Методи опрацювання аерокосмічних та картографічних матеріалів для відображення об’єктів історичного середовища

Abstract

В роботі розглянуто теоретичні засади та можливості застосування космічних знімальних систем високого та надвисокого просторового розрізнення для картографування об‟єктів історичного середовища. Проведено аналіз методів вивчення історичних об‟єктів на основі архівних картографічних матеріалів та даних дистанційного зондування, що дозволило сформулювати перелік основних задач, які ставляться перед картографуванням історичних об‟єктів культурної спадщини. На підставі експериментальних досліджень математичних моделей геометричної корекції зображень надвисокого просторового розрізнення доведено, що найкращі показники СКП для знімків відзнятих з супутників GeoEye-1 и Quick Bird, отримуємо за математичними моделями RPC та DLT. Проведено аналіз історичних меж Бабиного Яру та прилеглих до нього Караїмського, Мусульманського, Християнського та Єврейського кладовищ, що існували з 1924 по 1969 роки на основі архівних аеро- та картографічних матеріалів. Запропоновано методику створення історичних ситуаційних картографічних матеріалів засновану на поєднанні інтерпретаційних можливостей архівних аерознімків та письмових свідчень очевидців історичних подій. Запропоновано та описано методику автоматичного визначення руйнацій історично вагомих споруд в межах містобудівної ситуації внаслідок стихійного лиха. В работе рассмотрены теоретические основы и возможности применения космических съемочных систем высокого и сверхвысокого пространственного разрешения для картографирования объектов исторической среды. Проведен анализ методов изучения исторических объектов на основе архивных картографических материалов и данных дистанционного зондирования, что позволило сформулировать перечень основных задач, которые ставятся перед картографированием исторических объектов культурного наследия. Исследование существующих математических моделей геометрической коррекции космических изображений, которые являются наиболее употребляемыми, позволило углубить теоретические рекомендации по их использованию при трансформировании космических изображений сверхвысокого пространственного разрешения. В данном эксперименте для всех математических моделей использованы 20 опорных точек. Квадратичный полином типа 2D требует для решения, по меньшей мере 6 опорных точек поскольку содержит 12 неизвестных коэффициентов, то есть для этой модели 14 точек являются избыточными. В свою очередь кубический полином типа 2D и квадратичный полином типа 3D требует для решения 10 и 7 опорных точек соответственно, поскольку содержат 20 и 14 неизвестных коэффициентов. Для этих моделей есть 10 и 13 избыточных точек. Математические модели RPC и DLT содержат 3 и 14 избыточных опорных точек, но их решение является более сложным. Квадратичный полином типа 3D не обеспечил значительных улучшений в результатах СКП, поскольку на исследуемой территории перепад между минимальным и максимальным уровнем высот составляет всего 12 метров, поэтому координата Z в данном случае не играет значительной роли. Данную математическую модель можно рекомендовать только для горной местности, где есть значительные изменения рельефа. Квадратичный полином типа 2D и квадратичный полином типа 3D обеспечил одинаковые показатели СКП, учитывая рассчитанное значение погрешности. Так же одинаковые данные получены по математическим моделям RPC и DLT. По контрольным точкам лучшие показатели СКП получаем по математическим моделям RPC и DLT. Значения погрешностей по математической модели RPC несколько меньше, но разница с моделью DLT составляет 0,3-0,4 метра, попадающих в исчисленную допустимую погрешность 0,55 м и могут считаться равноценными. Проведен анализ исторических границ Бабьего Яра и прилегающих к нему Караимского, Мусульманского, Христианского и Еврейского кладбищ, которые существовали с 1924 по 1969 годы на основе архивных аэро- и картографических материалов. Эти материалы являются наиболее полным и достоверным отражением территории, которую они занимали, указанную на современном плане и зону массового расстрела мирного населения и военнопленных во время нацистской оккупации г.Киева. Зону массовых расстрелов определены на основании комплексного исследования фотографического и картографического материалов. Также на них указано полную территорию, на которой располагался Бабий Яр. Полученная документация прошла рецензирование двумя авторитетными украинскими организациями (ГНПП «Картография» и «Киевгеоинформатика», Киев) и мировой еврейской организацией (Астра Кадыша), а также рассмотрена экспертным советом Министерства культуры Украины, после чего передана руководству заповедника «Бабий Яр» для учета поправок. Предложена методика создания исторических ситуационных картографических материалов основанная на сочетании интерпретационных возможностей архивных аэроснимков и письменных свидетельств очевидцев исторических событий. Предложено использование определенного набора данных (архивные картографические материалы, архивные аэроснимки, данные космической съемки, современные картографические материалы) для выполнения картографирования объектов исторической среды. Предложена и описана методика автоматического определения разрушений исторически значимых сооружений в пределах градостроительной ситуации вследствие стихийного бедствия. Theoretical foundations and possible applications of space imaging systems of high and ultrahigh spatial resolution for historical environment objects mapping are considered in the work. The analysis of methods of historical objects studying on the basis of archival cartographic materials and remote sensing data is implemented. This has allowed to formulate a list of the main tasks that are risen for the mapping of historical objects of cultural heritage. It is proved on the basis of experimental studies of mathematical models of geometric correction of images with ultrahigh spatial resolution that the best indicators of RMSE we obtain on mathematical models of RPC and DLT. Model of projective transformation RPC and model DLT are recommended for geometric correction of images obtained from the satellite GeoEye-1 and Quick Bird. The analysis of historical boundaries of BabiyYar and adjacent Karaim, Muslim, Christian and Jewish cemeteries that existed from 1924 to 1969 was done on the base of archival aerial and cartographical data. The technique of creation of historical situational maps based on a combination of interpretive possibilities of archival aerial photographs and written eyewitness of historical events was proposed. The technique of automatic determination of the destruction of historically significant buildings within the urban territory as a result of the disaster was proposed and described.