Материал: 2385
выводится изображение полетных линий с навигационного компьютера и маркер, показывающий в реальном масштабе времени положение вертолета.
Для точных расчётов лазерно-локационных данных проводятся измерения положения фазового центра бортовой GPS-антенны в системе координат инерциальной системы сканера, т.е. определяется вектор: «центр инерциальной системы – фазовый центр антенны GPS».
Измеренные значения уточняются в процессе проведения калибровочной процедуры, представляющей собой серию небольших по длительности пролетов над некоторым специально выбранным калибровочным объектом. Сканирование объекта проводится в различных режимах по разным направлениям. Анализ расхождения лазерных данных, полученных в различных режимах, позволяет ввести корректирующие поправки в измеренные ранее выставочные параметры аппаратуры.
1.2. Геодезическое обеспечение аэросъемочных работ.
На пунктах съемочного обоснования устанавливаются спутниковые антенны. Центрирование и нивелирование антенн проводится до и после сеанса наблюдений с помощью оптических триггеров, входящих в комплект GPS-приемников. До и после выполнения наблюдений проводятся контрольные измерения высот антенн.
Наблюдения на пунктах съемочного обоснования проводятся во время аэросъёмки при следующих установках:
Угол маски возвышения – 10о;
Интервал записи измерений – 1 сек;
Запись наблюдений во внутреннюю память приемников.
Для обеспечения наилучшего качества спутниковых наблюдений, производится планирование сеансов лазерно-локационной съемки. В результате определяются интервалы времени, в течение которых создаются наилучшие условия для проведения спутниковых наблюдений (наибольшее количество видимых спутников, наилучшая геометрия созвездия спутников).
Прогнозирование GPS обстановки осуществляются с применением программы Reliance Mission Planner. Основой планирования служат максимально свежие файлы альманахов, принятые GPS приемниками, а также сведения NANU. В качестве критериев благоприятной GPS-обстановки оцениваются количество видимых спутников и величины
PDOP.
Следует учитывать, что GPS данные траекторий подвергаются позднее обработке по методике совместного уравнивания данных GPS с данными инерциальной системы. Поэтому во время проведения обследования требуется наличие не менее 6 спутников с углом возвышения более 15 над горизонтом. Угол в 15 выбран исходя из условий маскирования бортовой GPS антенны корпусом вертолета и максимальных углов крена и тангажа, разрешенных техническими условиями на пилотирование при проведении лазерного обследования.
1.3. Производство измерений на борту летательного аппарата.
Основу комплекса лазерного сканера составляют лазерный дальномер, бортовой навигационно-геодезический спутниковый приёмник, сканирующая система и инерциальная аэронавигационная система. Во время движения носителя лазерного сканера над картографируемой поверхностью лазерные дальномеры выполняют от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч измерений в секунду. Направление распространения импульсов лазерного излучения изменяется с помощью
177
сканирующей системы (осциллирующего зеркала). Данные о результатах каждого измерения наклонной дальности до подстилающей поверхности аннотируются точным временем, так же как и навигационные данные системы GPS о положении носителя в пространстве и данные инерциальной системы об ориентации носителя. Полученные данные измерений всех систем лазерного сканера, аннотированные точным временем, используются в процессе наземной обработки для определения точных геодезических координат точек отражения лазерного излучения. Приемник оптического излучения фиксирует момент поступления на фотоэлемент, как первого отклика, так и последнего. На практике это приводит к тому, что при картографировании залесенных участков земной поверхности проводится обнаружение истинного рельефа местности, что трудно достижимо при использовании классических методов картографирования.
Система лазерного локатора расположены в двух блоках – оптическом блоке и блоке управления и регистрации данных. В лазерном сканере используется твердотельный лазер с внешней диодной накачкой, работающий на длине волны 1047 нм. Выбор такой рабочей длины волны можно считать оптимальным в силу ряда основных причин:
- электромагнитные колебания с указанной длиной волны распространяются в приземных слоях атмосферы с незначительным затуханием;
- спектральный коэффициент отражения от поверхностей большинства обследуемых
объектов близок к единице;
-приемники оптического излучения ближнего инфракрасного диапазона имеют малый коэффициент шума, для нормальной работы приемника не требуется сложных и
дорогостоящих систем охлаждения фотоэлемента до сверхнизких температур; Оптическая система лазерного локатора состоит из системы призм, зеркал и
коллимирующего устройства. При проведении лабораторных измерений средней энергии в импульсе лазерного излучения на выходе лазера и на выходе оптической системы было установлено, что потери в оптической системе не превышают 2%. Система составлена так, что диаграммы направленности приемника и передатчика совмещены. На выходе коллиматора установлена призма, с помощью которой часть энергии импульса лазерного излучения распределяется на вход приемника. При этом запускается счетчик времени, останавливаемый в момент прихода отраженного сигнала.
Сканирование лазерного луча производится при помощи непрерывно осциллирующего зеркала. Специальный датчик фиксирует угол отклонения зеркала.
Все потоки данных аннотируются по единому источнику времени.
В качестве эталонного источника времени в составе лазерного сканера используется высокостабильный кварцевый генератор бортового навигационногеодезического спутникового приёмника. Для обеспечения необходимого уровня точности этот эталонный источник синхронизируется один раз в секунду с атомными источниками эталонной частоты, установленными на навигационных спутниках GPS. Благодаря тому, что информация, поступавшая на устройство записи со всех измерительных подсистем, аннотируется единым временем, в процессе обработки каждому измерению наклонной дальности от передатчика до подстилающей поверхности сопоставлялась информация о положении и ориентации лазерного сканера в пространстве. Используя эту информацию, вычисляются точные координаты отражения импульсов лазерного излучения от подстилающей поверхности.
178
На одной платформе с оптическим блоком лазерного сканера устанавливается
цифровой фотоаппарат. Цифровые снимки высокого разрешения |
в процессе |
|
проведения аэросъёмочных работ записываются |
на жёсткий диск |
бортового |
компьютера. Специально разработанные программы |
и современные компьютеры |
|
обеспечивают исключительно высокую скорость записи данных каждого отдельного кадра на жесткий диск компьютера. Благодаря этим усовершенствованиям средний временной интервал между срабатываниями затвора в настоящее время составляет 3- 6 секунд, что позволяет обеспечить необходимое взаимное перекрытие крупномасштабных снимков в маршруте при значительной скорости полета.
Задача генерации TTL импульса, поступающего на вход фотограмметрического датчика GPS приемника после каждого срабатывания затвора фотоаппарата, возложена на специально спроектированный и изготовленный генератор синхроимпульсов, совмещенный с блоком питания. Отметки времени во время срабатывании затвора необходимы впоследствии для привязки цифровых фотоснимков.
Всоответствии с российскими и международными нормами по лазерной безопасности, названному выше лазерному сканеру присвоен 4-й класс. Для лазерных приборов 4-го класса предусмотрена установка системы отключения лазера в случае, если расстояние от передатчика до места нахождения возможного стороннего наблюдателя меньше, чем минимально допустимое по безопасности. В лазерном сканере предусмотрены следующие устройства защитного отключения, срабатывающие одновременно:
- автоматическая механическая заслонка, установленная на выходе
устройства
накачки; - автоматическая механическая заслонка, установленная на выходе
оптического
блока; - автоматическое устройство отключения диода накачки;
Вслучае если носитель лазерного сканера неподвижен в пространстве, импульсы лазерного излучения, которые могут попасть в глаз стороннего наблюдателя, перекрываются. Энергия в этом случае аккумулируется, и для обеспечения должного уровня безопасности минимально допустимая высота полета должна быть многократно увеличена. Специально разработанная программа в составе бортового программно-аппаратного комплекса обеспечивает отключение лазера в случае движения носителя со скоростью, меньшей, чем предельно допустимая.
Впроцессе проведения аэросъёмочных работ на борту вертолёта работают два оператора. Один управляет лазерным сканером ALTM-1210 и контролирует его работу, в то время как второй оператор управляет аэронавигационной системой и контролирует параметры пилотирования. Для управления лазерным сканером ALTM-1210 используется промышленный компьютер производства Husky Computers Limited модели Husky FS/2 и установленное на него штатное программное обеспечение управления и операторского интерфейса OI. Для управления навигационной системой используется программное обеспечение Ozi Explorer, работающее на отдельном навигационном компьютере. Оператор навигационной системы контролирует правильность прохождения полетных линий, выбор соответствующего аэросъёмочным условиям масштаба изображения на экране пилота, отмечает в бортовом журнале успешно отснятые аэросъёмочные полосы.
1.4. Контроль отсутствия пропусков в данных и требуемой плотности покрытия,
179
точность
В процессе выполнения аэросъёмочных работ в результате ошибок пилотирования носитель лазерного сканера может отклонится от заданного аэросъёмочного маршрута. Это приводит к появлению областей с недостаточной плотностью покрытия или с полностью отсутствующими данными.
Контроль отсутствия пропусков в данных и требуемой плотности покрытия проводится в программном обеспечении ArcView GIS производства компании ESRI. В случае обнаружения недостаточной плотности покрытия или пропусков в данных отмечаются номера поворотных точек трассы, ограничивающих участки трассы с недопустимо низкой плотностью или с полностью отсутствующими данными. Затем по полученным точкам проектируются полетные линии, по которым необходимо повторить съемку, чтобы восполнить недостающие данные.
В комплекс воздушного базирования входит следующее оборудование: лазерный сканирующий дальномер, цифровой фотоаппарат, приёмник GPS, работающий в дифференциальном режиме, и инерциальная навигационная система. Специалисты «ОПТЭН Лтд» доказали, что при корректном выполнении съёмки с использованием лазерного сканера ALTM 1020 или ALTM 1210 фирмы Optech (Канада), в составе перечисленного выше комплекса, обеспечивается картографирование местности с точностью масштаба 1: 1000.
Значительный объем обрабатываемых лазерных данных, и жесткие требования по скорости обработки накладывают повышенные требования к мощности вычислительных машин, на которых проводился экспресс-анализ (Например, Pentium 4, 1800 Мгц).
Камеральная обработка данных лазерно-локационных и аэрофотосъемочных работ
1.5. Вычисление траекторий и определение точности координат положения маршрутов летательного аппарата.
Камеральная обработка данных спутниковых наблюдений и вычисление траекторий полетов летательного аппарата выполняется с помощью программного обеспечения, например, GrafNav v. 6.03. Оценка точности расчета траектории определяется по отчетам программного обеспечения и по сравнению результатов данных лазерного сканирования, полученных в различных маршрутах, а также по результатам сравнения координат точек съёмки с идентичными контрольными точками на трассы. Участки, где погрешности превышают заданные допуски, бракуются и на них выполняется заново аэросъёмка.
1.6. Обработка комплексных данных лазерного сканирования.
Перед началом первичной обработки данные лазерно-локационной съёмки копируются в компьютер. Также копируются данные бортового спутникового приёмника и приемников базовых станций. Производится проверка комплектности и полноты данных, заполняется журнал учёта данных лазерно-локационной съёмки. В целях обеспечения резервирования данных, выполняется архивное копирование всех типов данных.
Первичная обработка исходных лазерно-локационных данных проводится с применением программного обеспечении лазерного сканера, например, Realm v. 3.1. В результате первичной обработки отраженных импульсов лазерного излучения от подстилающей поверхности получаются массивы координат точек.
Тематическая обработка
1. Операции тематической обработки.