделе.ния границ в.нутриполево.й неодноро.дности, идентифи.кации их сост.ава и проис.ходящих в н.их процесс.ах, определения от.личий между оче.нь близким.и классами объе.ктов, а та.кже для оце.нки биохим.ических и геоф.изических п.араметров и т..п. Они мо.гут выявит.ь малые спе.ктральные р.азличия ме.жду отдель.ными элеме.нтами зонд.ируемых объе.ктов. Гиперс.пектральные с.истемы пре.дназначены д.ля дистанц.ионного зо.ндирования объе.ктов различ.ной природ.ы с подвиж.ных систем (.космически.й аппарат, с.амолет, верто.лет, автомоб.иль, поезд и т..д.) и обес.печивают и.дентификац.ию объекто.в и их эле.ментного сост.ава. Перво.начально а.виационные г.иперспектр.альные опт.ико-механичес.кие сканер.ы (фирм Daed.alus и Geop.h. Envir. Res) и.мели до 200 и бо.лее канало.в в диапазо.не 0.4-13.5 м.км. Позже б.ыли создан.ы образцы о.птико-электро.нных видеос.пектрометро.в на основе м.атричных пр.иёмников и по.лихроматоро.в с количест.вом канало.в (монохро.мных изобр.ажений) до нес.кольких соте.н. На рису.нке 3 приве.ден пример про.ведения ав.иационной м.ногоспектр.альной съе.мки природ.ных объекто.в с помощь.ю гиперспе.ктрометра.

Рисунок 3 — Г.иперспектр.альная съе.мка с борт.а самолета-.лаборатори.и

На спутник.ах и самолет.ах США для д.истанционно.го зондиро.вания успе.шно использу.ются гиперс.пектрометр.ы: Hyperio.n, CHRIS, P.RISMA, СRI.SM. На российс.ких космичес.ких аппарат.ах МКА-ФКИ (.ПН1) и «Ресурс-.П» используетс.я гиперспе.ктральная а.ппаратура со с.пектральны.м диапазоно.м от 0,4 до 2,5 м.км. Планируетс.я установк.а гиперспе.ктрометра н.а борту КА «.Метеор-МП».

Тепловые съёмочные системы

Широкое раз.витие и пр.именение по.лучили тепловые сканирующие системы (тепловизор.ы), относя.щиеся к пасс.ивным. Дан.ные систем.ы использу.ют для фор.мирования из.лучение бл.ижней ИК-зо.ны (λ=0,76 – 3,0 м.км), средне.й ИК-зоны (λ=.3,5 — 5,6 м.км) и даль.ней ИК-зон.ы (λ=8,0 — 14,0 м.км). В эт.их спектра.льных зона.х регистрируетс.я собствен.ное излуче.ние объекто.в земной по.верхности, с по.мощью многозо.нальных ра.диометров, р.адиометричес.ких компле.ксов, тепло.визионных с.истем и т. п. В з.ависимости от в.ида получае.мой информ.ации, хара.ктера изуч.аемых объе.ктов и воз.можностей ис.пользуемой а.ппаратуры съё.мку произво.дят в одно.м или неско.льких спектр.альных интер.валах одно.временно.

Тепловая съё.мка предст.авляет собо.й измерение д.вумерного по.ля излучен.ия, путём поэ.лементного с.канировани.я объекта зе.мной повер.хности. Пр.инцип получе.ния изобра.жения осно.ван на измере.нии темпер.атур объекто.в местност.и. В завис.имости от ф.изических и х.имических с.войств сни.маемые объе.кты могут б.ыть «теплее» и.ли «холоднее». Те.пловая съё.мка позвол.яет регистр.ировать объе.кты невиди.мые невоору.жённым глазо.м человека. Преобр.азованные (.визуализиро.ванные) резу.льтаты измере.ний темпер.атур имеют в.ид аналогич.ный фотогр.афическому изобр.ажению мест.ности. Точ.ность регистр.ации темпер.атуры разл.ичными систе.мами наход.ится в пре.делах от 0,1 до 0,01 гр.адуса. Съё.мка может в.ыполняться к.ак в дневное вре.мя, так и в ноч.ное. Для ис.ключения в.лияния сол.нечного из.лучения це.лесообразнее про.изводить те.пловую съё.мку ночью. Л.инейное разре.шение на мест.ности дост.игает, при в.ысотах съё.мки Н= 200….300м -0,01… 0,1.2 м.

Совершенствование И.К-приёмнико.в, оптичес.ких систем, мето.дов термометр.ии позволя.ют получат.ь ИК-снимк.и, сопоста.вимые по с.воим изобр.азительным с.войствам с фото.графически.ми. Для стереос.копического р.ассматрива.ния снимки по.лучают с пере.крытиями (ч.асть местност.и, изображенной на пре.дыдущем сн.имке, фикс.ируется на пос.ледующем). Ре.гистрация простр.анственных коор.динат точе.к изображе.ния позвол.яет визуал.изировать н.а мониторе ко.мпьютера трё.хмерное изобр.ажение.

В сельском хоз.яйстве теп.ловые сним.ки использу.ют для оценки уро.жайности се.льскохозяйст.венных кул.ьтур, оцен.ки качестве.нного сост.ава почвен.ного покро.ва (температуры поч.венного по.крова, степени засо.ления, эроз.ионного про.цесса, увл.ажнения), о.пределения зо.н и степен.и воздейст.вия вредите.лей и болез.ней растен.ий и т.п.

Лазерные съёмочные системы

Лазерные аэро- и кос.мические съе.мочные систе.мы относят к а.ктивным съе.мочным систе.мам, работ.ающим в опт.ическом ди.апазоне. В ос.нове лазер.ной съемки з.аложен при.нцип лазер.ной локаци.и.

Отражателем я.вляется по.верхность с.нимаемого объе.кта. В качест.ве облучате.ля использу.ют полупро.водниковый л.азер, генер.ирующий из.лучение в б.лижней ИК-зо.не в импул.ьсном режи.ме (например, с ч.астотой 150 к.Гц).

С помощью л.азера произ.водят напр.авленное об.лучение по.верхности. С.игнал, отр.аженный от э.лементарно.й площадки зе.мной повер.хности (объе.кта), прин.имает оптичес.кая систем.а.

При каждом э.лементарно.м измерени.и в процессе с.канировани.я регистриру.ются накло.нная дальност.ь до площа.дки отраже.ния и напр.авление от.носительно осе.й системы коор.динат лазер.ного локатор.а. Положен.ие локатор.а в геодез.ической систе.ме координ.ат (X, Y, Z) определяется борто.вым GPS/ ГЛОНАСС-.приемником.

В зависимост.и от типа л.азерного ло.катора при съе.мке можно ф.иксировать до 5 отр.ажений для к.аждого напр.авления виз.ирования. Это оз.начает, что пр.и одном эле.ментарном из.мерении мо.гут быть по.лучены отк.лики от нес.кольких простр.анственных ко.мпонентов объе.кта. Напри.мер, после.довательно от про.водов лини.и электропере.дачи, лист.венного по.крова леса, по.верхности зе.мли.

Программными сре.дствами мо.жно исключ.ить из обр.аботки любо.й из откли.ков, задав.ая тем сам.ым тематичес.кую направ.ленность преобр.азованных с.нимков. На.пример, ост.авить откл.ики от повер.хности объе.кта, и тем с.амым получ.ить информ.ацию о рел.ьефе. Обработ.ка результ.атов измере.ний может про.изводиться н.а борту лет.ательного а.ппарата. Л.азерные съе.мочные систе.мы применя.ют для построе.ния моделе.й рельефа н.а территор.иях, закрыт.ых лесами.

При точном зе.мледелии пр.именение л.азерных систе.м (лидаров) поз.воляет получ.ать данные д.ля создани.я цифровой мо.дели рельеф.а, в значите.льной степе.ни определ.яющие качест.венные хар.актеристик.и почв.

Радиолокационные съёмочные системы

В основе и.х работы з.аложены пр.инципы рад.иолокации. Ге.нератор, уст.ановленный н.а борту лет.ательного а.ппарата, в.ырабатывает р.адиоволны о.пределенно.й длины, а.мплитуды, по.ляризации. С по.мощью анте.нны радиоиз.лучение в в.иде плоско.го луча на.правляется н.а земную по.верхность пер.пендикуляр.но направле.нию полета.

Длины радио.волн, испо.льзуемые пр.и съемке, н.аходятся в д.иапазоне от 1 с.м до 1 м. и бо.лее. Режим из.лучения мо.жет быть не.прерывным и.ли импульс.ным. После вз.аимодейств.ия с объект.ами поверх.ности проис.ходит моду.лирование отр.ажённого несу.щего сигна.ла, изменя.ются его ис.ходные хар.актеристик.и. Степень мо.дулировани.я определяетс.я физическ.ими и химичес.кими свойст.вами объект.а (почв). Отр.аженный мо.дулированн.ый сигнал вос.принимает пр.иемная анте.нна, проис.ходит построч.ная запись с пос.ледующей в.изуализацие.й результато.в радиолок.ации. Яркост.ь изображе.ния объект.а зависит от э.нергии воз.вратившегос.я сигнала

Преимущество р.адиолокацио.нных съемо.к — независ.имость от по.годных усло.вий. Съемку мо.жно провод.ить при сп.лошной обл.ачности, в ту.ман и даже до.ждь, поэто.му РЛС-съе.мку называ.ют «всепого.дной». Она нез.аменима в р.айонах, где по.годные усло.вия не поз.воляют испо.льзовать и.ные съемоч.ные систем.ы. Совреме.нные техно.логии обработ.ки снимков де.лают возмо.жным использования Р.ЛС-снимков д.ля картогр.афических це.лей. Радио.локационну.ю съемку пр.именяют в р.азличных об.ластях: изуче.ние водных по.верхностей, о.пределение гр.аниц берего.вых линий, о.вражной сет.и, зон подто.пления, мо.ниторинг се.льскохозяйст.венных кул.ьтур, опре.деление состо.яния посево.в.

Георадарные технологии

Георадар из.лучает свер.хширокополос.ные импульс.ы в метрово.м и дециметро.вом диапазо.не электро.магнитных во.лн и прини.мает сигна.лы, отраже.нные от поч.вы, котора.я имеет от.личную от сре.ды диэлектр.ическую про.водимость. Отр.аженные си.гналы преобр.азуется в ц.ифровой ви.д и выводятс.я на диспле.й георадар.а. Георад.арные иссле.дования в се.льском хоз.яйстве выпо.лняются на г.лубину до 2-.х метров. Пр.и этом чаще все.го использу.ются высокоч.астотные а.нтенны от 200.МГц и выше. Д.ля зондиро.вания боль.ших площаде.й георадар ос.нащается в.ысокоточны.м GPS прие.мником для з.аписи коор.динат и да.нных. На рисунке 4 по.казан пример р.аботы с геор.адаром в по.левых усло.виях.

Рисунок 4 — Пр.именение геор.адара для исс.ледования поч.венного сло.я

Пр.именение геоф.изических мето.дов расшир.яет диапазо.н использо.вания геор.адарных систе.м. С их по.мощью реша.ются многие се.льскохозяйственные з.адачи, так.ие как изучение п.лодородия зе.мель, степе.ни засолен.ности почв, ко.нтроль за по.ливом земе.ль, описание г.идрологичес.ких характер.истик почв.ы, локализ.ация и оце.нка подзем.ной инфрастру.ктуры: определен.ие залеган.ия грунтов.ых вод и об.водненных зо.н. Результ.аты георад.арных иссле.дований ис.пользуются т.акже для простр.анственного ко.нтроля внесе.ния удобре.ний на пол.я, проведе.ния меропр.иятий по у.лучшению поч.вы, опреде.ления содер.жания пест.ицидов.

Геоф.изические исс.ледования поч.в могут про.водиться н.а самых раз.нообразных п.лощадях: н.ачиная от от.дельного фер.мерского хоз.яйства (ил.и экспериме.нтальных из.мерений) от 10-100 к.вадратных метро.в до обшир.ных фермерс.ких полей, прост.ирающихся н.а 10 или н.а 100 гект.аров.

З.а рубежом р.ассматрива.ются проект.ы создания аэрокосмических с.истем геор.адарной ди.агностики д.ля подповер.хностного зо.ндирования пр.иродных объе.ктов.

Объектовая (энергетическая) компонента – почвенные участки

Эффективность ис.пользовани.я дистанцио.нных методо.в информац.ионного обес.печения точ.ного земле.делия требует з.нание данн.ых об отра.жательной с.пособности поч.в, зависящ.их от физичес.ких, химичес.ких свойст.в почвенны.х разновид.ностей, вл.ажности, сте.пени влажност.и и т. п.

При осущест.влении точ.ного земле.делия по д.анным дист.анционного зо.ндирования и.нформацию об объе.ктах получ.ают в резу.льтате рег.истрации и.х собствен.ного или отр.аженного из.лучения. Пр.и этом изуч.аются те с.войства и п.араметры, котор.ые проявля.ются в изме.нениях отр.ажательной и.ли излучате.льной способ.ности и ре.гистрируютс.я аэро- ил.и космичес.кими съёмоч.ными систе.мами. Поэто.му результ.аты исследо.ваний дина.мики спектр.альной отр.ажательной с.пособности зе.мельных уч.астков пре.дставляют несо.мненный интерес д.ля теоретичес.кого и пра.ктического пр.именения пр.и точном зе.мледелии д.истанционн.ыми метода.ми.

Современные мето.ды дистанц.ионного зо.ндирования б.азируются н.а предварите.льном преобр.азовании аэро- и.ли космичес.ких изобра.жений для об.легчения в.изуального а.нализа или д.ля автомат.изированно.й интерпрет.ации. Преобр.азования нос.ят следующ.ий характер: к.вантование о.птических п.лотностей с чёр.но-белым и.ли цветным ко.дированием уро.вней, синтез.ирование ц.ветного изобр.ажение по м.атериалам м.ногозональ.ной съёмки, соз.дании инде.ксных изобр.ажений, ис.пользование.м оптималь.ных вегета.ционных ин.дексов.

Творческим ко.ллективом н.а основани.и опублико.ванных резу.льтатов изуче.ния оптичес.ких свойст.в объектов зе.мной повер.хности, а т.акже по резу.льтатам собст.венных теорет.ических и пр.актических исс.ледований сфор.мулированы по.ложения, к.асающиеся пр.именения д.анных о отр.ажательной с.пособности зе.мельных уч.астков при ис.пользовани.и дистанцио.нных методо.в. Смысл пре.длагаемых по.ложений ис.пользовани.я данных отр.ажательной и из.лучательно.й способност.и сводится к с.ледующему:

1. Регистр.ируемое из.лучение со.держит инфор.мацию о физ.ических, х.имических с.войствах, простр.анственном по.ложении объе.кта. Всяки.й раз, рег.истрируя из.лучение, по.лучают сооб.щение об объе.кте. Форма.льно любое сооб.щение являетс.я источнико.м информац.ии. Следов.ательно, пр.и соответст.вующей обр.аботке и ср.авнении вно.вь поступа.ющие сообще.ния могут б.ыть использо.ваны для а.ктуализаци.и сведений о поч.вах и оцен.ки динамик.и их измене.ний. Данное по.ложение мо.жет быть по.ложено в ос.нову выявле.ний измене.ний простр.анственного по.ложения и (.или) качест.венного сост.ава изучае.мых почвен.ных разнов.идностях.

2. В практ.ической ре.ализации из.менение ре.гистрируемо.го сигнала (сооб.щения) не все.гда служит дост.аточным ос.нованием из.менения инфор.мации об объе.кте. Это с.вязано с по.нятиями необ.ходимой и изб.ыточной инфор.мации. Необ.ходимая те.матическая и.нформация о.пределяетс.я и диффере.нцируется нор.мативными до.кументами и.ли иными ре.гламентами. Н.апример, из.менение вл.ажности поч.вы приводит к из.менению её отр.ажательных с.войств, что вызывает из.менение уро.вня сигнал.а (оптичес.кой плотност.и изображе.ния на чёр.но-белом с.нимке). Од.нако измене.ние сообще.ния не пов.лечёт инфор.мационных из.менений, к.асающихся простр.анственного по.ложения, ис.пользовани.я земель и т. п.

3. Передач.а сообщени.й происходит по к.аналу, пре.дставляюще.му совокуп.ность некотор.ых элементо.в:

— объект изуче.ния (почве.нная разно.видность), обус.ловливающи.й вид и инте.нсивность из.лучения;

— передающ.ая (пропус.кающая) сре.да;

— съёмочна.я система, в.ключающая о.птические и.ли иные пр.инимающие и преобр.азующие эле.менты, опт.ические ил.и волоконно-о.птические, э.лектронные тр.акты, сенсор.ы (регистр.ирующие устро.йства) и т. п.

Сообщение об из.менении состо.яния объект.а происход.ит в виде ре.гистрации пос.ледователь.ных во вре.мени и простр.анстве сиг.налов. Упор.ядоченные т.аким образо.м сигналы поз.воляют с то.й или иной сте.пени досто.верности и точ.ности хара.ктеризоват.ь состояние и по.ложение поч.венного вы.дела. Мето.ды дистанц.ионного зо.ндирования ис.пользуют ф.изические с.игналы, регистрируемые в ос.новном в д.вух спектр.альных диа.пазонах: о.птическом и р.адиодиапазо.не.

4. При про.изводстве аэро- и кос.мических съё.мок (выпол.нении регистр.ации сигна.лов) или пос.ледующей и.нтерпретац.ии их резу.льтатов отр.ажённые ил.и излучаем.ые сигналы пре.дставляют в в.иде функци.и пространст.венных коор.динат, дли.ны волны и вре.мени.

В обобщенно.м виде отр.ажённый ил.и излучаем.ый сигнал мо.жет быть пре.дставлен с.ложной зав.исимостью. Н.апример, коэфф.ициент спе.ктральной яр.кости r_λ, характер.изующий отр.ажённый от по.верхности поч.вы сигнал в к.аком-либо н.аправлении, з.ависит от не.которого н.абора факторо.в (.1)

где λ — длина во.лны излуче.ния; h _c — высота Со.лнца, A_c – азимут Со.лнца относ.ительно стру.ктур повер.хности объе.кта; D/Q – показате.ль, опреде.ляющий дол.ю рассеянно.й радиации в су.ммарной; A и φ – углы, соот.ветственно о.пределяющие аз.имут и отк.лонение от н.адирного н.аправления отр.ажённого с.игнала, n₁, n₂, n₃,….n_i – набор ф.акторов, о.пределяющи.х физическ.ие, химичес.кие свойст.ва объекта, в.ключая тип поч.вы, вид раст.ительности, ф.азу вегета.ции, фитоп.атологию и т..п.

Многообразие ф.акторов пр.иводит к мо.дуляции си.гнала собст.венно объе.ктом. На д.анном этапе фор.мирования сооб.щения моду.лированный с.игнал несёт не.искажённую и.нформацию о с.войствах поч.вы. При про.хождении ос.новного мо.дулированно.го сигнала по к.аналу пере.дачи сообще.ния происхо.дит вторич.ное модулиро.вание, выз.ванное воз.действием дру.гих элементо.в. В общем с.лучае это пр.иводит к ис.кажению ос.новного си.гнала.

5. В частно.й реализац.ии величин.а сигнала s, регистрируе.мого съёмоч.ной системо.й, предста.вляется фу.нкцией

s=f(х,у,z,λ,t), (.2)

где х, у, z — координ.аты, опреде.ляющие поло.жение сигн.ала в простр.анстве;

λ — длина во.лны регистр.ируемого с.игнала;

t – время ре.гистрации с.игнала.

6. По.лнота и досто.верность по.лучаемой и.нформации во м.ногом опре.деляется отр.ажательной и из.лучательно.й способност.ью объекто.в ландшафт.а. Неравно.мерность простр.анственного отр.ажения и из.лучения объе.ктов являетс.я одним из ф.акторов, в.ызывающих из.менение опт.ической плот.ности (цвет.а) изображе.ния одноимё.нных типов поч.в по полю с.нимка.

Вар.иации оптичес.кой плотност.и (цвета) изобр.ажений или уро.вня сигнал.а существе.нно снижают точ.ность интер.полировани.я при мето.дах автомат.ической ил.и машинно-.визуальной обр.аботки сни.мков. К про.цедурам наз.ванных мето.дов относят к.вантование и с.интезирова.ние зональ.ных снимко.в мультиспе.ктральной съё.мки. Синтез.ирование зо.нальных и р.азновремен.ных снимко.в лежит в основе выя.вления изме.нений простр.анственного по.ложения и к.ачественны.х характер.истик при мо.ниторинге э.лементов л.андшафта д.истанционн.ыми метода.ми.

Собственное и.ли отражен.ное излуче.ние — явле.ние уникал.ьное и обус.ловлено од.номоментны.м воздейст.вием многи.х внешних ф.акторов. У.никальност.ь определяетс.я индивиду.альностью отр.ажательных и.ли излучате.льных свойст.в почвенны.х разновид.ностей на о.пределённы.й момент вре.мени, а та.кже их изме.нчивостью по.д воздейст.вием различ.ных факторо.в. Этим объ.ясняется м.ногообразие о.птических п.лотностей, ц.ветов, их в.ариаций на изобр.ажениях и, с.ледователь.но, достовер.ность и ин.вариантност.ь регистрируе.мой информ.ации. При ор.ганизации съё.мочных работ и д.альнейшей обр.аботке сни.мков необхо.дим учёт х.арактера из.лучения, ф.иксируемого съё.мочными систе.мами.

На основан.ии изложен.ного, для по.вышения досто.верности пр.именения мето.дов дистан.ционного зо.ндирования пр.и точном зе.мледелии необ.ходимы дан.ные об опт.ических хар.актеристик.ах почв. Д.анные получ.ают в резу.льтате про.ведения назе.много или воз.душного спе.ктрометриро.вания в ко.нкретном пр.иродно-кли.матическом р.айоне РФ и исс.ледования в д.анном напр.авлении необ.ходимо про.должить.

1.2 Общие положения определения координат опорных пунктов по данным измерений аппаратурой глобального позиционирования для метода косвенного геопозиционирования

Реализация пр.именения а.ппаратуры г.лобального поз.иционирова.ния осущест.вляется на ос.нове НАЦИО.НАЛЬНОГО СТ.АНДАРТА РОСС.ИЙСКОЙ ФЕД.ЕРАЦИИ «Глоб.альная нав.игационная с.путниковая с.истема. МЕТО.ДЫ И ТЕХНО.ЛОГИИ ВЫПО.ЛНЕНИЯ ГЕО.ДЕЗИЧЕСКИХ И З.ЕМЛЕУСТРОИТ.ЕЛЬНЫХ РАБОТ».

Определение от.носительны.х координат по из.мерениям псе.вдодальносте.й. Дата вве.дения 2011-01-01.

Информация об из.менениях к н.астоящему ст.андарту пуб.ликуется в е.жегодно из.даваемом и.нформацион.ном указате.ле «Национ.альные ста.ндарты», а те.кст измене.ний и попр.авок — в е.жемесячно из.даваемых и.нформацион.ных указате.лях «Нацио.нальные ст.андарты». В с.лучае перес.мотра (заме.ны) или от.мены насто.ящего стан.дарта соот.ветствующее у.ведомление бу.дет опубли.ковано в е.жемесячно из.даваемом и.нформацион.ном указате.ле «Национ.альные ста.ндарты». Соот.ветствующа.я информац.ия, уведом.ление и те.ксты разме.щаются так.же в инфор.мационной с.истеме обще.го пользов.ания — на оф.ициальном с.айте Федер.ального аге.нтства по те.хническому ре.гулировани.ю и метроло.гии в сети И.нтернет.

Настоящий ст.андарт рас.пространяетс.я на метод.ы и техноло.гии выполне.ния геодез.ических и зе.млеустроите.льных работ с ис.пользование.м аппаратур.ы потребите.лей глобал.ьной навиг.ационной с.путниковой с.истемы. Насто.ящий станд.арт устана.вливает мето.ды определе.ния относите.льных коор.динат зада.нного пункт.а по измере.ниям псевдо.дальностей н.авигационно.го космичес.кого аппар.ата глобал.ьных навиг.ационных с.путниковых с.истем.

Термины и о.пределения

В настояще.м стандарте пр.именены тер.мины по ГОСТ 2.2268, ГОСТ Р 5.2457, ГОСТ Р 5.2928 и сле.дующие тер.мины с соот.ветствующи.ми определе.ниями:

1 геодезические работы: Комплекс те.хнологичес.ких процессо.в, осущест.вляемых дл.я определе.ния параметро.в фигуры и гр.авитационно.го поля Зе.мли, коорд.инат точек зе.мной повер.хности и и.х изменени.й во време.ни.

2 землеустроительные работы: Комплекс те.хнологичес.ких процессо.в, осущест.вляемых дл.я установле.ния, восст.ановления и з.акрепления н.а местност.и границ зе.мельных уч.астков, опре.деления и офор.мления их место.положения и п.лощади.

3 псевдодальность кодовая: Произведе.ние скорост.и распростр.анения сиг.нала в вакуу.ме на разност.ь между вре.менем прие.ма сигнала по ш.кале време.ни аппаратур.ы потребите.ля и време.нем передач.и этого си.гнала с НК.А по борто.вой шкале вре.мени.

4 псевдодальность фазовая: Произведе.ние длины во.лны несуще.й частоты н.а разность ф.азы сигнал.а, созданно.го в прием.нике в моме.нт приема с.игнала по ш.кале време.ни аппаратур.ы потребите.ля, и фазо.й сигнала, соз.данного на Н.КА по борто.вой шкале вре.мени.

5 координаты пункта: Прямоугол.ьные коорд.инаты пункт.а в общезе.мной геоце.нтрической с.истеме коор.динат.

6 локальная дифференциальная подсистема ГНСС: Дифферен.циальная по.дсистема Г.НСС, в которо.й дифферен.циальные по.правки испо.льзуют в пре.делах от 50 до 200 к.м от контро.льно-корре.ктирующей ст.анции диффере.нциальной по.дсистемы Г.НСС (опорно.й станции).

7 относительные координаты пункта: Координат.ы определяе.мого пункт.а наблюден.ия относите.льно опорно.го пункта с из.вестными коор.динатами.

8 региональная дифференциальная подсистема ГНСС: Дифференц.иальная по.дсистема, в которо.й дифферен.циальные по.правки испо.льзуют в пре.делах от 400 до 2000 к.м от контро.льно-корре.ктирующей ст.анции диффере.нциальной по.дсистемы Г.НСС (опорно.й станции).

9 широкозонная дифференциальная подсистема ГНСС: Дифференц.иальная по.дсистема Г.НСС, в которо.й дифферен.циальные по.правки испо.льзуют в пре.делах от 2000 до 5000 к.м от контро.льно-корре.ктирующей ст.анции диффере.нциальной по.дсистемы Г.НСС (опорно.й станции).

Обозначения и сокращения

В настояще.м стандарте ис.пользованы с.ледующие обоз.начения и со.кращения: В.ГС — высокоточ.ная геодез.ическая сет.ь;

ГАЛИЛЕО — г.лобальная н.авигационн.ая спутнико.вая систем.а Европейс.кого космичес.кого агентст.ва;

ГГС — госу.дарственна.я геодезичес.кая сеть;

ГЛОНАСС — г.лобальная н.авигационн.ая спутнико.вая систем.а Российско.й Федераци.и;

ГНСС — глоб.альная нав.игационная с.путниковая с.истема;

ГСП — глоб.альная систе.ма позицио.нирования;

НКА — нав.игационный кос.мический а.ппарат;

ОП — опорн.ый пункт;

ПН — пункт н.аблюдения;

ФАГС — фун.даментальн.ая астроно.мо-геодезичес.кая сеть;

GPS — глоб.альная нав.игационная с.путниковая с.истема Сое.диненных Шт.атов Амери.ки.

Основные положения

В основе все.х методов о.пределения коор.динат пункто.в наблюден.ия с испол.ьзованием Г.НСС лежит мето.д засечки по.ложения ап.паратуры потреб.ителя (моб.ильного пр.иемника) от из.вестных по.ложений НК.А.

Определение от.носительны.х координат по из.мерениям псе.вдодальносте.й выполняетс.я одним из д.вух методо.в: диффере.нциальным и.ли относите.льным. В д.ифференциа.льном мето.де по резу.льтатам наб.людений на о.порном пун.кте формиру.ются диффере.нциальные по.правки к соот.ветствующи.м параметр.ам наблюде.ний для опре.деляемого пу.нкта. Этот мето.д обеспечи.вает операт.ивное опре.деление коор.динат ПН (.в реальном м.асштабе вре.мени). В к.ачестве ОП ис.пользуются пу.нкт локаль.ной, регио.нальной ил.и широкозо.нной диффере.нциальной по.дсистем ГНСС. В.ыбор подсисте.мы зависит от у.даленности П.Н от ОП. В от.носительно.м методе н.аблюдения, в.ыполненные о.дновременно н.а опорном и о.пределяемо.м пункте, обр.абатываютс.я совместно. Пр.и этом опре.деляются пр.иращения коор.динат ПН от.носительно О.П. Определе.ние коорди.нат ПН может про.водиться в ст.атическом ре.жиме, позво.ляющем выпо.лнять продо.лжительные се.ансы наблю.дений. При в.ыборе мето.да и техно.логии опре.деления от.носительны.х координат по из.мерениям псе.вдодальносте.й учитываютс.я требован.ия к точност.и геодезичес.ких и землеустроительных р.абот, в то.м числе опре.деление коор.динат гран.иц почвенн.ых участко.в при точно.м земледел.ии.

Глобальна.я навигацио.нная спутн.иковая систе.ма Российс.кой Федера.ции состоит из 28 К.А ГЛОНАСС-.М и ГЛОНАСС-.К.

В настоящее вре.мя приняты с.ледующие ор.иентировоч.ные требов.ания к точ.ности опре.деления от.носительны.х координат: гео.динамическ.ие исследо.вания, мон.иторинг се.йсмических р.айонов — (1-5) м.м; создание госу.дарственно.й геодезичес.кой сети Г.ГС (ФАГС, В.ГС, специа.льные сети) — 1 с.м во взаим.ном положе.нии пункто.в ФАГС; сост.авление ка.дастровых к.арт при зе.млеустройст.ве, межева.ние — (3-5) с.м; водный к.адастр, гео.дезическое обес.печение ин.женерных соору.жений, мел.иорация — (.3-5) см в п.лане, (3-5) м.м по высоте; к.адастр насе.ленных пун.ктов, геодез.ическое обес.печение стро.ительства, гео.дезический ко.нтроль соору.жений — (1-.2) см вынос точ.ки в натуру, (1-.3) мм контро.ль стабиль.ности соору.жений; кад.астр сельс.кохозяйстве.нных земел.ь, межеван.ие — (3-10) с.м; лесной к.адастр, ме.жевание — (0,1-0,5) м.

Дифференциальный метод определен.ия относите.льных коор.динат по ко.довым псев.додальност.ям в насто.ящее время обес.печивают точ.ность 0,5 м. В д.ифференциа.льном мето.де приемни.к ОП (базо.вая станци.я), имея точ.ные коорди.наты фазово.го центра с.воей антен.ны, опреде.ляет из наб.людений НК.А поправки д.ля кодовых псе.вдодальносте.й (или фазо.вых псевдо.дальностей). С ис.пользование.м этих, та.к называем.ых диффере.нциальных по.правок, пере.даваемых н.а ПН, корре.ктируются из.мерения соот.ветствующи.х навигацио.нных параметро.в в приемн.ике ПН (моб.ильном прие.мнике), в резу.льтате чего по.вышается точ.ность опре.деления его коор.динат. Диффере.нциальные по.правки от б.азовой ста.нции к моб.ильному пр.иемнику пере.даются при постобр.аботке или в ре.альном мас.штабе време.ни с испол.ьзованием р.адиомодема и.ли других сре.дств беспро.водной связ.и. Это дает воз.можность о.перативно по.лучать коор.динаты ПН (.после очере.дного измере.ния). При у.далении ПН от О.П на рассто.яния до 200 к.м обслужив.ание обработ.ки кодовых псе.вдодальносте.й выполняет ло.кальная диффере.нциальная по.дсистема, в которо.й работает о.дна опорная ст.анция. При у.далении ПН от О.П на рассто.яниях от 200 до 2000 к.м обслужив.ание обработ.ки кодовых псе.вдодальносте.й выполняет ре.гиональная д.ифференциа.льная подс.истема. Он.а строит простр.анственно-.временную мо.дель попра.вок, то ест.ь учитываютс.я изменени.я в поправ.ках по мере у.даления НП от о.порного пу.нкта. В широ.козонной д.ифференциа.льной подс.истеме раз.мер обслуж.иваемой об.ласти может дост.игать 5000 к.м. Если диффере.нциальный мето.д по наблю.дениям фаз.ы несущей обс.луживается е.динственны.м базовым пу.нктом, то р.асстояния до.лжны быть в пре.делах 10 к.м и редко до 30 к.м. При испо.льзовании мето.да множест.венных опор.ных пункто.в размер об.ласти может дост.игать неско.льких соте.н километро.в.

Определение от.носительны.х координат по ко.довым псев.додальност.ям выполняетс.я с использо.ванием сле.дующего ал.горитма.

Вычисляются д.ифференциа.льные попр.авки для из.меренных ко.довых псев.додальносте.й.

Геометрическая д.альность р.ассчитываетс.я как рассто.яние между с.путником в мо.мент выход.а сигнала и пр.иемником в мо.мент прием.а сигнала.

Координаты H.KA вычисля.ют по данн.ым навигац.ионного сооб.щения с учето.м поворота Зе.мли за вре.мя прохожде.ния сигнал.а и коорди.натам ОП. Пр.и этом учит.ывают ошиб.ки бортовы.х эфемерид Н.КА в погре.шности опре.деления псе.вдодальност.и на опорно.м пункте. По.грешность тр.анслируетс.я как диффере.нциальная по.правка. На о.порном пун.кте отыски.ваются попр.авки к измере.нным кодов.ым псевдод.альностям д.ля всех наб.людаемых Н.КА в кажду.ю эпоху наб.людения.

Реализация д.ифференциа.льного мето.да по измере.ниям фазов.ых псевдод.альностей требует р.азрешения ф.азовых нео.днозначносте.й, что пре.дполагает ис.пользование дост.аточно длите.льных рядо.в наблюден.ий. Образо.вание разносте.й между спут.никами и ме.жду приемн.иками эффе.ктивно иск.лючает все с.мещения из-з.а ошибок ге.нераторов ч.асов и в то же вре.мя значите.льно умень.шает другие с.мещения (з.а исключен.ием неодноз.начности ф.аз).

Корректное пр.именения а.лгоритма д.ифференциа.льного мето.да обеспеч.ивает точност.ь на уровне е.диниц милл.иметров пр.и удалении от о.порной ста.нции до 10 к.м, то есть в об.ласти дейст.вия локаль.ной диффере.нциальной по.дсистемы Г.НСС. Для бо.льших даль.ностей испо.льзуются дру.гие подсисте.мы (регион.альная и ш.ирокозонна.я дифферен.циальные по.дсистемы Г.НСС).

В относительном методе наблюдени.я НКА, выпо.лненные од.новременно н.а опорном и о.пределяемо.м пункте, обр.абатываютс.я совместно. Из обр.аботки син.хронных наб.людений од.них и тех же Н.КА, получе.нных на ОП и П.Н, определ.яются разност.и координат эт.их пунктов. Пр.и образова.нии разност.и исключаютс.я погрешност.и орбиты и ч.асов НКА. По эт.им разност.ям составл.яется систе.ма уравнен.ий поправо.к наблюден.ий.

Абсолютный метод характеризуетс.я самостояте.льным опре.делением по.ложения пр.иемника по простр.анственной з.асечке. Чтоб.ы ее реализо.вать, необ.ходимо знат.ь величину псе.вдодальност.и и коорди.наты как м.инимум 4х с.путников. Псе.вдодальност.ь вычисляетс.я по коду л.ибо по фазе, а коор.динаты спут.ников пере.даются в н.авигационно.м сообщени.и от каждо.го из них. Т.аким образо.м, рассчит.ываются не.известные коор.динаты X, Y, Z и по.правка часо.в dt прием.ника.

Абсолютный мето.д основан н.а измерени.ях по коду, поэто.му точност.ь зависит от к.ачества кв.арцевого ге.нератора вре.мени прием.ника и сост.авляет 3-15 м. Пр.именяется этот мето.д в низкоточ.ной навига.ции (монитор.инге транс.порта, судо.в и пр.).

Для уточне.ния данных мо.жно использо.вать различ.ные диффере.нциальные сер.висы, работ.ающие по те.хнологии P.PP (Precise Po.int Positio.ning). Так.ие сервисы (.RTX, Atlas, Te.rraStar) пере.дают предр.ассчитанну.ю корректиру.ющую инфор.мацию (точ.ные эфемер.иды и уход.ы часов), чтоб.ы приемник с.мог вычисл.ить свое место.положение с суб.дециметрово.й точность.ю. Здесь в к.ачестве ка.нала доста.вки коррект.ирующей инфор.мации могут ис.пользоватьс.я геостацио.нарные спут.ники или сет.ь Интернет. О.днако сущест.вует ряд ограничений: пр.иемник обяз.ательно мно.гочастотны.й, наблюде.ния должны про.водиться не ме.нее часа, а по.дписка на эт.и сервисы п.латная.

В относите.льном мето.де задейст.вовано мин.имум 2 прие.мника, оди.н из котор.ых находитс.я на пункте с из.вестными коор.динатами (.База), а второ.й на опреде.ляемом пун.кте (Ровер). В д.анном случ.ае по разн.ице коорди.нат, опреде.ленных Базо.вым приемн.иком по спут.никам и вве.денных вруч.ную извест.ных коорди.нат этого пу.нкта, рассч.итывается по.правка в псе.вдодальност.ь. Эта попр.авка перед.ается на Ро.вер (на опре.деляемом пу.нкте) и корре.ктирует его из.меренные псе.вдодальност.и для уточ.нения опре.деления место.положения.

Относительный мето.д, реализуе.мый по кодо.вым измере.ниям, назы.вают также д.ифференциа.льным или DG.PS. Точност.ь такого мето.да субметро.вая (50-80 с.м), однако по.правка в псе.вдодальност.ь может быт.ь передана н.а расстоян.ии 200-300 к.м. Поэтому мето.д DGPS акт.ивно испол.ьзуется в морс.кой навига.ции, сельс.ком хозяйст.ве и ж/д мо.ниторинге.

Использование от.носительно.го метода по из.мерениям ф.азы несуще.й позволяет дост.игать сант.иметровой точ.ности. Тол.ько этот мето.д подходит д.ля решения гео.дезических з.адач. По х.арактеру д.вижения это мо.гут быть и ст.атика, и к.инематика. Ст.атика реал.изуется в из.мерении ко.нкретной точ.ки, когда н.а пункте в тече.ние нескол.ьких эпох соб.ираются и усре.дняются да.нные со спут.ников. Кине.матика же – соз.дание трае.ктории дви.жения прие.мника. Приче.м в соответст.вии с фильтр.ами, опреде.ляющими не.подвижен пр.иёмник или пере.мещается, обр.аботка эти.х данных про.исходит по р.азличным а.лгоритмам. В об.щем случае у.величение точ.ности связ.ано с длите.льностью из.мерений, а т.акже с усло.виями съем.ки.

Отдельно необ.ходимо отмет.ить, что с.пособ обработ.ки данных н.аходится в.не классиф.икации, та.к как к любо.му методу н.аблюдений пр.именимы и постобр.аботка, и о.пределение коор.динат в ре.альном вре.мени. Одна.ко, для постобр.аботки пон.адобятся ко.мпьютер и с.пециализиро.ванная про.грамма для обр.аботки измере.ний. В реа.льном време.ни обработ.ка происхо.дит сразу в управляющем м.икропрогра.ммном обес.печении ГНСС-.приемника с ис.пользование.м корректиру.ющей инфор.мации.

Таким образо.м, в завис.имости от з.адачи, ожи.даемой точ.ности и воз.можностей обору.дования по.дбирается мето.д наблюден.ия. Естест.венно, каж.дая отдель.ная задача требует о.пределенно.го подхода, учет.а всех нюа.нсов наблю.дения, а т.акже подгото.вки.

1.3 Российский опыт комплексного применения аэро- и космических методов дистанционного зондирования Земли, сенсоров и датчиков для технологий точного земледелия

Непрерывный е.жедневный мо.ниторинг и ис.пользование д.анных ДЗЗ, по.лучаемых с по.мощью соте.н метеороло.гических и пр.иродно-ресурс.ных спутни.ков Земли, и.меют сущест.венное пре.имущество в изуче.нии и пони.мании возде.йствия чело.века на глоб.альную окру.жающую сре.ду, в упра.влении приро.дными ресурс.ами Земли и в.ыполнении фу.нкций нацио.нальной безо.пасности, а т.акже в пла.нировании и про.ведении мно.гих других в.идов деяте.льности: н.аучной, эко.номической и со.циальной з.начимости.

Федеральная кос.мическая про.грамма Росс.ии на 2016 – 2025 годы (ФК.П – 2025), утвержденная постановле.нием Правите.льства РФ от 23 март.а 2016 г. № 230 содержит ря.д положени.й, прямо у.казывающих н.а необходи.мость разв.ития средств космичес.кого монитор.инга и его прогноз.ной состав.ляющей: «…поддержание орб.итальной гру.ппировки кос.мических а.ппаратов ДЗЗ; разработ.ку новых конкурентоспособных те.хнологий ДЗЗ и монитори.нга; обеспече.ние данным.и ДЗЗ федер.альных орг.анов испол.нительной в.ласти и субъе.ктов Росси.йской Федер.ации для ре.шения задач, заложенны.х в ФКП, пре.доставления полноты кос.мических д.анных потребите.лям информ.ации ДЗЗ: организа.циям МЧС, М.инприроды, Рос.гидромета, М.инсельхоза, Р.АН и др. Пр.и этом отмече.но, что «…орб.итальная группировка отечест.венных сре.дств ДЗЗ в н.астоящее вре.мя недостаточ.на велика, что резко о.граничивает воз.можность о.перативного ре.шения совре.менными методами и в требуе.мом объеме н.ароднохозя.йственных з.адач и прогнозирования ЧС. С учетом ко.ммерческих и э.кономическ.их интересо.в Российской Фе.дерации за.дача космического мо.ниторинга приобретет особу.ю важность.

На совещан.ии по обсу.ждению Федер.альной кос.мической про.граммы (ФК.П) России до 20.25г. с пре.дставителя.ми космичес.кой отрасл.и 12 ноябр.я 2015г. в рез.иденции Боч.аров руче.й в Сочи В.ладимир Вл.адимирович Пут.ин определ.ил приоритет.ы и намети.л перспект.ивы ее раз.вития «ФКП пре.дусматривает: у.крепление росс.ийской гру.ппировки кос.мических а.ппаратов ДЗЗ, р.асширение поз.иций Росси.и на мирово.м рынке, пре.доставление ус.луг по запус.ку иностра.нных космичес.ких аппарато.в и ориент.ацию космичес.кой отрасл.и на решен.ие научных и пр.актических з.адач». Вла.димир Влад.имирович от.метил, что Ф.КП рассчит.ана на 10 лет, «.но нам необ.ходимо смотрет.ь, конечно, и н.а более от.даленную перс.пективу- з.а 2025 год, ис.ходя из это.го формиро.вать научно-.исследовате.льские и о.пытно-констру.кторские з.аделы».

На рисунке 5 пре.дставлена орб.итальная гру.ппировка К.А ДЗЗ, запу.щенных в Росс.ии в перио.д с 2009 по 201.9 гг.

Рисунок 5 — Орбитальная гру.ппировка К.А ДЗЗ, запу.щенных в Росс.ии в перио.д 2009-201.9 гг.

Росс.ийская орб.итальная гру.ппировки К.А ДЗЗ состо.ит из 11 К.А, в том ч.исле:

— 6 КА «Ка.нопус-В» со съе.мочной апп.аратурой с р.азрешением 2,5 м и с.пектрозона.льной камеро.й с разреше.нием 12 м,

— 2 КА «Ресурс-.П» с разре.шением 0,7 м и г.иперспектр.альной апп.аратурой 30 м и ш.ирокозахват.ной мультис.пектрально.й аппаратуро.й 12/24 м,

— 2 КА гидро.метеоролог.ического н.азначения «.Метеор-М» №.2 и №2-2 со съе.мочной апп.аратурой К.МСС с разре.шением 50-70 м, ш.ириной полос.ы съемки 1000 м и г.лобальным мо.ниторингом терр.итории Росс.ии в течен.ие 2-3 суто.к,

— 1 геоста.ционарный К.А гидрометеоро.логического н.азначения «Э.лектро-Л» с а.ппаратурой г.лобального н.аблюдения Зе.мли каждые 30 м.инут,

— кроме то.го в соста.ве российс.кой космичес.кой группиро.вки действует бе.лорусский К.А с характер.истиками а.налогичным.и КА «Кано.пус-В».

Рисунок 6 — Космический а.ппарат «Ка.нопус-В»

Ниже предст.авлен перече.нь техничес.ких характер.истик аппар.атуры КА «.Канопус-В» и пр.имеры получ.аемой косм.ической инфор.мации ДЗЗ д.ля различн.ых отрасле.й РФ, в то.м числе дл.я сельского хоз.яйства:

• Монитори.нг сельско.хозяйствен.ной деятел.ьности, во.дных и прибре.жных ресурсо.в,

• Контроль состо.яния сельс.кохозяйстве.нных культур,

• Землепол.ьзование,

• Монитори.нг техноге.нных и приро.дных чрезв.ычайных ситу.аций,

• Картограф.ирование п.аводковой обст.ановки,

• Обнаруже.ние очагов лес.ных пожаро.в, крупных в.ыбросов за.грязняющих ве.ществ в пр.иродную сре.ду,

• Регистра.ция аномал.ьных явлен.ий для исс.ледования воз.можности про.гнозирован.ия землетр.ясений.

Технические х.арактерист.ики аппаратур.ы КА ДЗЗ «.Канопус-В»:

• ширина по.лосы съемк.и:
  — 23 км (п.анхроматичес.кий режим);
  — 20 км (му.льтиспектр.альный реж.им);
• разрешение н.а местност.и:
  — 2,5 м (п.анхроматичес.кий режим);
  — 12 м (му.льтиспектр.альный реж.им);
• спектральные д.иапазоны съе.мки (мкм):
  — панхромат.ический (0,58 – 0,86);
  — синий (0,45÷0,5.2);
  — зеленый (0,51¸ 0,6);
  — красный (0,61÷0,6.9);
  — ближний И.К (0,75 ÷ 0,84)

Рисунок 7 — Кос.мический а.ппарат «Метеор-.М»

Космический ко.мплекс (КК) г.идрометеоро.логического и о.кеанографического обес.печения («.Метеор-М» №2, «Метеор-.М» 2-2) пре.дназначен д.ля получен.ия:

• глобальных и ло.кальных изобр.ажений обл.ачности, по.верхности Зе.мли, ледово.го и снежно.го покрово.в в видимо.м, ИК и ми.кроволново.м (в том ч.исле санти.метровом) д.иапазонах;
• данных для о.пределения те.мпературы морс.кой поверх.ности и ра.диационной те.мпературы по.дстилающей по.верхности;
• радиолокационных изобр.ажений зем.ной поверх.ности;
• данных о р.аспределен.ии озона в ат.мосфере и е.го общего со.держания;
• данных для о.пределения об.щего содер.жания малы.х газовых ко.мпонентов ат.мосферы;
• данных о с.пектрально.й плотност.и энергетичес.ких яркосте.й уходящего из.лучения дл.я определе.ния вертик.ального проф.иля темпер.атуры и вл.ажности в ат.мосфере, а т.акже для о.ценки сост.авляющих р.адиационно.го баланса с.истемы «Зе.мля – атмосфер.а»;
• глобальных и ло.кальных изобр.ажений обл.ачности, по.верхности Зе.мли, ледово.го и снежно.го покрово.в в видимо.м, ИК и ми.кроволново.м (в том ч.исле санти.метровом) д.иапазонах;
• данных для о.пределения те.мпературы морс.кой поверх.ности и ра.диационной те.мпературы по.дстилающей по.верхности;
• радиолокационных изобр.ажений зем.ной поверх.ности;
• данных о р.аспределен.ии озона в ат.мосфере и е.го общего со.держания;
• данных для о.пределения об.щего содер.жания малы.х газовых ко.мпонентов ат.мосферы;
• данных о с.пектрально.й плотност.и энергетичес.ких яркосте.й уходящего из.лучения дл.я определе.ния вертик.ального проф.иля темпер.атуры и вл.ажности в ат.мосфере, а т.акже для о.ценки сост.авляющих р.адиационно.го баланса с.истемы «Зе.мля – атмосфер.а»

Основные технические характеристики бортовой аппаратуры КА «Метеор-М»

МСУ-МР:

• Спектральные д.иапазоны съе.мки мкм;

— красный (0,5 ÷ 0,7);
— ближний и.нфракрасны.й (0,7 ÷ 1,1);
— средний и.нфракрасны.й (1,6 ÷ 1,8);
— средний и.нфракрасны.й (3,5 ÷ 4,1);
— дальний и.нфракрасны.й (10,5 ÷ 11,1);
— дальний и.нфракрасны.й (11,5 ÷ 1.2,5)

• Полоса зах.вата (при съе.мке с орбит.ы 835 км) — 2800 к.м
• Пространственное р.азрешение (р.азмер прое.кции пиксе.ла на Земл.ю с Н=835 к.м) — <1,0 к.м

КМСС:

• Количество с.пектральны.х каналов – 3
• Спектральные д.иапазоны съе.мки мкм:

— зеленый МСУ-50 (0,.37 ÷ 0,45), МСУ-100 (0,5.35 ÷ 0,575);

— красный МСУ-50 (0,45 ÷ 0,51), МСУ-100 (0,6.3 ÷ 0,68);

— ближний и.нфракрасны.й МСУ-50 (0,58 ÷ 0,6.9), МСУ-100 (0,76 ÷ 0,.9)

• Полоса зах.вата при д.вух одновре.менно работ.ающих камер.ах – 900 к.м
• Разрешение — 60-1.20 м

БРЛК:

• Несущая частот.а зондирую.щего сигна.ла — 9500-.9700 МГц
• Ширина полос.ы съемки – не ме.нее 600 км

Пространственное разрешение:
— режим ма.лого разре.шения – 0,7.х1,0 км;
— режим сре.днего разре.шения – 0,4.х0,5 км

МТВЗА-ГЯ:

• Количество к.аналов – 2.9.
• Спектральный д.иапазон – 10,6 ÷ 18.3,31ГГц
• Полоса обзор.а – 1500км
• Пространственное р.азрешение – 16-1.98 км

ССПД:

• Количество обс.луживаемых п.латформ (ПС.Д) — до 5 т.ыс.
• Количество о.дновременно обс.луживаемых ПС.Д — до 150.

Потенциальные потребители информации

Гидрометеорологические и ге.лиогеофизичес.кие службы РФ и з.арубежных стр.ан.

Рисунок 8 — Кос.мический а.ппарат «Ресурс-.П»

Данные, получаемые космическим комплексом «Ресурс-П», используются для решения следующих задач:

• исследование пр.иродных ресурсо.в;
• определение в.ида и состо.яния растите.льности, сост.ав пленки з.агрязнений н.а поверхност.и воды, иде.нтификация м.инералов, поч.в;
• обнаруже.ние незако.нных посево.в наркосодер.жащих расте.ний и контро.ль их уничто.жения
• контроль з.агрязнения и де.градации о.кружающей сре.ды, выявле.ние и изуче.ние загряз.нений окру.жающей сре.ды, контро.ль водоохр.анных и за.поведных р.айонов;
• информационное обес.печение дл.я поиска месторо.ждений полез.ных ископае.мых;
• оценка состо.яния ледово.й обстанов.ки;
• инвентаризация пр.иродных ресурсо.в для обес.печения ра.циональной де.ятельности в р.азличных отр.аслях хозя.йства;
• мониторинг чрез.вычайных с.итуаций;
• контроль состо.яния социа.льно-эконо.мической и.нфраструктур.ы;
• информационное обес.печение дл.я проведен.ия инженер.ных изыска.ний;
• создание и об.новление к.адастровых п.ланов, топо.графически.х и навига.ционных карт;

Комплекс целевой аппаратуры включает:

1. Многозональную в.ысокодетал.ьную аппар.атуру
   • полоса зах.вата (в на.дире) — 38 к.м;
   • длительность в.ключения от 2 до 300 се.к;
   • разрешение н.а местност.и:
     — не хуже 1 м (.панхроматичес.кий режим);
     — 2-3 м (му.льтиспектр.альный реж.им);
   • спектральные д.иапазоны съе.мки (мкм):
     — панхромат.ический (0,60÷0,7.9);
     — синий (0,48÷0,5.2);
     — зеленый (0,54÷0,6);
     — красный + кр.айний крас.ный (0,62÷0,68; 0,66÷0,6.9; 0,7÷0,74);
     — ближний И.К (0,72÷0,8; 0,8÷0,.9)
2. Широкозахватную му.льтиспектр.альную камеру в.ысокого разре.шения
   • полоса зах.вата (в на.дире) — 97 к.м;
   • разрешение н.а местност.и (проекци.я пикселя):
     — не хуже 1.2 м (панхро.матический ре.жим);
     — 23,8 м (.мультиспектр.альный реж.им);
   • спектральные д.иапазоны съе.мки (мкм):
     — 0,43÷0,9 (.панхроматичес.кий);
     — 0,43÷0,51 (с.иний);
     — 0,51÷0,58 (зе.леный);
     — 0,6÷0,7 (.красный);
     — 0,7÷0,9 (б.лижний ИК)
3. Широкозахватную му.льтиспектр.альную камеру сре.днего разре.шения
   • полоса зах.вата (в на.дире) — 441 к.м;
   • разрешение н.а местност.и (проекци.я пикселя):
     — не хуже 60 м (.панхроматичес.кий режим)
     — 120 м (му.льтиспектр.альный реж.им);
   • спектральные д.иапазоны съе.мки (мкм):
     — 0,43÷0,7 (.панхроматичес.кий);
     — 0,43÷0,51 (с.иний);
     — 0,51÷0,58 (зе.леный);
     — 0,60÷0,7 (.красный);
     — 0,7÷0,9 (б.лижний ИК)
4. Гиперспектральную съе.мочную апп.аратуру

• полоса зах.вата (в на.дире) — 25 к.м;
• разрешение н.а местност.и (проекци.я пикселя) — не ху.же 30 м;
• спектральные д.иапазоны съе.мки (мкм); — 0,4÷1,1
• количество с.пектральны.х каналов не ме.нее 96;
• спектральное р.азрешение 5 — 10 н.м;

Ис.пользование д.истанционн.ых методов и сре.дств сущест.венно повы.шает возмо.жности инно.вационных те.хнологий точ.ного земле.делия и ме.лиорации:

1. Снимки мо.гут быть по.лучены в тече.ние 1-3 суто.к после раз.мещение за.каза на про.ведение съе.мки. Получ.аемая инфор.мация являетс.я достовер.ной и отобр.ажает дейст.вительную к.артину состо.яния сельс.кохозяйстве.нных земел.ь и растите.льности.
2. Современные с.истемы дист.анционного зо.ндирования поз.воляют осу.ществлять съе.мку высоко.го разреше.ния 5-10 м с в.ысокой пер.иодичность.ю. Данные съе.мки постав.ляются с к.алиброванн.ых сенсоро.в, устанав.ливаемых н.а летатель.ных аппарат.ах, не нуж.даются в до.полнительн.ых преобразо.ваниях, на.правленных н.а улучшение и.х взаимной со.вместимост.и.
3. Разработанные мето.ды машинно.й обработк.и данных д.истанционно.го зондиро.вания и назе.мных подспут.никовых наб.людений мо.гут широко ис.пользоватьс.я в интерес.ах сельско.хозяйствен.ного монитор.инга.
4. Системы д.истанционно.го зондиро.вания позво.ляют одновре.менно выпо.лнять съем.ку на боль.ших площад.ях, что обес.печивает е.диновремен.ность набл.юдений на про.изводствен.ных участк.ах, располо.женных на з.начительно.м удалении дру.г от друга, и ре.шать широк.ий круг пр.икладных з.адач в интерес.ах сельско.го хозяйст.ва.

В таблице 3 представлены интегральные воз.можности росс.ийской орб.итальной гру.ппировки К.А ДЗЗ до 2.925г.

Таблица 3 — И.нтегральные воз.можности росс.ийской орб.итальной гру.ппировки К.А ДЗЗ до 2.925 г

Специалистами Рос.космоса, Р.АН, Минсел.ьхоза, Мин.природы, Рос.гидромета и др. з.аинтересов.анными орг.анизациями б.ыли разработ.аны требов.ания к кос.мической и.нформации, в то.м числе дл.я решения з.адач сельс.кохозяйстве.нного монитор.инга. В табл. 4 пр.иведены обоб.щённые требо.вания к инфор.мационному обес.печению за.дач прогноз.ного монитор.инга приро.дного и те.хногенного х.арактера.

Таблица 4 — Потреб.ности госу.дарственны.х организа.ций в инфор.мационном обес.печении за.дач прогноз.ного монитор.инга приро.дного и те.хногенного х.арактера.

Продолжение таблицы 4

Несмотря н.а большое ко.личество р.аботающих н.а земной орб.ите росс.ийских КА ДЗЗ, ор.ганизациям.и Роскосмос.а недостаточ.но операти.вно выполн.яется косм.ическая съе.мка заданн.ых районов и обес.печение сро.ков предост.авления матер.иалов росс.ийским отраслевым ор.ганизациям. Особе.нно это касаетс.я монитори.нга развит.ия чрезвыч.айных ситу.аций (наво.днения, по.жары, землетр.ясения, ур.аганы и др.), а т.акже монитор.инга развит.ия сельско.хозяйствен.ных культур и про.гнозов уро.жая. Косм.ическая инфор.мация посту.пает в осно.вном в кру.пные центр.ы приема д.анных на терр.итории Росс.ии. Во всех до.кументах Рос.космоса росс.ийская кос.мическая с.истема ДЗЗ пре.дставлена в в.иде совоку.пности орб.итального и н.аземного се.гментов, по.дсистем пер.вичной обр.аботки дан.ных, сбора и хр.анения дан.ных, темат.ической обр.аботки и р.аспростране.ния данных ДЗЗ, а т.акже подсисте.мы предост.авления потреб.ителям сер.висов, про.дуктов и ус.луг на осно.ве данных ДЗЗ. Т.акой крупно.й системе с.ложно обес.печить опер.ативность с.воевременно.й выдачи и.нформации потреб.ителям. В тоже вре.мя в с/х ре.гионах Росс.ии отсутст.вуют малые моб.ильные центр.ы приема д.анных ДЗЗ с К.А (типа станций У.ниСкан -1- ООО ИТ.Ц СКАНЭКС) д.ля непосре.дственного пр.иема данны.х со спутн.иков ДЗЗ в д.иапазоне 8 Г.Гц.

Еще одной су.щественной проб.лемой в ор.ганизации це.нтров прие.ма данных ДЗЗ ст.ало различ.ие в формат.ах принимае.мых данных (.из-за многообр.азия космичес.ких програ.мм ДЗЗ), что пр.иводит к ус.ложнению сре.дств и про.цессов обр.аботки и к у.дорожанию и.нформацион.ных продукто.в. Реальны.м выходом из соз.давшейся с.итуации яв.ляется испо.льзование у.ниверсальн.ых наземны.х станций, про.граммно-ад.аптированн.ых для прие.ма цифровы.х потоков д.анных ДЗЗ от р.азличных К.А.

НТЦ СКАНЭ.КС в течен.ие многих лет р.азрабатывает пр.иемные ста.ционарные и моб.ильные ста.нции УниСк.ан для пр.иема и обр.аботки инфор.мации с росс.ийских и з.арубежных метеоро.логических и пр.иродно-ресурс.ных спутни.ков. Универс.альный тер.минал УниС.кан позво.ляет осущест.влять прие.м данных с 10 су.ществующих с.путников ДЗЗ со с.коростью в о.дном канале до 1.20 Мбит/с. На рисунке 9 пре.дставлена с.хема получе.ния и обработ.ки данных кос.мической съе.мки компан.ии СКАНЭКС.

Рисунок 9 — С.хема прием.а и обработ.ки данных кос.мической съе.мки

Спутниковые про.граммы ДЗЗ д.ля приема ст.анцией УниС.кан позво.ляют решат.ь широкий кру.г прикладн.ых задач о.перативного мо.ниторинга:

данные про.граммы TER.RA/AQUA (р.адиометр MO.DIS), прин.имаемые в ре.альном вре.мени в реж.име свобод.ного досту.па (ежедне.вно 4-6 се.ансов) поз.воляют осу.ществлять о.перативный с.путниковый мо.ниторинг с н.изким разре.шением (0..25-1км) в це.лях обнару.жения пожаро.в, наблюде.ния за состо.янием водно.й поверхност.и, растите.льного и с.нежного по.крова;

данные все.погодной р.адиолокацио.нной съемк.и RADARSAT-1 с р.азрешением 8-100 м (.принимаютс.я на платно.й основе по пре.дварительно.му заказу) ис.пользуются д.ля монитор.инга состо.яния ледово.го покрова, лес.ной растите.льности, в к.артографии, пр.и монитори.нге районо.в затоплен.ий и зон ЧС;

— данные в.ысокодетал.ьной съемк.и EROS-A с р.азрешением 2 м (.принимаютс.я на платно.й основе по пре.дварительно.му заказу) поз.воляют реш.ать задачи об.новления ос.новы крупно.масштабных к.арт, созда.ния ГИС-слое.в в строите.льстве, мо.ниторинг р.айонов горо.дской застро.йки и землеот.вода;

данные съе.мки спутни.ков IRS-1C/-1.D/-P6 с мно.гофункцион.альными ск.анерами (р.азрешение 5.8 м, 2.3 м и 56 м) и S.POT-2/4 (р.азрешение 10 и 20.м)

для решени.я различны.х задач се.льского и лес.ного хозяйст.ва, геолог.ии, картогр.афии.

В указанно.м диапазоне п.араметров пере.дают (или бу.дут переда.вать) инфор.мацию такие с.путники ка.к «Метеор-.М», «Канопус-.В», Монитор-Э, IRS-P5, RADARSAT-2, EROS-В, Envisat-1, TerraSAR-X и др.

Станция Ун.иСкан, пре.дставленна.я на рисун.ке 9, может пост.авляться в д.вух вариант.ах исполне.ния:

с сетчато.й антенной д.иаметром 3.6 м н.а 3-осном о.порно-поворот.ном устройст.ве,

со сплошно.й антенной д.иаметром 2.4 м н.а двухосно.м опорно-по.воротном устро.йстве с гор.изонтальны.ми осями вр.ащения («X-Y»).

Рисунок 10 — Моб.ильная прие.мная станц.ия комплекс.а УниСкан-.36

Сет.ь станций С.КАНЭКС состо.ит из четыре.х приемных це.нтров в Мос.кве, Петербур.ге, Иркутс.ке, Магада.не, Мегионе, С.алехарде, Ю.жно-Сахали.нске и др., в к.аждом из котор.ых находитс.я от 2 до 4 ст.анций, и в р.яде зарубе.жных стран. На сегодня.шний день в м.ире устано.влено более 250 пр.иемных ста.нций произ.водства «С.КАНЭКС», что по.дтверждает востребо.ванность и ко.нкурентоспособ.ность техно.логий «СКА.НЭКС».

1.4. Европейский опыт исследований

Исследователи из Н.идерландов в работе [78] продемонстр.ировали со.вершенство.вание технологии соз.дания ортофото.плана по с.нимкам, по.лученным с Б.ПЛА.

Результаты э.ксперименто.в по простр.анственной ор.иентации аэрос.нимков по фото.грамметричес.кой термино.логии, при.нятой в РФ, — это о.пределение э.лементов в.нешнего ор.иентирован.ия, к котор.ым относят простр.анственные коор.динаты центр.а фотограф.ирования (.КЦФ) и угло.вые элемент.ы (продоль.ный и попереч.ный углы н.аклона сни.мка, угол р.азворота с.нимка) относ.ительно гео.дезической с.истемы коор.динат.

В процессе исс.ледований [78] было прове.дено три э.ксперимент.а. Первый — это ор.иентация аэрос.нимка с по.мощью GNSS, ко.гда не испо.льзуются опорные точ.ки, отобра.жённые на с.нимке и име.ющие простр.анственные коор.динаты, опре.деляемые в хо.де наземны.х геодезичес.ких измере.ний. исс.ледований

Беспилотные лет.ательные а.ппараты мо.гут использо.ваться для б.ыстрого карто.графирован.ия в район.ах с опасно.й или огра.ниченной досту.пностью дл.я человека, что з.атрудняет и.ли делает не.возможным по.лучение назе.мных опорн.ых и контро.льных точе.к.

Рисунок 11 — Те.хнология соз.дания ортофото.плана по с.нимкам, по.лученным с Б.ПЛА

Рисунок 12 — Расположение о.порных и ко.нтрольных точе.к в районе

Используя точ.ность получе.нного ортофото.изображени.я (цифрово.й модели по.верхности), воз.можна оцен.ка использо.вания толь.ко бортово.й GNSS. Эт.а технолог.ия может б.ыть очень по.лезной для з.адач карто.графирован.ия, где до.пустима бо.лее низкая точ.ность. В хо.де экспери.мента получе.ны погрешност.и на контро.льных точк.ах 0,19 м по X, 0,77 м по Y и 5,67 м по Z. Н.изкая точност.ь в первую очере.дь связана с не.достаточно.й точность.ю навигацио.нных устро.йств GNSS, ис.пользуемых д.ля фиксиро.вания поло.жения камер.ы во время э.кспонирова.ния. Что к.асается низ.кой точност.и по высоте, о.шибка также мо.жет быть с.вязана с те.м, что БПЛ.А, использо.ванный для н.астоящего исс.ледования, з.аписал не абсо.лютную высоту дро.на при получе.нии изобра.жения, а с.корее относ.ительную в.ысоту над место.м взлёта. З.десь абсол.ютная высот.а была получе.на путем из.влечения в.ысоты точк.и взлета из н.ационально.й ЦМР (с простр.анственным р.азрешением 5 м) с в.несением о.шибок в око.нчательную мо.дель.

Рисунок 13 — Пр.имер изобр.ажения фас.ада здания н.а оригинал.ьном снимке (.а), которое мо.жет быть ис.правлено н.а true orthophoto (b)

Второй экс.перимент в.ключает ис.пользование в.ысокоточны.х опорных точе.к на этапе о.пределения э.лементов в.нешнего ор.иентирован.ия аэросни.мков, что поз.воляет макс.имально по.высить точ.ность орие.нтации аэрос.нимков и пос.ледующего соз.дания ортофото.планов (цифро.вой модели по.верхности).

Эксперимент 1: Ор.иентация д.атчика с по.мощью GNSS.
Эксперимент 2.а: Косвенн.ая ориента.ция датчик.а, включая о.порные точ.ки.

Эксперимент 2b: Кос.венная орие.нтация датч.ика, включ.ая опорные точ.ки.

После включе.ния 7 опор.ных точек в ор.иентацию аэрос.нимков точ.ность знач.ительно уве.личилась. В это.м экспериме.нте точност.ь модели (С.КП) достиг.ает на контро.льных точк.ах 0,13 м по ос.и X, 0,07 м по ос.и Y, 0,07 м по ос.и Z, что соот.ветствует з.аданным требо.ваниям дан.ного иссле.дования.

Третий экс.перимент в.ключает в себ.я высокоточ.ные опорные точ.ки, в виде м.аркированн.ых опознако.в. Это знач.ительно уве.личивает п.лановую точ.ность, уме.ньшая СКП н.а контроль.ных точках до 0,04 м по X и 0,05 м по Y, хот.я немного у.величивает С.КП по Z до 0,.20 м.

Рисунок 14 — С.КП, получе.нная в экс.перименте 1 (ор.иентация с.нимка с по.мощью GNSS), э.ксперименте 2 (.косвенная ор.иентация с.нимков, вк.лючая опор.ные точки) и э.ксперименте 3 (.косвенная ор.иентация с.нимков, вк.лючая опор.ные маркиро.ванные точ.ки)

Результаты э.ксперимент.а показыва.ют, что с по.мощью недоро.гих БПЛА и фото.грамметричес.ких методо.в можно по.лучить высо.кокачестве.нную проду.кцию. Оконч.ательный ортофото.план с точ.ностью поз.иционирова.ния 6,0 см о.казывается по.дходящим д.ля изучени.я почвенны.х разновид.ностей в пре.делах площ.ади поля (точ.ность 8,8 с.м), что пр.иемлемо дл.я картиров.ания в цел.ях точного зе.мледелия. По ср.авнению с тр.адиционным.и фотограм.метрически.ми съёмкам.и по време.ни и стоимост.и этот мето.д представ.ляет собой м.ногообещаю.щую альтер.нативу.

Ограничен.ия в возду.шном кодексе и требо.вания к ко.мпьютерной обр.аботке для кру.пных проекто.в — две ос.новные проб.лемы, с котор.ыми сталки.вается при.менение БП.ЛА для кру.пномасштаб.ного обнов.ления почве.нных карт.

Однако, в н.астоящее вре.мя существу.ют проекты, н.аправленные н.а решение т.аких пробле.м, например, со.вершенство.вание фото.грамметричес.кого прогр.аммного обес.печения с от.крытым исхо.дным кодом. К.ачество фото.грамметричес.кой продук.ции БПЛА з.ависит от р.яда факторо.в. Визуаль.ные ошибки в о.кончательно.м ортофото.плане в ос.новном связ.аны с дефор.мацией DSM. Эт.а деформац.ия вызвана отсутст.вием достаточ.ного перекр.ытия аэроснимков. С.ледователь.но, сгенер.ированному об.лаку точек не х.ватало плот.ности, необ.ходимой дл.я геометричес.кой реконстру.кции некотор.ых объекто.в. Это подчер.кивает важ.ность тщате.льного пла.нирования по.лёта и получе.ния точных изобр.ажений для г.арантии качест.ва конечно.го продукт.а. Другие дефор.мации, так.ие как дуб.лирование д.вижущихся объе.ктов, закр.ытость вокру.г выступаю.щих краев кр.ыши, можно устр.анить, вруч.ную настро.ив исходные изобр.ажения, выбр.анные для соз.дания ортофото.плана.

Качество ортофото.плана также з.ависит от то.го, какой а.лгоритм ис.пользуется д.ля интерпо.ляции DSM из об.лака точек. Р.аспростране.нным методо.м является тр.иангуляция, пр.и которой мо.жет возник.ать шум.

Что касаетс.я точности гео.графическо.й привязки, б.ыло проведе.но сравнен.ие между ис.пользование.м только борто.вой GNSS-а.ппаратуры и в.ключением в.нешних опор.ных точек д.ля определе.ния ЭВО изобр.ажения [78]. Достигнут.ые результ.аты показы.вают, что ор.иентация съё.мочной камер.ы с помощью GNSS с ис.пользование.м координат, пре.доставленн.ых БПЛА, пр.ивела к низ.кой точност.и. (рис.15)

Рисунок 15 — Воз.можные иск.ажения в ортофото.плане

включают: (a) видимост.ь фасада, (b) движущиес.я объекты, (c) искажение изобр.ажения из-з.а недостаточ.ного перекр.ытия и дисторс.ии объекти.ва, (d) искажени.я из-за сме.щения высо.ких опор, (e) искажени.я из-за ис.пользуемого мето.да интерпо.ляции DSM, например, зер.нистая текстур.а изображе.ния краёв кр.ыши, (f) скруглен.ные углы кр.ыши

Это связано с ис.пользование.м GNSS потреб.ительского уро.вня. Это де.монстрирует, что д.ля максима.льной точност.и все еще су.ществует з.ависимость от в.ысококачест.венных опор.ных точек. Н.а качество о.порных точе.к могут вл.иять точност.ь используе.мого геодез.ического обору.дования, и.х распреде.ление по исс.ледуемой терр.итории и о.шибка пози.ционирован.ия, возник.ающая при в.ыборе опор.ных точек н.а изображе.ниях БПЛА. О.шибки, допу.щенные в л.юбом из эт.их элементо.в, повлияют н.а точность ко.нечного про.дукта.

Рассматриваемая р.абота доказ.ывает, что бес.пилотные лет.ательные а.ппараты пре.доставляют м.ногообещаю.щие возмож.ности для соз.дания ортофото.планов с в.ысоким разре.шением и в.ысокой точ.ностью, что об.легчает соз.дание и об.новление к.арт. Благо.даря испол.ьзованию в.ысокоточны.х опорных точе.к, ортофото.план, созд.анный для те.матического исс.ледования, и.меет точност.ь плановых-.высотных коор.динат менее 8 с.м, что соот.ветствует требо.ваниям для к.арт масштаб.а 1: 1000.

Рисунок 16 — Пр.имер измере.нных контро.льных рассто.яний на зе.мной повер.хности

Рисунок 17 — Ортофото.план, получе.нный по сн.имкам с БП.ЛА, на изуч.аемую терр.иторию в Kigali Кигали (Ру.анда)

Благодаря в.ысокому разре.шению ортофото.плана, получе.нного по с.нимкам с Б.ПЛА, можно ле.гко извлек.ать необхо.димую инфор.мацию и по.лучать раз.личные резу.льтаты. Дл.я руководст.ва процессо.м извлечен.ия качестве.нных характер.истик в про.цессе иссле.дования бы.ло создано ру.ководство по де.шифрирован.ию.

В работе [78] также показ.ана важная ро.ль опорных точе.к в повыше.нии точност.и получаем.ых ортофото.планов. Ка.к сообщаетс.я, точност.ь геолокац.ии без вне.шних опорн.ых точек от.носительно не.высока. Эту проб.лему можно ре.шить путем н.абора допо.лнительных в.ысококачест.венных опор.ных точек в по.левых усло.виях, котор.ые требуют до.полнительно.го времени д.ля сбора и вст.авки в про.граммное обес.печение. Т.аким образо.м, материа.лы съёмки с Б.ПЛА в насто.ящее время бо.льше подхо.дят для прое.ктов по об.новлению к.арт в огра.ниченной об.ласти иссле.дования и д.ля постепе.нного обно.вления карт.

Рисунок 18 — Соз.данный кад.астровый п.лан масштаб.а 1:1000

Рисунок 19 — Соз.данный топо.графически.й план мас.штаба 1:1000

В настоящее вре.мя в орган.изациях РФ, ис.пользующих с.нимки, получе.нные с БПЛ.А, достига.ют сантиметро.вую точност.ь модели по.верхности, что поз.воляет испо.льзовать д.анные для соз.дания темат.ических ортофото.планов, ис.пользуемых пр.и кадастро.вых работа.х и точном зе.мледелии.

Работа [70] итальянских учё.ных посвящена оценке качест.ва DSM, соз.даваемых по с.нимкам, по.лученным с Б.ПЛА с геогр.афической пр.ивязкой на борту мето.дом RTK-поз.иционирова.ния.

Цифровые мо.дели повер.хности (DS.M) высокого р.азрешения, по.лученные по с.нимкам с бес.пилотных лет.ательных а.ппаратов (.БПЛА) с точ.ностью выше 10 с.м, открыва.ют новые воз.можности в об.ласти наук о Зе.мле и инже.нерии.

Точность т.аких DSM з.ависит от ко.личества и р.аспределен.ия наземны.х контроль.ных точек (GC.P). Размеще.ние и измере.ние коорди.нат опорны.х точек часто я.вляются на.иболее тру.доемкими з.адачами в фото.грамметричес.ких проект.ах создани.я цифровых мо.делей повер.хности по м.атериалам съё.мки с БПЛА. Безо.пасность и.ли проблем.ы с доступ.ностью могут по.мешать их пр.авильному р.азмещению, что ве.дёт к созд.анию менее точ.ных DSM.

Фотограмметрические б.локи снимко.в, получен.ные с испо.льзованием борто.вых GPS-пр.иёмников, с.пособных в.ыполнять поз.иционирова.ние в режи.ме RTK (ки.нематика в ре.альном вре.мени), не ну.ждаются в о.порных точ.ках, так к.ак простра.нственное по.ложение ка.меры во вре.мя экспониро.вания может б.ыть опреде.лено с точ.ностью до с.антиметров и ис.пользоватьс.я для геогр.афической пр.ивязки бло.ка снимков и ко.нтролироват.ь его дефор.мации.

В работе [70] представлено э.ксперимент.альное исс.ледование точ.ности неско.льких генер.аций DSM из нес.кольких бло.ков, получе.нных с помо.щью БПЛА с по.ддержкой RT.K, где диффере.нциал попр.авки был по.лучен с мест.ной рефенц-ст.анции или из сет.и непрерыв.но действу.ющей справоч.ной станци.и (CORS). Чет.ыре разных з.алёта для к.аждого реж.има RTK бы.ли выполне.ны над тесто.вым полиго.ном.

Согласно прое.кту экспер.имента соз.дание DSM в.ыполнялось с тре.мя конфигур.ациями упр.авления бло.ком:

1. GCP тол.ько камеры,

2. только о.порные точ.ки,

3. GCP камер.ы и одна о.порная точ.ка.

Рисунок 20 — Б.лок-схема в.ыполнения р.абот по соз.данию ЦМП

Рисунок 21 — Резу.льтаты оце.нки точност.и созданны.х ЦМП

при различ.ных вариант.ах геопози.ционирован.ия снимков б.лока

Результаты по.казывают, что:

• в режиме RT.K первая и трет.ья конфигур.ации обеспеч.ивают наилуч.шую внутре.ннюю согласо.ванность D.SM, при это.м средний д.иапазон от.клонений в.ысот DSM н.а контроль.ных точках сост.авляет око.ло 6 см (2,5 G.SD)
• в режиме в.ычисления э.лементов в.нешнего ор.иентирован.ия (GSD) с ис.пользование.м только о.порных точе.к точность о.казалась пр.имерно в 2.1 и 3.7 р.аза ниже по ср.авнению с пер.вой и трет.ьей конфигур.ациями.

Экспериментальные исс.ледования по соз.данию цифро.вой модели по.верхности по с.нимкам с Б.ПЛА выполне.ны восемь р.аз с высот.ы 90 м над зе.мной повер.хностью с G.SD 2 см. С по.мощью элеме.нтов внешне.го ориентиро.вания камер.ы, измерен.ных во вре.мя экспониро.вания сенсоро.м senseFly eBee RTK, фото.грамметричес.кие блоки б.ыли успешно сор.иентирован.ы, без опор.ных точек, с точ.ностью пла.новых коор.динат GSD в пре.делах 1 см от точ.ности, получе.нной с испо.льзованием то.лько опорн.ых точек.

Однако, по.лный отказ от о.порных точе.к делает ор.иентирован.ие блоков не.надежным из-з.а значител.ьных погре.шностей, особе.нно для мест.ности со з.начительны.м рельефом. В трё.х из восьм.и повторен.ий смещение по в.ысоте равн.ялось 10 с.м и более. Во все.х проведён.ных экспер.иментах доб.авление од.ной опорно.й точки устр.анило боль.шую часть с.мещения, в резу.льтате чего R.MSE по высоте у.лучшилось пр.имерно до 3 с.м. Средняя по.вторяемост.ь 6 см при соз.дании DSM с р.азличными н.аборами да.нных GNSS и из.менением ус.ловий осве.щения (с по.лудня до поз.днего вечер.а) были по.лучены для ко.нфигурации RT.K + 1GCP. Точ.но такие же з.начения бы.ли получен.ы при испо.льзовании то.лько опорн.ых точек пр.актически нез.ависимо от т.ипа поверх.ности (доро.ги или тра.вянистая р.астительност.ь); средни.й диапазон по.грешностей б.ыл больше (.на 5–7 см), ес.ли использо.валась тол.ько конфигур.ация опреде.ления поло.жения съёмоч.ной камеры в ре.жиме RTK.

Что касаетс.я качества — восе.мь DSM с р.азрешением 10 с.м, сгенериро.ванных плот.ным облако.м точек, с ис.пользование.м либо опор.ных точек (GC.P), либо Э.ВО всех сн.имков + од.ин GCP, да.ли сходные резу.льтаты. Де.йствительно, н.а дорогах, а.втостоянка.х и травян.истой раст.ительности сре.днее значе.ние RMSE по в.ысоте оказ.алось поря.дка 5,4 см с обо.ими типами ко.нфигураций гео.позициониро.вания блок.а.

Во всех вос.ьми полёта.х использо.вание хотя б.ы одного GC.P, а также A.AT (GNSS-Ass.isted Aeri.al Triangu.lation) да.ло хорошие резу.льтаты. Од.нако, необ.ходимы дал.ьнейшие исс.ледования, чтоб.ы выяснить, и.меет ли рас.положение о.порных точе.к в област.и исследов.ания решаю.щее значен.ие (в наше.м тесте опор.ная точка р.асполагалас.ь посереди.не области). Это и.меет особое з.начение дл.я создания ц.ифровых мо.делей повер.хностей в в.ысокогорны.х районах. Д.ля выяснен.ия влияния необ.ходимо ис.пользовать небо.льшой калибро.вочный участо.к на месте съё.мки. Необхо.димы иссле.дования о в.лиянии систематических о.шибок GNSS и ост.аточных ош.ибок внутре.ннего орие.нтирования.

Пока не яс.но, заменит л.и AAT GCP, чтоб.ы стать ст.андартной те.хнологией гео.позициониро.вания для б.локов сним.ков, получе.нных с БПЛ.А. Действите.льно, как по.дтверждают резу.льтаты, по.казанные в это.м экспериме.нте, стиму.лы к его ис.пользовани.ю сильны не то.лько для по.вышения эффе.ктивности съё.мки, но и пото.му, что потер.я точности по ср.авнению с тр.адиционным.и способам.и кажется нез.начительно.й в планов.ых координ.атах и с небо.льшими допо.лнительным.и усилиями в в.ысотной коор.динате. В л.юбом случае A.AT, безусло.вно, будет с.пособствов.ать дальне.йшему расш.ирению обл.асти приме.нения БПЛА.

Итальянские с.пециалисты в работе [69] провели обзор р.абот по ис.пользовани.ю снимков с Б.ПЛА для трё.хмерного к.артографиро.вания.

Калибровка к.амеры и ор.иентация изобр.ажения явл.яются двум.я фундамент.альными пре.дпосылками д.ля любой метр.ической про.дукции, по.лученной из фото.изображени.й. В метро.логических пр.иложениях с.ледует отд.авать пред.почтение р.азделению обе.их задач н.а два разн.ых этапа [86]. Действите.льно, для н.их требуютс.я блоки раз.личной гео.метрии, котор.ые можно луч.ше оптимиз.ировать, ес.ли их обраб.атывать на от.дельных эт.апах.

С другой сторо.ны, во мно.гих приложе.ниях, где требуетс.я более низ.кая точност.ь, параметр.ы калибров.ки и ЭВО с.нимков мож.но вычислят.ь одновреме.нно, решив з.адачу «само.калибрующе.йся связки».

В случае аэрофотосъе.мки калибро.вка камеры об.ычно выпол.няется в л.абораторны.х условиях, хот.я калибров.ка в полёте т.акже выпол.няется [61], возможно, по с.нимкам раз.личных мар.шрутов на р.азной высоте по.лёта.

Задачи кал.ибровки ка.меры и опре.деления ЭВО с.нимков требу.ют измерен.ия координ.ат общих точе.к, изобраз.ившихся на к.ак можно бо.льшем количест.ве изображе.ний (связу.ющих точек), с пос.ледующей н.астройкой с.вязки, то ест.ь процедуро.й нелинейно.й оптимиза.ции, чтобы м.инимизиров.ать соответст.вующую фун.кцию стоимост.и.

Процедуры, ос.нованные н.а ручной и.дентификац.ии связующ.их точек о.пытным опер.атором или н.а основе с.игнальных ко.дированных м.аркеров, хоро.шо оценива.ются и испо.льзуются се.годня. Нед.авно для фото.грамметричес.ких приложе.ний были р.азработаны по.лностью авто.матизирова.нные проце.дуры извлече.ния согласо.ванных и по.вторяющихс.я наборов с.вязующих точе.к из безмар.керных изобр.ажений с б.лизкого рассто.яния [50]. Некоторые эффе.ктивные ко.ммерческие ре.шения также по.явились на р.ынке (напр.имер, Photo.Modeler Sc.anner, Eos I.nc; PhotoSc.an, Agisoft), в то вре.мя как ком.мерческое про.граммное обес.печение дл.я аэрофотосъё.мки все ещё требует не.которого вз.аимодейств.ия с пользо.вателем ил.и наличия д.анных GNSS/.INS для авто.матического ото.ждествлени.я и измере.ния коорди.нат связую.щих точек.

В компьютер.ном зрении о.дновременное о.пределение э.лементов ор.иентирован.ия камеры (.внутренних и в.нешних) и трё.хмерной стру.ктуры обыч.но называют «стру.ктурой из д.вижения» [93]. Некоторые бес.платные веб-.подходы (н.апример, P.hotosynth, 1.23DCatch и т. д.) и от.крытые исхо.дные решен.ия (Visual.SfM [100] Bundler [92] и т. д.) т.акже досту.пны, хотя об.ычно недост.аточно надё.жны и точн.ы в случае бо.льших и сло.жных блоко.в снимков с пере.менными баз.исами и мас.штабом изобр.ажений. Ис.пользуемый а.лгоритм корре.ктировки п.акета долже.н быть надё.жным, способ.ным обрабат.ывать возмо.жные выброс.ы и обеспеч.ивать стат.истические в.ыходные да.нные для про.верки резу.льтатов. Собр.анные данн.ые GNSS / I.NS, если о.ни доступн.ы, могут по.мочь в авто.матическом ото.ждествлени.и связующи.х точек и мо.гут позвол.ить прямую гео.графическу.ю привязку по.лученных изобр.ажений.

В приложен.иях с низк.ими метричес.кими требо.ваниями к к.ачеству, н.апример, д.ля быстрого сбор.а данных и к.артировани.я во время а.варийного ре.агирования мо.жет быть дост.аточно точ.ности прямо.го геопози.ционирован.ия GNSS / I.NS.

Если систе.ма навигац.ионного поз.иционирова.ния не может ис.пользоватьс.я напрямую (.даже для а.втономного по.лёта), пос.кольку сиг.нал сильно у.худшен или не.доступен (.высотная з.астройка горо.дских терр.иторий, ра.йоны тропических лесо.в и т. д.), эт.ап ориента.ции должен по.лагаться то.лько на по.дход, осно.ванный иск.лючительно н.а изображе.ниях [102, 45], что требует ис.пользовани.я опорных точе.к для масшт.абирования и гео.графическо.й привязки. Эт.и два после.дних шага оче.нь важны д.ля получен.ия метричес.ких результ.атов.

Для выполне.ния косвен.ного геопоз.иционирова.ния есть д.ва основны.х способа:

1) импортиро.вать не ме.нее трёх о.порных точе.к в решение ур.авнивания с.вязки, обр.абатывая и.х как взве.шенные наб.людения внутр.и минимиза.ции наимен.ьших квадр.атов. Этот по.дход являетс.я наиболее стро.гим, так к.ак:

— он сводит к м.инимуму воз.можные дефор.мации блок.а изображе.ний и возмо.жные систе.матические о.шибки,

— он позво.ляет избеж.ать нестаб.ильности с.вязного ре.шения (схо.димость к не.правильному ре.шению),

— помогает в о.пределении пр.авильной трё.хмерной фор.мы исследуе.мых изобра.жений.

2) использо.вать свобо.дный сетево.й подход в н.астройке п.акета и пр.именить то.лько в кон.це пакета преобр.азование по.добия (Hel.mert), чтоб.ы привести ито.говый резу.льтат (изобр.ажение) в требуе.мую систему коор.динат.

Такой подхо.д не являетс.я строгим: ре.шение ищетс.я, минимиз.ируя опреде.литель ков.ариационно.й матрицы, в.водя необхо.димые данн.ые с некотор.ыми началь.ными прибл.ижениями. Пос.кольку ник.аких внешн.их ограниче.ний не вво.дится, есл.и пакетное ре.шение не мо.жет опреде.лить прави.льную трёх.мерную фор.му исследуе.мого изобр.ажения, пос.ледователь.ное преобр.азование по.добия (от н.ачальной от.носительно.й ориентац.ии к внешне.й) не улуч.шит результ.ат.

Таким образо.м, два под.хода теорет.ически не э.квивалентн.ы и могут пр.ивести к со.вершенно р.азным резу.льтатам.

В первом по.дходе на к.ачество па.кета влияет то.лько избыточ.ная исходн.ая информа.ция и, более то.го, дополн.ительные ко.нтрольные точ.ки могут ис.пользоватьс.я для получе.ния некоторо.й статисти.ки коррект.ировки.

С другой сторо.ны, второй по.дход не имеет о.граничений в.нешней фор.мы при орие.нтировании с.вязки прое.ктирующих луче.й, поэтому ре.шение осно.вывается то.лько на це.лостности и к.ачестве от.носительно.й ориентац.ии множест.ва лучей.

Таким образо.м, фундаме.нтальным требо.ванием явл.яется налич.ие большого ко.личества изобр.ажений с п.лотным обл.аком точек д.ля достиже.ния правил.ьных резул.ьтатов с точ.ки зрения в.ычисленных коор.динат точе.к объекта и тре.хмерной мо.дели объект.а.

В работе испанских специалисто.в [75] проведено ср.авнение чет.ырех методо.в географичес.кой привяз.ки БПЛА дл.я целей мо.ниторинга о.кружающей сре.ды с упоро.м на совмест.ное использо.вание с борто.выми и спут.никовыми п.латформами д.истанционно.го зондиро.вания.

Оценивалась точ.ность четырё.х методов гео.позициониро.вания изобр.ажений, по.лученных с Б.ПЛА:

1) прямое гео.позициониро.вание с ис.пользование.м исходных борто.вых данных G.NSS (GNSSN.AV),

2) прямое гео.позициониро.вание с ис.пользование.м постобработ.анных кине.матических о.дночастотн.ых данных G.NSS с фазо.й несущей без н.аземной по.ддержки на месте (.PPK1),

3) прямое гео.позициониро.вание с ис.пользование.м постобработ.анных кине.матических д.вухчастотн.ых данных G.NSS с фазо.й несущей с н.аземной по.ддержкой н.а месте (P.PK2),

4) косвенное гео.позициониро.вание с ис.пользование.м наземных о.порных точе.к (GCP).

Были протест.ированы му.льтиспектр.альный датч.ик и датчи.к RGB на борто.вых мульти.коптерных п.латформах. Ортофото.мозаики с простр.анственным р.азрешением <0,05 м б.ыли создан.ы с помощь.ю фотограм.метрическо.го программного обес.печения. Абсо.лютная точ.ность ортофото.изображени.я оценивал.ась в соот.ветствии со ст.андартами A.SPRS, в котор.ых был испо.льзован набор о.порных точе.к, координ.аты которы.х получены с по.мощью диффере.нциального ст.атического пр.иемника GN.SS.

Необработанное борто.вое решение G.NSSNAV дало гор.изонтальну.ю (радиаль.ную) точност.ь RMSEr≤1,06.2 м и верт.икальную точ.ность RMSE.z≤4,209 м;

Решение PP.K1 обеспеч.ило дециметро.вую точност.ь RMSEr≤0,.256 м и RM.SEz≤0,238 м;

Решение PP.K2 дало са.нтиметрову.ю точность R.MSEr≤0,036 м и R.MSEz≤0,036 м.

Эти результ.аты были до.полнительно у.лучшены за счет ис.пользовани.я GCP, которое д.ало точност.ь RMSEr≤0,0.23 м и RMS.Ez≤0,030 м. Ре.шение GNSS.NAV — это б.ыстрый и не.дорогой вар.иант, котор.ый полезен д.ля получен.ия изображе.ний с БПЛА в сочет.ании с про.дуктами дист.анционного зо.ндирования, т.акими как с.путниковые д.анные Sent.inel-2.

Метод PPK1, котор.ый может ре.гистрироват.ь изображе.ния с БПЛА с по.мощью проду.ктов диста.нционного зо.ндирования с р.азмером пи.кселя до 0,.25 м, как с.путниковые изобр.ажения, по.добные Wor.ldView, борто.вые лидары и.ли ортоизобр.ажения, имеет бо.лее высоку.ю экономичес.кую стоимост.ь, чем реше.ние GNSSNAV.

Метод PPK2 я.вляется пр.иемлемым в.ариантом к.ак для обр.аботки матер.иалов дист.анционного зо.ндирования с р.азмером пи.кселя до 0,05 м, к.ак и для изобр.ажений с Б.ПЛА. Более то.го, метод P.PK2 может по.лучить точ.ность, котор.ая приближ.ается к об.ычному раз.меру пиксе.ля БПЛА (н.апример, со.вместная ре.гистрация р.азновремен.ных снимко.в), но это н.амного доро.же, чем PP.K1. Хотя кос.венное гео.позициониро.вание может обес.печить макс.имальную точ.ность, это, те.м не менее, тру.доёмкая за.дача, особе.нно если необ.ходимо обес.печение бо.льшого кол.ичества назе.мных опорн.ых точек — GC.P.

Получение изобр.ажений с по.мощью оптичес.ких датчико.в, установ.ленных на бес.пилотных лет.ательных а.ппаратах (.БПЛА) массо.й менее 25 к.г или дрон.ах, приобрет.ает все бо.льшее значе.ние в количест.венном дист.анционном зо.ндировании [40], исследов.аниях окру.жающей сре.ды [80], приложен.иях дистан.ционного зо.ндирования д.ля покрыты.х растител.ьностью терр.иторий, в точном зе.мледелии [82], высокодет.ализирован.ной метроло.гии [64], и картогр.афических пр.иложениях [62]. Более то.го, их испо.льзование в сочет.ании с дру.гими проду.ктами дист.анционного зо.ндирования о.кружающей сре.ды, такими к.ак спутнико.вые изобра.жения с высо.ким простр.анственным р.азрешением (.SR) или ортофото.планы, получе.нные от оф.ициальных к.артографичес.ких агентст.в [98], вызывает р.астущий интерес. Во м.ногих евро.пейских стр.анах дейст.вующее зако.нодательст.во позволяет ис.пользовать Б.ПЛА на опре.деленной м.аксимально.й высоте (.например, 1.20 м в Исп.ании. Следо.вательно, ко.ммерческие д.атчики обыч.но обеспеч.ивают SR от 0,01 м (1 с.м) в датчи.ках RGB до 0,10 м (10 с.м) в мульт.испектраль.ных датчик.ах. Пробле.ма этого с.верхвысоко.го простра.нственного р.азрешения S.R заключаетс.я в том, что о.н обычно пре.вышает точ.ность прямо.го геопози.ционирован.ия (EOP) от.дельных изобр.ажений во вре.мя экспози.ции датчик.а, то есть точ.ность пози.ционирован.ия (X_S, Y_S, Z_S), непосре.дственно по.лученная с п.латформы борто.вого прием.ника Глоба.льной нави.гационной с.путниковой с.истемы (GN.SS), и орие.нтация датч.ика (ω, φ, к), по.лученная не.посредстве.нно с устро.йства инер.циального из.мерительно.го блока (.IMU). Этот ко.нкретный про.цесс опреде.ления ЭВО д.ля отдельн.ых изображе.ний в моме.нт экспониро.вания влечёт з.а собой неточ.ную географ.ическую пр.ивязку резу.льтирующей ортофото.мозаики ил.и, по край.ней мере, о.шибку, знач.ительно пре.вышающую р.азмер пиксе.ля. Частот.а срабатыв.ания приём.ника (Гц) и.меет решаю.щее значен.ие для опре.деления по.ложения по.движного объе.кта; напри.мер, при с.корости 5 м/с Г.НСС с частото.й 10 Гц опре.деляет поло.жение объе.кта с точност.ью 0,5 м. С дру.гой сторон.ы, приемни.к может работ.ать в режи.ме кода ил.и фазы несу.щей, после.дний обычно обес.печивает бо.льшую точност.ь дальност.и, поскольку пр.иемник способе.н различат.ь колебани.я синусоид.альной вол.ны там, где р.асположен ко.д сигнала. Т.акое решен.ие целесообр.азно получ.ить, испол.ьзуя одноч.астотный пр.иемник. Бо.лее того, о.кончательн.ая точност.ь может быт.ь улучшена з.а счет испо.льзования д.вухчастотно.го диффере.нциального пр.иемника GN.SS (DGNSS). DG.NSS может сч.итывать две ф.азы несуще.й на двух д.линах волн (об.ычно L1/L2), а т.акже учиты.вать задер.жки сигнал.а, вызванн.ые атмосфер.ными возде.йствиями (.дифференци.альное измере.ние). Как сооб.щают Колом.ина и Моли.на (2014), точ.ность прямо.й географичес.кой привяз.ки (DG) об.ычного БПЛ.А зависит от к.ачества пр.иемника GN.SS; например, в ко.де погрешност.ь позицион.ирования мо.жет достиг.ать 0,77 м, а в ф.азе несуще.й L1 / L2 о.шибка может дост.игать 0,01 м [60]. Умеренна.я точность н.а основе ко.да приемле.ма при реше.нии задач, не требу.ющих высоко.й метричес.кой точност.и [86, 87]. Однако эт.и изображе.ния нельзя ис.пользовать пр.и создании кру.пномасштаб.ных планов, т.аких как 1: 200.

Классический мето.д точной простр.анственной пр.ивязки аэрофотос.нимков, из.вестный ка.к косвенное гео.позициониро.вание (IG), з.аключается в ис.пользовани.и наземных о.порных точе.к (GCP) дл.я развития аэротр.иангуляции (.AT) и обес.печивает точ.ность 0,02 м, котор.ая была оце.нена с помо.щью независ.имой провер.ки [95, 96]. IG испол.ьзовалось д.ля сравнен.ия изображе.ний WorldV.iew-2 и изобр.ажений БПЛ.А. Оно обес.печило точ.ность размеро.в пикселей д.ля изображе.ний RGB 1 с.м и мультис.пектральны.х изображе.ний 7 см (.MicaSense Red.Edge). Так.же использо.вались дан.ные GCP дл.я сравнени.я Sentinel-.2 и MicaSe.nse RedEdge. Не.достатком я.вляется то, что по.лучение назе.мных данны.х не всегд.а возможно. Ко.гда это та.к, это оче.нь дорого и требует бо.льших затр.ат времени и ресурсо.в, что в ито.ге не являетс.я оптималь.ным и не сто.ит общих з.атраченных ус.илий.

Пост процессорная кинематика (PPK). Решение DG ш.ироко испо.льзуется н.а бортовых п.латформах с 1.990 года. В пос.леднее вре.мя рынок пре.длагает ре.шения PPK с устро.йствами, дост.аточно лег.кими для уст.ановки на п.латформах Б.ПЛА массой ме.нее 25 кг. С.ледователь.но, PPK пре.дставляет собой интерес.ный вариант д.ля пользов.ателей дист.анционного зо.ндирования о.кружающей сре.ды из-за точ.ной процедур.ы постобработ.ки (не в ре.альном вре.мени). В прое.ктах эколо.гического и то.пографичес.кого карто.графирован.ия обычно не требуетс.я географичес.кая привяз.ка кинемат.ики в реал.ьном време.ни (RTK). Те.м не менее, в.ажно получ.ить максим.ально точное р.асположение изобр.ажений. Это мо.жет быть ре.ализовано путё.м постобработ.ки координ.ат центра д.атчика во вре.мя экспози.ции изобра.жения, котор.ая учитывает тр.аекторию Б.ПЛА, положе.ние датчик.а во время з.апуска [85], геометри.ю спутнико.в и источн.ики атмосфер.ных ошибок. Тр.аектория Б.ПЛА опреде.ляется путё.м интерпол.яции борто.вых данных G.NSS, при это.м положение д.атчика во вре.мя запуска требует с.инхронизац.ии между к.амерой и борто.вой GNSS, а и.нформация о гру.ппировке с.путников G.NSS может б.ыть предост.авлена посто.янными базо.выми станц.иями (PRS) и.ли виртуал.ьными базо.выми станц.иями (VBS). Это ре.шение было протест.ировано на п.латформах Б.ПЛА, сочет.ающих одноч.астотный не.дорогой пр.иемник GNS.S и данные I.MU [84, 95, 96], в результ.ате чего б.ыла достиг.нута точност.ь, почти а.налогичная т.иповой простр.анственной р.азрешающей с.пособности о.птических д.атчиков, по.дходящих д.ля легкого Б.ПЛА для пр.иложения д.истанционно.го зондиро.вания.

В других исс.ледованиях [85] анализиро.валась способ.ность постобр.аботки дан.ных интегр.ации датчи.ков GNSS и I.MU в БПЛА по ср.авнению с DG, обес.печивая резу.льтаты с с.антиметрово.й точность.ю. Чио (Ch.io, 2016) о.ценил настро.йку компле.кта самока.либровки с по.мощью VBS RT.K GPS для аэротр.иангуляции изобр.ажений с Б.ПЛА для об.новления то.пографичес.ких карт м.асштаба 1: 5000; о.н использо.вал снимки, по.лученные к.амерой Cano.n EOS 5D M.ark II с фо.кусным рассто.янием 24 м.м с БПЛА с не.подвижным кр.ылом, с высот.ы фотограф.ирования 550 м, с п.лановой точ.ностью 0,27 м и точ.ностью 0,24 м по в.ысоте (RMS.E). В более поз.днем иссле.довании Чио и Л.ин (2017) протест.ировали те.пловизионну.ю камеру, уст.ановленную н.а БПЛА, с ис.пользование.м данных T.rimble BD970G.NSS и PPK, котор.ые дали хорошие пре.дварительн.ые результ.аты. Все эт.и вышеупом.янутые пре.цеденты ис.пользуют д.анные постобр.аботки GNS.S и IMU дл.я непосредст.венного опре.деления ЭВО (.X_S, Y_S, Z_S; ω, φ, к) пере.д фазой настро.йки пакета. О.пределение по.ложения изобр.ажения все е.ще сильно з.ависит от пр.иемника GN.SS. Более то.го, опреде.ление ЭВО д.атчика (ISO) не я.вляется тр.ивиальной про.цедурой дл.я неспециа.лизированно.го пользов.ателя.

Хорошо извест.ные коорди.наты опорн.ых точек (ст.атическая DG.NSS с постобр.аботкой) ср.авнивались с и.х предпола.гаемым поло.жением на ос.нове изобр.ажений для к.аждого мето.да. Расчет о.дномерных р.азностей (.восток, се.вер или высот.а) между эт.алонными и о.ценочными з.начениями по.казывает, что мето.д GNSSNAV и.меет самые в.ысокие погре.шности во все.х точках, пр.и этом PPK1 с.нижает пор.ядок велич.ины ошибки во все.х точках, а GC.P – ICP и P.PK2 имеют оче.нь похожие уро.вни точност.и в точке-.3, но явно бо.лее высокие р.азличия в ост.альных точ.ках. Стоит от.метить, что резу.льтаты PPK.2 показыва.ют среднее с.мещение (а.налогичное р.азмеру пиксе.ля 0,025 м), но эт.и значения не.достаточно ве.лики, чтоб.ы сделать пр.именение не.пригодным.

Метод прямого геопозиционирования снимков сверхвысокого разрешения

Фактически, в исс.ледованиях, ис.пользующих ст.андарты точ.ности NSSD.A, обнаруже.ны явно бо.лее высокие з.начения пр.и сравнени.и масштаба и р.азмера в п.икселях. О.дномерный по.казатель точ.ности относ.ительно ре.перных точе.к был провере.н на норма.льность. К.ак и ожида.лось, СКП (.RMSE) коор.динат разн.ились на пор.ядки в раз.личных мето.дах. В вар.ианте GNSS.NAV RMSE сост.авлял менее 1 м по ос.и X, 0,5 м по ос.и Y и более 4 м.инут по Z, то ест.ь в метричес.ком порядке; в в.арианте PP.K1 RMSE сост.авлял до 0,15 м по ос.и X, 0,20 м по ос.и Y и 0,24 м по ос.и Z, то ест.ь в дециметро.вом порядке; в в.арианте PP.K2 среднек.вадратичное от.клонение сост.авляло до 0,0.25 м по ос.и X или Y; и 0,0.36 мин по Z; а в о.пции GCP – IC.P среднекв.адратичное з.начение СКО б.ыло до 0,014 м.ин по оси X, 0,018 м по ос.и Y и 0,030 м по ос.и Z, то ест.ь в сантиметро.вом порядке. Точ.ность плано.вых коорди.нат, которая пре.дполагала нор.мальное рас.пределение гео.метрически.х ошибок в д.вумерном простр.анстве XY (объе.диненном в X и Y и.ли радиаль.ном), показ.ал статист.ическую ош.ибку в 95% с.лучаев, то ест.ь 1,837 м в мето.де GNSSNAV, 0,44.3 м в мето.де PPK1, 0,06.2 м в мето.де PPK2 и 0,0.39 м в мето.де GCP-ICP.

Позиционирование к.адровых изобр.ажений, по.лученных с Б.ПЛА, может б.ыть решено путе.м применен.ия различн.ых методов с соот.ветствующе.й точность.ю (ASPRS), экономичес.кими затрат.ами и време.нными затр.атами. Пом.имо множест.ва комбина.ций оптичес.ких датчико.в, приемни.ков GNSS, платформ, по.двесов и про.граммного обес.печения, котор.ые можно протест.ировать, б.ыли оценен.ы четыре н.аиболее часто ис.пользуемых ре.шения геогр.афической пр.ивязки в ре.альных усло.виях эксплу.атации для це.лей дистан.ционного зо.ндирования о.кружающей сре.ды с широко ис.пользуемым.и материал.ами. Хотя ис.ходное реше.ние для пр.ямой геогр.афической пр.ивязки прие.мника GNSS не подход.ит для рег.истрации д.анных БПЛА в р.азличных по.летах, его ле.гко использо.вать, его мо.жно приобрест.и по низко.й цене и не требуетс.я наземная по.ддержка, что по.лезно для в.изуальных про.верок матер.иалов дист.анционного зо.ндирования с р.азмером пи.кселя мень.ше 2 м, на.пример изобр.ажения, по.добные Landsat. После обр.аботки дан.ных кинемат.ики использо.вания одноч.астотной ф.азы несуще.й GNSS-приемника и корре.ктирующей GNSS сигнала с и.нформацией от посто.янной базо.вой станци.и, располо.женной до 20 к.м, действите.лен для ре.гистрации бес.пилотных изобр.ажений с борто.выми данны.ми лидарны.х или orthoimagery с разреше.нием до 25 с.м. Решение с постобр.аботкой ки.нематики, ис.пользующее д.вухчастотн.ый приемни.к GNSS с фазой несу.щей и корре.ктирующее с.игнал GNSS с помощью и.нформации от б.азовой ста.нции, распо.ложенной в р.айоне иссле.дования, дост.игает цели ре.гистрации изобр.ажений БПЛ.А с общим простр.анственным р.азрешением (≥5 с.м). Однако ло.гистика требует по.ддержки матер.иалов на месте, а сто.имость выше. Об.ычная косве.нное геопоз.иционирова.ние с испо.льзованием н.аземных опор.ных точек я.вляется на.иболее точ.ным решение.м, поскольку о.но точнее д.ля регистр.ации изобр.ажений БПЛ.А с любым дру.гим более груб.ым продукто.м дистанцио.нного зонд.ирования. О.днако, это т.акже требует и.нтенсивной н.аземной по.ддержки на месте и требует гор.аздо больше вре.мени.

Это исследо.вание демо.нстрирует, что р.азличные мето.ды географ.ической пр.ивязки опт.ических сн.имков с БП.ЛА могут б.ыть подход.ящими и на.иболее эффе.ктивными в сочет.ании с обыч.ными и бес.платными про.дуктами дист.анционного зо.ндирования (.например, Landsat, Sentinel-2, лидар и.ли ортоизобр.ажение офи.циальных к.артографичес.ких агентст.в). Очевид.но, что на.иболее точ.ные решени.я стоят доро.же. Кроме то.го, важно уч.итывать вре.мя и назем.ную поддер.жку.

Швейцарские исследовате.ли в работе [59] дают прог.ноз качест.ва картогр.афирования с ис.пользование.м микродро.нов, обору.дованных RT.K / PPK, р.аботающих в ко.мплексной пр.иродной сре.де

Картографирование по м.атериалам съё.мки с БПЛА с ис.пользование.м фотограм.метрически.х преобразо.ваний и да.нных GNSS — это в.ысокоэффект.ивный мето.д съёмки небо.льших и сре.дних территор.ий. Однако, к.ачество отобр.ажения не я.вляется пре.дсказуемым, особе.нно для терр.иторий со с.ложным рел.ьефом, где к.ачество ки.нематическо.го позицио.нирования в ре.альном вре.мени (RTK) и.ли постобр.аботки (PP.K) меняетс.я.