Системы координат применяемые в фотограмметрии: Системы координат применяемые в фотограмметрии

Содержание

Системы координат применяемые в фотограмметрии

Основная задача фотограмметрии – определить координаты точек объекта по их изображениям на снимках. Для этого необходимо выполнить измерения на снимках и установить связь между системой координат в которой выполнялись измерения и системой координат используемой на местности.

Системы координат:

  1. СК снимка

Система координат снимков задается координатными метками.

Oс – начало системы координат

Oc xy – плоскость снимка

a(x, y) - Координаты точки a в системе координат снимка

xo, уо – в системе координат снимка

f, yo, xo элементы внутреннего ориентирования снимка. Они определяют положение точки картографирования С относительно системы координат снимка и позволяют восстановить связку лучей существовавшую в момент съемки. Определяются заводом изготовителем и записываются в паспорт

  1. Пространственная СК съемочной камеры

S, x,y,я - Пространственная система координат съемочной камеры. Начало которой находится в точке фотографирования S. Оси x, y направлены параллельно осям x, y снимка, а ось z направлена вдоль главного луча (перпендикулярно плоскости снимка)

  1. Внешняя система координат – система в которой определяются координаты точек местности. Она мб задана условно, но чаще всего используется в геодезической СК.

Ог, x(г), y(г), z(г) – Внешняя СК (геодезическая), которую фотограмметристы называют геодезической

  1. Фотограмметрическая система координат

SXYZ – фотограмметрическая СК

Начало в точке S

α –– угол между осью Z и проекцией главного луча на плоскость xZ

ωпоперечный угол

– угол между главным лучом и плоскостью xZ

- угол разворота снимка – угол в плоскости снимка между осью y и следом плоскости проходящей через главный луч SО и ось Y

Положение системы Sxyz относительно системы SXYZ описывается матрицей поворота А; , гдеabc – направляющие косинусы.

В системе координат снимка a (x,y)

… элементы внешнего ориентирования снимка (ЭВО - 6 штук; 3 – угловые (α, ω, ᴂ), 3 - линейные)

Таким образом, с помощью элементов внутреннего, устанавливается связь между СК

Связь координат точки местности и координат точки на снимке

A (x, y) – координаты точки на снимке

A (X, Y, Z) – координаты точки на местности

–вектор определения положения точки S во внешней СК

–вектор определения положения точки А во внешней СК

–вектор определяющий положение точки «a» в СК камеры

- вектор определяющий положение точки «A» в СК камеры

–коллинеарные => имеет место условие коллинеарности

, где N – скалярная величина

Из условия коллинеарности следует, что координаты векторов пропорциональны поэтому:

Анализ полученных формул показывает что одиночному снимку нельзя определить пространственные координаты точки если не известна скалярная величина N или высоты точек местности Z.

Математическую модель описывающую поверхность называютцифровой моделью рельефа (ЦМР)

Таким образом по одному снимку можно определить координаты (x, y) точек местности, если известны точки внешнего и внутреннего ориентирования снимка и значения высот точек местности Z

Обратная связь координат точек снимка и местности

A (X*, Y*, Z*) – в СК съемочной камеры

Связь координат между точками координаты которых измерены на снимке и координатами точки объекта во внешней системе координат

Основные элементы проекции - презентация онлайн

1. Геометрические основы фотограмметрии

ЛЕКЦИЯ

2. Основные вопросы лекции

Основные сведения о проекциях. Элементы
центральной проекции.
Системы координат применяемые в
фотограмметрии.
Системы координат снимка.
Системы координат местности.

3. Основные сведения о проекциях

Построение изображения предмета на избранной
поверхности по определенному закону называется
проектированием, а его результат – проекцией.
Проектирующим лучом называется прямая,
проходящая от точки через центр проекции, к
поверхности, на которой выполняется проектирование.
Центром проекции называется точка, через которую
проходят все проектирующие лучи.
Плоскость, на которой строится изображение объектов,
называется картиной.
Совокупность проектирующих лучей, с помощью которых
получено изображение в фокальной плоскости,
называется связкой или пучком.

4. Свойства центральной проекции

Всякая точка, расположенная в пространстве
объектов, в картинной плоскости изображается
также точкой.
Всякая прямая, если она не проходит через центр
проекции, изображается в картинной плоскости
также прямой.
Точки пространства, расположенные в одной
проектирующей плоскости и не лежащие на
одной прямой, изображаются в картиной
картинной плоскости расположенными на одной
прямой.

5. Элементы центральной проекции

hi
E’
S
I
h
hi
W
o
P
hc
α
c
h
n
hc
V
O
α
C
E
T
N
T
v
V
Изображения точек и прямых при
центральном проектировании
1. Прямые, лежащие в плоскости
основания параллельно линии
направления съёмки, изображаются на
фотоснимке в виде пучка прямых,
сходящихся в главной точке схода.
4. Прямые, перпендикулярные к
плоскости основания, изображаются
на фотоснимке в виде пучка прямых,
сходящихся в точке надира.
2. Параллельные прямые плоскости
основания, проведенные под
произвольным углом к линии
направления съёмки, изображаются в
плоскости фотоснимка в виде пучка
прямых, сходящихся на линии
истинного горизонта (в боковой точке
схода).
3. Параллельны прямые, проведенные в
плоскости основания перпендикулярно
к линии направления съёмки,
изображаются на фотоснимке в виде
горизонталей.
S
P
d, e
a
b
E
D
A
c
B
Рис. 2
C
T

7. Теорема Шаля.

Если при одновременном
вращении плоскости
действенного горизонте
E’ вокруг линии
действенного горизонта
hihi и предметной
плоскости Е вокруг
основания картины ТТ
сохраняется их взаимная
параллельность, то
проектирующий луч SА
всегда проходит через ту
же пару сопряженных
точек предметной и
картинной плоскости.

8. Системы координат применяемые в фотограмметрии

Фотограмметрическая обработка фотоснимков предполагает
определение положения объекта по измерениям на фотоснимках.
Иными словами, речь идёт об определении координат точек
объекта по его фотографическому или другому изображению.
Чтобы определять координаты любых объектов необходимо
установить системы координат (СК), относительно которых будут
выполняться измерения и определения.
Поэтому важно знать о системах координат, которые
используются в фотограмметрии как для определения положения
объекта на местности, так и его положения на изображениях.
Условно системы координат применяемые в фотограмметрии
разделяют на две группы, различающиеся областью применения,
выбором начала координат и направлениями координатных осей.

9. Системы координат местности

Геоцентрическая СК –используется для решения
фотограмметрических задач на большие расстояния,
при выполнении космических исследований и т.п.
Начало координат совпадает с центром земного
эллипсоида, ось Z направлена вдоль оси вращения,
ось Y – в плоскости экватора, ось X – в плоскости
начального меридиана.
Zгц
Oгц
Yгц
Xгц

10. Системы координат местности

Система координат
Гаусса – используется
для определения
положения пунктов
опорной геодезической
сети и представления
результатов
фотограмметрической
обработки материалов
аэрофотосъемки.
x
Осевой
меридиан
y
Экватор
Рис. 1. Плоская СК зоны
в проекции Гаусса

Хг


Ог
Хг
Рис. 2. Геодезическая СК

11. Системы координат местности

Начало
фотограмметрической СК
находится обычно в центре
проекции S. Оси
фотограмметрической СК в общем
случае могут быть направлены
произвольно. Условия, которые
при этом должны соблюдаться: оси
СК должны быть взаимно
перпендикулярны и составлять
правую СК.
Направление осей
фотограмметрической СК при
решении конкретной задачи
задают так, чтобы было удобно
решать эту задачу.
.
Y
Z
Х
Y
X
Z
S
а
А (Хг,Yг,Zг)
(Х,Y,Z)
Р




Ог
Хг

12. Системы координат снимка

Координатные системы снимка предназначены для
определения положения точек снимка и делятся на
внутренние и внешние
Внутренние системы – плоские, с началом в точке
пересечения линий, соединяющие координатные
метки снимка.

13. Системы координат снимка

Z
Y
a′′
Xa
a′
X
S
Za
SXYZ
пространственная
система координат
Фотоснимка Р
o'
a
Для определения пространственного
положения точек фотоснимка используется
фотограмметрическая СК SXYZ (рис.9).
В отличие от плоских координат точек
фотоснимков,
их
пространственные
координаты не могут быть измерены
непосредственно. Переход от плоских к
пространственным координатам
точек
фотоснимков
осуществляется
через
вспомогательную СК.
Начало
вспомогательной
СК
находится в точке S, а оси х и у
параллельны соответствующим осям х и у
плоской СК фотоснимка, а ось z является
продолжением главного луча и дополняет
систему координат до правой Sхуz.

4 блок. Фотограмметрия и дистанционное зондирование Земли. Картография

Дата проведения занятий

Время проведения

Ауд.

 

Наименование дисциплин

Ф.И.О. преподавателя

15 октября

(вторник)

18.00-21.00

152/гл

Карты и планы, их отличие, применение для кадастровых целей.(лекция)

Рассказова Надежда Степановна

доктор географических наук, профессор каф. «Градостроительство, инженерные сети и системы» Архитектурно-строительного Института, ЮУрГУ

16 октября

(среда)

18.00-21.00

152/гл

Предмет и задачи фотограмметрии.  Основные системы координат используемые в фотограмметрии. Разграфка и номенклатура топографических карт и планов (лекция)

Бобылев Александр Владимирович

канд. географ.наук, преподаватель каф. «Градостроительство»,

технолог ООО «Уралмаркшейдерия»

17 октября

(четверг)

 

18.00-21.00

152/гл

Способы изображения рельефа на  тематических и топографических картах.  Профиль.(лекция)

Рассказова Надежда Степановна

доктор географических наук, профессор каф. «Градостроительство, инженерные сети и системы» Архитектурно-строительного Института, ЮУрГУ

22 октября

(вторник)

18.00-21.00

152/гл

Работа с картами. Способы получения информации (чтение карты). Определение различных видов координат, ориентировочных углов, отметок точек и пр. Системы координат. Перевод координат из одной системы в другую.(лекция)

Рассказова Надежда Степановна

доктор географических наук, профессор каф. «Градостроительство, инженерные сети и системы» Архитектурно-строительного Института, ЮУрГУ

23 октября

(среда)

18.00-21.00

152/гл

Классификации используемые в фотограмметрии. Аэрофотосъемка. Приборы используемые при проведении аэрофотосъемки. Проектирование аэрофотосъемочных маршрутов (лекция). Проектирование аэрофотосъемочных маршрутов (практика)

Бобылев Александр Владимирович

канд. географ.наук, преподаватель каф. «Градостроительство»,

технолог ООО «Уралмаркшейдерия»

24 октября

(четверг)

18.00-21.00 152/гл Чтение  рельефа по  тематическим и топографическим картам.  Построение профиля. Определение по профилю уклонов, полей видимости. Выделение водосборных бассейнов. Решение задач, связанных с рельефом на различных тематических картах.(практическое занятие)

Рассказова Надежда Степановна

доктор географических наук, профессор каф. «Градостроительство, инженерные сети и системы» Архитектурно-строительного Института, ЮУрГУ

30 октября

(среда)

18.00-21.00 152/гл Определение элементов взаимного ориентирования. Стереоскопический эффект. Основы стереоскопического наблюдения снимков. Пространственная фототриангуляция. Дешифрирование аэроснимков. (лекция).  Наблюдение стереоскопического эффекта при помощи стереоскопа (практика)

Бобылев Александр Владимирович

канд. географ.наук, преподаватель каф. «Градостроительство»,

технолог ООО «Уралмаркшейдерия»

31 октября

(четверг)

18.00-21.00

152/гл Элементы центральной проекции. Элементы ориентирования аэроснимков. Смещение точек на снимке, вызванное влиянием угла наклона снимка и рельефом местности (лекция)

Бобылев Александр Владимирович

канд. географ.наук, преподаватель каф. «Градостроительство»,

технолог ООО «Уралмаркшейдерия»

05 ноября

(вторник)

18.00-21.00 152/гл Обновление карт посредством ДЗЗ. Современные космические ДЗЗ. (лекция). Камеральное дешифрирование аэроснимков и космической сканерной съемки (практика)

Бобылев Александр Владимирович

канд. географ.наук, преподаватель каф. «Градостроительство»,

технолог ООО «Уралмаркшейдерия»

06 ноября

(среда)

18.00-21.00 152/гл Использование элементов внешнего ориентирования аэроснимков. Современные технологии производства фотограмметрических работ. Воздушное лазерное сканирование. Технологии беспилотной съемки (лекция)

Бобылев Александр Владимирович

канд. географ.наук, преподаватель каф. «Градостроительство»,

технолог ООО «Уралмаркшейдерия»

07 ноября

(четверг)

18.00-21.00 152/гл Фотопланы, фотосхемы, ортофотопланы. Стереотопографический, комбинированный методы создания карт и планов. Обновление топографических карт и планов (лекция). Использование космических снимков при проведении кадастровых и топографических работ (практика).

Бобылев Александр Владимирович

канд. географ.наук, преподаватель каф. «Градостроительство»,

технолог ООО «Уралмаркшейдерия»

09 ноября

(суббота)

10.00-16.00 Улица

Методика проведения аэрофотосъемочных работ. Применение результатов аэрофотосъемки в геодезии и кадастре.

Создание картографической основы для выполнения кадастровых и геодезических работ (на основе космической съемки) (практика)

Балышев Алексей Валерьевич

Эксперт негосударственной экспертизы ОАО «Эффекс», судебный эксперт, член НП «Деловой союз судебных экспертов», аккредитованный государственный эксперт по инженерно-геодезическим изысканиям, кадастровый инженер

Максимов Никита Николаевич

Инженер-исследователь НОЦ «Геоинформационные системы», ЮУрГУ

12 ноября

(вторник)

18.00-19.00 152/гл Итоговое тестирование

Максимова Валентина Николаевна

директор НОЦ «ГИС», кадастровый инженер

13 ноября

(среда)

18.00-19.00 152/гл Защита выпускной аттестационной работы (для тех, кто оканчивает курс обучения)

Балышев Алексей Валерьевич

Эксперт негосударственной экспертизы ОАО «Эффекс», судебный эксперт, член НП «Деловой союз судебных экспертов», аккредитованный государственный эксперт по инженерно-геодезическим изысканиям, кадастровый инженер

Максимова Валентина Николаевна

директор НОЦ «ГИС», кадастровый инженер, доцент кафедры "Информационно-аналитического обеспечения управления в социальных и экономических системах», директор НОЦ

«Геоинформационные системы» ЮУрГУ

Системы координат, применяемые в наземной фотограмметрии и элементы ориентирования снимков

В качестве системы координат снимка в наземной фотограмметрии, так же как и в аэрофотограмметрии, применяется система координат, задаваемая координатными метками o’xyz (рис. .1а) для снимков полученных фотокамерой и задаваемая столбцами и строками матрицыизображенияo’xyz (рис. .1б), полученного цифровой камерой.

       
   
 
 

Рис. .1

 

Ось х этой системы (для фотокамер) проходит через координатные метки 1-2. Началом системы координат является точка о’, получаемая в результате пересечения оси х с линией проведенной через координатные метки 3 и 4. Ось y лежит в плоскости снимка Р и перпендикулярна оси х. Ось z дополняет систему до правой.

Для снимков полученных с помощью цифровой камеры система координат снимка задается следующим образом. Начало системы координато’ совпадает с пикселем, расположенным в левом нижнем углу матрицы изображения, ось x совпадает с соответствующей строкой, а ось y – с соответствующим столбцом этой матрицы (рис. 1б). Ось zдополняет систему до правой.

Любая точка снимка, например m, имеет в этой системе координат координаты m(х,у,z=0). Центр проекции S имеет в этой системе координаты S ( x=x0, y=y0, z=f ).

f-фокусное расстояние снимка, а х0 и у0 – координаты главной точки снимка-o.

Для восстановления связки проектирующих лучей, сформировавших снимок в системе координат снимка o’xyz, необходимо для каждой точки снимка определить координаты вектора в этой системе координат по измеренным на снимке координатам точки m.

 

( .1).

 

Из выражения ( .1) следует, что для восстановления связки проектирующих лучей, необходимо измерить координаты точки и знать значения координат центра проекции S в системе координат снимка f , х0 , y0, которые являются постоянными для данного снимка и называются элементами внутреннего ориентирования снимка.



Более широко в фотограмметрии используют систему координат снимка Sxyz, началом которой является центр проекции S, а оси координат параллельны соответствующим осям системы координат o’xyz.

Так как система координат Sxyz параллельна системе координат o’xyz, то, как известно из аналитической геометрии, координаты векторов в обеих системах координат равны, то есть координаты вектора в системе координат Sxyz определяется выражением ( .1).

Используя данную систему координат снимка можно применить весь математический аппарат, разработанный для фотограмметрической обработки аэроснимков.

Положение точек объекта (местности) по снимкам определяют в прямоугольной пространственной системе координат OXYZ . В зависимости от решаемой задачи в качестве этой системы координат используют:

- государственную картографическую систему координат ( в России – Гаусса – Крюгера) для решения топографических задач;

- произвольную систему координат, связанную с характерными точками объекта;

- базисную систему координат.

Последняя система координат показана на рис. .2

 

 

 
 

 

Начало системы координат находится в центре фотографирования левого снимка S1. Ось Z совпадает с вертикалью. Ось X совпадает с проекцией базиса фотографирования на горизонтальную плоскость XY. Ось Yдополняет систему до правой.

 

 

Положение и ориентацию системы координат снимка (или, что то же самое – снимка) в системе координат объекта OXYZ определяют элементы внешнего ориентирования снимка .

Положение центра проекции S в системе координат объекта определяют его координаты Xs,Ys,Zs.

Угловая ориентация системы координат снимка относительно системы координат объекта определяется ортогональной матрицей:

 

( .2)

 

Элементами этой матрицы являются, как известно, направляющие косинусы, которые зависят от трех углов w, a, kи вычисляются по тем же формулам, что и для аэроснимков.

Геометрическая интерпретация угловых элементов внешнего ориентирования w, a, k показана на рис. .3

 
 

 

Рис. 3

 

 

Здесь

w - поперечный угол наклона снимка. Угол между осью Z и проекцией оси z на плоскость ZY.

a- продольный угол наклона снимка. Угол между осью z и ее проекцией на плоскость ZY.

k- угол разворота снимка. Угол лежащий в плоскости снимка между осью x и следом сечения плоскости снимка плоскостью Xz.

 

Если сравнить эти углы с угловыми элементами внешнего ориентирования аэроснимка, то видно, что они те же самые и имеют туже геометрическую интерпретацию. Единственное отличие заключается в значении угла w,которое для наземных снимков равно примерно 90о.

Следует отметить также, что в наземной фотограмметрии в отличии от аэрофотограмметрии углы наклона снимков могут принимать значения от 0о до 360о, в зависимости от решаемой задачи.

 


Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Пространственная привязка изображения в ArcGIS Pro

Растровые данные получаются из многих источников, это могут быть спутниковые снимки, аэрофотоснимки и сканированные карты. Современные спутниковые снимки и аэрофотоснимки, как правило, содержат относительно точную информацию о местоположении, но могут нуждаться в незначительной корректировке с помощью фотограмметрии, чтобы соответствовать другим данным ГИС.

Сканированные карты и исторические данные обычно не содержат информацию о пространственной привязке, и в таких случаях, когда фотограмметрию использовать нельзя, для выравнивания изображений в системе координат карты используются инструменты пространственной привязки. При пространственной привязке изображения вы задаете местоположение изображения при помощи координат карты, что дает возможность просматривать, запрашивать и анализировать изображение наряду с другими географическими данными.

Изучение исторических снимков ArcGIS Pro

Изображения получаются из многих источников, это могут быть спутниковые снимки, аэроснимки и сканированные исторические аэрофотоснимки. Современные спутниковые и аэро снимки, как правило, содержат относительно точную информацию о местоположениях, а сканированные исторические аэрофотоснимки обычно не содержат информации о пространственной привязке. Это значит, вы не сможете использовать их в ГИС-системе вместе с другими геопространственными данными, а программа, возможно, не сможет правильно разместить их на карте.

Существуют различные способы для решения этой проблемы. Более продвинутые рабочие процессы включают в себя методы ортотрансформирования, но они подразумевают наличие у вас дополнительной информации об этих снимках. В этом уроке вы сфокусируетесь на простом методе пространственной привязки, чтобы выровнять снимок в системе координат карты.

Коммерческой строительной компании необходимо завершить оценку воздействия на окружающую среду (environmental impact assessment (EIA)) до получения разрешения на начало нового проекта в районе Аспена. Для EIA требуется проведение исследования исторического снимка для определения первоначального состояния растительности и реки в районе проекта. Чтобы выполнить EIA, необходимо пространственно привязать имеющийся исторический снимок. На этом уроке вы выполните простую пространственную привязку исторического снимка, примените к снимку трансформирование, оцените результаты и сравните метод трансформирования с более сложным методом с использованием опорных точек.

Сначала вы настроите проект в ArcGIS Pro и примените необходимую систему координат.

  1. Перейдите на страницу информации об элементе AspenGeoreferencing.
  2. Щелкните кнопку Скачать и укажите подходящее местоположение для сохраняемого AspenGeoreferencing.ppkx.

    Файл PPKX включает документ карты и папку со снимком, который необходимо привязать. Для сравнения, дополнительная папка содержит примеры того же изображения с примененной географической привязкой, в которой используется более сложное преобразование.

    В зависимости от настроек браузера, вам могло быть предложено выбрать место для сохранения загружаемого файла. Большинство браузеров по умолчанию скачивает всё в папку Загрузки.

  3. Найдите и дважды щелкните файл AspenGeoreferencing.ppkx, который нужно запустить в ArcGIS Pro, и откройте проект AspenGeoreferencing.
  4. В ArcGIS Pro, просмотрите карту AspenGeoref.

    На карте отображается базовая карта World Imagery Hybrid.

  5. На карте на панели Содержание имеется два слоя, составляющие базовую карту World Imagery Hybrid. Включите и выключите каждый из слоев, чтобы посмотреть, что они представляют на карте.

    Обратите внимание, что на этой базовой карте показаны и снимок, и основные дороги, что позволит опознавать опорные точки при пространственной привязке. Карта сфокусирована на районе Аспена, штат Колорадо.

    Далее вы добавите исторический аэрофотоснимок.

  6. В ArcGIS Pro, на панели Каталог разверните Папки, AspenGeoreferencing, commondata и raster_data2.

    При создании или открытии проекта обычно доступна панель Каталог. Если она закрыта, ее можно снова открыть, сделав следующее: Щелкните вкладку Вид на ленте, затем в группе Окна щелкните Панель Каталог.

  7. В raster_data2 щелкните правой кнопкой AspenSource.tif и выберите Добавить к текущей карте.

    Снимок добавлен на карту и показан как слой на панели Содержание, но поскольку он не привязан, не отображается на карте, а приложение предупредит вас, что система координат источника данных не известна.

    На самом деле, снимок был добавлен на карту, но отображается там, где широта и долгота (0,0). Перед тем, как это исправить, вы просмотрите снимок на карте.

  8. На панели Содержание щелкните правой кнопкой AspenSource.tif и выберите Приблизить к слою.

    Сейчас карта изменила экстент и показывает исторический аэрофотоснимок района Аспен. Но поскольку он не геопривязан, приложение не может найти и разместить его в районе Аспен и показывает его на широте и долготе (0,0), о чем можно судить по индикатору в нижней части вида карты.

    Изображения без пространственной привязки добавляются на пересечение экватора и Гринвичского меридиана. Чтобы проверить это текущее местоположение, вы будете уменьшать масштаб до тех пор, пока не сможете распознать географические элементы.

  9. При помощи инструмента Исследовать многократно уменьшите масштаб колесиком мыши.

    Сначала фон будет абсолютно черным, потом появится земля, и вы увидите, что находитесь рядом с западным побережьем Африки. Это подтверждает, что непривязанный снимок размещен там, где широта и долгота (0,0)

    Затем вы измените экстент Района Аспен и продолжите действия по привязке.

  10. На ленте, на вкладке Карта в группе Навигация щелкните Закладки и выберите Aspen Colorado.

    Экстент карты обновится, и теперь он охватывает ту же область в Аспене, штат Колорадо, что представлена на непривязанном снимке. В качестве первого шага процесса пространственной привязки вы зададите систему координат, в которой хотите привязать аэрофотоснимок.

    У всех геопривязанных данных и изображений есть заданная система координат или пространственная привязка. Для выбора имеется множество различных систем координат, но для данных, расположенных в Колорадо, обычно используется NAD 1983 UTM Zone 13N. Ее вы и примените на этом уроке.

  11. На панели Содержание щелкните AspenSource.tif.
  12. На ленте, на вкладке Изображение в группе Выравнивание щелкните Пространственная привязка.

  13. На ленте, на вкладке Пространственная привязка в группе Подготовить щелкните Задать SRS.

    SRS означает Spatial Reference System (система пространственной привязки).

    Показаны вкладки Свойства карты и Системы координат для карты AspenGeoref.

    Система координат карты AspenGeoref по умолчанию – Web Mercator Auxiliary Sphere, которая обычно применяется для веб-карт, таких как базовая карта. Web Mercator Auxiliary Sphere не приемлема для этого проекта, вы переключитесь на NAD 1983 UTM Zone 13N, обычно используемую в Колорадо.

  14. На панели Система координат введите в строке поиска NAD 1983 UTM Zone 13N и нажмите Enter.
  15. На панели Система координат раскройте стрелку рядом с Система координат проекции, UTM и NAD 1983, пока не покажется NAD 1983 UTM Zone 13N. Выберите NAD 1983 UTM Zone 13N и щелкните OK.

    Теперь карта применяет систему координат NAD 1983 UTM Zone 13N к слоям. Пространственная привязка исторического снимка теперь будет производиться в этой же системе координат и в результате получится снимок, трансформированный в NAD 1983 UTM Zone 13N.

    Далее вы впишите непривязанный снимок в текущий экстент, охватывающий область Аспена, и разместите его вручную, чтобы применить грубое уравнивание с изображением базовой карты.

  16. На панели Содержание убедитесь, что выбран слой AspenSource.tif.
  17. На ленте, на вкладке Пространственная привязка в группе Подготовить щелкните Подогнать к отображению.

    Снимок изменил местоположение и поместился в отображение текущей карты

    На карте исторический снимок находится между базовой картой Imagery и гибридным базовым слоем. Гибридный базовый слой предоставляет полезную информацию, например, положение 82 и других маркеров, которые можно использовать в качестве опорных точек. Далее вы изучите снимок, чтобы просмотреть его текущее положение и масштаб.

  18. На карте сверните панель информации Пространственная привязка: AspenSource.tif , чтобы упростить отображение.
  19. На ленте во вкладке Оформление в группе Эффекты щелкните кнопку Спрятать.

    Примените инструмент Спрятать и щелкните и потяните, чтобы увидеть содержание карты под выбранным слоем. Это поможет вам оценить текущее положение снимка и масштабирование.

  20. На Карте используйте инструмент Спрятать, чтобы просмотреть исторический снимок. Щелкните и потяните сверху вниз или из стороны в сторону, чтобы увидеть содержание под снимком. Попробуйте различить объекты, которые можно будет использовать как опорные точки.

    Обратите внимание, что снимок ориентирован неправильно. В частности, Highway 82 проходит по снимку по диагонали. Далее вы повернете снимок.

  21. На вкладке Карта в группе Навигация щелкните Исследовать, чтобы выйти из инструмента Спрятать.
  22. На ленте на вкладке Пространственная привязка в группе Подготовить щелкните стрелку вниз Фиксированный поворот и выберите Повернуть вправо.

    Изображение поворачивается на 90 градусов по часовой стрелке.

    Теперь вы можете видеть, что шоссе идет в том же направление на снимке (белое), что и на базовой карте.

  23. Изучите снимок при помощи инструмента Исследовать, чтобы масштабировать и проверить регистрацию снимка. На панели Содержание так же можно включить и выключить исторический снимок, чтобы лучше рассмотреть выравнивание с картой.

    Вы заметите, что снимок покрывает большую область базовой карты, но представляет гораздо меньшую географическую область к юго-востоку от города Аспен. В итоге снимок необходимо масштабировать.

    Используйте легко распознаваемые изгибы реки для более точной ориентации.

  24. Если необходимо, используйте инструменты Переместить и Масштабировать, чтобы подогнать и настроить местоположение снимка, пока не получите удовлетворительный результат.

    По мере использования этих инструментов к снимку применяется прозрачность для помощи в идентификации правильного положения.

    При применении инструментов перемещения и масштабирования нажмите клавишу C, чтобы моментально вернуться к перемещение и масштабированию при необходимости.

    Этот процесс не предназначен для достижения идеальной регистрации изображения, вы просто уточняете примерное расположение, чтобы упростить визуальный поиск соответствующих объектов на входном снимке и базовой карте.

    Процесс выравнивания снимка с базовым слоем также называется регистрацией. По мере перемещения, масштабирования и поворота, возможно, вы обратите внимание на то, что регистрация местоположения улучшается, но невозможно обеспечить одинаковый уровень регистрации для всего снимка. Как только вы исправите точность совмещения в одной области, в других областях она тоже изменяется. В следующем шаге процесса пространственной привязки вы примените опорные точки и метод преобразования, чтобы улучшить общую регистрацию по всему снимку.

  25. На вкладке Карта в группе Навигация щелкните Исследовать, чтобы приостановить Перемещение и Масштабирование.

    Не сохраняйте этот снимок, пока не выполните следующий раздел, где вы добавляете опорные точки.

    Далее вы добавите опорные точки на снимок и примените трансформирование.


Идентификация и добавление опорных точек

При пространственной привязке изображения вы задаете его местоположение при помощи координат карты и назначаете систему координат фрейма карты изображению. Вы делаете это при помощи добавления опорных точек, которые определяют местоположение на снимке и соответствующее ему местоположение на базовой карте. Пространственная привязка обеспечивает возможность просматривать снимок, выполнять запросы и анализировать его наравне с другими географическими данными. В этом разделе вы идентифицируете и добавите несколько опорных точек, выберете и примените к снимку метод трансформирования.

  1. На вкладке Карта в группе Навигация щелкните Закладки и выберите Организовать закладки.

    Для этого урока были определены несколько предполагаемых местоположений для опорных точек и добавлены закладки для них. Вы можете проигнорировать их и выбрать свои.

  2. Расположите или закрепите панель Закладки под панелью Каталог.

    Размещая панель Закладки под панелью Каталог, вы упрощаете доступ к закладкам из панели вместо ленты.

  3. На вкладке Пространственная привязка в группе Подгонка щелкните и отключите Авто-применение.

    Когда Авто-применение активно, оно автоматически применяет трансформирования к исходному слою и обновляет отображение по мере добавления, удаления или изменения опорных точек.

  4. На панели Закладки, щелкните 1st Control Point и щелкните Приблизить к.

    Экстент карты обновится до местоположения для первой опорной точки.

  5. На вкладке Пространственная привязка, в группе Просмотр щелкните Таблица опорных точек. Расположите таблицу под Видом Карта.
  6. На вкладке Пространственная привязка в группе Подгонка щелкните Добавить опорные точки.

    Для добавления опорной точки сначала щелкните на местоположении на привязываемом снимке (исходный слой), затем щелкните местоположение на целевом слое на карте (базовые данные), показывающее ту же область на поверхности Земли.

  7. На карте определите и добавьте опорную точку для исходного слоя на повороте вдоль Highway 82.

    Для быстрого просмотра основного базового слоя (в данном случае - базовой карты Снимки) нажмите клавишу L, чтобы включать и выключать прозрачность исходного растра.

  8. Определите местоположение От точки на том же изгибе Highway 82.

    Результат вашего предварительного грубого выравнивания может отличаться, и поэтому расположение Highway 82 может выглядеть по-разному относительно исходного изображения.

  9. Щелкните, чтобы добавить От точки в Источнике.

  10. Просмотрите таблицу опорных точек AspenGeoref:AspenSource.tif и обратите внимание, что значения X карты и Y карты показываются в метрах с использованием системы координат NAD 1983 UTM Zone 13N.

    .

    Ваши значения для Источника, Карты и Невязок могут отличаться из-за другого расположения опорных точек..

  11. Используя закладку 2nd Control Point , добавьте вторую опорную точку, используя аналогичный рабочий процесс.

    Определите и добавьте целевое местоположение на изображении.

    Определите и добавьте местоположение источника.

  12. Просмотрите таблицу опорных точек AspenGeoref:AspenSource.tif.
  13. Руководствуясь закладками для 3 и 4 опорной точки, добавьте две дополнительные опорные точки вдоль Highway 82.
  14. На вкладке Пространственная привязка, в группе Подгонка щелкните Применить.
  15. Просмотрите карту после применения трансформирования и при необходимости уточните его, добавив дополнительные опорные точки.

    Ваше отображение может отличаться, в зависимости от числа добавленных точек и мест их размещения.

    По мере добавления дополнительных точек исходный растр подгоняется и трансформируется. В зависимости от числа добавленных опорных точек можно выбрать один из нескольких типов преобразования. К ним относятся преобразование полиномов, сплайн, проективное и подобия, влияющие на величину смещения, поворота и деформации, применяемых к растру.

  16. Просмотрите таблицу опорных точек.

    Ваши значения для Источника, Карты и Невязки могут отличаться от этих, в зависимости от числа использованных точек и мест их добавления.

  17. В таблице опорных точек проверьте, что выбран метод трансформирования Полином 1-го порядка (Аффинное).

    Трансформирование методом полиномов первого порядка обычно используется для пространственной привязки изображения. Используйте трансформирование первого порядка (аффинное) для сдвига, масштабирования или поворота набора растровых данных. Этот метод трансформирования обеспечивает то, что прямые линии в исходном наборе растровых данных будут отображаться прямыми в выходном наборе растровых данных. Квадраты и прямоугольники набора растровых данных могут Измениться в параллелограммы произвольного масштабирования и угловой ориентации.

  18. В таблице опорных точек щелкните стрелку ниспадающего списка справа от Полином 1-го порядка (Аффинное). Обратите внимание на различные типы преобразований, доступные в списке. Выбор определенного типа ограничен числом созданных опорных точек.
  19. Просмотрите таблицу опорных точек и обратите внимание на значения отдельных невязок, относящихся к каждой опорной точке. Помните, что ошибка RMS (среднеквадратическая) – это сумма всех невязок и мера того, насколько точно выбранное уравнение трансформирования может вписать все опорные точки в определенные для них местоположения.

    Ваши значения могут отличаться, в зависимости от добавленных значений X и Y источника и карты.

  20. На карте разверните и просмотрите на экране информацию о пространственной привязке снимка.

    Обратите внимание на значения Общие ср. кв. ошибки и учтите, что ваши значения могут отличаться.

    Для каждой опорной точки невязка является разницей между отображением на карте места точки от и фактическим указанным местоположением. Общая ошибка вычисляется из квадратного корня (RMS) суммы ошибок всех связей. Эти значения описывают, насколько точно выбранный метод преобразования может вписать все опорные точки в указанные для них местоположения. Если ошибка слишком велика, для ее уменьшения можно удалить или добавить опорные точки. Однако большая ошибка также может означать, что выбранный метод трансформирования не может точно вписать точки в желаемые местоположения. Но если все точки выбраны правильно, а ошибка большая, это обычно указывает на то, что необходим другой метод трансформирования.

    Прямая невязка показывает ошибку в тех же единицах измерения, что и установлены пространственной привязкой фрейма данных. Обратная невязка отображают ошибку в единицах измерения - пикселах. Прямая и обратная невязка – это мера точности, которая отображается в пикселах. Невязки, близкие к нулю, рассматриваются как более точные.

  21. Уменьшите карту, чтобы отобразить весь снимок.

    Не забудьте, что у вас может быть больше точек, и они могут располагаться в других местах,и следовательно, отображение может отличаться.

    При пользовании инструментами пространственной привязки важно понимать, что ошибка RMS, идущая с трансформированием, указывает на возможность текущей математической модели соответствовать существующим опорным точкам, но она не указывает на точность изображения. Если для проекта необходим отчет о точности, необходимо измерить независимые точки (не используемые в качестве опорных).

  22. На вкладке Пространственная привязка, в группе Сохранить щелкните Сохранить.

    Пространственная привязка изменяет форму исходные пикселов и выполняет процесс пересчета изображения. Сохранение снимка обновляет и сохраняет информацию о пространственной привязке в соответствующем дополнительном файле. Дополнительный файл содержит параметры трансформирования для изображения.

    Рекомендуется использовать кнопку Сохранить, если пространственная привязка использует опорные точки, а не кнопку Сохранить как, которая создает новую версию снимка. Применение Сохранения отображает исходное изображение в геопривязанном местоположении всегда, когда он загружается в ArcGIS. Опция Сохранить строит файл *.aux.xml с методом трансформирования и опорными точками, который можно отредактировать позже, если необходимо добавить опорные точки (или удалить плохие опорные точки).

    Если необходим файл нового изображения, используйте опцию Сохранить как новый. Это может потребоваться в случае, когда вы должны предоставить изображение с пространственной привязкой для пользователя пакета другого ПО, но помните, использование опции Сохранить как новый дублирует общий объем данных. Кроме того, в дальнейшем, если будут замечены области с плохой привязкой и добавлены новые опорные точки, необходимо будет создать еще одну копию файла. По этой причине, если вы работаете только в ArcGIS, рекомендуется опция Сохранить, а не Сохранить как, чтобы записать новый выходной файл.

  23. На карте приблизить к области Aspen Colorado.

    Просмотрите трансформированное изображение и обратите внимание, что для относительно плоской области трансформирование первого порядка дает адекватные результаты. Однако во всхолмленных областях другой тип трансформирования даст лучшие результаты.

  24. Сохраните проект.

    В этом разделе вы применили к снимку трансформирование методом полиномов первого порядка. В следующем разделе вы сравните результаты трансформирования методами полиномов первого порядка и сплайна.


Оценка опорных точек и методов трансформирования

Пространственная привязка – это процесс трансформирования сканированной карты или аэрофотоснимка, чтобы он выглядел пространственно правильным на карте. Связывая объекты на снимке с реальными координатами x,y, вы можете постепенно деформировать его, чтобы он соответствовал другим наборам пространственных данных. В зависимости от возможности поиска опорных точек, можно выбрать различные методы трансформирования. Например, для применения трансформирования методом сплайна необходимо не менее 10 опорных точек, распределенных по снимку причем они должны включать экстремумы рельефа, такие как хребты и долины. В этом разделе вы сравните результаты трансформирования методами полиномов первого порядка и сплайна.

  1. Закройте карту AspenGeoref.

    Ваши результаты трансформирования методом полиномов первого порядка, выполненного в предыдущих шагах, могут отличаться, в зависимости от числа и расположения выбранных опорных точек. Поэтому вы будете использовать существующий пример трансформирования методом полиномов первого порядка с 10 опорными точками для сравнения с трансформированием методом сплайна с 32 опорными точками. Оба сравниваемых изображения находятся в проекции NAD 1983 UTM Zone 13N и используются в этом шаге только для сравнения.

    Избегайте использования Web Mercator при пространственной привязке. Web Mercator является стандартом де-факто для картографических веб-приложений и упрощает обмен данными через интернет, однако при использовании его для преобразования и редактирования данных в локализованных областях, удаленных от экватора, он вносит ярко выраженные отклонения, которые значительно влияют на точность результатов.

  2. На панели Каталог раскройте Карты, щелкните правой кнопкой FirstOrder и щелкните Открыть.

    Карта FirstOrder содержит пример преобразования полиномом первого порядка, примененного к тому же историческому исходному изображению, которое вы привязывали ранее, разница состоит в том, что снимок содержит 10 опорных точек, тогда как вы добавляли минимум из 4 опорных точек.

  3. Щелкните правой кнопкой на карте Spline и щелкните Открыть.

    На этой карте отображается тот же исторический исходный снимок, трансформированный при помощи сплайна и содержащий более 30 примененных опорных точек. На этой карте снимок выглядит более деформированным и трансформированным, чем на карте FirstOrder, так как преобразование методом сплайна применяет локализованную растяжку в пределах области определенной опорной точки.

    Обратите внимание на выравнивание лесистого склона в юго-восточном (нижнем правом) углу снимка. По сравнению с базовым изображением видно, что этот регион все еще не выровнен правильно с ортотрансформированным снимком в базовой карте.

  4. На панели Содержание карты щелкните AspenSpline.tif.
  5. На ленте, на вкладке Изображение в группе Выравнивание щелкните Пространственная привязка.

    Карта обновится для отображения снимка и текущих опорных точек

    Обратите внимание, что на карте для всех опорных точек снимка показаны красные значки X, а зеленых значков X для местоположений не видно. Это происходит потому, что математическая модель трансформирования методом сплайна прекрасно сопоставила каждую опорную точку с нужным местоположением, и точки «от» находятся точно поверх зеленых точек «к». Обратите внимание, что это действительно для всех опорных точек, но не обеспечивает правильное размещение частей снимка там, где нет опорных точек.

    Число связей, используемых в снимке, определяет сложность преобразования в координаты карты, применяемого к набору растровых данных. Добавление дополнительных связей не обязательно повышает точность ориентирования. Рекомендуется распределять опорные точки равномерно по всему снимку, а не концентрировать их в одной области.

    В основном, чем больше распределение точных опорных точек между набором растровых данных и целевыми данными, тем лучше результаты выравнивания, поскольку вы будете иметь расположенные по всему снимку точки для пространственной привязки набора растровых данных.

    Имейте в виду, что точность данных, для которых вы выполняете пространственную привязку, не будет выше точности тех данных, по которым вы это делаете. Для сведения ошибок к минимуму выполняйте пространственную привязку к доступным данным с самой высокой точностью и разрешением, чтобы удовлетворить требования вашего проекта.

  6. На вкладке Пространственная привязка, в группе Просмотр щелкните Таблица опорных точек.
  7. Если необходимо, разместите таблицу под картой.
  8. Просмотрите таблицу опорных точек и обратите внимание, что здесь имеется 32 точки с соответствующими значениями X источника и Y источника и значениями X карты и Y карты.

  9. На карте просмотрите на экране информацию о пространственной привязке снимка.

    Обратите внимание на значения ср. кв. ошибок.

    Хотя среднеквадратичная ошибка является оценкой способности трансформирования соответствовать необходимым опорным точкам, низкая среднеквадратичная ошибка не обеспечивает точной регистрации. Например, трансформирование все еще может содержать значительные ошибки, если опорные точки плохо размещены. Чем больше используется опорных точек равного качества, тем более точно математическое преобразование может конвертировать входные данные в выходные координаты. Обычно, трансформирование методами подгонки и сплайна дает ошибку RMS, близкую к нулю; однако, это не означает, что изображение точно привязано в пространстве.

  10. Закройте таблицу опорных точек.

    Дополнительно можно удалить опорные точки сплайна из отображения карты. Это можно сделать, щелкнув кнопку Закрыть пространственную привязку на вкладке Пространственная привязка в группе Закрыть.

  11. Закрепите и расположите рядом карты FirstOrder и Spline для сравнения.

    Сравните выравнивание обоих снимков на соответствующих картах относительно базовой карты, уделяя особое внимание горным склонам на востоке и западе снимков.

    Далее вы свяжете карты, чтобы упростить навигацию.

  12. На панели Каталог разверните Карты.
  13. Выберите обе карты FirstOrder и Spline, удерживая нажатой клавишу Ctrl.

  14. На ленте, на вкладке Вид в группе Связь щелкните Связать виды и выберите Центрировать и масштабировать.

    Теперь карты связаны. Если увеличить одну карту, вторая обновится до того же экстента.

  15. На карте FirstOrder переместитесь и приблизьтесь к верхнему левому углу и найдите Highway 82. Посмотрите на привязку снимка вдоль Highway 82. В этой области.

    По мере смены фокуса и перемещения карты FirstOrder, карта Spline обновляется для соответствия, позволяя визуально сравнивать на картах различия в привязке снимков.

    К снимку карты FirstOrder применено преобразование при помощи полинома 1 порядка. Это один и з первых методов, доступных вам в начале пространственной привязки снимка. Для него не требуется установленного количества опорных точек, и он обеспечивает последовательное, но уменьшающееся перемещение изображения, над которым вы работаете. Однако чем больше опорных точек вы добавляете, тем менее эффективным становится трансформирование. Если добавить, например, шесть опорных точек, снимок будет значительно смещаться и выравниваться относительно базовой карты, но после этого порога (6) смещение становится минимальным, а количество опорных точек, которые вы должны добавить, чтобы получить тот же эффект, быстро увеличивается, что приводит к использованию следующего преобразования: сплайн.

  16. На карте FirstOrder переместитесь и приблизьтесь к излучине реки и дороге рядом с центром изображения.

    Обратите внимание на разницу в трансформировании снимка в этой области. Преобразование методом сплайна получает преимущество за счет количества используемых опорных точек, прежде, чем вы сможете его выбрать, необходимо набрать не меньше 10 опорных точек.

    Для трансформирования методом сплайна требуется большее количество точек, так как оно растягивает изображение, существенно перемещая части снимка точно к местоположениям опорных точек. Поэтому если вы хотите использовать такое трансформирование, необходимо разместить опорные точки по всему снимку. Это одно из немногих преобразований, которое может соответствовать рельефу и использует деформации или метод резинового листа для перемещения частей изображения в противоположных направлениях. Сопоставление с рельефом является преимуществом, но требующим больше связующих точек.

  17. Самостоятельно на карте FirstOrder определите и приблизьтесь к дополнительному местоположению вдоль долины или склона. Выберите для сравнения на карте FirstOrder область, которая выглядит плохо совпадающей с базовой картой.

    Чем отличается трансформация изображения в долинах и склонах? Показывает ли изображение от метода сплайна более высокий уровень точности?

  18. По завершению изучения карт сохраните проект.

При пространственной привязке начните с трансформирования методом полиномов первого порядка, но в зависимости от того, можете ли вы найти специальные опорные точки, используйте трансформирование более высокого уровня, например, сплайн, для которого необходимо не меньше 10 опорных точек. Для приемлемой точности распределите опорные точки по снимку и на экстремумах рельефа. Используйте трансформирование методом полиномов первого порядка, если вам нужна удовлетворительная, но не точная пространственная привязка, и у вас мало времени. Используйте трансформирование методом сплайна, если вам необходим точно привязанный снимок, и есть достаточно времени. Однако при привязке снимков городов с применением сплайна может произойти изгибание линейных и угловых объектов, таких как дороги и кварталы соответственно.

Разработчик, завершающий EIA в районе Аспена, теперь может использовать ваше геопривязанное изображение для сравнительного анализа исторической растительности и речного стока, чтобы получить разрешение на предлагаемый новый проект.


Авторские права третьих лиц

  • City of Aspen GIS Department.
  • Image Copyright 2017 City of Aspen.

ГОСТ Р 51833-2001 Фотограмметрия. Термины и определения / 51833 2001

ГОСТ Р 51833-2001

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФОТОГРАММЕТРИЯ

Термины и определения

 

 

ГОССТАНДАРТ РОССИИ
Москва

 

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Центральным научно-исследовательским институтом геодезии, аэросъемки и картографии (ЦНИИГАиК)

29-м Научно-исследовательским институтом Министерства обороны Российской Федерации

Кафедрой фотограмметрии Московского государственного университета геодезии, аэрофотосъемки и картографии (МИИГАиК)

ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 404 «Геодезия и картография»

2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 10 декабря 2001 г. № 523-ст

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

Установленные в стандарте термины расположены в систематизированном порядке, отражающем систему понятий в области фотограмметрии.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин.

Заключенная в круглые скобки часть термина может быть опущена при использовании термина в документах по стандартизации.

Помета, указывающая на область применения многозначного термина, приведена в круглых скобках светлым шрифтом после термина. Помета не является частью термина.

Приведенные определения можно, при необходимости, изменить, вводя в них производные признаки, раскрывая значения используемых в них терминов, указывая объекты, входящие в объем определяемого понятия. Изменения не должны нарушать объем и содержание понятий, определенных в данном стандарте.

В случае, когда в термине содержатся все необходимые и достаточные признаки понятия, определение не приводится и вместо него ставится прочерк.

Термины и определения общетехнических понятий, необходимые для понимания текста стандарта, приведены в приложении А.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткие формы, приведенные в алфавитном указателе, - светлым.

 

ГОСТ Р 51833-2001

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФОТОГРАММЕТРИЯ

Термины и определения

Fhotogrammetry. Terms and definitions

Дата введения 2002-07-01

Настоящий стандарт устанавливает термины и определения понятий в области фотограмметрии.

Термины, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения во всех видах документации и литературы по фотограмметрии, входящих в сферу работ по стандартизации и (или) использующих результаты этих работ.

Основные понятия

1 фотограмметрия

Научная дисциплина и область техники, предметом которой является получение геометрической и семантической информации об объектах фотограмметрической съемки по их фотограмметрическим снимкам

2 (фотограмметрический) снимок

Изображение объекта фотограмметрической съемки, зафиксированное на материальном носителе в аналоговом или цифровом виде, используемое для целей фотограмметрической обработки.

Примечание - Изображение, зафиксированное в аналоговом виде, называют аналоговым фотограмметрическим снимком; изображение, зафиксированное в цифровом виде, называют цифровым фотограмметрическим снимком

3 (фотограмметрическая) съемка

Технологический процесс получения фотограмметрического снимка

4 объект (фотограмметрической) съемки

Местность или предмет, отображенные на фотограмметрическом снимке

5 наземная фотограмметрия

Раздел фотограмметрии, относящийся к обработке фотограмметрических снимков, полученных с наземных пунктов или носителей съемочной системы

6 аэрофотограмметрия

Раздел фотограмметрии, относящийся к обработке фотограмметрических снимков, полученных с воздушных носителей съемочной системы

7 космическая фотограмметрия

Раздел фотограмметрии, относящийся к обработке фотограмметрических снимков, полученных с космических носителей съемочной системы

8 фотограмметрия одиночного (фотограмметрического) снимка

9 стереофотограмметрия

Раздел фотограмметрии, относящийся к одновременной обработке двух и более фотограмметрических снимков одного объекта фотограмметрической съемки, полученных при разных положениях центра оптического проектирования съемочной системы

10 топографическая фотограмметрия

Раздел фотограмметрии, относящийся к созданию топографических карт и топографических планов

11 прикладная фотограмметрия

Раздел фотограмметрии, относящийся к получению геометрической и семантической информации об объектах фотограмметрической съемки в инженерных или научных целях

12 аналоговая фотограмметрия

Раздел фотограмметрии, относящийся к обработке аналоговых фотограмметрических снимков, обрабатываемых на оптико-механических устройствах

13 аналитическая фотограмметрия

Раздел фотограмметрии, относящийся к аналитическим методам обработки аналоговых фотограмметрических снимков

14 цифровая фотограмметрия

Раздел фотограмметрии, относящийся к аналитическим методам обработки цифровых фотограмметрических снимков

Фотограмметрические снимки

15 наземный (фотограмметрический) снимок

Фотограмметрический снимок, полученный с наземного пункта или подвижного наземного носителя съемочной системы

16 (фотограмметрический) аэроснимок

Фотограмметрический снимок, полученный с воздушного носителя съемочной системы

17 космический (фотограмметрический) снимок

Фотограмметрический снимок, полученный с космического носителя съемочной системы

18 кадровый (фотограмметрический) снимок

Фотограмметрический снимок, все элементы изображения которого формируются одномоментно в пределах заданной выдержки

19 плановый (фотограмметрический) снимок

Кадровый фотограмметрический снимок, полученный при угле наклона оптической оси съемочной камеры, не превышающем 3°

20 перспективный (фотограмметрический) снимок

Кадровый фотограмметрический снимок, полученный при заданном угле наклона оптической оси съемочной камеры, превышающем 3"

21 сканерный (фотограмметрический) снимок

Фотограмметрический снимок, элементы изображения которого формируются в различные моменты времени, каждому из которых соответствуют отличные друг от друга значения элементов внешнего ориентирования.

Примечание - Сканерные фотограмметрические снимки могут быть получены щелевыми, панорамными, оптико-механическими, оптико-электронными и радиолокационными съемочными системами

22 щелевой (фотограмметрический) снимок

Сканерный фотограмметрический снимок, элементы изображения которого формируются в пределах апертурной щели в результате перемещения оптического изображения объекта фотограмметрической съемки

23 панорамный (фотограмметрический) снимок

Сканерный (фотограмметрический) снимок, элементы изображения которого формируются центральным проектированием на цилиндрической предметной поверхности

24 зональный (фотограмметрический) снимок

Фотограмметрический снимок, полученный в заданном диапазоне длин волн электромагнитного излучения

25 (фотограмметрический) снимок в видимом диапазоне

Зональный фотограмметрический снимок, полученный в диапазоне длин волн электромагнитного излучения 0,37 - 0,77 мкм

26 инфракрасный (фотограмметрический) снимок

Зональный фотограмметрический снимок, полученный в диапазоне длин волн электромагнитного излучения 0,77-15 мкм

27 радиолокационный (фотограмметрический) снимок

Зональный фотограмметрический снимок, полученный в диапазоне радиоволн электромагнитного излучения

Основные элементы и параметры фотограмметрического снимка

28 центр (оптического) проектирования (фотограмметрического снимка)

Узловая точка объектива съемочной камеры, используемой для фотограмметрической съемки.

Примечание - Различают переднюю и заднюю узловые точки, совпадающие соответственно с центрами внешней и внутренней связок проектирующих лучей

29 координатные метки (фотограмметрического снимка)

Маркированные точки, задающие систему координат фотограмметрического снимка и расположенные в плоскости прикладной рамки съемочной камеры, изображение которых регистрируется на снимке одновременно с изображением объекта фотограмметрической съемки

30 плоскость (фотограмметрического) снимка

Предметная плоскость съемочной камеры, на которую проектируется оптическое изображение объекта фотограмметрической съемки

31 точка (фотограмметрического) снимка

Изображение точки объекта фотограмметрической съемки на фотограмметрическом снимке

32 точка надира (фотограмметрического) снимка

Точка пересечения плоскости фотограмметрического снимка с отвесным лучом, проходящим через центр оптического проектирования фотограмметрического снимка

33 главная точка (фотограмметрического) снимка

Точка пересечения плоскости фотограмметрического снимка с оптической осью съемочной камеры

34 опознак

Точка объекта фотограмметрической съемки с известными пространственными координатами, опознанная на фотограмметрическом снимке.

Примечания

1 Опознак может быть плановым (известны координаты X, У), планово-высотным (известны все три координаты X, Y, 7) и высотным (известна только высота Z).

2 Опознак может быть использован в качестве опорной или контрольной точки при фотограмметрической обработке фотограмметрического снимка

35 координаты точки (фотограмметрического) снимка

Координаты точки изображения в системе координат фотограмметрического снимка

36 система координат (фотограмметрического) снимка

Правая ортогональная пространственная система координат, фиксируемая на фотограмметрическом снимке изображениями координатных меток

37 формат (фотограмметрического) снимка

Значения длин двух смежных сторон (фотограмметрического) снимка, записанные как их произведение

38 сдвиг изображения (фотограмметрия)

Смещение оптического изображения при формировании его в плоскости фотограмметрического снимка за время полной выдержки, вызванное поступательным или угловым перемещением съемочной камеры или объекта фотограмметрической съемки

39 ориентирование (фотограмме грического) снимка

Определение параметров фотограмметрического снимка, характеризующих его положение и ориентацию в пространстве во время фотограмметрической съемки для использования их при фотограмметрической обработке снимка

40 внутреннее ориентирование (фотограмметрического) снимка

Ориентирование фотограмметрического снимка относительно его центра проектирования

41 внешнее ориентирование (фотограмметрического) снимка

Ориентирование фотограмметрического снимка относительно системы координат объекта фотограмметрической съемки

42 взаимное ориентирование (фотограмметрических) снимков

Ориентирование фотограмметрических снимков стереопары друг относительно друга

43 элемент внутреннего ориентирования (фотограмметрического) снимка

Один из геометрических параметров фотограмметрического снимка, определяющих его положение относительно центра оптического проектирования фотограмметрического снимка.

Примечание - К элементам внутреннего ориентирования относят фокусное расстояние съемочной камеры и координаты главной точки фотограмметрического снимка в системе координат снимка

44 элемент внешнего ориентирования (фотограмметрического снимка)

Один из геометрических параметров фотограмметрического снимка, определяющих его положение и ориентацию относительно объекта фотограмметрической съемки в момент съемки

45 линейные элементы внешнего ориентирования (фотограмметрического) снимка

Координаты центра оптического проектирования фотограмметрического снимка в системе координат объекта фотограмметрической съемки

46 угловой элемент внешнего ориентирования (фотограмметрического) снимка

Один из параметров, определяющих угловую ориентацию фотограмметрического снимка в системе координат объекта фотограмметрической съемки.

Примечание - Наиболее часто в качестве этих параметров используют углы наклона и разворота фотограмметрического снимка

47 элемент взаимного ориентирования (фотограмметрических) снимков

Один из геометрических параметров, определяющих положение одного фотограмметрического снимка стереопары относительно другого

48 элемент внешнего ориентирования (фотограмметрической) модели

Один из геометрических параметров, определяющих положение, ориентацию фотограмметрической модели объекта в системе координат объекта фотограмметрической съемки и ее масштаб

49 стереопара (фотограмметрических снимков)

Два перекрывающихся фотограмметрических снимка одного объекта фотограмметрической съемки, полученных при различных положениях их центров оптического проектирования

50 базис (фотограмметрической съемки)

Отрезок прямой, соединяющий центры оптического проектирования фотограмметрических снимков, образующих стереопару

51 перекрытие (фотограмметрических снимков)

Части двух соседних фотограмметрических снимков стереопары с изображением одного и того же участка объекта фотограмметрической съемки.

Примечание - При площадной съемке различают продольное и поперечное перекрытия

Фотограмметрическая обработка фотограмметрических снимков

52 фотограмметрическая обработка (фотограмметрического) снимка

Совокупность технологических процессов, связанных с преобразованием метрической и фотометрической информации фотограмметрического снимка в геометрическую и семантическую информацию об объекте фотограмметрической съемки

53 фотограмметрическая модель (объекта)

Совокупность координат точек объекта фотограмметрической съемки, определенных в результате фотограмметрической обработки фотограмметрических снимков.

Примечание - Фотограмметрическая модель объекта подобна объекту, может иметь произвольный масштаб и быть произвольно расположена и ориентирована относительно системы координат объекта

54 ориентированная фотограмметрическая модель (объекта)

Фотограмметрическая модель объекта, координаты точек которой определены в системе координат объекта фотограмметрической съемки

55 измерение (координат точек) одиночного (фотограмметрического) снимка

56 стереоскопическое измерение (координат точек фотограмметрических снимков)

Определение значений координат соответственных точек фотограмметрических снимков стереопары.

Примечание - Под соответственными точками фотограмметрических снимков стереопары понимают изображения точки объекта фотограмметрической съемки на этих снимках

57 (фотограмметрическое) сгущение (опорной геодезической сети)

Фотограмметрическое определение пространственных координат дополнительных точек объекта фотограмметрической съемки, предназначенных для последующей фотограмметрической обработки фотограмметрических снимков

58 фототриангуляция

Метод фотограмметрического сгущения опорной геодезической сети путем построения, ориентирования и уравнивания фотограмметрической модели объекта по перекрывающимся фотограмметрическим снимкам, принадлежащим одному или нескольким маршрутам.

Примечания

1 Различают маршрутную и блочную фототриангуляцию.

2 В результате фототриангуляции определяют значения координат точек объекта фотограмметрической съемки и значения элементов внешнего ориентирования фотограмметрического снимка в системе координат объекта

59 трансформирование фотограмметрического снимка

Преобразование изображения фотограмметрического Средства метрологического обеспечения фотограмметрической обработки фотограмметрических снимков

60 контрольная (фотограмметрическая) сетка

Рабочий эталон, представляющий собой совокупность точек с известными значениями координат, утвержденный в установленном порядке, применяемый для калибровки фотограмметрических приборов и контроля методов обработки фотограмметрических снимков

61 фотограмметрический тест-объект

Рабочий эталон, содержащий изображения геометрических и фотометрических элементов с известными параметрами, утвержденный в установленном порядке, применяемый для калибровки съемочных систем и контроля методов обработки фотограмметрических снимков

62 фотограмметрический полигон

Рабочий эталон для метрологического обеспечения съемочных, обрабатывающих систем и программных комплексов, применяемых в целях фотограмметрической обработки, в виде совокупности наземных объектов с известными значениями пространственных координат и яркостных параметров, утвержденный в установленном порядке

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ

аэроснимок

16

аэроснимок фотограмметрический

16

аэрофотограмметрия

6

базис

50

базис фотограмметрической съемки

50

измерение координат точек одиночного фотограмметрического снимка

55

измерение координат точек фотограмметрических снимков стереоскопическое

56

измерение одиночного снимка

55

измерение снимков стереоскопическое

56

координаты точки снимка

35

координаты точки фотограмметрического снимка

35

метки координатные

29

метки фотограмметрического снимка координатные

29

модель объекта фотограмметрическая

53

модель объекта фотограмметрическая ориентированная

54

модель фотограмметрическая

53

модель фотограмметрическая ориентированная

54

обработка снимка фотограмметрическая

52

обработка фотограмметрического снимка фотограмметрическая

52

объект съемки

4

объект фотограмметрической съемки

4

опознан

34

ориентирование снимка

39

ориентирование снимка внешнее

41

ориентирование снимка внутреннее

40

ориентирование снимков взаимное

42

ориентирование фотограмметрических снимков взаимное

42

ориентирование фотограмметрического снимка

39

ориентирование фотограмметрического снимка внешнее

41

ориентирование фотограмметрического снимка внутреннее

40

перекрытие

51

перекрытие снимков

51

перекрытие фотограмметрических снимков

51

плоскость снимка

30

плоскость фотограмметрического снимка

30

полигон фотограмметрический

62

сгущение

57

сгущение опорной геодезической сети фотограмметрическое

57

сдвиг изображения (фотограмметрия)

38

сетка контрольная

60

сетка фотограмметрическая контрольная

60

система координат снимка

36

система координат фотограмметрического снимка

36

снимок

2

снимок в видимом диапазоне

25

снимок в видимом диапазоне фотограмметрический

25

снимок зональный

24

снимок инфракрасный

26

снимок кадровый

18

снимок космический

17

снимок наземный

15

снимок панорамный

23

снимок перспективный

20

снимок плановый

19

снимок радиолокационный

27

снимок сканерный

21

снимок фотограмметрический

2

снимок фотограмметрический зональный

24

снимок фотограмметрический инфракрасный

26

снимок фотограмметрический кадровый

18

снимок фотограмметрический космический

17

снимок фотограмметрический наземный

15

 

снимок фотограмметрический панорамный

23

 

снимок фотограмметрический перспективный

20

 

снимок фотограмметрический плановый

19

 

снимок фотограмметрический радиолокационный

27

 

снимок фотограмметрический сканерный

21

 

снимок фотограмметрический щелевой

22

 

снимок щелевой

22

 

стереопара

49

 

стереопара фотограмметрических снимков

49

 

стереофотограмметрия

9

 

съемка

3

 

съемка фотограмметрическая

3

 

тест-объект фотограмметрический

61

 

точка надира снимка

32

 

точка надира фотограмметрического снимка

32

 

точка снимка

31

 

точка снимка главная

33

 

точка фотограмметрического снимка

31

 

точка фотограмметрического снимка главная

33

 

трансформирование снимка

59

 

трансформирование фотограмметрического снимка

59

 

формат снимка

37

 

формат фотограмметрического снимка

37

 

фотограмметрия

1

 

фотограмметрия аналитическая

13

 

фотограмметрия аналоговая

12

 

фотограмметрия космическая

7

 

фотограмметрия наземная

5

 

фотограмметрия одиночного снимка

8

 

фотограмметрия одиночного фотограмметрического снимка

8

 

фотограмметрия прикладная

11

 

фотограмметрия топографическая

10

 

фотограмметрия цифровая

14

 

фототриангуляция

58

 

центр оптического проектирования фотограмметрического снимка

28

 

центр проектирования

28

 

элемент взаимного ориентирования снимков

47

 

элемент взаимного ориентирования фотограмметрических снимков

47

 

элемент внешнего ориентирования

44

 

элемент внешнего ориентирования модели

48

 

элемент внешнего ориентирования снимка угловой

46

 

элемент внешнего ориентирования фотограмметрического снимка

44

 

элемент внешнего ориентирования фотограмметрического снимка угловой

46

 

элемент внешнего ориентирования фотограмметрической модели

48

 

элемент внутреннего ориентирования снимка

43

 

элемент внутреннего ориентирования фотограмметрического снимка

43

 

элементы внешнего ориентирования снимка линейные

45

 

элементы внешнего ориентирования фотограмметрического снимка линейные

45

 

Термины и определения общетехнических понятий,
необходимые для понимания текста стандарта

А. 1 аналоговый снимок

Зарегистрированное оптическое изображение объекта, представленное непрерывными значениями световых характеристик

А.2 цифровой снимок

Упорядоченный массив цифровых сигналов, полученный в процессе сканирования объекта или его оптического изображения съемочной аппаратурой и сохраненный в стандартном формате

А.З съемочная система

Совокупность технических средств, обеспечивающих получение снимка

А.4 геометрическая информация об объекте

Описание местоположения и очертаний объекта фотограмметрической съемки

А. 5 семантическая информация об объекте

Описание сущности и свойства объекта фотограмметрической съемки

А.6 опорная геодезическая сеть

Множество закрепленных точек поверхности объекта фотограмметрической съемки, положение которых определено в общей для них системе геодезических координат

А. 7 носитель съемочной системы

Средство перемещения, на котором установлена съемочная система

Ключевые слова: фотограмметрия, стереофотограмметрия, снимок, фотограмметрическая обработка

 

 

Л Е К Ц И ЯГеометрические основы фотограмметрии

Описание презентации Л Е К Ц И ЯГеометрические основы фотограмметрии по слайдам

Л Е К Ц И ЯГеометрические основы фотограмметрии

Основные вопросы лекции Основные сведения о проекциях. Элементы центральной проекции. Системы координат применяемые в фотограмметрии. Системы координат снимка. Системы координат местности.

Основные сведения о проекциях Построение изображения предмета на избранной поверхности по определенному закону называется проектированием , а его результат – проекцией. Проектирующим лучом называется прямая, проходящая от точки через центр проекции, к поверхности, на которой выполняется проектирование. Центром проекции называется точка, через которую проходят все проектирующие лучи. Плоскость, на которой строится изображение объектов, называется картиной. Совокупность проектирующих лучей, с помощью которых получено изображение в фокальной плоскости, называется связкой или пучком.

Свойства центральной проекции Всякая точка, расположенная в пространстве объектов, в картинной плоскости изображается также точкой. Всякая прямая, если она не проходит через центр проекции, изображается в картинной плоскости также прямой. Точки пространства, расположенные в одной проектирующей плоскости и не лежащие на одной прямой, изображаются в картиной картинной плоскости расположенными на одной прямой.

Элементы центральной проекции E E’ P T Th i W V VI S v. O o α n Nα c Ch h h c

Изображения точек и прямых при центральном проектировании 1. Прямые, лежащие в плоскости основания параллельно линии направления съёмки, изображаются на фотоснимке в виде пучка прямых, сходящихся в главной точке схода. 2. Параллельные прямые плоскости основания, проведенные под произвольным углом к линии направления съёмки, изображаются в плоскости фотоснимка в виде пучка прямых, сходящихся на линии истинного горизонта (в боковой точке схода). 3. Параллельны прямые, проведенные в плоскости основания перпендикулярно к линии направления съёмки, изображаются на фотоснимке в виде горизонталей. 4. Прямые, перпендикулярные к плоскости основания, изображаются на фотоснимке в виде пучка прямых, сходящихся в точке надира. E B P T A D Ca c b S d, e Рис.

Теорема Шаля. Если при одновременном вращении плоскости действенного горизонте E’ вокруг линии действенного горизонта h i и предметной плоскости Е вокруг основания картины ТТ сохраняется их взаимная параллельность, то проектирующий луч SА всегда проходит через ту же пару сопряженных точек предметной и картинной плоскости.

Системы координат применяемые в фотограмметрии Фотограмметрическая обработка фотоснимков предполагает определение положения объекта по измерениям на фотоснимках. Иными словами, речь идёт об определении координат точек объекта по его фотографическому или другому изображению. Чтобы определять координаты любых объектов необходимо установить системы координат (СК), относительно которых будут выполняться измерения и определения. Поэтому важно знать о системах координат, которые используются в фотограмметрии как для определения положения объекта на местности, так и его положения на изображениях. Условно системы координат применяемые в фотограмметрии разделяют на две группы, различающиеся областью применения, выбором начала координат и направлениями координатных осей.

Системы координат местности Геоцентрическая СК –используется для решения фотограмметрических задач на большие расстояния, при выполнении космических исследований и т. п. Начало координат совпадает с центром земного эллипсоида, ось Z направлена вдоль оси вращения, ось Y – в плоскости экватора, ось X – в плоскости начального меридиана. Z гц X гц Y гц. O гц

Системы координат местности Система координат Гаусса – используется для определения положения пунктов опорной геодезической сети и представления результатов фотограмметрическ ой обработки материалов аэрофотосъемки. x y. Осевой меридиан Экватор Рис. 1. Плоская СК зоны в проекции Гаусса О г. Z г Х г Y г. Х г. Y г Z г Рис. 2. Геодезическая СК

Системы координат местности Начало фотограмметрической СК находится обычно в центре проекции S. Оси фотограмметрической СК в общем случае могут быть направлены произвольно. Условия, которые при этом должны соблюдаться: оси СК должны быть взаимно перпендикулярны и составлять правую СК. Направление осей фотограмметрической СК при решении конкретной задачи задают так, чтобы было удобно решать эту задачу. . О г. Z г Y г. Х г А (Х г , Y г , Z г ) (Х, Y, Z) Y г Z г. Х а. SZ Y X Y Z Р X г

Системы координат снимка Координатные системы снимка предназначены для определения положения точек снимка и делятся на внутренние и внешние Внутренние системы – плоские, с началом в точке пересечения линий, соединяющие координатные метки снимка.

Системы координат снимка Для определения пространственного положения точек фотоснимка используется фотограмметрическая СК SXYZ (рис. 9). В отличие от плоских координат точек фотоснимков, их пространственные координаты не могут быть измерены непосредственно. Переход от плоских к пространственным координатам точек фотоснимков осуществляется через вспомогательную СК. Начало вспомогательной СК находится в точке S , а оси х и у параллельны соответствующим осям х и у плоской СК фотоснимка, а ось z является продолжением главного луча и дополняет систему координат до правой Sхуz. X S Yх z у y x x′ a y′ z o’ Ya. X a y′ x′ a′ a′′ Z a. Z P SXYZ пространственная система координат Фотоснимка Р

Системы координат [База знаний по орбите]

Координаты, используемые в программе, не всегда относятся к одной и той же системе координат. Тип системы координат упоминается каждый раз. Используются следующие системы координат:

Система координат камеры

Реперные метки на фотографии создают неизменную систему координат на каждой фотографии. Начало системы координат, называемое реперным центром, является геометрическим центром фотографии, а оси X и Y параллельны краям фотографии.Координаты реперных точек доступны в сертификате калибровки камеры и определяют стабильную систему координат камеры.

Каждая точка фотографии может быть выражена в этой системе координат. Координаты выражены в миллиметрах. Координаты связующих точек камеры не зависят от любого повернутого вида на фотографии, поскольку координаты камеры выражаются только относительно реперных отметок.


Система координат изображения:

Это система координат необработанного изображения, как видно в «Окне связующей точки».Источник системы - левый нижний угол файла.
Ось Y расположена вертикально, а ось X - горизонтально. Единицы измерения системы - количество пикселей. Затем каждый пиксель изображения может быть выражен в положительных координатах X и Y.

Координаты изображения для повернутого файла не совпадают с координатами не повернутого файла. Они выражаются в системе повернутых изображений. Начало системы координат будет в обоих случаях в левом нижнем углу.

Координаты изображения, сохраненные в файле проекта, выражаются в этой системе координат изображения с учетом используемого поворота.


Система координации местности

Система координат ландшафта - это система координат, используемая для выражения X-, Y- и Z-координат точек объекта, контрольных точек и центров проекции. Эта система координат может быть произвольно выбрана пользователем и определена с помощью «Проекции» (см. OrbitGIS). Однако необходимо, чтобы все точки были выражены в одной и той же системе координат во всем проекте.

Используемые единицы по умолчанию отображаются в метрах.Пользователь должен интерпретировать координаты, привязанные к другому объекту системы рельефа.

Системы координат, проекции и преобразования - ArcGIS Pro

Данные обычно представляют собой массив чисел. Пространственные данные похожи, но они также включают числовую информацию, которая позволяет вам разместить их на Земле. Эти числа являются частью системы координат, которая обеспечивает основу для ваших данных, для определения местоположения объектов на поверхности земли, для выравнивания ваших данных относительно других данных, для выполнения пространственно точного анализа и для создания карт.

Все пространственные данные создаются в системе координат, будь то точки, линии, многоугольники, растры или аннотации. Координаты можно указывать разными способами, например, в десятичных градусах, футах, метрах или километрах; в качестве системы координат можно использовать любую форму измерения. Определение этой системы измерения - первый шаг к выбору системы координат, которая отображает ваши данные в правильном положении в ArcGIS Pro по отношению к другим вашим данным.

Системы координат

Данные определяются как в горизонтальной, так и в вертикальной системах координат.Горизонтальные системы координат определяют местоположение данных по поверхности земли, а вертикальные системы координат определяют относительную высоту или глубину данных.

Горизонтальные системы координат могут быть трех типов: географические, проекционные или локальные. Вы можете определить, какой тип системы координат использует ваши данные, изучив свойства слоя. Географические системы координат (GCS) обычно имеют единицы измерения в десятичных градусах, измеряющих градусы долготы (координаты x) и градусы широты (координаты y).Расположение данных выражается в виде положительных или отрицательных чисел: положительные значения x и y для севера от экватора и востока от нулевого меридиана и отрицательные значения для юга от экватора и к западу от нулевого меридиана.

Пространственные данные также могут быть выражены с помощью систем координат проекции (PCS). Для координат используются линейные измерения, а не угловые градусы. Наконец, некоторые данные могут быть выражены в локальной системе координат с ложным началом (0, 0 или другими значениями) в произвольном месте, которое может быть где угодно на Земле.Локальные системы координат часто используются для крупномасштабного (небольшого) картирования. Ложное начало может быть выровнено или не совмещено с известной реальной координатой, но для целей сбора данных пеленги и расстояния могут быть измерены с использованием локальной системы координат, а не глобальных координат. Местные системы координат обычно выражаются в футах или метрах.

Географическая система координат, измеренная в угловых единицах, сравнивается с системой координат проекции, измеренной в линейных единицах.

Вертикальные системы координат могут быть гравитационными или эллипсоидальными. Вертикальные системы координат, основанные на гравитации, ссылаются на расчет среднего уровня моря. Эллипсоидальные системы координат относятся к математически полученной сфероидальной или эллипсоидальной объемной поверхности.

Загрузите список поддерживаемых географических и вертикальных систем координат.

Проекции

Проекция - это средство, с помощью которого вы отображаете систему координат и ваши данные на плоской поверхности, например на листе бумаги или цифровом экране.Математические вычисления используются для преобразования системы координат, используемой на искривленной поверхности земли, в систему координат плоской поверхности. Поскольку не существует идеального способа транспонировать изогнутую поверхность на плоскую без некоторого искажения, существуют различные картографические проекции, обеспечивающие разные свойства. Одни сохраняют форму, другие - расстояние. Некоторые сохраняют область или направление. Экстент, местоположение и свойства, которые вы хотите сохранить, должны определять ваш выбор проекции карты. На платформе ArcGIS существует более 4000 систем координат, поэтому, вероятно, вы найдете одну, соответствующую вашим данным.Если нет, вы можете создать собственную систему координат для отображения данных.

ArcGIS Pro воспроизводит данные на лету, поэтому любые данные, которые вы добавляете на карту, принимают определение системы координат первого добавленного слоя. Пока первый добавленный слой имеет правильно определенную систему координат, все остальные данные с правильной информацией о системе координат «на лету» перепроецируются в систему координат карты. Этот подход облегчает изучение и отображение данных, но его не следует использовать для анализа или редактирования, поскольку он может привести к неточностям из-за несовпадения данных между слоями.Данные также отображаются медленнее, когда они проецируются на лету. Если вы собираетесь выполнить анализ или редактировать данные, сначала спроецируйте их в согласованную систему координат, разделяемую всеми вашими слоями. Это создает новую версию ваших данных.

Загрузите список поддерживаемых систем координат проекции.

См. Список всех поддерживаемых картографических проекций.

Преобразования

После определения системы координат, которая соответствует вашим данным, вы все равно можете захотеть использовать данные в другой системе координат.Вот тогда и пригодятся преобразования. Преобразования преобразуют данные между разными географическими системами координат или между разными вертикальными системами координат. Если ваши данные не совпадают, вы столкнетесь с трудностями и неточностями в любом анализе и картировании, которое вы выполняете на несовпадающих данных.

Загрузите список поддерживаемых географических и вертикальных преобразований.

Связанные темы

Отзыв по этой теме?

систем координат: в чем разница?

Системы координат - фундаментальные знания для ГИС-специалиста.Но так много непонятных терминов!

Не можете вспомнить разницу между этой геодезией и этим? Я составил список вещей, которые меня когда-то сбивали с толку при работе с системами координат. Надеюсь, эти объяснения также помогут вам прояснить ситуацию.

В чем разница между:

В чем разница между GCS и PCS?

Географическая система координат (GCS) - это справочная система, которая определяет расположение пространственных объектов на модели Земли.Он имеет форму шара - сферический. Его единицы угловые, обычно градусы.

Система координат проекции (PCS) плоская. Он содержит GCS, но преобразует этот GCS в плоскую поверхность, используя математику (алгоритм проецирования) и другие параметры. Единицы измерения линейные, чаще всего в метрах.

GCS необходим для определения точного местоположения данных на поверхности земли. PCS необходим для рисования данных на плоской карте.

Чтобы узнать больше, см. Географические и прогнозируемые системы координат.

В чем разница между датумом и географической системой координат?

Датум - это один параметр в географической системе координат (GCS).

Датум - это часть GCS, которая определяет, какая модель (сфероид) используется для представления земной поверхности и где она расположена относительно поверхности. Поскольку поверхность Земли не является идеально гладкой или круглой, существует множество различных систем отсчета, предназначенных для разных частей света.

GCS - это полное определение того, как привязать значения координат к реальным местоположениям на Земле.В дополнение к системе отсчета GCS включает нулевой меридиан (который определяет положение долготы 0 °) и угловую единицу (часто градусы).

База данных включает сфероид, который определяется его большой полуосью, малой полуосью и значениями обратной развертки.

В чем разница между проекцией и системой координат проекции?

Проекция - это один параметр в системе координат проекции (PCS).

Проекция - это математический алгоритм, который определяет, как представить круглую Землю на плоской карте.Вы можете увидеть все проекции, доступные в ArcGIS, в Списке поддерживаемых картографических проекций.

PCS - это полное определение того, как конкретная круглая модель земли проецируется на плоскую карту. Помимо проекции, PCS включает географическую систему координат (которая определяет модель земли), единицы измерения (часто метры) и набор значений параметров, которые меняются в зависимости от проекции (ложное восточное положение, центральный меридиан, стандартная параллель, и так далее). Их можно использовать для центрирования АСУ ТП в разных частях мира.

Как следует из названия, PCS - это система координат. Проекция - это не система координат; это алгоритм, который используется для создания АСУ ТП.

В чем разница между WKT и WKID?

Это оба средства идентификации систем координат, поэтому вы можете быть уверены, что используете те же параметры, что и другие.

Хорошо известный текст (WKT) - это строка, которая определяет все необходимые параметры системы координат.Сохраните файл проекции (.prj) любой системы координат и откройте его в текстовом редакторе, чтобы увидеть его WKT.

Хорошо известный идентификатор (WKID) - это уникальный номер, присвоенный системе координат. Вы можете найти WKID в окне «Сведения о системах координат». Как только вы узнаете это число, это удобный способ найти систему координат позже.

Центром WKID будет либо EPSG (European Petroleum Survey Group), либо Esri, но эти числа не пересекаются, поэтому нет необходимости беспокоиться о том, какой орган определил идентификатор.

В чем разница между инструментом "Определить проекцию" и инструментом "Проект"?

Инструмент Определить проекцию используется в основном, когда данные имеют неизвестную систему координат. Он переназначает информацию о системе координат в метаданных. Фактические значения координат при этом не изменятся.

Инструмент Project преобразует все координаты из одной системы координат в другую. Он также обновляет информацию метаданных.

Дополнительные сведения см. В разделе «Определить проекцию или проект?»

В чем разница между проецированием на лету и географическими преобразованиями?

Географические преобразования - это одна из частей процесса проецирования на лету.

Проекция на лету - это то, что ArcGIS делает для разрешения конфликтов, когда ваши данные находятся в другой системе координат, чем ваша карта. Если бы у вас не было проецирования на лету, вы не смогли бы нарисовать данные, прежде чем преобразовать их в ту же систему координат, что и карта.

Всякий раз, когда проекция на лету включает преобразование между географическими системами координат, процесс будет включать географических преобразований . Это вычисления, которые преобразуют координаты из одной GCS в другую.Иногда их называют преобразованиями датума .

Вы можете выбрать, какое преобразование использовать. Если для ваших данных используется GCS, отличный от вашей карты, и вы не используете географическое преобразование, данные будут отображаться не в том месте.

Чтобы узнать больше, прочтите «Проектирование на лету» и «Географические преобразования».

В чем разница между пространственной привязкой и системой координат?

Нет ни одного. По крайней мере, в продуктах Esri.Эти термины взаимозаменяемы.

Вы можете посмотреть видео «Введение в системы координат и картографические проекции», чтобы узнать больше обо всех этих терминах и концепциях.

Большое спасибо Бояну Шавричу и Мелите Кеннеди за их помощь и поддержку в написании этой и других недавних статей!

Бесплатная пробная версия ArcGIS Pro

Об авторе

Хизер Смит

Хизер - картограф и художник, которая сочетает обе практики, чтобы выразить и понять пейзажи.Она пишет и редактирует уроки для веб-сайта Learn ArcGIS. Другие ее работы можно найти на сайте www.heathergabrielsmith.ca

.

Что такое государственная система координат самолета? Может ли GPS предоставить координаты в этих значениях?

Государственная плоская система координат (SPCS), которая используется только в Соединенных Штатах, представляет собой плоскую систему координат (линии север-юг и восток-запад перпендикулярны), в которой каждое отдельное государство имеет от одной до шести зон, в зависимости от от размера и формы государства.Высокая точность этой системы координат достигается за счет использования относительно небольших зон.

120 различных зон государственной системы координат самолета обычно следуют за границами округов (за исключением Аляски). Более крупные штаты разделены на несколько зон, например «Северная зона Колорадо». Штаты с длинной осью север-юг (например, Айдахо и Иллинойс) обычно отображаются с использованием поперечной проекции Меркатора, в то время как штаты с длинной осью восток-запад (например, Вашингтон и Пенсильвания) обычно отображаются с помощью конформной проекции Ламберта.В любом случае центральный меридиан проекции обычно проходит приблизительно по центру зоны.

Декартова система координат создается для каждой зоны путем установления начала координат на некотором расстоянии (обычно 2 000 000 футов) к западу от центрального меридиана зоны и на некотором расстоянии к югу от самой южной точки зоны. Это гарантирует, что все координаты в зоне будут положительными. Ось X, проходящая через это начало, проходит с востока на запад, а ось Y проходит с севера на юг.Расстояния от начала координат обычно измеряются в футах, но иногда и в метрах. Расстояния X обычно называют восточными (поскольку они измеряют расстояния к востоку от исходной точки), а расстояния Y обычно называют северными (поскольку они измеряют расстояния к северу от исходной точки).

Когда система координат штата отображается на топографической карте USGS, зона указывается в условных обозначениях на воротнике карты. Отметки сетки показаны вдоль линии проекции карты, а значения координат помечаются в одном или нескольких углах.Однако на большинстве 7,5-минутных исторических топографических карт Геологической службы США, выпущенных в 1947-1995 годах, сетка привязана к устаревшей Североамериканской системе отсчета 1927 года (NAD27), поэтому координаты на карте могут отличаться на сотни метров от координат, полученных с помощью современных инструментов. более новые данные.

С появлением Североамериканского датума 1983 года (NAD83), который практически идентичен Мировой геодезической системе 1984 года (WGS84) в Соединенных Штатах, координаты государственного самолета сместились вместе с ним. Смещение от различных датумов обозначено пунктирным крестом в каждом углу некоторых топографических карт.

Топографические карты США, выпущенные в 2010–2016 годах, снабжены аннотациями со значениями координат государства NAD83, но эти отметки и аннотации были удалены с топографических карт США в 2017 году.

Большинство географических информационных систем (ГИС) могут отображать значения и сетки SPCS, а некоторые потребительские устройства и приложения GPS также реализуют SPCS. В настоящее время SPCS в основном используется для землеустройства и специализированного местного картографирования.

Подробнее:

2.2 Потребность в системах координат

Рисунок 2.2. Декартова система координат.

Места на поверхности Земли измеряются и представляются в координатах ; координата - это набор из двух или более чисел, определяющих положение точки, линии или другой геометрической фигуры по отношению к некоторой системе отсчета. Простейшей системой такого типа является декартова система координат , названная в честь математика и философа 17 века Рене Декарта. Декартова система координат, как на рисунке 2.2, представляет собой сетку, образованную двумя шкалами измерения, горизонтальной (x) и вертикальной (y). Точка, в которой оба x и y равны нулю, называется началом системы координат. На иллюстрации выше начало координат (0,0) расположено в центре сетки (пересечение двух жирных линий). Все остальные позиции указываются относительно начала координат. Координата верхнего правого угла сетки - (6,3). Нижний левый угол - (-6, -3).

Рисунок 2.3. Географическая (или «геодезическая») система координат.

Декартова и другие двумерные (плоские) системы координат удобны благодаря своей простоте. Они не совсем подходят для указания географического положения. Однако географическая система координат, как показано на рисунке 2.3, разработана специально для определения положений на приблизительно сферической поверхности Земли. Вместо двух линейных шкал измерения x и y в географической системе координат объединены две изогнутые шкалы измерения.

Вы, наверное, уже встречали термины широта и долгота в своих исследованиях. Сравнение этих двух шкал приведено ниже на Рисунке 2.4. Шкала север-юг, называемая широтой (обозначенная греческим символом phi ), находится в диапазоне от + 90 ° (или 90 ° северной широты) на северном полюсе до -90 ° (или 90 ° южной широты) на южном полюсе. в то время как экватор равен 0 °. Линия широты также известна как параллель .

Масштаб восток-запад, называемый долготой (условно обозначаемый греческим символом лямбда ), находится в диапазоне от + 180 ° до -180 °.Поскольку Земля круглая, + 180 ° (или 180 ° E) и -180 ° (или 180 ° W) - это одна и та же линия сетки. Линия долготы называется меридианом . Эта линия сетки +/- 180 примерно соответствует международной линии дат , у которой есть отклонения, которые проходят вокруг некоторых территорий и групп островов, так что им не нужно справляться с путаницей из близлежащих мест, находящихся в два разных дня. Напротив международной линии перемены дат на другой стороне земного шара находится нулевой меридиан , линия долготы, определенная международным договором как 0 °.В более высоких широтах длина параллелей уменьшается до нуля на 90 ° северной и южной широты. Линии долготы не параллельны, а сходятся к полюсам. Таким образом, хотя градус долготы на экваторе равен расстоянию примерно 111 километров, это расстояние уменьшается до нуля на полюсах.

Рисунок 2.4. Географическая система координат.

Предоставлено: Raechel Bianchetti © Университет штата Пенсильвания, имеет лицензию CC BY-NC-SA 4.0.
Попробуйте это: приложение для практики географической системы координат

Встречали ли вы когда-нибудь термины «широта» или «долгота»? Насколько хорошо вы действительно понимаете географическую систему координат? Наш опыт показывает, что, хотя каждый, кто входит в этот класс, слышал о широте и долготе, только около половины могут указать на местоположение на карте, указанное парой географических координат.Веб-сайты, указанные ниже, позволяют вам проверить свои знания. Вы будете практиковаться, нажимая места на земном шаре в соответствии с случайно сгенерированными географическими координатами.

Игра-викторина по карте

Практика долготы и широты

2.2.1 Географические координаты

Мы обсудили тот факт, что и широта, и долгота измеряются в градусах, но что насчет того, когда нам нужно более точное измерение детализации? Чтобы записать географические координаты, мы можем разделить градусы на минуты и секунды.Градус равен шестидесяти минутам, а каждая минута - шестидесяти секундам. Географические координаты часто необходимо преобразовывать, чтобы георегистрировать один слой данных на другом. Географические координаты могут быть выражены в десятичных градусах или в градусах, минутах и ​​секундах . Иногда вам нужно преобразовать одну форму в другую.

Вот как это работает:

Чтобы преобразовать широту -89,40062 из десятичных градусов в градусы, минуты, секунды:

Вычтите число целых градусов (89 °) из общего числа (89.40062 °). (Знак минус используется в десятичном формате градуса только для обозначения того, что значение является западной долготой или южной широтой.) В этом примере знак минус указывает на юг, поэтому следите за этим.

Умножьте остаток на 60 минут (0,40062 x 60 = 24,0372).

Вычтите из произведения целые минуты (24 фута).

Умножьте остаток на 60 секунд (0,0372 x 60 = 2,232). Округлите (в данном случае с точностью до секунды).

Соберите части; в результате получается 89 ° 24 '2 "южной широты.Если бы исходной точкой была долгота -89,400062, единственная разница заключалась бы в том, что буква S, указанная выше, была бы заменена на W.

.

Чтобы преобразовать 43 ° 4 '31 "из градусов, минут, секунд в десятичные градусы, используйте простую формулу ниже:
DD = Градусы + (Минуты / 60) + (Секунды / 3600)

Разделите количество секунд на 60 (31 ÷ 60 = 0,5166).

Добавьте частное шага (1) к целому количеству минут (4 + 0,5166).

Разделите результат шага (2) на 60 (4.5166 ÷ 60 = 0,0753).

Добавьте частное из шага (3) к целому числу градусов (43 + 0,0753).

Результат 43.0753 °

Практика викторины

Зарегистрированные студенты штата Пенсильвания должны вернуться, чтобы пройти тест для самооценки по географическим координатам .

Вы можете проходить практические викторины сколько угодно раз. Они не оцениваются и никак не влияют на вашу оценку.

2.2.2 Плоские координаты

До сих пор вы читали о декартовых системах координат, но это не единственный вид двумерной системы координат.Плоская система координат может рассматриваться как сопоставление любых двух шкал измерения. Другими словами, если вы разместите две линейки под прямым углом, так что отметки «0» на линейках выровнены, вы определите систему координат плоскости. Правителей называют «топорами». Как и в случае с декартовыми координатами, абсолютное положение любой точки в пространстве в плоской системе координат определяется в единицах измерения расстояний по осям x (восток-запад) и y (север-юг).Позиция, определяемая координатами (1,1), расположена на одну единицу правее и на одну единицу выше начала координат (0,0). Сетка универсальной поперечной проекции Меркатора (UTM) - это широко используемый тип системы координат на географической плоскости, в которой позиции задаются как восточные (расстояния в метрах, к востоку от исходной точки) и северные (расстояния к северу от исходной точки).

Некоторые преобразования координат просты. Преобразование из плоских координат без географической привязки в полярные координаты без географической привязки, более подробно описанное ниже в главе, показанной ниже, включает не что иное, как замену одного вида координат другим.

Рисунок 2.5. Одна и та же позиция указана в двух системах плоских координат без географической привязки: декартовой (слева) и полярной (справа).

2.2.3 UTM: Универсальная поперечная проекция Меркатора

Рисунок 2.6. Десять зон UTM, охватывающих территорию США

.

Сетка географической системы координат широты и долготы состоит из двух изогнутых шкал измерения , которые соответствуют почти сферической форме Земли. Как обсуждалось выше, географические координаты могут быть указаны в градусах, минутах и ​​угловых секундах.Изогнутые сетки неудобно использовать для нанесения позиций на плоские карты. Кроме того, вычисление расстояний, направлений и площадей со сферическими координатами затруднительно по сравнению с расчетом с плоскими координатами. По этим причинам картографы и военные в Европе и США разработали систему координат UTM. Сетки UTM теперь являются стандартом не только для печатных топографических карт, но и для географической привязки цифровых данных, составляющих формирующуюся национальную карту США (NationalMap.gov).

«Поперечная проекция Меркатора» относится к способу преобразования географических координат из сферической модели Земли в плоские координаты. Акт математического преобразования географических сферических координат в плоские координаты обязательно смещает большую часть (но не все) преобразованных координат в некоторой степени. Из-за этого масштаб карты варьируется в пределах спроецированных (плоских) сеток системы координат UTM. Таким образом, координаты UTM предоставляют точные спецификации местоположения, но с известной степенью позиционной ошибки в зависимости от того, где находится место.

Ниже показан юго-западный угол топографической карты государственного колледжа в масштабе 1:24 000 (1 дюйм на карте соответствует 2000 футов в мире) в округе Сентер, штат Пенсильвания, опубликованной Геологической службой США (USGS). . Обратите внимание, что указаны географические координаты (40 ° 45 'северной широты, 77 ° 52' 30 дюймов западной долготы) угла. Также показаны галочки и метки, представляющие две системы координат плоскости, универсальную поперечную проекцию Меркатора (UTM). системы и системы координат штата (SPC).Галочка на западном краю карты, обозначенная «4515», представляет линию сетки UTM (называемую «северное положение»), которая проходит параллельно экватору и на 4 515 000 метров к северу от него. Отметки с метками «258» и «259» представляют линии сетки, которые проходят перпендикулярно экватору и 258000 метров и 259000 метров к востоку, соответственно, от начала координатной сетки UTM Zone 18 North (см. Ее расположение на рис. 6 выше). В отличие от линий долготы, восточные направления UTM прямые и не сходятся на полюсах Земли.

Рисунок 2.7. Юго-западный угол топографической карты USGS с отметками и метками сетки для трех различных систем координат, включая систему координат UTM.

Универсальная поперечная система Меркатора на самом деле не универсальна, но она покрывает почти всю поверхность Земли. Исключаются только полярные области - широты выше 84 ° северной широты и 80 ° южной широты. (Полярные системы координат используются для определения положений за пределами этих широт.) Система UTM делит остальную часть поверхности Земли на 60 зон, каждая из которых охватывает 6 ° долготы.Они пронумерованы с запада на восток от 1 до 60, начиная с 180 ° западной долготы (примерно совпадает с международной линией перемены дат).

Рисунок 2.8. Проекция Меркатора мира, показывающая 60 зон системы координат UTM, каждая из которых разделена на северную и южную половины на экваторе. Также показаны две полярные системы координат, используемые для определения положений за северной и южной границами системы UTM.

На рисунке выше показаны зоны UTM, как если бы они были равномерно «широкими» от экватора до их северных и южных границ.Фактически, поскольку меридианы сходятся к полюсам на земном шаре, каждая зона UTM сужается от 666 000 метров в «ширине» на экваторе (где 1 ° долготы составляет около 111 километров в длину) до всего лишь около 70 000 метров на 84 ° северной широты и около 116 000 метров на 80 ° южной широты.

Чтобы прояснить это, на рисунке ниже изображена область, охватываемая единой зоной сетки системы координат UTM. Каждая зона UTM охватывает 6 ° долготы, от 84 ° северной широты до 80 ° южной широты. Каждая зона UTM делится вдоль экватора на две половины, северную и южную.

Рисунок 2.9. Характеристики зоны системы координат UTM. Желтым цветом обозначены области, в которых координаты UTM действительны для данной зоны. Красные линии, параллельные центральному меридиану, представляют две стандартные линии, используемые в каждой поперечной проекции Меркатора. Эти две стандартные линии параллельны каждому центральному меридиану на расстоянии 180 000 метров к востоку и западу от них. Каждая квадратная ячейка сетки на иллюстрации охватывает 500 000 метров с каждой стороны.

На рисунке выше показано, как сетки координат UTM соотносятся с зоной покрытия, показанной выше.Для сравнения, северная и южная половины показаны рядом. Каждой половине присваивается свое собственное происхождение . Истоки зоны север-юг расположены к югу и западу от зоны. Истоки северной зоны расположены на экваторе, в 500 000 метров к западу от центрального меридиана этой зоны. Начало координат расположено так, что каждое значение координаты в каждой зоне является положительным числом. Это сводит к минимуму вероятность ошибок в расчетах расстояния и площади. По определению, оба истока расположены в 500 000 метров к западу от центрального меридиана зоны (другими словами, восточное положение центрального меридиана всегда составляет 500 000 метров в.д.).Они считаются «ложным» происхождением, поскольку расположены за пределами зон, к которым они относятся. Истинги UTM с указанием мест в зоне варьируются от 167 000 метров до 833 000 метров на экваторе. Эти диапазоны сужаются к полюсам. Северный диапазон колеблется от 0 метров до почти 9 400 000 в северных зонах и от чуть более 1 000 000 метров до 10 000 000 метров в южных зонах. Обратите внимание, что положения на широтах выше 84 ° северной широты и 80 ° южной широты определены в полярных стереографических системах координат, которые дополняют систему UTM.

На графике с искаженным эллипсом ниже показано количество искажений на карте UTM. Этот вид сюжета будет более подробно объяснен ниже; Здесь важно отметить, что размер и форма объектов, выделенных красным цветом, указывают на величину искажения размера и формы на карте (широкий диапазон размеров указывает на существенное искажение области, диапазон от кругов до плоских эллипсов указывает на существенное искажение формы. ). Эллипсы, расположенные в центре выделенной зоны UTM, имеют одинаковый размер и форму.Вдали от выделенной зоны эллипсы неуклонно увеличиваются в размерах, хотя их форма остается равномерно круглой. Этот шаблон указывает на то, что масштабное искажение минимально в пределах Зоны 30, и что масштаб карты увеличивается по мере удаления от этой зоны. Кроме того, эллипсы показывают, что характер искажения, связанного с этой проекцией, заключается в том, что формы объектов, как они появляются на глобусе, сохраняются, в то время как их относительные размеры искажаются. Картографические проекции, которые сохраняют форму, жертвуя точностью размеров, называются конформными проекциями .Системы плоских координат, наиболее широко используемые в США, UTM и SPC (система координат штата), основаны на конформных проекциях.

Рисунок 2.10. Результат поперечной проекции Меркатора мира с центром в зоне 30 UTM. Красные кружки показывают искажение масштаба, появившееся во время преобразования от географических координат к проектируемой плоскости. На глобусе все круги будут одного размера.

Поперечная проекция Меркатора, показанная выше, сводит к минимуму искажения в зоне 30 UTM, помещая эту зону в центр проекции.Пятьдесят девять вариантов этой проекции используются для минимизации искажений в других 59 зонах UTM. В любом случае искажение составляет не более 1 части из 1000. Это означает, что расстояние в 1000 метров, измеренное в любом месте зоны UTM, будет не хуже, чем + или - 1 метр.

Одним из недостатков системы UTM является необходимость использования нескольких систем координат для учета больших объектов. Например, нижние 48 штатов США распределены по десяти зонам UTM. Тот факт, что существует много узких зон UTM, может ввести в заблуждение.Например, город Филадельфия, штат Пенсильвания, находится к востоку от города Питтсбург. Однако если вы сравните восток центроидов, представляющих два города, восток Филадельфии (около 486 000 метров) будет меньше, чем у Питтсбурга (около 586 000 метров). Почему? Потому что, хотя оба города расположены в штате Пенсильвания, США, они расположены в двух разных зонах UTM. Как оказалось, Филадельфия ближе к истокам своей Зоны 18, чем Питтсбург к истокам своей Зоны 17.Если бы вы нанесли на карту точки, представляющие два города, игнорируя тот факт, что эти две зоны представляют собой две разные системы координат, Филадельфия появилась бы к западу от Питтсбурга. Неопытные пользователи ГИС постоянно совершают эту ошибку. К счастью, программное обеспечение ГИС становится достаточно сложным, чтобы автоматически распознавать и объединять различные системы координат.

Практика викторины

Зарегистрированные студенты штата Пенсильвания должны вернуться, чтобы пройти тест для самооценки по координатам UTM .

Вы можете проходить практические викторины сколько угодно раз. Они не оцениваются и никак не влияют на вашу оценку.

2.2.4 Координаты государственной плоскости

Система UTM была разработана для удовлетворения потребности в координатах плоскости для определения географических местоположений в глобальном масштабе. Ориентируясь только на США, Национальная геодезическая служба США (NGS) в консультации с различными государственными агентствами разработала Государственную систему координат самолета с учетом нескольких целей проектирования. Главными из них были:

  1. плоские координаты для удобства использования при расчетах расстояний и площадей;
  2. все положительные значения для минимизации ошибок вычислений; и
  3. максимальная частота ошибок 1 часть из 10000.

Как обсуждалось выше, координаты плоскости определяют положение в плоской сетке. Картографические проекции необходимы для преобразования координат широты и долготы в координаты плоскости. Разработчики SPCS сделали две вещи, чтобы минимизировать неизбежные искажения, связанные с проецированием Земли на плоскую поверхность. Во-первых, они разделили США на 124 относительно небольших зоны, которые охватывают 50 штатов США. Во-вторых, они использовали немного разные формулы проекции карты для каждой зоны, которая сводит к минимуму искажения вдоль линии восток-запад или север-юг в зависимости от ориентации зоны.Изогнутые пунктирные красные линии на рисунке ниже представляют две стандартные линии , которые проходят через каждую зону. Стандартные линии указывают, где проекция карты имеет нулевую площадь или искажение формы (некоторые проекции имеют только одну стандартную линию).

Как показано ниже, некоторые состояния охватываются одной зоной, а другие делятся на несколько зон. Каждая зона основана на уникальной картографической проекции, которая сводит к минимуму искажения в этой зоне до 1 части из 10 000 или лучше. Другими словами, измерение расстояния в 10000 метров будет в худшем случае на один метр (не включая ошибку прибора, человеческую ошибку и т. Д.).). Частота ошибок варьируется в каждой зоне: от нуля вдоль стандартных линий проекции до максимума в точках, наиболее удаленных от стандартных линий. Ошибки будут намного ниже максимума в большинстве мест в пределах данной зоны SPC. Зоны SPC достигают большей точности, чем зоны UTM, поскольку они покрывают меньшие площади и поэтому менее подвержены искажениям, связанным с проекцией.

Рисунок 2.11. Государственная система координат США 1983 года состоит из 124 зон. Каждая зона представляет собой отдельную плоскую систему координат.(Аляска и Гавайи не показаны).

Как мы видели выше, позиции в любой системе координат указываются относительно начала координат. Как и зоны UTM, источники зон SPC определены таким образом, чтобы каждое восточное и северное направления в каждой зоне были положительными числами. Как показано на рисунке ниже, исходные пункты SPC расположены к югу от округов, входящих в каждую зону. Начало координат совпадает с центральным меридианом картографической проекции, на которой основана каждая зона. Ложное происхождение северной зоны Пенсильвании определяется как 600 000 метров к востоку и 0 метров к северу.Истоки происхождения меняются от зоны к зоне от 200 000 до 8 000 000 метров к востоку.

Рисунок 2.12. Схематический вид двух зон государственной системы координат плоскости, показывающий округа, составляющие каждую зону (желтым цветом), истоки каждой зоны и стандартные линии проекций карты, на которых основаны зоны, по которым масштабное искажение равно нулю. .

Зоны SPCS идентифицируются 4-значным кодом FIPS, первые две цифры представляют состояние, а вторая - зону (например.g., PA имеет код FIPS 37 с 2 зонами, 1 и 2, таким образом, 3701 для северной зоны и 3702 для южной). Начальный «0» для состояний в диапазоне 1–9 обычно опускается; таким образом, для CA, например, самая северная зона SPCS - это 401.

Одно место, где вы можете найти все номера зон, находится здесь: США State Plane Zones NAD83

Ниже показан юго-западный угол той же топографической карты в масштабе 1:24 000, которая использовалась в качестве примера выше. Наряду с географическими координатами (40 45 'северной широты, 77 ° 52' 30 "западной долготы) угловых отметок и отметок UTM, описанных выше, также включены восточные и северные направления SPCS.Галочка, помеченная «1 970 000 футов», представляет линию сетки SPC, которая проходит перпендикулярно экватору и 1 970 000 футов к востоку от начала зоны Северной Пенсильвании. Обратите внимание, что в этом примере координаты системы SPC указаны в футах, а не в метрах. Система SPC перешла на использование метров в 1983 году, но большинство существующих топографических карт старше этого и до сих пор дают спецификации в футах (как в примере ниже). Начало лежит далеко к западу от этого листа карты. Другие линии сетки SPC, называемые «северными» (показана линия для 220 000 футов), проходят параллельно экватору и перпендикулярно восточным направлениям SPC с шагом 10 000 футов.В отличие от линий долготы, восточные и северные направления SPC прямые и не сходятся на полюсах Земли.

Рисунок 2.13. Юго-западный угол топографической карты USGS, показывающий отметки сетки и метки для трех различных систем координат, включая систему координат SPC.

SPC, как и все системы координат плоскости, делают вид, что мир плоский. Основная проблема проектирования, с которой столкнулись геодезисты, разработавшие Государственную систему координат самолета, заключалась в том, чтобы установить зоны системы координат, которые были бы достаточно маленькими, чтобы минимизировать искажения до приемлемого уровня, но достаточно большими, чтобы их можно было использовать.

Большинство зон SPC основаны на картографической проекции Поперечный Меркатор или Конический конус Ламберта , параметры которой (такие как стандартные линии и центральные меридианы) оптимизированы для каждой конкретной зоны. «Высокие» зоны, подобные зонам в штатах Нью-Йорк, Иллинойс и Айдахо, основаны на уникальных проекциях поперечной проекции Меркатора, которые минимизируют искажения за счет проведения двух стандартных линий с севера на юг по обе стороны от центрального меридиана каждой зоны, как и в одной проекции. используется для зон UTM.«Широкие» зоны, подобные зонам в Пенсильвании, Канзасе и Калифорнии, основаны на уникальных проекциях конформной конической формы Ламберта (подробнее об этой и других проекциях см. Ниже), которые проходят через две стандартные линии (в данном случае стандартные параллели) с запада на восток. зона. (Одна из зон Аляски основана на «наклонном» варианте проекции Меркатора. Это означает, что вместо стандартных линий, параллельных центральному меридиану, как в поперечном случае, наклонный Меркатор проходит по двум стандартным линиям, наклоненным таким образом, чтобы свести к минимуму искажения вдоль аляскинской ручки.)

Эти два типа картографических проекций имеют свойство конформности , что означает, что углы, нанесенные в системе координат, равны углам, измеренным на поверхности Земли. Как вы понимаете, конформность - полезное свойство геодезистов, которые зарабатывают себе на жизнь измерением углов.

В этом разделе мы рассказали о некоторых характеристиках картографических проекций и о том, как они используются для привязки координат плоскости к земному шару. Затем мы углубимся в тему картографических проекций, тему, которая на протяжении веков увлекала многих математиков и других.

Практика викторины

Зарегистрированные учащиеся штата Пенсильвания должны вернуться, чтобы пройти тест по самооценке по государственным координатам самолета .

Вы можете проходить практические викторины сколько угодно раз. Они не оцениваются и никак не влияют на вашу оценку.

систем координат в рабочих процессах Trimble GIS

систем координат в рабочих процессах Trimble GIS

Блог серии

Введение

Одна из самых фундаментальных концепций в рабочих процессах сбора данных ГИС и, фактически, в ГИС в целом, - это определение местоположения.Приемники и рабочие процессы GNSS с высокой точностью существуют в основном для повышения точности данных о местоположении, которые мы собираем. Когда мы собираем местоположение объекта, это может быть просто точка или набор точек на линии или многоугольнике. Каждая точка или координата отражает три измерения измерения. Чтобы координаты этих объектов были полезными, они должны быть согласованными - они должны использовать одну и ту же систему координат.

В подавляющем большинстве рабочих процессов сбора данных ГИС данные об объектах проходят через одну или несколько систем или приложений между полем и офисом.Каждая из этих систем (включая систему самой GNSS) накладывает различные ограничения на систему координат. В идеале рабочий процесс позволит легко интегрировать данные в систему записи без потери точности данных и с минимальной потерей точности. Для этого необходимо тщательно определить системы координат, используемые на каждом этапе, и управлять ими; различия между системами координат должны быть учтены явным образом.

Основной причиной ошибок при преобразовании измерений GNSS в геометрию объектов ГИС является неправильное обращение или понимание систем координат.Например, неправильная обработка различий в системах координат GNSS и ГИС в Северной Америке может привести к «смещению» объекта ГИС до 1,5 м.

Ошибки часто возникают при сравнении координат вновь собранных объектов ГИС с ранее собранными данными объектов с различными свойствами, связанными с системой координат. Эти ошибки рабочего процесса существовали с первых дней сбора данных ГИС с помощью GNSS; тем не менее, это происходит чаще с принятием оборудования с высокой точностью и использованием в функциональных рабочих процессах ГИС вместо рабочих процессов геодезической съемки , где более распространена строгая геодезическая обработка.

Программное обеспечение Trimble GIS всегда «осведомлено» о системе координат, и мы рады вносить значительные улучшения в наше программное обеспечение Trimble TerraFlex в этой области. При подготовке к выпуску мы хотели «подготовить почву» в серии блогов:

  1. Системы координат 101: важность геодезии для сбора высокоточных данных ГИС
    В этом посте мы представим обзор фундаментальных концепций геодезии, необходимых для понимания того, почему системы координат так важны для ГИС.
  2. Общие проблемы с конфигурациями системы координат или «Почему мои данные так выглядят?»
    Далее мы воспользуемся нашим долгим опытом помощи клиентам в решении проблем конфигурации системы координат в их данных и рабочих процессах.
  3. Что делает Trimble для решения этих проблем?
    Мы рассмотрим, что мы делаем для решения этих проблем в контексте новой версии TerraFlex, Trimble Connect Map Viewer и Trimble Positions Desktop.

Перейти к части 1: Системы координат 101: Важность геодезии для сбора высокоточных данных ГИС

Опции географической привязки дронов | Обработка данных с дрона

Параметры географической привязки БПЛА

При использовании дрона для фотограмметрии одним из наиболее важных шагов обработки данных является обеспечение точной географической привязки создаваемых ортофотопланов и 3D-моделей, чтобы координаты любой точки на модель точно соответствует тому месту, где эта точка существует в реальном мире.Есть три основных способа сделать это: полагаться на GPS потребительского уровня, который является стандартным для большинства дронов, установка и съемка в высокоточных «наземных контрольных точках» (воздушные цели) или использование высокоточной системы GPS на борту дрона. . У каждого из них есть свои достоинства и недостатки, и они могут быть подходящими для определенных исследовательских работ.

Стандартный GPS без контроля

Практически любой дрон, приобретаемый геодезистом, имеет бортовую систему GPS. Однако, если не указано иное, это бытовые однодиапазонные приемники GPS.Их основная функция - навигация. Когда эти дроны делают фотографии, они помечают каждому из них местоположение; однако они могут быть отклонены на целых 15 футов. Когда эти фотографии сшиваются вместе, модель также может быть неточной. Точность (или относительная точность) внутри модели обычно выше, но все же может быть меньше на фут.

Преимущество использования этого стандартного бортового GPS - это скорость и простота. Полевые работы минимальны: требуется только настроить дрон и управлять им над площадкой - даже базовая станция GPS не требуется - и это можно сделать с помощью очень недорогого дрона и нетехнического оператора.

Главный недостаток такого подхода - точность. Очень редко такой подход будет достаточным для нужд геодезиста. Основным вариантом использования будет создание простой визуальной информации (ортофото или трехмерная веб-модель) для планирования или удобства использования. Это может быть жизнеспособным для некоторых проектов измерения количества, поскольку абсолютная точность с географической привязкой обычно не требуется, при условии, что допустимы погрешности объема +/- 10 процентов.

Стандартный GPS с наземным управлением

Многие геодезисты уже знакомы с концепцией использования наземного контроля для привязки аэрофотоснимков, поскольку она уже десятилетиями использовалась обычными авиадиспетчерами.Перед запуском дрона геодезист размещает ряд целей вокруг объекта, а затем с очень высокой точностью определяет их местоположение. Эти цели запечатлены на многих фотографиях дрона, что позволяет фотограмметристу вводить координаты местоположения целей в программное обеспечение для фотограмметрии, которое затем привязывает весь проект к системе координат наземного пульта управления.

Этот подход обеспечивает наиболее последовательные результаты с наивысшей точностью, обычно лучше 0.1 фут. Это очень просто, потому что не требует нового оборудования и только умеренных новых технических возможностей. Сами мишени могут быть фотоидентификационными точками или - решение, которое нам очень нравится - клетчатым линолеумом, который в большинстве хозяйственных магазинов стоит всего 0,10 доллара. Источников ошибок меньше, чем при использовании специализированного высокоточного бортового GPS. Еще одним важным преимуществом является цена: для наземного управления не требуется высококлассный, дорогой или сложный дрон.

На практике простота выравнивания системы координат - одно из самых больших преимуществ использования наземного управления.Поскольку наземный контроль снимается традиционно, он автоматически находится в той же системе координат, что и любые полевые снимки, собранные в рамках проекта. Это означает, что когда фотограмметрическая модель имеет географическую привязку с использованием этих наземных контрольных точек, весь проект автоматически привязывается к этой системе координат, устраняя много работы и головных болей, которые могут возникнуть из-за необходимости переводить системы координат.

Главный недостаток наземного управления - время работы в поле. Мишени должны быть равномерно распределены по территории проекта, а это означает, что полевой геодезист должен проводить время на площадке.Учитывая, что почти во всех проектах геодезисту нужно будет ходить по площадке для сбора информации о границах и конкретных полевых снимков, дополнительное время и усилия по наземному контролю не являются слишком обременительными для большинства проектов. Хотя методы съемки наземных контрольных целей не требуют новых навыков, передовые методы получения идеального количества и распределения требуют большого количества ноу-хау и должны опираться на комплексные стандартные рабочие процедуры, обучение и поддержку.

По нашему опыту, установка наземного контроля обычно является лучшим подходом для большинства изыскательских работ. Поскольку он требует максимальной и самой надежной точности с минимумом нового оборудования или навыков, он обычно идеален для большинства геодезистов.

Бортовой высокоточный GPS-навигатор

Некоторые производители предлагают дроны с двухдиапазонными GPS-приемниками геодезического класса на борту, RTK или PPK. Ссылаясь на базовую станцию ​​GPS или данные сетевой коррекции, фотографии могут быть помечены тегами с очень точным местоположением.Есть также некоторые производители, которые включают в себя высокоточные IMU (инерциальные измерительные устройства или акселерометры), которые могут быть интегрированы для дополнительного уровня данных о местоположении - иногда называемого прямой географической привязкой. Приемники RTK / PPK GPS постоянно записывают свое точное местоположение вместе с отметками времени во время полета, поэтому при обработке фотографий местоположение каждой фотографии можно получить из GPS, сопоставив отметки времени.

Основное преимущество использования RTK / PPK состоит в том, что он уменьшает количество необходимого наземного контроля.Благодаря высокоточному расположению фотографий можно «перебросить» больше фотографий между наземными контрольными целями, что означает, что расстояние между целями может быть увеличено, уменьшая требуемую плотность целей. Как очень грубое практическое правило, хорошая система RTK / PPK с установленным рабочим процессом может сократить необходимое количество целей на четверть по сравнению со стандартным дроном с GPS, хотя для калибровки и контроля качества и контроля качества все еще требуется минимальное количество. . В очень крупных проектах это может привести к значительной экономии рабочего времени.

Основные недостатки - стоимость и сложность. В то время как очень недорогой дрон можно использовать с наземным управлением для получения точности 0,1 фута, хороший дрон RTK / PPK часто будет стоить минимум 20000 долларов, а легко - до 70000 долларов. Использование RTK, PPK или DG на дроне требует очень сложной комбинации систем и данных.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *