Ответ прост — из воздуха. А порой и вовсе из безвоздушного пространства. Дело в том, что основа основ картографии — данные дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), получаемые с помощью аэрофотосъемки или фотосъемки поверхности Земли из космоса. В первом случае она ведется с самолета (в России чаще всего используют специально оборудованные АН-30) по определенной технологии: одна и та же точка фотографируется под разными углами. Самолет, пролетая над заданным участком, фотографирует поверхность через равные интервалы времени. В результате два последующих снимка частично перекрывают друг друга, а значит, получаются изображения объекта, сделанные с двух или более углов.
В разных случаях перекрытие может составлять от 60 до 90%, что позволяет впоследствии сформировать стереоизображение поверхности. Авиасъемка ведется специальными фотокамерами, как аналоговыми, так и цифровыми. Из аналоговых у нас сейчас используются в основном аппараты отечественного производства, а цифровые — зарубежного.
Космосъемка, естественно, ведется космическими аппаратами. В настоящее время их имеется огромное количество, и в общем случае все они называются спутниками дистанционного зондирования. Основные игроки на этом рынке — США, Индия и Франция, однако и Россия принимает здесь активное участие.
Разумеется, для съемки из космоса сейчас применяется только цифровая техника, но в свое время СССР как космическая держава славился своими аналоговыми аппаратами, предназначенными для космосъемки. Стереосъемка из космоса может осуществляться несколькими способами: съемка одного участка с разных витков, с одного витка двумя сенсорами или же с перенацеливанием сенсора.
Аэрофотосъемка пригодна для создания карт масштабом от 1:500 до 1:25000, а космосъемка — масштабом от 1:5000 до 1:500000 и мельче. Причем снимать из космоса проще во всех аспектах — от организации самого процесса фотографирования до технологии обработки снимков.
Исходные снимки, сделанные и с самолета, и из космоса, не могут напрямую служить основой для карт, так как имеют значительные геометрические искажения, возникающие из-за дисторсии объектива, атмосферных явлений.
Представьте себе, что некое здание было сфотографировано с самолета. Что же предстанет перед глазами? Максимум — крыша и одна из стен, но далеко не правильной прямоугольной формы, и скорее всего это положение дома не будет соответствовать реальному. И тогда встанет задача по имеющимся данным восстановить исходное изображение и местоположение здания. Этим и занимается фотограмметрия, переводящая координаты снимка в пространственные координаты.
Чтобы извлечь достоверную информацию из таких фото, применяют два подхода:
-
Дешифрование объектов в стереорежиме (для стереопарных снимков).
-
Создание ортофотопланов и их последующая векторизация (для простых снимков).
В первом случае двух изображений одного участка достаточно для определения истинного местоположения объектов на карте. Чаще оно определяется по пересечению луча, объединяющего общие точки на паре снимков, с лучом, проходящим от избранной точки до объектива фотоаппарата.
Обработка стереоснимков ведется специальным ПО (российский программный комплекс Photomod, кстати, известен во всем мире) с помощью дополнительного оборудования: 3D-мониторов или стереоочков.
Во втором случае исходные снимки подвергаются специальному преобразованию (так называемому ортотрансформированию). В результате этого трансформирования получаются снимки, являющиеся ортогональной проекцией поверхности Земли. объекты на этих снимках (дома, дороги, и т.п.) подобны объектам на карте, при этом третья координата — высота — теряется.
Для перехода от снимка к карте необходимо выполнить полный цикл фотограмметрической обработки, в ходе которого произойдет преобразование исходных снимков в ортогональную проекцию. Сначала строится так называемая фотограмметрическая модель путем измерения соответственных точек в зоне перекрытия снимков. Данная модель представляет собой уменьшенную модель снятого участка местности в условной системе координат, наша задача его отмасштабировать и сориентировать в пространстве. Процесс ориентирования может быть выполнен с использованием наземных измерений или данных, полученных с борта летательного аппарата. Теперь мы можем создать цифровую модель рельефа (ЦМР), которая даст нам возможность учесть искажения, внесенные рельефом, и выполнить преобразование снимка в нужную проекцию.
После фотограмметрической обработки снимки превращаются в набор 3D-векторов (при работе со стереопарами) и ортофотоплан, пригодные для построения карт. Такие картографические основы обрабатываются специальными геоинформационными системами (ГИС), предназначенными для самых разных целей.
Как правило, процесс обработки с помощью ГИС состоит из нескольких стандартных этапов:
-
редакционно-подготовительные работы;
-
создание математической основы цифровой карты;
-
нанесение на карту элементов, не являющихся географическими объектами местности (названия, подписи, границы населенных пунктов, растительность, характеристики дорог и т.д.);
-
описание объектов цифровой карты (в виде списка атрибутов);
-
нарезка цифровой карты на номенклатурные листы;
-
подготовка номенклатурных листов цифровой карты к изданию.
И только когда фотоснимок поверхности Земли пройдет через все эти сложные этапы обработки, он превратится в привычную и удобную для использования карту, которую легко распечатать, переписать на КПК или открыть на сайте, например Google Maps или «Яндекс.Карты». Редакция выражает благодарность компании «Ракурс» за помощь в написании статьи.
Способ съемки определяет характеристики получаемых данных. Отметим лишь некоторые из них:
-
геометрическое разрешение или размер пиксела на местности. Разрешение может составлять от нескольких сантиметров при аэросъемке до нескольких метров при космической съемке;
-
цветность — снимки могут быть черно-белыми, цветными, инфракрасными;
-
радиометрическое разрешение — количество градаций значений цвета, соответствующих переходу от яркости абсолютно черного к абсолютно белому; выражается числом бит на 1 пикс изображения; как правило, оно составляет от 6 до 16 бит.
Фотограмметрия — не новая дисциплина. Аналоговые методы создания карт использовались уже очень давно. Специалисты-картографы работали с огромными приборами — фототрансформаторами, стереографами, стереопроекторами. Позже появилась аналитическая фотограмметрия, совмещавшая в себе аналоговые методы и компьютерные вычисления. Начиная с 1990 г. в обработке данных дистанционного зондирования Земли применяются только результаты цифровой фотограмметрии, полностью основанной на применении компьютерных методов и специальных цифровых устройств, обеспечивающих обработку стереоизображений.
