Завершен проект по созданию 3D-модели региона РФ на примере Тульской области
https://sdelanounas.ru/blogs/110513/
Последние годы активно развивается создание трехмерных моделей городских пространств. И если еще лет 10 назад вы могли только слышать о таких моделях или натыкаться на них в Google Earth, то на сегодня 3D-моделирование городов шагнуло так далеко, что создаются проекты, которые могут похвастаться фотореалистичностью и геодезической точностью. Первый подобный опыт в нашей стране был реализован в 2014 году группой компаний «Геоскан» на территории г. Томска. Было получено 190 000 снимков на площади более 320 км2 с разрешением в 3-5см/пикс., по результатам чего были созданы 3D-модель и ортофотоплан города.
Фрагмент 3D-модели г. Томска
Для создания модели использовались беспилотники Геоскан (сокр. — БПЛА) (подробнее о них читайте в другом нашем материале), и опыт использования БПЛА для таких целей оказался столь успешным, что это послужило основанием для запуска проекта по «Созданию геодезически точной 3D-модели типового региона России на основе данных беспилотной аэрофотосъемки и технологий ГЛОНАСС». В качестве пилотного региона была выбрана Тульская область. Работы по созданию модели заняли чуть менее полутора лет. Подробнее — о результатах.
Геопортал Тульской области
Основным катализатором осуществления этого проекта послужила федеральная целевая программа, стимулировавшая постановку объектов недвижимости на учет. Но поскольку постановка десятков миллионов объектов на кадастровый учет в короткий срок традиционными методами невозможна, то было решено прибегнуть к беспилотным технологиям, использование которых позволяет в короткие сроки создавать ортофотопланы (фотографические планы местности на точной геодезической основе) территорий населенных пунктов с высокой точностью (не хуже 10 см), достаточной для выполнения кадастровых работ.
Проект стартовал в июне 2016 года. В течение летних месяцев 2016 года отрабатывались оптимальные методики геодезического обоснования и аэрофотосъемки (сокр. — АФС) на территории тестовых районов Тульской области — Заокского, Алексинского и Ясногорского, а уже весной 2017 г., после всех модернизаций и усовершенствований началась съемка оставшихся районов, завершившаяся за промежуток в чуть более 4 месяцев — с 23 марта по 31 июля.
Далее о выработанной методике выполнения работ. Предварительно, до начала выполнения АФС, были получены разрешения на съемку Генерального штаба вооруженных сил РФ, оперативного управления штаба военного округа и территориальных органов безопасности ФСБ. Также получались разрешения органов местного самоуправления на проведения полетов над населенными пунктами.
Непосредственно перед выполнением АФС осуществлялось обследование пунктов Государственной Геодезической Сети, относительно которых определялись координаты опорных базовых спутниковых станций для увеличения надежности и точности измерений. На территории всего района определялись координаты контрольных точек, служивших для контроля точности ортофотопланов на этапе камеральной обработки результатов АФС. Всего, за период работы были произведены наблюдения более 8000 контрольных точек.
Пример схемы расположения контрольных точек по Ясногорскому району.
Наблюдение контрольной точки с помощью спутникового приемника
Перед началом полетов строились полетные задания, в которых районы разбивались на полетные зоны с помощью ПО «Geoscan Planner».
Полетное задание в интерфейсе программы «Geoscan Planner»
Аэрофотосъемка проводилась двумя бригадами по 4 человека, каждый из которых одновременно запускал по 2 беспилотника «Геоскан 201». После посадки каждого БПЛА производилась замена аккумулятора и скачивание отснятого материала и данных с ГНСС приемника, в автопилот загружались новые полетные задания и производились повторные запуски БПЛА (в случае благоприятных погодных условий), и так до завершения рабочего дня.
Запуск БПЛА
Таким образом, за день удавалось получать десятки тысяч снимков с двадцати беспилотников. Подобная плотность выполнения работ позволяла завершать съемку районов в сжатые сроки: так, например, съемка Суворовского и Воловского районов была выполнена за 3 полетных дня, а в среднем, на завершение съемки района требовалось 9-14 дней.
Всего аэрофотосъемочные работы разделялись на 3 вида:
1) АФС по площади населенных пунктов, пространственное разрешение — не более 4 см/пикс.;
2) АФС по межселенной территории — не более 9 см/пикс.;
3) АФС памятников и объектов культуры — 3-4 см/пикс.
После окончания полевых работ снимки передавались на контрольный просмотр в региональные штабы ВС РФ, а после пересылались в кластер обработки данных в Санкт-Петербурге. По итогам работ было отснято более 25 тыс. км2 в течение 288 дней, произведено 10 тыс. часов полетов, за которые был отснят 21 район Тульской области.
Дополнительно, с помощью квадрокоптера и наземной фотосъемки были отсняты объекты культурного наследия Тульской области, в число которых вошли, к примеру, Тульский Кремль, Куликово Поле, Музей-усадьба «Ясная Поляна», Тульский Государственный музей оружия и многие другие.
Следующим этапом является камеральная обработка — анализ и обработка фотоснимков с целью получения ортофотопланов и цифровых моделей местности. Объем снимков по одному району, как правило, составляет несколько сотен тысяч снимков, и обработка такого количества данных требует колоссальных вычислительных мощностей и хранилищ данных. Решением этой задачи стало использование суперкомпьютера «Политехник RSC Торнадо», третьего по производительности (пиковая производительность — 943 Тфлопс) в России.
Суперкомпьютер «Политехник RSC Торнадо»
Для обработки материалов аэрофотосъемки использовалось специализированное ПО — «Agisoft PhotoScan Pro», а общая схема обработки данных в подобном ПО заключается в выявлении положений камер в момент АФС и построении облаков точек на основании снимков, на базисе которых затем и создаются 3D-модели и ортофотопланы. Финальными результатами обработки 6 млн. снимков стали ортофотопланы с разрешением 5 см/пикс. для территорий населенных пунктов и 10 см/пикс. для межселенных территорий, 1443 высокоточные текстурированные 3D-модели населенных пунктов и, суммарно, 218 ТБ полученных данных.
Пример фрагмента ортофотоплана населенного пункта
Пример фрагмента ортофотоплана населенного пункта
Пример фрагмента цифровой модели населенного пункта
Пример фрагмента цифровой модели населенного пункта
Тульский музей оружия
Тульский Кремль
Никольский собор в пос. Епифань
После получения и обработки результатов полевых работ, начинается этап выявления нарушений земельного законодательства с помощью ГИС «Спутник» и QGIS.
Работы выполнялись на основе ортофотопланов и сведений ЕГРН — кадастровых планов территории (КПТ). Помимо этого, была сформирована геокодированная адресная база путем обработки данных ФИАС, местных муниципалитетов и полевых обследований.
Процесс выявления нарушений включал в себя выявление границ фактического использования участков, реестровых ошибок, нецелевого использования сельскохозяйственных земель и ранее учтенных земельных участков без установленных границ.
В результате было сформировано несколько слоев векторных данных, совмещенных с ортофотопланами:
Геопортал Тульской области. Пример фрагмента ортофотоплана с наложенными данными о нарушениях использования земельных участков
Геопортал Тульской области. Пример фрагмента ортофотоплана с наложенными данными о нарушениях использования земельных участков
Всего, в процессе векторизации было проанализировано более 800 тыс. участков, из которых около 450 тыс. не были поставлены на кадастровый учет, выявлено более 60 тыс. случаев самовольного занятия территории общей площадью 31 км2 и 9,5 тыс. с/х участков, заросших древесно-кустарниковой растительностью площадью более 1700 км2, составлена база из 350 тыс. адресов, и многое другое.
Для визуализации данных был создан региональный Геопортал, представляющий собой клиент-серверное веб-приложение, разработанное на языках Java (JEE), JavaScript, HTML, CSS. Основные решения портала реализованы на базе ГИС «Спутник Web», работа портала оптимизирована таким образом, что трехмерные модели не требуют загрузки процессора пользователей, а формирование тайлов ортофотопланов происходит «на лету».
Портал позволяет обследовать территорию районов Тульской области по цифровым ортофотопланам и трехмерным моделям населенных пунктов, просматривать все сформированные векторные слои и их атрибутивную информацию, работать с базой данных портала, с измерительными инструментами, системами координат — со всем, что необходимо для работы кадастровых инженеров и специалистов органов государственной и муниципальной власти.
Геопортал Тульской области. Отображение трехмерной модели фрагмента населенного пункта на портале
Полученные по результатам работ материалы уже нашли применение при выполнении мероприятий государственного земельного надзора и муниципального земельного контроля и будут использованы при решении задач туризма, мониторинга, управления территориями и в других сферах хозяйства. Созданный портал позволит хранить и обновлять геопространственную информацию и обеспечивать доступ к ресурсу органам государственной и муниципальной власти и кадастровым инженерам.
Выполненный проект показал высокую эффективность беспилотных технологий ГК «Геоскан» и их экономическую рентабельность, и позволил дать толчок экономическому и социально-культурному развитию региона и развитию проекта «Цифровая модель России».
