Сергей Степанович Нехин – доктор технических наук, известный специалист в области фотограмметрии, в настоящее время – заместитель начальника управления геодезии и аэрокосмосъёмки ФГБУ «Центр геодезии, картографии и ИПД». Принимал самое активное участие в разработке национальных стандартов в области аэрофотосъёмки, фотограмметрии, фототопографии. Лауреат премии им. Ф.Н. Красовского.
— Расскажите об эволюции фотограмметрических методов. Что было до перехода к цифре?
— Фотограмметрия в своём развитии прошла три этапа: аналоговый, аналитический, цифровой. Первый из них, аналоговый, основывался на оптико-механических приборах (стереокомпараторах, маркирующих приборах, фототрансформаторах, ортофотопроекторах, универсальных приборах). Каждый из них решал узкую технологическую задачу.
После завершения картографирования территории страны в масштабе 1:100000 и перехода к съёмкам в масштабах 1:25000 и 1:10000 возникла необходимость в новых обрабатывающих приборах. В ЦНИИГАиК под руководством Ф.В. Дробышева был разработан универсальный стереофотограмметрический прибор – стереограф Дробышева (СД). Одновременно с этим в военном ведомстве Г.В. Романовским был разработан стереопроектор Романовского (СПР). Разработке этих приборов в значительной степени способствовали уникальные исследования, выполненные в ЦНИИГАиК М.Д. Коншиным по теории обработки аэроснимков с преобразованными связками проектирующих лучей, опубликованные ещё в 1944 г. и значительно опережавшие зарубежные разработки.
Для выполнения фототриангуляции В.Д. Дервизом, Г.А. Зотовым и М.Д. Коншиным был разработан высокоточный стереокомпаратор СКВ-1 с автоматической регистрацией результатов измерений на АЦПУ и перфоленту инструментальной точностью 2 мкм. В области теории фототриангуляции и обработки результатов измерений на ЭВМ в эти годы получают известность и практическое применение разработки А.Н. Лобанова и И.Т. Антипова.
В 1973 г. в ЦНИИГАиК под руководством Г.А. Зотова была начата разработка аналитических фотограмметрических приборов. В результате был создан аналитический фотограмметрический прибор Анаграф, позволявший обрабатывать снимки форматом до 30х30 см с инструментальной точностью 2–3 мкм. Для аналитической обработки измеренных координат аналоговых снимков использовались вначале ЭВМ СМ-4, а затем персональные компьютеры. К 90-м годам прошлого века был разработан ряд модификаций прибора и изготовлено более 200 его комплектов, которыми были оснащены предприятия и организации России, стран СНГ, Китая, Испании, Южной Кореи и др.
В приборе уже работали автоматизированы процессы ориентирования снимков и планшета, фототриангуляции, осуществлялись контроль и учёт ошибок на основных этапах обработки для получения карт и планов, цифровых моделей местности.
Дальнейший прогресс в области фотограмметрии и ДЗЗ связан с развитием цифровых методов. В конце восьмидесятых – начале девяностых годов стали появляться принципиально новые приборы – фотограмметрические сканеры и цифровые фотограмметрические станции (ЦФС). Их развитие было связано с более широкими возможностями автоматизации фотограмметрической обработки изображений и снижением стоимости используемых средств вычислительной техники и электроники.
В 1998 г. ЦНИИГАиК совместно с ЭОМЗ выполнил разработку фотограмметрического сканера, позволяющего преобразовывать фотоизображение аэро- и космических снимков в цифровую форму, воспринимаемую ЦФС.
Первая попытка в создании ЦФС была сделана В.Д. Дервизом ещё в начале 1980-х. ЦНИИГАиК совместно с Рязанским радиотехническим институтом была разработана система цифрового преобразования фотоизображений «Модель», позволявшая выполнять ввод и вывод снимков на фотоматериале. Считывание изображения в этой системе выполнялось с помощью электронно-лучевой трубки при механическом её перемещении, а программное управление системой осуществлялось ЕС ЭВМ.
Возврат к цифровой фотограмметрии на новой основе произошёл с появлением мощных персональных компьютеров и новых технических средств и технологий. В контексте дальнейшего развития цифровых методов картографирования Федеральным агентством геодезии и картографии тогда было принято решение о разработке отечественных технических средств и технологий цифровой фотограмметрии и картографии для решения актуальных задач, стоящих перед предприятиями и подразделениями отрасли. В этой связи в ЦНИИГАиК совместно с НПП «Геосистема» и ГЦ «Природа» в 1994 г. были начаты работы по созданию ЦФС и технологии создания и обновления на ней топокарт и планов по аэро- и космическим снимкам.
Разработанное программное обеспечение цифровой обработки аэро- и космических снимков решало на одном рабочем месте весь комплекс процессов (фототриангуляция, создание ЦМР и ЦМП, ортотрансформирование, векторизация контуров для создания и обновления карт и планов) и даже картографические задачи в виде подготовки издательских оригиналов при высоком уровне их автоматизации. Следует подчеркнуть, что в настоящее время в понятие «ЦФС» вкладывается нечто большее, чем просто обработка снимков. Речь идёт об обработке разнообразных данных дистанционного зондирования и сопутствующей им геодезической, бортовой, картографической и другой информации.
В начале 2000-х годов на основе разработок ЦНИИГАиК в отрасли было изготовлено и поставлено на производственные предприятия несколько десятков фотограмметрических сканеров и около тысячи ЦФС. Вместе с картографическими сканерами и появившимися несколько позднее цифровыми аэрофотосъёмочными системами наша отрасль полностью перешла на цифровые методы – от получения цифровых снимков, их фотограмметрической обработки до изготовления цифровой картографической продукции и пространственных данных. Таким образом, в настоящее время все технологические процессы основываются только на цифровой информации.
— Расскажите о новейших технологиях в области фотограмметрии.
— Современные технологии базируются на аэрофотосъёмке, которая выполняется только цифровыми съёмочными камерами матричного или сканерного типа. При аэросъёмочных работах на борту устанавливается спутниковый приёмник для определения координат центров проекции снимков. В ряде случаев, например при использовании аэрокамеры сканерного типа и воздушного лазерного сканера, дополнительно устанавливается инерциальная система для определения угловых элементов внешнего ориентирования. Получая непосредственно в полёте элементы внешнего ориентирования снимков, мы можем упростить дальнейшую их фотограмметрическую обработку, исключив, например, процесс фототриангуляции. Лазерная система позволяет получать с высокой степенью точности цифровую модель поверхности или ЦМР.
Современное программное обеспечение ЦФС (типа Agisoft, Photomod, Digitals) характеризуется высоким уровнем автоматизации обработки информации и получением широкого спектра фотограмметрической и картографической продукции.
— Какие в области фотограмметрии задачи на перспективу?
— Достигнуты большие успехи в получении и обработке пространственной информации, но ещё остаётся ряд задач, которые требуют своего решения в будущем. Это, например, оперативное картографирование. Если имеется возможность определять элементы внешнего ориентирования и информацию о рельефе на борту воздушного судна, то возможно, например, оперативно получать ортофотоизображения снимаемой территории, т.е. ускоренно получать конечную продукцию.
Имеются также задачи, которые трудно поддаются автоматизации. В нашем случае это топографическое дешифрирование. Мы можем автоматически сегментировать и векторизовать изображения, полученные в результате воздушной или космической съёмки, но определить, что это за объект, какие у него характеристики и пространственные связи, – такая задача может быть решена только с развитием возможностей искусственного интеллекта.
Достигнуто более или менее надёжное выделение площадных объектов правильной геометрической формы (например, прямоугольные здания и сооружения, круглые топливохранилища, линейные участки дорог и т.п.). Что касается тематического, а тем более топографического дешифрирования, здесь имеются некоторые успехи в отождествлении отдельных площадных объектов с использованием обучающих «эталонов» дешифрирования. В целом же следует констатировать, что это направление и теоретически, и практически проработано слабее других и требует к себе внимания со стороны специалистов.