КРЕДО Фотограмметрия

Фотограмметрические методы в настоящее время используются для решения множества инженерных задач. КРЕДО ФОТОГРАММЕТРИЯ обеспечивает выполнение полной цепочки работ – от фотограмметрической обработки до создания цифровой модели местности. Фотограмметрия включает в себя функционал обработки фотографий, полученных как аэрофотосъемкой, так и наземной съемкой, и получения облаков точек и ортофотопланов, а также все необходимые инструменты обработки облаков точек: фильтрация, классификация и выделение рельефа, создание ЦММ и экспорт данных в популярных форматах.

ПРОГРАММА КРЕДО ФОТОГРАММЕТРИЯ РЕШАЕТ СЛЕДУЮЩИЕ ЗАДАЧИ:

• добавление в проект фотографий – результатов аэрофотосъемки или фотографий наземной фотограмметрической съемки;

• импорт параметров ориентирования фотоснимков (координат и углов) из EXIF импортируемых фотографий или из текстовых файлов;

• импорт, ручной ввод, редактирование опорных точек;

• создание связующих точек на фотографиях указанием положения опорных;

• фотограмметрическое уравнивание (расчет внешних и внутренних параметров ориентирования), формирование редкого облака точек как визуализации рассчитанной модели;

• возможность редактирования редкого облака для удаления ошибочно определенных точек;

• создание плотного облака точек на основе фотограмметрической модели;

• ортокоррекция фотографий и создание ортофотоплана;

• возможность выполнения расчета с распараллеливанием задач между компьютерами в локальной сети;

• импорт/экспорт облаков точек в форматах: LAS, LAZ, текстовых файлов с настройкой формата, импорт облаков точек в формате E57;

• отображение облаков точек в трехмерном виде (3D), на плоскости (2D) и в вертикальных сечениях;

• трансформация облаков точек по абсолютным и относительным опорным точкам;

• работа с целым облаком, выбранной областью или отдельными его слоями;

• измерения по облакам точек в плане, в 3D, в поперечных разрезах;

• фильтрация облака точек по порогу различных значений, измеренных или вычисленных;

• расчет нормалей для точек облака;

• расчет высоты над рельефом для точек облака;

• фильтрация различных видов шумов в облаке точек;

• выделение (классификация) рельефа;

• создание матриц высот по облакам точек;

• адаптивное прореживание облака точек и построение цифровой модели рельефа (ЦМР);

• сохранение и использование пользовательских параметров алгоритмов и пакетных сценариев обработки облаков точек;

• распознавание точечных и линейных объектов ситуации и создание по ним топографических объектов в трехмерном виде (3D), на плоскости (2D), в вертикальных сечениях;

• автоматический поиск линий электропередачи (столбы и провода) по облаку точек с последующей интерактивной проверкой результатов;

• создание растровых изображений по облакам точек;

• интерактивное распознавание линейных объектов по растрам, полученным из облаков точек и ортофотопланам;

• импорт и визуализация 3D моделей в формате IFC и в популярных форматах. Измерение расстояний между узлами и ребрами 3D моделей и облаками точек, ТО в 3D окне;

• расчет объемов по облакам точек;

• создание и редактирование топографических объектов для подготовки топографических планов при выполнении небольших проектов;

• создание, редактирование и экспорт в DXF/DWG чертежей сечений облака точек;

• экспорт данных цифровой модели местности (ЦММ) или цифровой модели рельефа (ЦМР) в форматах: DXF, DWG, TopoXML (LandXML), MIF/MID и текстовых файлов с настройкой формата;

• экспорт элементов организации дорожного движения в формате TopoXML.

ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Исходными данными для программы являются фотографии, полученные с помощью аэрофтотосъемки или наземной фотограмметрической съемки. При наличии в метаданных EXIF параметров камеры, координат и углов фотосъемки эти данные автоматически будут проимпортированы. Центры фотографирования для импортированных фотографий отображаются в плане, 3D окне, табличном окне фотографии, в окне предпросмотра миниатюр, выбранная фотография в полноразмерном виде отображается в отдельном окне. (рис.1)

Рис. 1. Отображение данных в КРЕДО ФОТОГРАММЕТРИЯ

Координаты опорных точек могут быть проимпортированы из текстовых списков утилитой импорта по шаблону или введены вручную в таблицу. Программа поддерживает различные сценария нанесения связующих точек на фотографии по опорным: указанием по одной на выбранной фотографии, интерактивный обход перекрывающихся фотографий с последовательным созданием точек, автоматическое нанесение по предварительно рассчитанной модели.

В программе КРЕДО Фотограмметрия поддерживается работа с растровыми картами, планами, аэрофотоснимками в различных форматах (CRF, BMP, TIFF, JPEG, PNG, TMD и т.д.), с веб-картами картографических Интернет-сервисов Google Maps и Bing, также возможно добавление пользовательских файловых серверов (рис. 2).

При необходимости к наложенному изображению картографического сервиса может быть применена дополнительная трансформация для устранения локальной несогласованности глобальной и региональной систем координат.

Рис. 2. Работа с точками, фотографиями, веб-картами в системе КРЕДО ФОТОГРАММЕТРИЯ.

НАСТРОЙКА ПРОЕКТА

Перед импортом данных в программу КРЕДО Фотограмметрия можно задать все настройки проекта в режиме одного окна. Доступна настройка параметров классификатора топографических объектов, выбор системы координат, выбор варианта отображения объектов на плоскости и единиц измерения. В программе есть возможность импортировать системы координат из файлов описания систем координат prj и базы данных EPSG, для удобства поиска объектов в базе реализован графический интерфейс (рис. 3).

Рис. 3. Поиск систем координат в базе данных EPSG.

ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

В системе КРЕДО Фотограмметрия реализован классический современный подход к автоматической фотограмметрической обработке фотографий. Он включает в себя следующие основные этапы:

• Поиск характерных точек на фото
• Поиск и формирование стереопар
• Сопоставление характерных точек на стереопарах и создание связующих точек
• Уравнивание (вычисление элементов внешнего и внутреннего ориентирования фотоснимков)
• Расчет карт глубин
• Формирование плотного облака точек
• Ортокоррекция фотоснимков и формирование ортофотоплана

Для каждого этапа доступны настройки параметров расчета, позволяющие полностью контролировать процесс. В процессе расчета вся информация выводится в подробный протокол, который может быть сохранен и использован для анализа. (рис 4)

Рис. 4. Протокол обработки.

В программе реализована возможность поэтапного расчета: первый этап завершается уравниванием и позволяет визуально оценить качество полученной модели посредством «редкого облака точек». Это позволяет своевременно устранить ошибки или уточнить параметры, не тратя время на продолжительные по времени этапы формирования плотного облака. Кроме того, в системе КРЕДО Фотограмметрия реализована возможность дополнительной обработки редкого облака в ручном режиме стандартными инструментами обработки облаков точек. Это позволяет эффективно убрать шумы и обеспечить более быстрый и точный расчет на последующих этапах. (рис. 5)

Рис. 5. Редактирование редкого облака точек.

Вторым этапом выполняется генерация карт глубин и формирование плотного облака точек. Сформированное облако точек проходит через настраиваемый финальный этап постобработки: расчет плотности, расчет нормалей и фильтрация изолированных точек. (рис.6)

Рис. 6. Плотное облако точек.

При необходимости после второго этапа расчета можно выполнить ортокоррекцию фотоснимков и сформировать ортофотоплан.

Для расчета больших объектов (с большим количеством фотографий) в системе КРЕДО Фотограмметрия предусмотрена возможность использования вычислительных ресурсов компьютеров в локальной сети. Для этого необходимо установить Microsoft MPI и выполнить настройку используемых в расчете компьютеров. В параллельном режиме выполняются ресурсоемкие и продолжительные этапы: поиск характерных точек и генерация карт глубин.

РАБОТА С ОБЛАКОМ ТОЧЕК В ТРЕХМЕРНОМ ВИДЕ. ФИЛЬТРАЦИЯ ОБЛАКА ТОЧЕК

После импорта облако точек отображается в двухмерном виде в окне План, где на плоскости можно оценить загруженные данные. Для удобной работы с трехмерным облаком в окне План есть возможность отображения динамического поперечника, строящего разрез 3D вида (включая облака точек, матрицы высот, отображаемые в 3D объекты). Окно отображает поперечник по нормали к заданной линии под курсором в окне план (рис. 7).

Также поперечник можно построить, явно указав линию сечения в окне План. Текущий поперечник можно заблокировать, что позволяет выполнять измерения, создавать и редактировать точечные и линейные объекты в окне, включая линии, пересекающие поперечник. Также возможно распознавание линий по облаку в поперечнике и экспорт полученного чертежа в dxf/dwg. При необходимости можно настроить ширину сечения и вертикальный масштаб.

Рис. 7. Динамический поперечник по облаку.

Для полноты восприятия и удобства можно перейти к трехмерному виду в 3D-окне и продолжить работу (рис. 8). Перемещение в 3D-окне выполняется интерактивно по всем направлениям с помощью колеса, правой или левой клавиш мыши. В программе реализовано два полноценных 3D окна, что позволяет удобно работать со сложным объектом, имея возможность видеть его одновременно с разных сторон и в виде сверху (в окне План).

Рис. 8. Работа с облаком точек в 3D-окне.

Прежде чем переходить к решению задач по облаку точек, можно осуществить фильтрацию загруженного облака точек. Фильтрация позволяет убрать шумы ниже рельефа, удалить изолированные точки, движущиеся объекты.

В одном проекте фильтры могут применяться как ко всему облаку точек, так и к частям облака (в заданном контуре, к выделенным точкам, к отдельным классификационным слоям, к точкам, определенным составным логическим и геометрическим условием). При этом указание контура можно выполнять как в 3D-окне, так и в окне План. В качестве контура также можно использовать линейный объект. При запуске фильтров можно включить предпросмотр заданных условий и визуально оценить, к каким именно точкам будет применен фильтр.

При необходимости можно вырезать, выделять, удалять части облака точек, просто выделяя области рамкой или контуром в плане или 3D-окне.

ТРАНСФОРМАЦИЯ ОБЛАКОВ ТОЧЕК

В ряде случаев возникает необходимость трансформации облаков точек: для сшивки сканов с разных станций при обработке данных наземного сканирования, для корректировки облака с учетом марок с известными координатами, для взаимной корректировки двух облаков.

Программа предоставляет функционал по трансформации облаков: импорт и разметка на облаках опорных точек, привязка опорных точек к центрам сферических марок, трансформация отдельных облаков и всех облаков проекта, включая возможность трансформации по относительным точкам привязки – точкам без известных координат, положение которых известно на нескольких облаках. Точки привязки могут создаваться как в окне План, так и в 3D-окнах. Трансформация осуществляется кусочно-линейным методом, что позволяет устранять нелинейные искажения отдельных облаков или выполнять взаимную трансформацию нескольких облаков с учетом возможных невязок положения марок. В программе также реализована функциональность точной финальной трансформации облаков алгоритмом ICP.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ОБЛАКА ТОЧЕК В ЦИФРОВУЮ МОДЕЛЬ РЕЛЬЕФА (ЦМР)

Программа позволяет в полуавтоматическом режиме создавать цифровую модель рельефа (ЦМР). Для этого необходимо выполнить несколько действий:

1. Выполнить фильтрацию шумов ниже рельефа.
2. Выполнить классификацию рельефа. В программе реализовано несколько методов классификации, подходящих для различных облаков точек и типов местности. Возможна как классификация (отнесение рельефных точек к слою рельеф), так и создание нового облака с рельефными точками. Для фотограмметрических облаков точек есть возможность удаления нерельефных объектов, плохо поддающихся автоматической классификации в интерактивном режиме, указывая опорный контур по рельефу по периметру объекта. При необходимости тонкой фильтрации твердых поверхностей (например, проезжей части) можно выполнить дополнительную фильтрацию рельефа для таких участках пороговым фильтром по коэффициенту нерельефности с предпросмотром результата.
3. Оставшиеся после автоматической классификации артефакты, не относящиеся к рельефу, могут быть устранены вручную (удалением отдельных точек и групп точек). Также можно рассчитать нормали и выполнить фильтрацию по значению уклона, устраняя некорректно классифицированные вертикальные объекты по краям облака или в сложных городских условиях.
4. Работая с моделью рельефа, можно создать матрицу высот по рельефному облаку точек (по слою рельеф облака точек), при необходимости ее интерполировать. Матрицы высот можно использовать в качестве эффективной модели рельефа или для оценки качества выделенного рельефа.
5. Провести прореживание полученного облака точек в зависимости от требований к цифровой модели рельефа (максимальное расстояние между точками на плоских участках, минимальный отображаемый размер микроформ рельефа). В результате будет создано облако, содержащее число точек, сопоставимое с числом пикетов при инструментальной топографической съемке.
6. По прореженным (каркасным) точкам облака построить поверхность. При необходимости, настроить параметры отображения цифровой модели рельефа (шаг горизонталей, подписи и т. п.).

При необходимости можно использовать точки, полученные традиционными видами съемок для анализа качества облака точек и выделения рельефа, корректировки модели. Точки могут быть проимпортированы в модель, при этом они будут отображаться в окне План, в таблице Именованные точки, а также в 3D-окне. Совместный просмотр облака точек и импортированных точек съемки в 3D позволяет быстро и удобно оценить пригодность облака для моделирования рельефа. Импортированные (и созданные в программе) модельные точки используются алгоритмами выделения рельефа в качестве опорных точек, гарантированно являющихся рельефными. При импорте точек учитываются коды и команды полевого кодирования и создаются соответствующие ТО.

Программа позволяет быстро и эффективно создавать структурные линии по бровкам. Для бровок и подошв земляного полотна дороги при наличии четкой линии перегиба рельефа структурная линия может быть распознана автоматически. Также возможно автоматическое распознавание бровок на уступах карьеров. Для остальных случаев программа предоставляет удобные инструменты, существенно повышающие скорость работы и качество результата при ручном создании структурных линий. Для четкой визуализации областей с уклоном можно рассчитать раскраску области по градиенту уклона. Матрица высот, созданная по облаку точек, позволяет четко увидеть особенности рельефа в 3D. А динамически перестраиваемый по положению курсора в Плане поперечник дает возможность при рисовании линий в плане точно позиционировать их в характерные места перегиба.

По модели рельефа и рельефным точкам облака программа позволяет выполнить расчет объемов. В качестве модели рельефа выбирается исходное состояние рельефа, облако точек задает конечное состояние. В результате расчета создается подпись со значениями объемов насыпи, выемки и соответствующих площадей, а также растр с картограммой.

Рис. 9. Результат расчета объемов.

СОЗДАНИЕ И РАСПОЗНАВАНИЕ ТОЧЕЧНЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ СИТУАЦИИ ПО ОБЛАКУ ТОЧЕК 

Создание топографических объектов может выполняться вручную как в окне План, так и в 3D-окне. Создание объекта можно производить одновременно в окне План и 3D, продолжая начатую линию в том представлении, в котором отрисовка более удобна. Это существенно упрощает отрисовку сложных линейных и площадных объектов. После выбора в облаке точек объекта ситуации открывается классификатор топографических объектов, в котором выбирается нужный объект. Затем он отображается и в 3D-окне, и в Плане. Объекты, создаваемые в Плане при наличии заданной модели рельефа, получают отметки профиля из модели. В качестве модели рельефа может использоваться облако точек с отфильтрованными нерельефными точками или классификационный слой облака, содержащий рельефные точки, триангуляционная поверхность или матрица высот.

Распознавание объектов ситуации возможно, как в 3D-окне, так и в Плане. Для работы в Плане можно «разрезать» облако точек на слои, эквидистантные рельефу. Выделение слоев доступно после расчета высот точек над рельефом. Дальнейшее выделение слоя выполняется интерактивным фильтром по высоте над рельефом с предпросмотром результата. Полученные таким образом слои можно преобразовать в растровые изображения. По растровым изображениям быстро и удобно в интерактивном режиме распознается геометрия линейных объектов. Созданные таким образом линейные объекты получают отметки узлов с модели рельефа, в результате формируются трехмерные линейные и площадные топографические объекты. В программе реализован ряд инструментов обработки растровых изображений, позволяющих выполнить подготовку растров для качественной векторизации. Инструменты позволяют работать как с черно-белыми, так и с цветными растрами. При необходимости отдельные элементы могут быть векторизованы в полуавтоматическом режиме и с цветных ортофотопланов (после предварительной подготовки).

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ВЕКТОРИЗАЦИЯ УСТУПОВ КАРЬЕРОВ ПО ОБЛАКАМ ТОЧЕК

В программе реализована методика автоматизированного поиска линий излома рельефа с созданием векторных структурных линий на них. Поиск выполняется в несколько этапов, на каждом этапе можно оценить полноту и качество работы алгоритма, уточнить параметры для достижения наилучшего результата. (рис 10).

Финальный этап выделения бровок позволяет интерактивно управлять параметрами и видеть в режиме предпросмотра получаемый на основе текущего значения параметров результат.

При необходимости полученные бровки можно отфильтровать по длине, удалив незначительные элементы и шумы, а также выполнить автоматическую сшивку однотипных элементов.

Рис. 10. Распознавание бровок уступов карьера.

СОЗДАНИЕ СХЕМ И АННОТИРОВАНИЕ ОБЛАКОВ

Программа позволяет создавать подписи объектов в плане и 3D с привязкой к объектам и точкам облака. Механизм подписей разработан максимально гибко, с возможностью настройки шаблонов и создания произвольных пользовательских подписей. Часто используемые подписи могут быть сохранены как шаблоны и использоваться повторно. Для подписей доступно множество параметров: координаты, расстояния и превышения, разности координат, характеристики элементов модели.

Рис. 11. Подписи в 3D-окне.

РАБОТА С 3D-МОДЕЛЯМИ

Программа Фотограмметрия обеспечивает базовую функциональность с 3D-моделями. Поддерживается импорт как BIM-моделей в формате Industry Foundation Classes (IFC), так и в популярных 3D-форматах. Программа позволяет импортировать и визуализировать модели в 3D-окне совместно с облаками точек, перемещать и масштабировать 3D-модель, выполнять измерения между облаками точек и узлами модели.

Рис. 12. Совместная работа с облаками точек и 3D моделями.

СОЗДАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ, ЭКСПОРТ ДАННЫХ

Неотъемлемой частью работы на любом объекте является подготовка чертежей. Они могут потребоваться как в виде отчетных документов, так и для решения других задач. Выбирается область, покрываемая чертежом произвольной конфигурации или с заданным размером листа. После этого чертеж отправляется на печать или сохраняется в файле нужного формата.

Результаты обработки данных облаков точек можно экспортировать в файлы следующих форматов: DXF, MIF/MID, LAS, LAZ, TopoXML (LandXML), а также различных растровых форматах.

ФОТОГРАММЕТРИЯ — ЧАСТЬ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА КРЕДО

Программа КРЕДО Фотограмметрия позволяет выполнять фотограмметрическую обработку, формировать облака точек и ортофотопланы, а также автоматизировать процесс обработки данных фотограмметрических и лазерных облаков точек для создания цифровой модели местности: модель рельефа и ситуации, предназначенные для решения различных прикладных инженерных задач.

Удобный интерфейс программы КРЕДО Фотограмметрия, с возможностью автоматизации процессов фотограмметрических расчетов, обработки облаков точек и моделирования обеспечивает максимальную производительность и качество конечного результата.

КРЕДО Фотограмметрия входит в состав геодезического направления комплекса КРЕДО. За счет совместной обработки данных инженерно-геодезических изысканий в единой информационной среде, полученных различными методами, вы обеспечиваете себе максимальную производительность и качество.