Тема 1. Предмет фотограмметрия и дистанционное зондирование территории.
Тема 1. Предмет фотограмметрия и дистанционное зондирование территории.
План:
1. Понятие фотограмметрии и дистанционного зондирования
2. История наук
Взаимосвязь основных направлений использования снимков и наименования направлений
Дешифрирование технологически входит одновременно в обе части названия дисциплины. Но в дистанционном зондировании роль дешифрирования превалирующая.
Взаимосвязь с др. науками:
математика, информатика, физика, экология, почвоведение, инженерное обустройство территории, геодезия, географические информационные системы (ГИС).
Тема 2. Физические основы аэро- и космических съемок
План лекции:
1. Электромагнитное излучение, используемое при съемках
2. Факторы, влияющие на дешифровочные свойства аэрокосмических снимков
Начальная стадия фотографического процесса, выполняемая при помощи фотоаппарата, во время которой в светочувствительном слое фотоматериала под действием света, испускаемого или отражаемого фотографируемым объектом, появляется скрытое изображение этого объекта. После фотохимической обработки оно превращается в видимое изображение.
Тема 3. Аэрофотосъемка
План лекции:
1. Технические показатели аэрофотосъемки
2. Виды аэрофотосъемки
3. Продольное и поперечное перекрытие АФС
4. Оценка качества АФС
5. Условия проведения АФС городских территорий
Виды АФС
При аэрофотографировании масштаб получаемых снимков, по экономическим соображениям, мельче масштаба создаваемого плана.
По масштабу фотографирования съемку разделяют на: крупномасштабную (1: М > 1:15 000),
среднемасштабную (1:16 000 < 1 :М< 1:50 000),
мелкомасштабную (1:М < 1:51 000),
сверхмелкомасштабную (1:М < 1:200 000).
Фотосъемку в зависимости от угла отклонения оптической оси объектива АФА от вертикали, как было рассмотрено ранее, делят на плановую и перспективную.
Плановой называют аэрофотосъемку, выполняемую при вертикальном положении оптической оси, при этом угол отклонения допускается до 3°.
Использование гиростабилизирующих аэрофотоустановок при фотографировании местности позволяет получить снимки с углом наклона 7... 10 мин (предельное значение утла 40 мин). При создании планов и карт крупного масштаба применяют снимки, полученные в результате проведения плановой аэрофотосъемки.
При перспективной съемке угол отклонения оптической оси от вертикали может достигать 45°. Ее выполняют для увеличения зоны захвата снимаемой местности при обзорных или рекогносцировочных работах.
При планово-перспективной съемке используют несколько аэрофотоаппаратов одновременно — одним АФА проводят плановую съемку, другими перспективную. Это позволяет фотографировать полосу местности до горизонта.
По количеству и расположению снимков различают однокадровую (одинарную), маршрутную и многомаршрутную (площадную) аэрофотосъемку.
Рис. .1. Схема аэрофотосъемки:
/ — двойное продольное перекрытие снимков; 2 — тройное продольное перекрытие снимков;
3 — поперечное перекрытие снимков — положение центров фотографирования;
01,..., 04 — их проекции на местности
При однокадровой фотосъемке получают одиночные снимки участков земной поверхности.
При маршрутной фотосъемке изображение полосы местности представляется в виде некоторого количества снимков, полученных по направлению (маршруту) полета летательного аппарата. Маршрут полета может быть прямолинейным, криволинейным или ломаным. Это зависит от вида фотографируемого объекта и целей съемки. Например, при обследовании или проектировании линейных объектов (дорог, трубопроводов, линий электропередачи, каналов и т. п.) съемку проводят по криволинейным или ломаным маршрутам.
Многомаршрутная (площадная) фотосъемка представляет собой получение снимков местности с нескольких параллельных маршрутов (рис.1). Маршруты прокладываются чаще всего по направлениям восток—запад—восток или север—юг—север. Площадную аэрофотосъемку применяют при картографировании или обследовании больших территорий.
Тема 3. Космическая съемка
План:
1. Особенности космической фотосъемки
2. Условия получения космических снимков
3. Технические показатели космической съемки
4. Космические съемочные системы
Тема 4: Одиночный снимок
План:
1. Основные элементы центральной проекции
2. Влияние угла наклона АФА на метрические свойства снимков:
a) Смещение точек снимка
b) Изменение масштаба
c) Искажение площадей
d) Искажение направлений
3. Влияние рельефа местности на:
a) Смещение точек снимка
b) Изменение масштаба
c) Искажение площадей
d) Искажение направлений
4. Прочие факторы
Смещение точек снимка
На снимке равнинной местности (рис. 2, плоскость Е), полученном при отвесном положении оптической оси съемочной камеры, элементы ситуации изобразятся без искажений. Сетка квадратов на местности, напр., изобразится на снимке подобной сеткой в масштабе:
Рис. 2. Горизонтальный снимок равнинной местности
Наклон камеры на некоторый угол аР нарушит подобие — изображение сетки квадратов перспективно преобразуется (рис. 3). На рис. 4 показаны: в позитивном варианте горизонтальный снимок Р0 и наклонный снимок Р, а также равнинная местность Е в сечении их плоскостью главного вертикала. Снимки Ро и Р пересекутся по горизонтали hchc, так как oS= =f. В прямоугольных треугольниках и общая гипотенуза и равные катеты; следовательно, эти треугольники равны; поэтому Sc — биссектриса угла аР a точка с лежит на hchc.
Рис. 3. Наклонный снимок равнинной местности
Рис. 4. Смещение точек снимка вследствие его наклона
Произвольно выбранные на снимке точки а и b , изобразятся на снимке Ро точками а0 и bо. Приняв за начало отсчетов общую для обоих снимков точку с, отложим на снимке Ро отрезки и . В результате получим размеры смещения изображения точек А и В соответственно и .
Значение δа для точек, расположенных не на главной вертикали, будет зависеть также от угла φ, отсчитываемого от положительного направления главной вертикали до направления, исходящего из точки с на анализируемую точку, например на точку а (рис.5), против хода часовой стрелки.
(2)
где rс — отстояние определяемой точки снимка от точки нулевых искажений.
Рис.5 Правило измерения углов φ при определении смещения точек снимка вследствие его наклона
Анализ формулы показывает:
· смещения ,возрастают при увеличении угла и уменьшении фокусного расстояния съемочной камеры;
· точки, расположенные на горизонтали hchc, не смещаются;
· максимальные смещения точек при определенном значении rс будут в точках, располагающихся на главной вертикали (cosφ = ±l);
· точки, расположенные от горизонтали hchc в сторону положительных абсцисс, смещаются к точке с, а в сторону отрицательных абсцисс — от точки с (на рис.6 a0, b0, d0 , e0 — положение точек на горизонтальном снимке).
При использовании снимков плановой съемки (а < 3°) можно применять упрощенные формулы:
или (3)
так как выражение имеет существенно меньшее значение в сравнении с величиной f. В формуле выражены через хс — абсциссу точки в системе координат vov — ось х, hchc — ось у (рис. 5).
Изменение масштаба снимка
Различие по величине смещения точек за влияние угла наклона снимка обусловливает непостоянство масштаба по полю кадра. Ранее отмечалось, что точки, расположенные на линии hchc, за влияние наклона не смещаются. Очевидно, масштаб по этой линии будет постоянным и равным масштабу горизонтального снимка:
(4)
Горизонталь hchc называют линией неискаженных масштабов. На прочих горизонталях масштаб также будет постоянным, но на каждой горизонтали свой. Его выражают формулой:
(5)
в которой хс — абсцисса горизонтали при начале координат в точке с. Масштаб вдоль главной вертикали определяют по формуле:
(6)
Масштаб по произвольному радиальному направлению может быть вычислен по формуле:
(7)
В результате анализа формул 5 и 7 можно установить:
· масштаб по главной вертикали изменяется быстрее, чем последовательно по горизонталям;
· в точке с масштаб бесконечно малого отрезка по вертикали и любому другому направлению равен масштабу в той же точке по горизонтали. Этот масштаб называют главным;
· масштаб в части снимка с положительными абсциссами мельче, а в части с отрицательными абсциссами крупнее главного.
Используя формулы, можно решить ряд практических задач, например определить возможности выполнения метрических действий непосредственно по снимку равнины с помощью его среднего масштаба. Такая задача может возникнуть, например, при нанесении промерами на снимок не изобразившихся по тем или иным причинам объектов (досъемка при дешифрировании). При создании кадастровых планов и карт досъемочные работы выполняют с использованием линейных промеров длиной 15... 25 мм на снимке. Средняя абсолютная погрешность измерения линий на снимке в полевых условиях — 0,15...0,20 мм. Средняя относительная погрешность при этом будет примерно 1/100. Погрешность за разномасштабность, обусловленная наклоном снимка, должна быть примерно той же и точнее.
Ранее установлено, что наиболее интенсивно масштаб снимка изменяется вдоль главной вертикали. Поэтому допустимость выполнения метрических действий непосредственно по снимку равнины должна определяться именно по этому направлению. Критерием допустимости может быть среднее относительное отклонение знаменателя масштаба изображения вдоль главной вертикали (mvv) от знаменателя главного масштаба снимка (m):
Аэрофотосъемку в целях создания кадастровых планов и карт выполняют преимущественно с использованием гиростабилизированных АФУ. Поэтому в большинстве случаев метрические действия непосредственно на снимках равнины можно выполнять с использованием единого главного масштаба, определяемого по известным значениям/и Н, с помощью измерений в натуре базисов или по координатам опознанных на снимках точек геодезической опоры.
Для поиска путей решения той же задачи при недостаточной точности использования среднего масштаба рассмотрим рисунок 8.7, на котором тонкими линиями показана сетка квадратов (прообраз) с поворотными пунктами общей границы ао, b$, do и /0, а также преобразованное за наклон снимка изображение прообраза. Поворотными пунктами последнего будут a, b, du I.
Для повышения наглядности характера преобразования в данном случае использован простейший вариант — главная вертикаль снимка vov проходит через центр сетки и совпадает с одним из направлений ее сторон. Квадраты при этом преобразуются в трапеции. В общем же случае — в четырехугольники более сложной конфигурации. Для иллюстрации этого утверждения воспользуемся репродукцией картины Н. Н. Ге (рис. 8.8), на которой квадратные элементы пола наблюдаются под значительным углом (в нашей терминологии — под углом съемки ар) случайного направления.
Вернемся к рисунку 8.7. При существенном изменении масштаба изображения квадратов в пределах всей сетки, например в зонах при точках avid (обозначены окружностями), в пределах каждой из этих зон разномасштабность существенно меньшая.
Рис. 7. Искажение сетки квадратов на плановом снимке при совпадении направления главной вертикали с направлением продольных сторон исходной сетки (прообраза)
Рис. 8. Иллюстрация перспективного искажения произвольно ориентированной сетки квадратов относительно направления главной вертикали
Следовательно, необходимая точность выполнения метрических действий непосредственно по снимку может быть достигнута путем использования отдельных масштабов для его разных зон — частных масштабов.
Искажение площадей
Непостоянство масштаба снимка равнины при приведет к искажению площадей. Относительная ошибка определения площади выражается формулой, предложенной Н. Н. Веселовским:
где хс — абсцисса центра измеряемого участка в принятой ранее системе координат.
Проанализируем приведенную формулу:
искажение площади уменьшается с увеличением f и соответственным увеличением высоты съемки;
искажение уменьшается также с приближением участка к горизонтали hchc . Площади участков, центр которых расположен на горизонтали hchc, не искажаются.
Поскольку положение горизонтали обычно не известно, то это заключение имеет чисто теоретическое значение. Но в частном случае площади участков, центр которых совмещается с главной точкой (строго — с точкой с), за наклон снимка не искажаются.
Очевидно, искажения площадей участков за наклон снимка в определенных его частях будут близкими между собой и могут оказаться в пределах установленных норм. Это значит, что, используя частные масштабы зон, площади участков можно определять непосредственно по снимкам.
Искажение направлений
Наличие искажения направлений на наклонном снимке можно видеть на рисунке 7. Например, направление стороны сетки ае изменилось на . Здесь можно выявить также строгую закономерность в распределении значений искажений по полю снимка. В данном частном случае (vov направлена вдоль стороны сетки) направления, перпендикулярные vov, не исказятся. Иллюстрацией искажения направлений в общем случае может служить также репродукция картины Н. Н. Ге (рис. 8).
Определить искажения направления за наклон снимка можно с помощью рисунка 9. Исследуемое направление проходит через точки а и b (на рисунке показана правая верхняя часть снимка). Это направление пересечется с горизонталью hchc в точке к под углом . Опустив на линию аb перпендикуляр, получим точку d. Угол, образованный направлениями перпендикуляра и главной вертикали, будет также равен А.. Введя в положение точки d поправку, определенную по формуле (2), найдем не смещенное за угол наклона снимка положение этой точки — . Наклонный и горизонтальный снимок пересекаются по линии hchc. Это значит, что точка к принадлежит и неискаженному направлению, проходящему через точку . Угол , образованный при этом, будет выражать значения искажения направления за наклон снимка.
Рис. 9. Геометрическая интерпретация искажения направления на наклонном снимке
Вычислить можно по формуле Я. И. Гебгарта:
где — кратчайшее расстояние от точки с до исследуемого направления.
Положения точки с и главной вертикали обычно неизвестны. Поэтому полученную формулу применяют при определении возможности использования конкретных снимков для решения графических задач непосредственно по снимкам, вычисляя при этом предельные искажения. Для этого можно использовать упрощенную формулу при различных аргументах и фокусных расстояниях
5. Влияние рельефа местности на метрические свойства снимков
Смещение точек снимка
Сечение горизонтального снимка Ро и земной поверхности (с точками А, В и D) отвесной плоскостью, проходящей через центр проекции S, показано на рисунке 10. Эта плоскость пересечет снимок по линии, проходящей через точку надира п. Здесь же, в данном случае, располагаются точки о и с. Пересечем местность произвольной горизонтальной плоскостью Е. Точки А0 и Во — ортогональные проекции точек А и В на плоскость Е. Превышения точек А и В над плоскостью Е соответственно -hA и +hВ. На снимке точки местности и их ортогональные проекции на плоскость Е изобразятся соответственно точками а и b, a0 и bо. Заметим, что точка а, с отрицательным превышением, сместилась относительно точки а0 к точке надира, а точка b, с положительным превышением, — от точки надира. Величины aoa и bob — смещения точек а и b за влияние рельефа местности. Изображение точки местности D, лежащей на отвесном проектирующем луче, не сместится, независимо от ее превышения над плоскостью Е. Вывод: точки снимка за влияние рельефа местности смещаются по направлению к точке надира или от нее в зависимости от знака превышения.
Рис. 10. Смещение точек снимка вследствие влияния рельефа местности
Смещения точек за влияние рельефа местности определяют по формуле:
где — отстояние определяемой точки на снимке от точки надира; h — превышение точки над горизонтальной плоскостью, принятой за исходную; H—высота съемки над той же плоскостью; т— знаменатель масштаба изображения, отнесенного к той же плоскости.
Тема 5: Пара снимков
План:
1. Значение зрительного аппарата человека при стереографическом восприятии
2. Стереоскопическая съемка. Стереоскопический эффект
3. Способы стереоскопического наблюдения снимков
4. Поперечный и продольный параллаксы точек снимка
5. Определение превышений точек местности по паре снимков
6. Измерительные стереоприборы
Рис. 3. Изображение отвесной линии на паре снимков идеального случая съемки
Разность ординат соответственных точек пары снимков называют поперечным параллаксом точки:
На реальных снимках в общем случае q 0. Такие снимки, если значение q превышает определенные допуски, преобразуют (трансформируют). Ординаты после преобразования называют трансформированными и обозначаются и . Для трансформированных ординат должно выполняться условие:
Из этого можно сделать вывод: поперечные параллаксы являются функцией некоторых величин, определяющих взаимное положение пары снимков (элементов взаимного ориентирования снимков).
Разность абсцисс пары соответственных точек на левом и правом снимках называют продольным параллаксом точки:
На реальных снимках абсциссы и соответственно продольные параллаксы будут искаженными (вспомним о смещении точек снимка вследствие его наклона). Следовательно, продольные параллаксы определяемых точек предварительно должны быть освобождены от искажений, т. е. трансформированы. Аналогично предыдущему трансформированные абсциссы и продольные параллаксы обозначают добавочным символом:
Понятие фотосхемы
Фотосхемой называют фотографическое изображение местности, составленное из рабочих площадей снимков. Материалом для монтажа фотосхем служат контактные и, реже, увеличенные снимки.
Удобнее изготавливать одномаршрутные фотосхемы. Если возникает необходимость в обеспечении фотосхемами территорий, выходящих по площади за пределы одномаршрутной фотосхемы, монтируют несколько одномаршрутных фотосхем. Наклеивают их на основу одну под другой. Это позволяет избежать в некоторых случаях значительных расхождений ситуационных элементов в полосе поперечного перекрытия фотосхем. Маршрутные границы рабочих площадей фотосхем, проведенные по их идентичным точкам, могут существенно различаться по начертанию.
Возможность изготовления единой многомаршрутной фотосхемы при благоприятных условиях (местность равнинная, снимки гиростабилизированные) не исключается.
Преимущества фотосхем:
1) для их изготовления не требуется геодезической подготовки снимков и на монтажные работы требуется мало времени;
2) Фотосхемы можно использовать как приближенный картографический материал на стадии предварительного изучения территорий и эскизного межевания.
3) фотоизображение содержит большой объем самой свежей информации о состоянии угодий, объектов инфраструктуры, водоемов и др.
4) Фотосхемы — более удобный материал, чем отдельные снимки, для тех видов дешифрирования, в которых требуется выявление взаимосвязей элементов ландшафта, закономерностей строения рельефа на больших территориях, например при почвенном дешифрировании или мелиоративных изысканиях.
5) Фотосхемы — незаменимый материал при выполнении дешифровочных работ с борта самолета или вертолета (аэровизуальное дешифрирование).
Стереофотосхемы
При выполнении некоторых видов дешифровочных работ возникает необходимость в стереоскопическом изучении рельефа на территории значительной протяженности. Средне-масштабные и крупномасштабные плановые космические снимки получают с помощью длиннофокусных съемочных систем с узким углом поля изображения. Рельеф будет восприниматься сглаженным, за пределами порога стереоскопического восприятия останутся элементы микро- и даже мезорельефа.
Задача расширения обзорности может быть решена путем создания стерео-фотосхем.
Стереофотосхема — пара фотосхем, одна из которых смонтирована из левых, а другая из правых половин комплекта перекрывающихся снимков.
Принцип их изготовления заключается в следующем. Каждый снимок, кроме крайних в маршруте, используют дважды при последовательном стереоскопическом наблюдении: в одной паре как левый, в другой — как правый. Если из каждого снимка выделить его левую (л) и правую (п) части путем индивидуального пореза по линиям, проходящим через пары соответственных точек перекрывающихся снимков, и наклеить эти части на отдельные основы, получим пару фотосхем. Наблюдая их под стереоскопом, получим стереомодель маршрута. Некоторые части снимков после пореза окажутся лишними.
Пары точек, определяющие направление порезов, должны иметь примерно одинаковые высоты. Вследствие невыполнения этого условия, образуются так называемые провалы — видимые относительные вертикальные смещения или перекосы смежных стереомоделей.
Увеличенные снимки
При недостаточной дешифрируемости снимков специалист прибегает к способам повышения дешифрируемости — увеличение изображения, повышение его контраста, уменьшение смаза, фильтрация и др.
По экономическим соображениям съемку выгодно выполнять в масштабе более мелком, чем масштаб картографирования. Предел уменьшения съемочного масштаба определяется возможностями отображения на снимках необходимых объектов местности и обеспечения достаточной точности выполнения метрических действий по ним. В большинстве случаев исходные снимки не обеспечивают достаточной точности, а иногда и возможности, решения определенных задач.
Линейная разрешающая способность зрительного аппарата человека для монокулярного и бинокулярного зрения определяется значениями 20 и 40 мм-1 соответственно. Поэтому реальная разрешающая способность зрительного аппарата уменьшится по крайней мере вдвое. В итоге оказывается, что средняя реальная разрешающая способность зрительного аппарата при анализе снимков характеризуется значением 7... 10 мм-1 и меньше.
Современные аэро- и космические снимки благодаря высокому качеству объективов съемочных систем, использованию компенсирующих смаз изображения устройств и устойчивых в полете носителей имеют разрешающую способность 60...80 мм-1 и более. Это дает возможность соответственно в восемь—десять раз уменьшить съемочный масштаб. Дешифрируемость таких снимков доводят до нужного уровня путем их увеличения.
Используется два варианта:
· оптическое
· фотографическое увеличение.
В оптическом варианте при извлечении из снимков семантической информации используют увеличивающие изображения приспособления — лупы, монокуляры и бинокуляры специализированных приборов. Этот вариант можно применять при дешифрировании объектов, регистрируемых на снимках внемасштабными условными знаками (колодцы, пункты геодезической опоры и т. п.), а также при наблюдении деталей, используемых в качестве индикаторов объектов, подлежащих нанесению на карту (печных труб при раздельном показе жилых и нежилых сельских построек и т. п.).
При дешифрировании малых по площади объектов, обозначаемых на снимках границами с условными знаками внутри контура, переход к более дорогому фотографическому увеличению неизбежен, если дешифрируют непосредственно снимок. Например, при создании кадастровых карт в масштабе 1:10000 пашни, многолетние насаждения и культурные пастбища на осушаемых землях наносят на план, если площадь их на плане превышает 2 мм2. На снимках, размер стороны окажется настолько малым, что размещение внутри него хотя бы одного условного знака невозможно.
Необходимость увеличения снимков обусловливается также обеспечением достаточной точности выполнения метрических работ. Такие работы возникают в основном при полевой инструментальной досъемке не отобразившихся на снимках объектов. Абсолютная погрешность фиксации концов измеряемых на снимках отрезков остается примерно постоянной при значительном (до 4...6) увеличении изображения. Дальнейшее увеличение кратности приводит к монотонному возрастанию погрешности. Поэтому относительная погрешность измерения отрезков на оптимально увеличенном снимке сокращается примерно пропорционально кратности увеличения.
Очевидно, точность измерения координат точек по увеличенным снимкам с помощью дигитайзера, координатографа и других измерительных устройств будет аналогично повышаться.
2. Цифровые модели местности, планы, карты
Использование новейших типов съемочных систем, переход к компьютерным технологиям и информационным системам позволяют получать и хранить полученную информацию о местности в виде цифровых моделей, которые при необходимости могут быть представлены в визуализированном виде (на экране монитора или в графическом виде на бумаге). Графические планы и карты стали вторичны по отношению к цифровым моделям местности.
Моделью принято называть результат описания (моделирования) какого-либо объекта, процесса или явления. Модель позволяет заменить изучаемый объект или явление его упрощенной формой без потери необходимой информации о нем. Модель не обязана быть абсолютно тождественной самому прообразу, но должна обладать достаточностью. Под достаточностью модели понимают такое ее приближение к прообразу, при котором погрешности модели не превышают допустимые погрешности измерения параметров прообраза.
Процесс создания и изучения моделей — моделирование — одна из основных категорий теории познания: на идее моделирования, по существу, базируется любой метод научного исследования, как теоретический, так и экспериментальный.
Моделирование может быть семантическим (словесным), аналоговым и математическим.
В фотограмметрии наиболее широкое распространение получило математическое моделирование, которое описывает изучаемые объекты или явления в виде:
формул (аналитические модели);
геометрических образов (геометрические модели);
массивов чисел (цифровые модели).
Цифровая модель местности (ЦММ) представляет собой многомерную цифровую запись информации о местности на магнитном носителе. В цифровых информационных потоках информация хранится поэлементно. Каждый элемент ЦММ имеет п численных характеристик, три из которых — пространственные координаты точки местности, остальные — закодированные числами семантические характеристики этой точки.
Цифровую модель местности, содержащую информацию о пространственном положении объектов местности, а также семантическую информацию об этих объектах, можно представить как совокупность цифровой модели рельефа (ЦМР) и цифровой модели ситуации (ЦМС).
Под ЦМР понимают массив чисел, являющихся пространственными координатами точек местности. ЦМС также представляет собой массив чисел, каждым элементом которого являются плановые координаты поворотных точек границ объектов и закодированная числами семантическая информация об этих объектах. Содержание контуров определяется тематикой модели ситуации — это могут быть топографические элементы, сельскохозяйственные угодья, лесотаксационные единицы, почвенные разности и т. п.
Цифровые модели местности являются базой для создания широкого спектра картографической продукции, используемой землеустроительными и кадастровыми службами. Это цифровые (электронные) карты, фотопланы, контурные фотопланы, топографические фотопланы, ортофотопланы, фотокарты, топографические планы, ЗБ-изображения.
Цифровая (электронная) карта (ЦК) — это объединение цифровой модели рельефа и нескольких цифровых моделей ситуации. Каждая ЦМС представляет собой так называемый слой ЦК. Все слои ЦК связаны между собой посредством ЦМР.
Как правило, в цифровых картах используют географические координаты, поэтому цифровые карты не имеют масштаба. При визуализации цифровая карта может быть представлена в любом
масштабе, но не крупнее того, точность которого соответствует точности исходных данных для создания ЦК.
Цифровые карты содержат значительно больший объем информации, нежели традиционные графические карты, благодаря послойному ее хранению.
Кроме того, цифровые карты физически не устаревают, не ветшают. Информацию о местности на современном уровне поддерживают ведением непрерывного мониторинга и картографического дежурства.
Фотоплан — фотографическое одномасштабное изображение местности в заданном, обычно стандартном масштабе, на которое нанесена координатная сетка. Как правило, фотопланы изготавливают в рамках трапеций государственной или условной разграфки или на территорию отдельных землепользовании.
На контурных фотопланах условными знаками показаны необходимые элементы ситуации, некоторые элементы естественного рельефа: бровки балок, оврагов, линии резкого изменения крутизны склонов, а также искусственные формы рельефа.
На топографических фототанах условными знаками показана ситуация и нанесены горизонтали.
После удаления фотоизображения контурные и топографические фотопланы превращаются соответственно в контурные и топографические планы.
Иногда, например при проектировании противоэрозионных мероприятий, целесообразно сохранить фотоизображение, несущее максимум информации об эрозионных процессах. В таких случаях на топографических фотопланах число условных знаков уменьшается до необходимого минимума. В результате получается продукция, называемая фотокартой.
Ортофотоплан — фотографическое изображение местности в ортогональной проекции. Первоначально по экономическим соображениям ортофотопланы изготавливали преимущественно на горные территории. В настоящее время ортофотопланы получают на различные районы местности с любыми превышениями и формами рельефа.
3D-изображение — это изображение трехмерных объектов на плоскости. Эта новая форма представления пространственной информации находит широкое применение в различных сферах научной и производственной деятельности.
Цифровые модели рельефа
Цифровая модель рельефа (ЦМР) — это цифровое представление земной поверхности как непрерывного явления, описывающее ее с определенной точностью. Под ЦМР понимают множество точек с известными геодезическими координатами и правило определения высоты любой другой точки, не входящей в это множество. Точки с известными геодезическими координатами в данном случае принято называть высотными пикетами. Правило определения высоты называют правилом интерполяции высот, или аналитической моделью рельефа (AMP).
Методы построения цифровых моделей рельефа различаются по схемам расположения высотных пикетов и по способам интерполяции высот в промежутках между ними.
По схемам расположения высотных пикетов ЦМР делят на регулярные, полурегулярные и структурные.
В регулярных моделях высотные пикеты расположены в узлах сеток квадратов, прямоугольников или равносторонних треугольников. Недостатком этих моделей является то, что наиболее значимые точки рельефа, находящиеся на линиях тальвегов и водоразделов, перегибах скатов, могут оказаться между узлами сетки и не отобразиться на ЦМР. В связи с этим важно выбрать оптимальный шаг сетки, так как с его увеличением возрастают погрешности ЦМР, а с уменьшением — объем ЦМР, время и средства на ее создание.
В полурегулярных моделях высотные пикеты располагают на поперечниках к заданным линиям. Пикеты могут находиться на поперечниках либо на одинаковых расстояниях дру друга, либо на перегибах скатов. Полурегулярные ЦМР в основном используют при проектир