Разработка методики и технологии обновления топографических планов на основе интегрированной аппаратуры спутникового определения координат и ГИС технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.35, кандидат технических наук Бородко, Евгений Александрович

• Бородко, Евгений Александрович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бородко, Евгений Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ И АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ТОПОГРАФИЧЕСКОЙ СЪЕМКЕ.

1.1. Краткий обзор и анализ методов и технологий проведения работ по созданию и обновлению топографических карт и планов.

1.2. Анализ современных инструментальных и программных средств, используемых при сборе и обработке гео- пространственных данных.

1.3. Обоснование возможности разработки методики и технологии проведения работ по топографической съемке с использованием интегрированной аппаратуры спутникового определения координат (ИАСОК) и ГИС технологий.

Выводы по главе.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ТОПОГРАФИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИАСОК.60 "

2.1. Разработка методики проведения топографической съемки на основе ИАСОК.

2.2. Разработка информационной технологии по обеспечению топографической съемки на основе ИАСОК.

2.3.Разработка технологии обмена гео- пространственными данными.

Выводы по главе.

3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИИ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИАСОК.

3.1. Разработка методики проведения экспериментальных исследований.

3.2. Сравнительный анализ результатов топографической съемки традиционными методами и разработанной методикой.

3.3. Расчет экономической эффективности от внедрения новой технологии.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики и технологии обновления топографических планов на основе интегрированной аппаратуры спутникового определения координат и ГИС технологий»

Создание и обновление топографических карт непосредственно связаны с развитием производительных сил страны и укреплением ее обороноспособности. В связи с изменениями в области высоких технологий и информатизации, происходящими в мире, появляются и новые средства и подходы для оперативного проведения топографических съемок. Специфика геодезических измерений, проводимых на земной поверхности в среде с постоянно меняющимися параметрами, заключается, прежде всего, в высоких требованиях к точности измерений. При этом требования к повышению точности постоянно растут, что обусловливает необходимость постоянного совершенствования технических средств и методов.

В последнее десятилетие стремительными темпами развивается использование глобальных навигационных спутниковых систем в различных областях жизнедеятельности. Особое место эти системы занимают в геодезии, землеустройстве, где интенсивно используется аппаратура и методы глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС). На данный момент в мире функционируют две ГНСС: российская ГЛОНАСС и американская GPS. Появившийся в последнее время широкий спектр аппаратуры, основанный на использовании спутниковых систем GPS, ГЛОНАСС, и вводимой в действие в последнее время Европейской системы Галилео ("Galileo"), позволил начать широкое использование спутниковых приемников в производстве топографо-геодезических работ.

Развитие информационных систем для геодезии привело к новому направлению в работе с пространственными данными. Достичь максимального эффекта при сборе данных, обработке и интерпретации результатов измерений позволяют Геоинформационные Системы (ГИС) различных направлений, представляющие собой современные компьютерные технологии для картирования и анализа пространственных объектов реального мира. Эта технология объединяет традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ с преимуществами полноценной визуализации и пространственного анализа, которые предоставляет карта. Эти возможности отличают ГИС от других информационных систем и обеспечивают уникальные возможности для их применения в широком спектре задач.

Новейшие достижения компьютерной техники и спутниковой аппаратуры привели к появлению инновационного интегрированного картографо-геодезического комплекса. В связи с этим, новейшим перспективным направлением в области геодезии и картографии является использование интегрированных картографо-геодезических комплексов.

Спутниковые технологии широко используются при проведении на местности самых разнообразных съемок. Наряду с хорошо известными топографическими съемками следует отметить такие области применения, как съемки, связанные с различного рода землеустроительными работами; съемки, приуроченные к прокладке трасс для шоссейных и железных дорог; геодезическое обеспечение геолош-геофизических работ; съемки, связанные с ведением лесного хозяйства, акваторий рек и водоемов. Поэтому возникает потребность:

- проанализировать сопоставимым способом существующие методы создания и обновления топографических карт и планов, выделив наиболее перспективные методы;

- разработать эффективную технологию по созданию и обновлению топографических карт и планов с применением интегрированной аппаратуры спутникового определения координат (ИАСОК) и ГИС технологий;

- произвести измерения и расчеты с целью определения возможности проведения топографической съемки. Определить требования, которым должны соответствовать аппаратные средства, являющиеся неотъемлемой частью предлагаемой технологии. Определить экономическую эффективность от внедрения новой технологии и сравнить ее с существующими методами проведения топографо-геодезических работ для полевых и камеральных условий.

В первой главе выполнен краткий анализ современных методов крупномасштабных топографических съемок и перспективы развития этих методов. На основании проведенного анализа показано, что в настоящее время для создания крупномасштабных топографических планов застроенных территорий наиболее эффективным является комбинированный метод съемки с использованием аппаратно-программных средств ИАСОК.

Во второй главе дается методика и технология обновления топографических карт и планов (ТКиП) с использованием ИАСОК и ГИС технологий. Описаны основные процессы и программные процессы, сопровождающие эти технологии. Для обеспечения универсальности предлагаемой технологии дается описание разработанного конвертора преобразования пространственной информации в общедоступный и регламентированный формат представления данных.

В третьей главе представлены экспериментальные исследования по исследованию точностных характеристик ИАСОК и возможности применения ее для выполнения различного вида геодезических и картографических работ. Приводятся схемы выполнения работ, методики расчетов и результаты измерений по полученным результатам экспериментальных исследований. Произведен сопоставимый анализ традиционного и предлагаемого современного метода выполнения работ.

АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ И АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ТОПОГРАФИЧЕСКОЙ СЪЕМКЕ

Исторически сложилось так, что в настоящее время весь банк картографической информации существует в основном на бумажных носителях. За последнее десятилетие развитие компьютерной техники и информационных технологий привели к появлению новых интегрированных цифровых картографо-геодезических систем, которые на начальном этапе развития были направлены на переход от бумажных носителей к цифровым и электронным форматам. Несмотря на важность этапа цифрового картографирования, он не позволяет решать задачи, связанные с оперативным обновлением, контролем качества и выпуска в электронном или бумажном виде карт и планов.

Процессы между работами по обновлению и последующему составлению и выпуску готовых карт материалов происходят пока достаточно медленно и не соответствуют современным требованиям и уровню использования цифровых топографических карт и планов как в народном хозяйстве, так и в военной области.

В связи с тем, что результаты топографических съемок являются исходной информацией для создания и обновления крупномасштабных карт и планов, необходимо провести анализ основных технологических схем и методов создания ТКиП и рассмотреть возможность использования их в современных условиях.

Заключение диссертации по теме «Геоинформатика», Бородко, Евгений Александрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной в диссертации целью выполнено исследование на актуальную тему, посвященную научному анализу, обобщению, совершенствованию и разработке технологии обновления топографических карт крупного масштаба на базе современной техники материалов аэрофото- космических съемок и аппаратно-программных средств на основе ГИС технологий. Главный итог диссертации - разработана современная, эффективная методика и технология создания и обновления топографических карт и планов. Отдельные этапы технологии применены в производстве. Основные выводы и результаты исследования состоят в следующем:

1. Выполнен анализ современных методов создания и обновления топографических планов. По результатам проведенного анализа даются следующие рекомендации: для всего масштабного ряда наиболее предпочтительными являются комбинированный метод съемки (аэрофотопографическая и спутниковая, а также аэрофотопографическая, спутниковая съемка и тахеометрическая), как наиболее оперативный, маневренный и экономически эффективный метод топографической съемки. Работы могут выполняться в любое время года, не зависят от времени суток и погодных условий;

2. Выявлены особенности и преимущества спутниковой технологии топографической съемки, разработана методика сочетания полевых и камеральных работ с минимизацией временных и экономических затрат, критерии выбора оптимальных вариантов и этапы работ обновления топографических планов в цифровом виде. Выполнен обзор современных средств, методов и технологий обновления топографических карт. Рассмотрено специальное программное обеспечение как неотъемлемая часть современных;

3. Предложена современная технологическая схема общей цифровой технологии обновления топографических карт крупного масштаба с использованием ИАСОК, ГИС технологий и всех необходимых материалов в цифровом виде. Определены особенности подготовительных, полевых, камеральных работ при обновлении цифровых топографических карт и разработана методика их редактирования, контроля качества, хранения и распространения.

4. Подведены итоги проделанной работы, показывающие возможность проведения работ по топографической съемке, сформулированы основные результаты исследований точностных характеристик и применение ИАСОК и ГИС технологий для крупномасштабной съемки. От внедрения предложенной технологии:

• Качество и скорость выполнения полевых работ стали в 2-5 раз выше, чем при использовании традиционных методов.

• Точность и надежность измерений позволяет обновлять практически вес ряд топографических карт.

• Повышается качество, сокращается время выполнения работ и снижаются трудозатраты.

Выполнены опытно-производственные исследования, измерения для выявления точностных характеристик, возможности проведения топографической съемки по разработанной методике и технологии обновления топографических карт. Выполнено сравнение с традиционными методами и показаны преимущества предлагаемой методики и технологии. Рассчитан экономический эффект от внедрения данной технологии в производство с применением современных технических средств и решений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бородко, Евгений Александрович, 2007 год

1. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500. ГКИНП-02-033-82. Москва, Недра.

2. Инструкции по фотограмметрическим работам при создании топографических карт и планов в масштабах 1:5000,1:2000, 1:1000, 1:500.

3. Положение о порядке передачи гражданами и юридическими лицами в федеральный картографо-геодезический фонд копий геодезических и картографических материалов и данных. ГКИНП (ГНТА) 17-273-03. Москва. ЦНИИГАиК, 2003, 6 с.

4. Куприянов А. О. GPS/GISHOBoro поколения //Геодезия и картография, 2005, №6, С. 17-19.

5. Лебедев Н.Н. Курс инженерной геодезии. М., Недра, 1979

6. Аникушкин М.Н. Создание топографического плана М 1:500 на основании данных лазерного сканирования. http://www.navgeocom.ru/scan/projects/3dtopoplan. электрон, ресурс.

7. Жипа В.И., Миронов С.А., Чистов К.Г. Спутниковая опорная межевая сеть калужской области // Геопрофи №6. 2005, М., С 62-64, издательство "Проспект".

8. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений (основные положения). Москва, 1986.

9. Геодезия. Геодезические и фотограмметрические приборы: Справочное пособие/ Н.Н. Воронков, B.C. Плотников, Е.И. Калантаров и др. М.: Недра, 1991.-429 е.: ил.

10. Инструкция по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS. М., ЦНИИГАиК, 2002, 124 с.

11. П.Геники А.А., Побединский Г.Г. Глобальные спутниковые системы определения местоположения и их применение в геодезии. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Картгеоцентр, 2004. -355 е.: ил.

12. Руководство пользователя по эксплантации MobileMapper СЕ. Tales Navigation, 2005 г.

13. Руководство пользователя по эксплантации РгоМагкЗ. Magellan, 2006 г.

14. Верещака Т.В., Подобедов Н.С. Полевая картография: Учебник для вузов. -3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1986. - 351 с, ил.

15. Брыкин П.А., Ванин А.Г., Наумова А.И. О разработке нормативной базы по созданию цифровых топографических карт // Геодезия и картография, 1996, №5, С. 13-15.

16. Гвоздева В.А. О проблемах обновления топографических карт. Геодезия и картография 1994 №2 с.34-37.

17. Куприянов А.О., Бородко Е.А. Комплексные испытания интегрированной картографо-геодезической спутниковой аппаратуры нового поколения// Геодезия и картография, 2006, №10, С. 41-45.

18. Кравченко Ю.А. Технология создания цифровых топографических карт. //Геодезия и картография, 1996, №3, С. 43 47.

19. Справочник базовых цен на инженерные изыскания для строительства. Инженерно-геодезические изыскания. Москва, 2004.

20. Антипин А.С., Ефимов С.А., Леонтьев В.А., Сердюков А.Н. Некоторые вопросы использования картографических экспертных систем при планировании обновления топографических карт // Изв. вузов. Изв. Вузов Геодезия и аэрофотосъемка, 1996, № 5-6. - С.75-79.

21. Терехин В.И. Повышение эффективности производства новой техники. Москва. «Экономика», 1987.

22. Бровко Е.А., Ефимов С.А., Бородко Е.А., Струнников А.В. Особенности использования спутниковых навигационных технологий в системе КТМ для актуализации цифровых дежурных топографических основ. //Геодезия и картография, 2007, №4, С. 13 -19.

23. Игошин Н.В. Инвестиции. Организация управления и финансирования. Москва, «ЮНИТИ», 1999.

24. Дронов А.В. Новый одночастотный приемник GPS Trimble R3. Геопрофи №2. 2006, М., издательство "Проспект", С. 71-72.

25. Аппаратура пользователей космических навигационных систем геодезическая. Методика поверки МИ 2408 97. / Госстандарт России. - М.: ИМВП ГП ВНИИФТРИ, 1997. - 8 с.

26. Брыкин П.А., Нейман Б.Н. Эффективность и качество топографо-геодезического производства. Москва, «Недра», 1983

27. Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений. Москва, 1989.

28. Михелев Ю.Д., Лобанов А.А. Анализ возможностей программного обеспечения для работы с графическими данными. Геопрофи №4. 2003, М., издательство "Проспект" С. 34-37.

29. Коваленко А. К. Опыт создания геоинформационной системы для оптимизации регионального природопользования//Геодезия и картография, 2005, №8, С. 46 50.

30. Справочник сметных укрупненных норм на топографо-геодезические работы СУСН-2002 Часть I. Камеральные работы Москва. 2002, 106 с.

31. Руководящий технический материал. Спутниковая технология геодезических работ. Термины и определения. М., ЦНИИГАиК, 2001 г., 28 с.

32. Серапинас Б. Б. Геометрический фактор в геодезических GPS-сетях //Геодезия и картография, 2005, №4, С. 15-20.

33. Гузевич С. Н. О недостатках модельного описания работы спутниковых навигационных систем. //Геодезия и картография, 2005, №4, С. 15 20.

34. Евстафьев О.В. Одночастотный спутниковый приемник GPS Leica SR20 для геодезии и ГИС. Геопрофи №5. 2005, М., издательство "Проспект", С. 4445.

35. Справочник сметных укрупненных норм на топографо-геодезические работы СУСН-2002 Часть I. Полевые работы Москва. 2002,144 с.

36. Инструкция по составлению проектно-сметной документации ГКИНП (ГНТА)-16-2000. Москва. ЦНИИГАиК, 2000, 62 с.

37. Куприянов А.О., Бородко Е.А. Одночастотный фазовый приемник с возможностью оперативного обновления топографических карт и планов РгоМагкЗ- испытания в условиях низких температур//Пространственные данные. 2006. - № 1. С. 68.

38. Кучеренко, Д. Е. Оценка точности местоположения, полученного по спутниковой системе NAVSTAR / Д. Е. Кучеренко // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1992. - № 1. - С. 32-34.

39. Михелев Ю.Д., Лобанов А.А.Программные продукты для работы с графическими данными в топографии Геопрофи №4. 2003, М., С 33-35, издательство "Проспект".

40. Михелев Ю.Д., Лобанов А.А. Анализ возможностей программного обеспечения для работы с графическими данными. Геопрофи №3. 2004, С 3336 М., издательство "Проспект".

41. Горбатюк А.В., Литвинова Л.С. Материалы 2-ого регионального семинара «ГИС для управления территориями, городами, предприятиями» Новые подходы при создании картографической продукции широкого спроса, http://www.cbt.ru/conf2003/d06.php электрон, ресурс.

42. Кравцов В.В. Роль компьютерной техники в цифровой картографии// Геопрофи №4.2003, М., С 19-22, издательство "Проспект"

43. Ruland R., Leick A. Application of GPS to a high precision engineering survey network. // Proc. Pos. with GPS, 1. 1985 - P. 483-493.

44. Основные положения. По созданию и обновлению топографических планов и карт. Федеральная служба геодезии и картографии России. Москва. 2003.

45. Peter Large, Dave Goddard, Dr. Herbert Landau. Что такое eRTK? http://www.navgeocom.ru/catalog/gps/tehnology/ertk/index.htm. электрон, ресурс.

46. Руководство пользователя по эксплантации Z-max. Thales Navigation, 2003 г.

47. Беленков О.В. Опыт создания корпоративных ГИС// Геопрофи №5. 2006, М., С 63-65, издательство "Проспект".

48. Руководство по планированию топографо-геодезических работ ГКНИНП (ОНТА)-17-2000 Москва. ЦНИИГАиК, 2000,112 с.

49. Руководящий технический материал РТМ 68-13-99Условные графические изображения в документации геодезического и топографического производства. Москва. ЦНИИГАиК. 2000 г.

50. Руководящий технический материал РТМ 68-3.01-99. Порядок создания и контроля цифровой картографической продукции открытого пользования. Москва. ЦНИИГАиК. 2000 г.

51. Клюшин Е.Б. Перспективы развития спутниковых методов измерений в геодезии //Геодезия и картография 1997 №3 с.11-13.

52. Генике А.А., Бланк JT.M. Особенности реализации метода метрологического контроля спутниковых координатных определений// Геодезия и картография. 2003. -№8. - С. 14-18.

53. Куприянов А.О., Бородко Е.А. Результаты комплексных испытаний на метрологическом полигоне во ВНИИФТРИ интегрированной спутниковой аппаратуры нового поколения ProMark 3 и MobileMapper: Тез. докл. 2-й региональной конф. «ГИС ДОН-2006» 5-7 сент. 2006 г.

54. Условные знаки для топографических планов масштабов 1:5000, 1:2 000, 1:1 000 и 1:500.- М.:ФГУП «Картгеоцентр», 2005.-287.: ил.

55. Постановление Правительства РФ «Об установлении государственных систем координат» № 568 от 28 июля 2000 г.

56. ГОСТ Р51794-2001. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. — М.: Госстандарт РФ, 2001.

57. Тимофеев А.Н., Легачев С.С. О преобразовании систем координат в Maplnfo Professional // Геопрофи №1. 2005, М., С 18-20, издательство "Проспект".

58. Федеральный закон «О геодезии и картографии» от 26 декабря 1995 г. № 209-ФЗ (с изменениями).

59. Карты цифровые топографические. Система классификации и кодирования цифровой картографической информации. Общие требования ОСТ 68-3.2-98. Роскартография, 1998.

60. Руководство пользователя по выполнению работ в системе координат 1995 года (СК-95) ГКИНП (ГНТА)-06-278-04. Москва, ЦНИИГАиК, 2004, 88 с.

61. Карты цифровые топографические. Обменный формат. Общие требования. ОСТ 68-3.5-99 Роскартография, 1999.

62. Справочник по Maplnfo Professional, http://www.esti-map.ru электрон, ресурс.

63. Thurston J. THALES MobileMapper.// GEOInformatics №6 Volume 7, September 2004, 62-65 p.

64. Landau H., (1990): GPS processing techniques in geodetic networks. In: Proc.Second Int.Symp. on Precise Positioning with the Global Positioning System, Ottawa, Canada, September 3-7,373-386.

65. Руководство пользователя по эксплантации MobileMapper. Thales Navigation, 2003 г.

66. Что такое ArcGIS9? Руководство пользователя. ESRI

67. Государственная поверочная схема для средств измерений разностей координат по сигналам космических навигационных систем. МИ 2292 94. /Госстандарт России. - М.: ИМВП ВНИИФТРИ, 1994. - 5 с.