نرم افزارهای رقومی

استفاده از دوربینهای رقومی عکسبرداری هوایی جهت تهیه نقشه بروش فتوگرامتری چندیست که در دنیا مطرح شده و جنبه کاربردی بخود گرفته است. یکی از این دوربینها دوربین UltraCAM می باشد که توانسته است گوی سبقت را از رقبایی همچون DMC از کمپانی ZEISS و ADS40 از کمپانی LEICA برباید. حدود ۴۰ دوربین UltraCAM در سطح دنیا مشغول بکار می باشد که یکی از آنها در کشورمان ایران، مدتیست که مشغول به تصویر برداری شده است. از قابلیتهای بارز این دوربین علاوه بر رقومی بودن آن، زمین مرجع نمودن مسقیم از طریق اندازه گیری پارامترهای توجیه خارجی )، ، (X0,Y0,Z0, بوده که این عمل با بهره گیری از GPS و IMU نصب شده در هواپیما انجام خواهد شد. بزودی نیز بازار فتوگرامتری کشور نیز با بکار گیری تصاویر اخذ شده توسط این دوربین تفاوت میان تصاویر آنالوگ اسکن شده و عملیات طاقت فرسای زمینی را با تصاویر رقومی و زمین مرجع نمودن مستقیم، احساس خواهد کرد. بطوری که در بیشتر مواقع استفاده از تصاویر رقومی بهمراه پارامترهای توجیه خارجی جایگذین بسیار مناسب و اجتناب ناپذیری برای تصاویر آنالوگ اسکن شده خواهد بود. در این دوربین با وجود ابزارهایی همچون CCNS و AeroControl ماموریت پرواز دقیقتر و نزدیکتر به طراحی از قبل انجام شده می باشد و کار هدایت دوربین نیز در مقایسه با دوربینهای آنالوگ ساده تر انجام خواهد شد. یکی از مسایل حائز اهمیت در این زمینه پردازش تصاویر اخذ شده توسط دوربین UltraCAM می باشد. نرم افزار فتومد را می توان بعنوان راه حل مناسبی برای پردازش این گونه تصاویر بشمار آورد چراکه این نرم افزار قابلیت توجیه داخلی تصاویر رقومی را دارا بوده و امکان توجیه نسبی و مطلق تصاویر با استفاده از صرفا پارامترهای توجیه خارجی در این نرم افزار وجود دارد. البته با وجود نقاط کنترل زمینی می توان بصورت تلفیقی یعنی با در نظر گرفتن توام نقاط کنترل زمینی و پارامترهای توجیه خارجی  بدست آمده از GPS/IMU، عملیات توجیه مطلق را در سیستم مختصات و سیستم تصویر مورد نظر انجام داد.  در میان نرم افزارهای کاملا رقومی فتوگرامتری که عمل مثلث بندی را انجام می دهند فرمت مشترکی برای تبادل اطلاعات وجود دارد که اصطلاحا به PAT-B معروف می باشد. انتقال اطلاعات از نرم افزاری به نرم افزار دیگر اساسا برای احیاء تمامی محاسبات مثلث بندی و تشکیل مدلها بدون نیاز به توجیحات دوباره می باشد(Load کردن مدل). البته با وجود زبان مشترکی همانند PAT-B انجام دوباره توجیحات نسبی و مطلق نه تنها کاری منطقی نبوده بلکه باعث مخدوش شدن دقت بدست آمده توسط مثلث بندی اولیه می شود و مستلزم صرف زمانی نزدیک به زمان صرف شده برای مثلث بندی اولیه می باشد. از این موضوع می توان در بحث تبدیل و ترسیم مدلها استفاده لازم را برد. بطوری که شرکتهای مشاور در صورت دارا بودن سیستمهای فتوگرامتری کاملا رقومی حمایت کننده از این زبان مشترک، دیگر نیازی به توجیحات نسبی و مطلق نخواهند داشت و از این طریق قادر خواهند بود تمامی مدلها را با دقتی برابر با دقت مثلث بندی احیاء نموده و عملیات تبدل را آغاز نمایند. لازم بذکر است که این امر باعث یکپارچگی دقت کار شرکتهای مشاور در زمینه توجیحات خواهد شد، چراکه شرکتهای مشاور مدلها را دقیقا بر اساس توجیحات مثلث بندی سازمان نقشه برداری Load خواهند نمود.

مقدمه

همانطور که می دانیم بعد از انجام عملیات مثلث بندی هوایی تمامی تصاویر، حتی تصاویری که نقاط کنترل زمینی نداشته اند، دارای پارامترهای توجیه خارجی بوده و توجیحات نسبی و مطلق برای تمامی تصاویر انجام شده است. حال در صورت استفاده از نرم افزار های رقومی فتوگرامتری، می توان برای ترسیم مدلها از خروجی مثلث بندی استفاده نمود و با حفظ توجیحات نسبی و مطلق انجام شده در مرحله مثلث بندی، شروع به ترسیم مدلها جهت تبدیل آنها به نقشه نمود. البته این امکان در دستگاههای تبدیل تحلیلی نیز وجود دارد ولی با این تفاوت که در این نسل از دستگاههای فتوگرامتری فقط می توان مدلها را بصورت تک تک با بهره گیری از خروجی مثلث بندی احیاء نموده و عملیات ترسیم را آغاز نماییم. در صورتی که در نرم افزار های کاملا رقومی (مانند PHOTOMOD ،Inpho و Intergraph) تمامی مدلها را یکجا احیاء کرده و بصورت توجیه شده در حافظه خود نگه می دارد و هر زمان که عامل تبدیل اراده نماید، قادر خواهد بود مدل موردنظر خود را از بانک نگهداری مدلها فراخوانده (Load کرده) و شروع به ترسیم آن نماید.

ماهیت و شکلهای مختلف فرمت PAT-B بعنوان خروجی مثلث بندی

همانطور که در  بالا  ذکر شد  خروجی  مثلث  بندی باندل اجسمنت  اصولا  شامل  پارامترهای  توجیه  خارجی  تصاویر می باشد. بنابراین  می توان   فرمت  PAT-B   را شامل  سه   پارامتر    انتقال   (X0,Y0,Z0)   و   سه  پارامتر   دوران )  (Omega, Phi, Kappa (شکل ۱و۲و۳) برای مرکز تصویر هر تصویر دانست. البته لازم بذکر است که ماهیت خروجی مثلث بندی، شش پارامتر ذکر شده در بالا می باشد و ممکن است این پارامترهای به صورت های مختلفی در قالب فرمت PAT-B بیان شود. بفرض مثال گاهی اوقات بجای ذکر مستقیم سه پارامتر دوران عناصر ماتریس دوران ذکر می شود (شکل ۴).  در مواقعی نیز بجای بیان شش پارامتر انتقال و دوران مختصات عکسی و زمینی نقاط گره ای و کنترل در فرمت PAT-B گنجانده شده که در این صورت در نرم افزار برای احیاء مدلها از عملیات ترفیع فضایی  (Space Resection) و معادلات شرط همخطی استفاده میشود.

دو نوع از کاربردهای خروجی مثلث بندی بصورت فرمت PAT-B

ü      ترسیم مدلها در نرم افزارهای کاملا رقومی فتوگرامتری بدون نیاز به توجیحات نسبی، مطلق و دربعضی مواقع توجیه داخلی

علاوه بر مختصات عکسی و زمینی نقاط کنترل و گره ای یکی از مواردی که بعد از عملیات مثلث بندی هوایی بعنوان خروجی ارائه می شود پریک موجود روی دیاپوزتیوها می باشد. اصولا وجود پریک برای انجام دوباره توجیه مطلق در دستگاههای تبدیل و ترسیم مدل می باشد. همانطور که میدانیم در انجام عملیات مثلث بندی مدلهایی وجود دارند که فاقد نقاط کنترل زمینی بوده و از طریق نقاط گره ای  به مدلهایی که دارای نقاط کنترل زمینی هستند اتصال یافته اند. بعد از انجام مثلث بندی هوایی علاوه بر مدلهای دارای نقاط کنترل زمینی، مدلهایی که فاقد چنین نقاطی بوده اند نیز دارای مختصات زمینی شده و یابه اصطلاح این مدلها توجیه مطلق می شوند. سپس روی این مدلها نقاط گره ای که دارای مختصات زمینی شده اند  (نقاط کنترل عکسی) از طریق پریک نشان داده می شوند (روی هر تصویر ۳ نقطه) تا در صورت نیاز بتوان از این نقاط برای توجیه مطلق مدلها بهره جست. روشی دیگر نیز برای انجام توجیه مطلق مدلها بعد از انجام مثلث بندی غیر از روش استفاده از پریک وجود دارد که این روش منحصرا در نرم افزارهای کاملا رقومی فتوگرامتری قابل انجام می باشد. در این روش میتوان مستقیما از مختصات عکسی و زمینی نقاط گره ای بدست آمده از مثلث بندی هوایی (فرمتPAT-B)، در معادلات باندل اجسمنت استفاده نمود و پارامترهای توجیه خارجی هر تصویر را بدست آورد. با در اختیار داشتن شش پارامتر توجیه خارجی هر تصویر(که ممکن است از طریق GPS/IMU موجود در دوربینهای هوایی بدست آمده باشد) دیگر نیازی به انجام توجیه نسبی و مطلق نبوده و مدلها آماده برای انجام انواع پردازش و همچنین ترسیم می باشند. لازم بذکر است در صورت یکپارچه بودن نرم افزار مثلث بندی و نرم افزار تبدیل دیگر نیازی به احیا بلوک از طریق پریک و یا فرمت PAT-B نبوده و بلافاصله بعد از انجام مثلث بندی کل بلوک عکسبرداری شده در حافظه ذخیره شده و قابل استفاده برای انجام انواع پردازشها می باشد.

خلاصه مطلب فوق را می توان بدین صورت بیان نمود که با توجه به اینکه سازمان نقشه برداری کشور متولی انجام مثلث بندی هوایی پروژه های فتوگرامتری می باشد، شرکتهای مهندسین مشاور فعال در این زمینه با در اختیار داشتن نتایج مثلث بندی در قالب PAT-B و بهره گیری از نرم افزارهای کاملا رقومی فتوگرامتری دیگر نیازی به انجام توجیحات نسبی و مطلق نخواهند داشت و قادر خواهند بود کل بلوک عکسبرداری شده را به یکباره در نرم افزار بازیابی نموده  و با فراخوانی مدل مورد نظر کار ترسیم مربوط به آن را انجام دهند. مزایای بکار گیری این روش عبارتند از:

۱-     عدم مخدوش شدن دقت حاصله از مثلث بندی هوایی

همانطور که می دانیم سازمان نقشه برداری عملیات مثلث بندی را با دستگاههای دقیق و اپراتورهای با تجربه چندین ساله انجام می دهد. حال اگر بخواهیم مراحل توجیه نسبی و مطلق را دوباره در دستگاهها و نرم افزارهای موجود در شرکتهای مشاور فتوگرامتری انجام دهیم، در واقع دقت اولیه را مخدوش کرده و عملا بر اساس نتایجی متفاوت با نتایج مثلث بندی کار تبدیل را انجام داده ایم. چراکه ممکن است هنگام مثلث بندی هوایی ار تفاع نقطه ای با دقتCm  ۲۰+ تعیین موقعیت شده باشد و در طی انجام توجیه مطلق دوباره  توسط نرم افزار یا دستگاهی دیگر ار تفاع همان نقطه با دقتCm  ۲۰- تعیین موقعیت شود. از اینرو مناسب تر آن است که بدون ایجاد هر گونه تغییراتی در فایل خروجی مثلث بندی برای کار تبدیل را انجام داد که این عمل موجب یکپارچه گی بین دقت های حاصله از مثلث بندی و تبدیل می شود.

۲-     مساله دیگر که از اهمیت زیادی بر خوردار است مساله زمان و صرفه جویی در آن می باشد.

با در دست داشتن اطلاعات مر بوط به مثلث بندی در قالب PAT-B دیگر نیازی به صرف زمان برای انجام توجیه مطلق نمی باشد و می توان مدلها را درزمانی کوتاه، بر طبق دقتهای حاصله از مثلث بندی احیاء نمود. البته برای احیاء مدلها بایستی مدت زمان لازم برای خواندن تصاویر به داخل نرم افزار را در نظر گرفت که معمولا در مواقعی که تصاویر از روی هارد دیسک خوانده می شوند این زمان برای هر تصویر، با حجم ۱۰۰ مگا بایت، از ۳۰ ثانیه بیشتر تجاوز نخواهد کرد.

ü      نظارت بر کار شرکتهای مشاور فتوگرامتری

همانطور که می دانیم سازمان نقشه برداری علاوه بر مثلث بندی بلوک های عکسبرداری شده، مسولیت کنترل و نظارت بر کار شرکتهای مشاور فتوگرامتری را نیز بر عهده دارد. یکی از راههای که می توان فایل ترسیم شده را با مدل سه بعدی مربوطه مورد مقایسه قرار داد، بهره گیری از اطلاعات مثلث بندی در قالب PAT-B می باشد. قسمت نظارت فتوگرامتری سازمان نقشه برداری کشور با در اختیار داشتن نرم افزار کاملا رقومی که قابلیت بازسازی کل بلوک مثلث بندی شده را داشته باشد، می تواند از طریق دسترسی به فایلهای مثلث بندی و وارد ساختن آنها در این نرم افزار، کلیه مدلها را براساس دقتهای حاصله از مثلث بندی احیاء نموده و از طریق برجسته بینی کار کنترل و نظارت را انجام دهد. با در اختیار داشتن چنین سیستمهایی که توانایی احیاء کل مدلهای موجود در یک بلوک مثلث بندی شده را دارند، می توان از مزایای زیر در زمینه کنترل و نظارت برخوردار بود.

۱-     تطابق مدل با شیت ترسیم شده توسط شرکتهای مشاور جهت کشف عوارض ترسیم نشده توسط ان شرکت

۲-     علاوه بر کنترل مدل از لحاظ تفسیری می توان از نقطه نظر هندسی نیز عوارض ترسیم شده را مورد بررسی قرار داد. بفرض مثال می توان منحنی میزانهای ترسیم شده را از لحاظ ارتفاعی با مدلی که براساس فایلهای مثلث بندی بدون انجام توجیحات داخلی، نسبی و مطق بازسازی شده است کنترل نمود.

۳-     بدلیل اینکه متولی مثلث بندی هوایی سازمان نقشه برداری می باشد، در صورتیکه قسمت نظارت جهت بازسازی از اطلاعات مثلث بندی استفاده نموده باشد، شیتهای ترسیم شده توسط شرکتهای مشاور بر اساس توجیحات و محاسبات سازمان نقشه برداری کنترل خواهد شد. حسن این کار در این است که توجیحات نسبی و مطلق شرکتهای مشاور نیز که بصورت دستی انجام می شود، مورد ارزیابی و کنترل مجدد قرار خواهد گرفت.

۴-     معمولا در نرم افزارهای کاملا رقومی امکان تغییر پارامترهای روشنای و کنتراست تصویر، بدون نیاز به فتوشاپ،  در خود نرم افزار موجود می باشد. از اینرو می تواند در حین کنترل مدلها از این گونه امکانات نیز برخوردار بود.

جمع بندی

مثلث بندی سازمان نقشه برداری از افراد مجرب، تحصیل کرده و با سابقه چندین ساله در امر مثلث بندی بهره می جوید. نتایج کار این گروه ورزیده در قسمت مثلث بندی فایلهایی است که حاوی مختصات دقیق زمینی و عکسی نقاط کنترل سرشکن شده می باشد. تا کنون روند کار شرکتهای مشاور فتوگرامتری بدین گونه بوده است که با دریافت  فایل مختصات زمینی نقاط کنترل از بخش مثلث بندی و همچنین تصاویر اسکن شده مربوطه، اقدام به انجام دوباره توجیحات می نموده و مدلها را بعد از ترسیم و ویرایش به سازمان نقشه براری جهت کنترل و نظارت ارسال می نمایند. حال در صورتیکه شرکتهای مشاور مجهز به نرم افزار کاملا رقومی فتوگرامتری باشند، می توانند با دریافت فایلهای مثلث بندی در قالب PAT-B (شامل مختصات عکسی و زمینی سرشکن شده نقاط کنترل) بدون انجام توجیحات نسبی، مطلق و گاهی داخلی کلیه مدلها را بازسازی نموده و ترسیم نمایند. از طرف دیگر قسمت کنترل و نظارت فتوگرامتری نیز با در اختیار داشتن چنین امکاناتی می تواند مدلها را بازسازی نموده و شیتهای ترسیم شده توسط شرکتها را روی مدلهای مربوطه انداخته و کار کنترل را روی مدل سه بعدی با دید برجسته بینی انجام دهد.

در طی ده سال اخیر تهیه نقشه از عکسهای هوایی با استفاده از دستگاههای تبدیل آنالوگ، تحلیلی و رقومی گسترش چشم گیری داشته،  بطوری که حجم انبوهی از  نقشه های  آماده ورود به  سیستمهای اطلاعات مکانی(GIS ready) از همین طریق فراهم شده است. سازمان نقشه برداری نیز بعنوان متولی امر تهیه نقشه در کشور همواره در جهت ترویج بکارگیری سیستمهای فتوگرامتری رقومی گامهای موثری برداشته است. در طول سالهای اخیر شاهد افزایش چشمگیر تولید نقشه از طریق فتوگرامتری هوایی در کشورمان بوده ایم که این پیشرفتها را می توان نتیجه زحمات دست اندرکاران، متخصصان و ارائه کنندگان سیستمهای داخلی و خارجی بشمار آورد. در کنار سیستم های مورد استفاده در داخل کشور، می توان از نرم افزار PHOTOMOD از کمپانی راکورس روسیه نامبرد که در طی سالهای  اخیر توانسته است قابلیتهای کاربردی زیادی را جهت برآوردن نیازهای نقشه برداری هوایی کسب نماید. با درنظر گرفتن این مساله که عملیات تبدیل نرم افزار فتومد در نرم افزار ماکرواستیشن انجام می شود، می توان گفت که استفاده کنندگان با بهره گیری از محیط برنامه نویسی نرم افزار ماکرواستیشن(Microstation) ، امکان بیشتری را برای بومی سازی این نرم افزار در اختیار دارند.

معرفی نرم افزار رقومی فتومدPHOTOMOD

فتومد محصول شرکت راکورس(Racurs) از کشور روسیه www.racurs.ru ، نرم افزاری است که بصورت چند بخش مستقل و مجزا از یکدیگر می باشد که در اصطلاح به آن ماژولار (Modular)  می گویند. تمامی ماژولها توسط پلی ارتباطی به یکدیگر مرتبط هستند. بطوری که در ابتدا بستر یک پروژه که شامل تشکیل بلوکی مستحکم از تصاویر است توسط ماژول مثلث بندی(Aerial Triangulation)  آماده میشود، سپس خطاهای حاصل از اندازه گیری نقاط توسط ماژول سرشکنی(Solver)  تعدیل شده و مدلهای سرشکن شده وارد مرحله تبدیل می شوند.

سرعت فراگیری افرادی که بعنوان عامل تبدیل آموزش خواهند دید نسبتا بالا می باشد و فقط بایستی در زمینه شناخت عوارض و ترسیم تجربه کسب نمایند. مزیت دیگری که در اینجا قابل ذکر است یکپارچه بودن بلوک عکسی و همچنین مدلها می باشد. البته امکان توجیه مطلق بروش مدل مستقل (زوج عکس) نیز وجود دارد که در صورت وجود نقاط کنترل عکسی (تکثیر شده توسط مثلث بندی هوایی) برای همخوانی چشم عامل با مدل، ترجیح داده می شود که از این روش استفاده شود.

قابلیتهای فتومد

برخی از بارزترین قابلیتهای این نرم افزار را می توان بصورت زیر نام برد:

خواندن هر نوع تصویر از جمله تصاویر ماهواره ای

توجیه داخلی اتوماتیک تصاویر در صورت مناسب بودن کیفیت فیدوشل مارکها و در غیر این صورت توجیه داخلی دستی

اندازه گیری نقاط گره ای بصورت اتوماتیک در صورت مناسب بودن کیفیت اسکن تصاویرمتناسب با نوع منطقه

انتقال نقاط گره ای و کنترل بصورت اتوماتیک به تصاویر مجاور در صورت مناسب بودن کیفیت اسکن تصاویرمتناسب با نوع منطقه

استفاده از مختصات مراکز تصویر بعنوان نقاط کنترل زمینی در مثلث بندی

انجام مثلث بندی هوایی و گسترش نقاط کنترل عکسی در سطح بلوک

زمین مرجع نمودن نقشه های رستری

(Raster GeoReferencing)

محاسبات سرشکنی به سه روش مدل مستقل و سرشکنی نوار و مدل آزاد بدون حضور نقطه کنترل(Free Model)

تولید DTM ، منحنی میزان و DEM بصورت اتوماتیک با امکان ویرایش دستی

استفاده از نرم افزار ماکرواستیشن برای انجام عملیات تبدیل

امکان استفاده از نرم افزار تحت شبکه

استفاده از روشهای Anaglyph, Interlaced, Page flipping برای برقراری دید سه بعدی

بومی سازی فتومد جهت یکنواخت کردن فرمت آن با  استانداردهای سازمان نقشه برداری

اصولا نرم افزارهایی که بعنوان یک Plug-in ارائه می شوند دارای کاربردی وسیع هستند. بفرض مثال نرم افزاری که تحت AutoCAD  اجرا میشود قادر به استفاده از تمامی امکانات از پیش فراهم شده در AutoCAD می باشد و کاربر می تواند هر گونه امکانات اضافه تری را که نیاز داشته باشد به آن نرم افزار خاص بیافزاید. در نهایت می توان گفت که بومی سازی نرم افزار هایی که بصورت Plug-in نوشته شده اند امکان پذیر و دست یافتنی می باشد. نرم افزار StereoLink ، بعنوان بخش تبدیل نرم افزار فتومد، نیز به همین صورت عمل میکند. به بیان دیگر SteroLink یک نرم افزار Plug-in بشمار می آید که تحت ماکرو استیشن اجراء شده و از تمامی قابلیتها و امکانات ماکرواستیشن استفاده می نماید.

نتیجه گیری

استفاده از نرم افزارهای رقومی در زمینه تولید نقشه های پوششی جهت سرعت بخشیدن بکار اجتناب ناپذیر می نماید و با بکارگیری سیستمهای فتوگرامتری رقومی می توان بخش عظیمی از نقشه های آماده ورود به سیستمهای اطلاعات مکانی(GIS)  را تامین نمود.

جهت جستجو سریع موضوع مقاله ، پرسشنامه ، پاورپوینت و گزارش کارآموزی می توانید از قسمت بالا سمت راست جستجو پیشرفته اقدام نمایید.

همچنین جهت سفارش تایپ ، تبدیل فایل پی دی اف (Pdf) به ورد (Word) ، ساخت پاورپوینت ، ویرایش پایان نامه و مقاله با ما در تماس باشید.