Корольов Анатолій Вікторович. Теоретичні основи компактного представлення зображень на основі усунення версифікаційної надмірності

brief description

Корольов Анатолій Вікторович. Теоретичні основи компактного представлення зображень на основі усунення версифікаційної надмірності: дисертація д-ра техн. наук: 05.12.02 / Українська держ. академія залізничного транспорту. - Х., 2003

Бурштинська Х.В. Теоретичні та методологічні основи цифрового моделювання рельєфу за фотограмметричними та картометричними даними. Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.24.02 фотограмметрія та картографія, Національний університет "Львівська політехніка", Львів, 2003.
В дисертації виконано узагальнення теоретичних та експериментальних досліджень, пов’язаних з високоточним цифровим моделюванням рельєфу за картометричними та фотограмметричними даними. На основі аналізу та систематизації теоретичних підходів до цифрового моделювання рельєфу розглянуто математичну модель створення ЦМР на базі колокації та її різновиди: колокацію з умовами, аналітичну колокацію. На основі логіко-статистичного підходу обгрунтовано рекомендації вибору математичної моделі та основних параметрів моделювання для трьох типів рельєфу. Розроблено нові алгоритми і програми математичного моделювання рельєфу на базі колокаційної моделі з застосуванням різних, раніше не вживаних функцій для моделювання коваріаційних залежностей і варіограм, які підвищують точність моделювання. З метою забезпечення побудови ЦМР високоточними і достовірними вихідними даними розглянуто теоретико-методологічні аспекти прецизійної фотограмметрії. Проведено теоретичне обгрунтування та виконано експериментальні дослідження статистичного методу виявлення та відбракування грубих помилок. Розроблено та реалізовано технологічну схему побудови високоточної ЦМР з використанням ГІС-технологій для гідрологічних вишукувань, що знаходить застосування в підприємствах Державної служби геодезії, картографії та кадастру України.

У дисертації виконано узагальнення теоретичних та експериментальних досліджень, які дозволили розв’язати важливу наукову проблему, пов’язану з високоточним цифровим моделюванням рельєфу на основі картометричних та фотограмметричних даних. Основні наукові і практичні результати досліджень можна сформулювати так:

На основі аналізу та систематизації теоретичних підходів до цифрового моделювання рельєфу представлено узагальнену математичну модель створення ЦМР на базі колокації. Розглянуто такі різновиди колокаційної моделі: а) колокацію з умовами, у якій ваги, з якими відмітки вихідних точок входять в рівняння прогнозу, визначаються за коваріаційною функцією під певними умовами; б) аналітичну колокацію, яка полягає у заміні коваріаційної функції радіальними базисними функціями; в) модель, за якою відмітку точки прогнозу отримують із сумісного визначення коефіцієнтів рівнянь, які апроксимують систематичну складову, та коефіцієнтів, залежних від коваріаційної функції. На основі математичного аналізу визнано, що метод Крайгінга, вживаний у практиці побудови ЦМР, є видозміненою колокаційною моделлю, сутність якої полягає у заміні коваріаційної функції варіограмою. Показано спільну математичну основу колокації з методами оптимального фільтра Колмогорова-Вінера та оптимальної інтерполяції, які широко вживаються в інших галузях науки і техніки.
На основі опрацювання логіко-статистичного підходу до оптимізації вибору математичних моделей та значної кількості експериментальних досліджень точності побудови ЦМР обгрунтовано для трьох основних типів рельєфу земної поверхні рекомендації вибору математичної моделі та основних параметрів моделювання: щільності задання вихідної інформації; кількості та схем розташування вихідних точок; інтервалу дискретизації моделі.
Розроблено нові алгоритми і програми математичного моделювання рельєфу на основі колокаційної моделі з застосуванням різних, раніше не вживаних функцій для моделювання коваріаційних залежностей і варіограм, які суттєво підвищують точність моделювання та доповнюють широко вживаний програмний пакет Surfer.
Встановлено, що точні результати побудови ЦМР за умови вірного вибору щільності вихідних точок та інтервалу дискретизації можна отримати на основі колокаційної моделі із застосуванням для моделювання коваріаційної залежності логарифмічної функції, яка є ефективною для моделювання складних форм рельєфу. Майже однотипні результати моделювання з нижчою точністю в місцях складних форм рельєфу дає метод Крайгінга із застосуванням лінійної або експоненційної варіограм. Застосування колокаційної моделі дозволяє отримати точність моделювання залежно від щільності вихідної інформації: для рівнинних ділянок перерізу рельєфу: для крутих схилів перерізу рельєфу.

Встановлено, що заміна коваріаційної функції диференційними сплайнами не приводить до ефективнішого розв’язку задачі моделювання рельєфу. Диференційні сплайни дуже чутливі до щільності вихідних точок і до впливу екстремальних точок моделі. Мультиквадрики як метод моделювання порівняно з колокаційною моделлю кращої точності побудови ЦМР не дають.
Із порівняльного аналізу точностей побудови ЦМР з використанням програмних середовищ (програмного пакета Surfer та геоінформаційної системи ArcGIS) встановлено, що для побудови ЦМР з використанням системи ArcGIS слід застосовувати метод тріангуляції; метод Крайгінга, сплайнів реалізовано в цій системі за спрощеними алгоритмами, що спричиняє пониження точності побудови ЦМР в 2-3 рази порівняно з реалізацією цих методів в програмному пакеті Surfer.
Для забезпечення побудови ЦМР високоточними і достовірними вихідними даними розглянуто теоретико-методологічні аспекти прецизійної фотограмметрії. Проведено теоретичне обгрунтування та виконано експериментальні дослідження розробленого статистичного методу виявлення та відбракування грубих помилок з використанням псевдоковаріаційної матриці та ефективних критеріїв оцінювання фільтраційних процесів у фотограмметричних визначеннях. За цим методом при визначенні елементів взаємного орієнтування можна відбракувати 93% помилок; при геодезичному орієнтуванні мереж просторової фототріангуляції 73% помилкових даних в планових координатах і 20% у висотах точок у випадку мінімальної кількості точок опори, що свідчить про ефективність методу порівняно із вживаними методами відбракування грубих помилок.
Розроблено та реалізовано на ділянці р.Дністер технологічну схему побудови високоточної ЦМР для гідрологічних вишукувань, яка включає комплекс аерознімальних, польових та камеральних робіт з визначення вихідних точок ЦМР на основі вимірювань аерофотозображень із застосуванням аналітичного та цифрового фотограмметричних методів.
Розроблено та реалізовано технологічну схему визначення площ затоплених та підтоплюваних земель за ЦМР. Дослідженнями встановлено, що помилка визначення площ становить в середньому 1-2% від розмірів площі, з меншою точністю визначаються невеликі за розміром (менше 5 см2на карті) площі ділянок витягнутих форм.
Розроблену методику побудови ЦМР з використанням ГІС-технологій для дослідження динаміки гідрологічних процесів впроваджено в підприємствах Державної служби геодезії, картографії та кадастру України, що дає можливість проводити моніторинг земель та повеневих явищ.