Применение современных фотограмметрических методов при решении задач градостроительства и землеустройства, кадастра недвижимости и мониторинга

Содержание

Введение…………………………………………………………………………..3
1.Применение современных фотограмметрических методов при решении
задач градостроительства и землеустройства, кадастра недвижимости и
мониторинга……………………………………………………………………….4
Заключение……………………………………………………………………….15
Список использованных источников………………………………………….16

Введение

Деятельность по развитию городских и сельских территорий включает
в себя решение ряда сложных задач, концептуально нуждающихся
в исторических сведениях, актуальных данных и возможных перспективах.
Поддержание актуальности картографической основы в постоянно
изменяющейся среде традиционными наземными методами требуют
больших затрат времени и значительного финансирования. Дефицит
топографо-геодезических сведений в свою очередь значительно замедляет
процессы территориального планирования.
Использование беспилотных летательных аппаратов (далее –БПЛА) и
современных фотограмметрических методов позволяет оперативно получать
полную, актуальную и регулярно обновляемую информацию о состоянии
городской среды при минимальных затратах.
На основании вышеизложенного, тема реферата является
актуальной и востребованной.
Цель работы – рассмотреть применение современных
фотограмметрических методов при решении задач градостроительства и
землеустройства, кадастра недвижимости и мониторинга.
В соответствии с поставленной целью, задачами исследования
являются:
– обзор современных методов прикладной фотограмметрии для
целей кадастра, градостроительства, землеустройства;
– изучение вопросов организации и применения современных
фотограмметрических методов при решении прикладных задач в
градостроительстве, кадастре, землеустройстве на примере технологии ГК
«Геоскан» с помощью БПЛА.
Методы исследования: анализ, синтез, дедукция, описание.

1 Применение современных фотограмметрических методов при
решении задач градостроительства и землеустройства, кадастра
недвижимости и мониторинга

Фотопланы местности, получаемые с помощью БПЛА являются
отличной заменой картографической основы (в случае ее отсутствия) или
ее качественное дополнение при составлении схем границ земельных
участков. Они помогут упростить уточнение положения границ земельных
участков, определение расположений зданий, исправление кадастровых
ошибок, а фотореалистичные трехмерные модели проинформируют
о капитальности, высотности, этажности строений, характеристиках объектов
без избыточных рекогносцировок и выездов на место расположения объекта.
Наблюдение с воздуха открывает широкие возможности контроля
объектов недвижимости и земельных участков. Трехмерные модели,
автоматически создаваемые по результатам аэросъемки, позволяют оценить
состояние объектов, их соответствие договорам и нормативам.
Специалисты могут дистанционно проверять исполнение
контрагентами своих договорных обязательств и выявлять нарушения
земельного кодекса.
Достоверные данные позволят безошибочно рассчитывать стоимость
аренды и выкупной цены, выявлять расхождения границ фактического
использования земельных участков с данными государственного кадастра
недвижимости, что позволит предотвратить недоплату годовых арендных
платежей на сумму в десятки миллионов рублей.
Выполнение съемки с необходимой периодичностью при мониторинге,
дает возможность отследить положение нестационарных и временных
объектов. Сверхвысокое пространственное разрешение позволяет
эффективно вести учет небольших объектов, например, рекламных
конструкций.
С современными фотограмметрическими методами, инвентаризация

зеленых насаждений займет на порядок меньше времени, чем при
использовании традиционных инструментов.
Аэросъемка с БПЛА значительно снижает стоимость и трудозатраты на
проведение топографических работ. Высокое качество изображения делает
ортофотоплан информативнее и нагляднее материалов дежурных
топографических планов.
Комбинирование полевой съемки невидимых с воздуха объектов и
камеральной оцифровки по фотоплану обеспечивает составление самых
полных и достоверных карт городских территорий.
Высокоточные трехмерные модели открывают небывалые возможности
для городского проектирования. Сравнимые по точности с результатами
воздушного лазерного сканирования, они отлично подходят для измерения
размеров зданий, определения зон видимости, расчета объемов и построения
профилей. Благодаря совместимости форматов данных можно
воспользоваться преимуществами проектирования САПР, а затем перейти к
пространственно-временному моделированию и анализу в ГИС.
Последние годы в геоинформатике стремительным темпами
развивается направление создания трехмерных моделей местности, в том
числе моделей городских пространств. Главными критериями качества
реконструкции трехмерных городских территорий является точность модели
(точность определения ее элементов в пространстве), реалистичность текстур
зданий, сооружений и отображения элементов городской инфраструктуры.
По мере развития технологий 3D-моделирования увеличивается и
спектр применения геопространственной информации, начиная от
информативно–справочного характера (например, применительно к туризму)
и заканчивая картографией, инженерией, мониторингом и т.д.
Наглядными примерами таких проектов можно назвать высокоточные
модели Сингапура и Хельсинки [1]. 
Первый подобный опыт  в РФ был реализован в 2014 году группой
компаний «Геоскан» на территории г. Томска. По результатам аэросъемки с

беспилотных авиационных систем (БАС) было получено 190 000 снимков
разрешением 3-5 см/пикс., а площадь съемки составила более 320 км2. На
основе этих данных были созданы -  трехмерная модель , ортофотоплан,
цифровая модель местности и фотопанорамы города [2].
Катализатором создания этой инициативы послужила Федеральная
целевая программа «Развитие единой государственной системы регистрации
прав и кадастрового учета недвижимости (2014 - 2020 годы)» [3], которая
стимулировала регистрацию прав и кадастровый учет объектов
недвижимости. Однако традиционные технологии кадастровых работ не
позволяют в короткие сроки уточнить границы более чем 30 миллионов
земельных участков, чтобы поставить их на учет.
Наиболее эффективное решение этой проблемы, основано на
использовании беспилотных авиационных систем, т.к. оно позволяет
создавать ортофотопланы территорий, отнесенных к землям населенных
пунктов, со средней квадратической погрешностью определения
местоположения характерных точек границ земельных участков и контуров
зданий и сооружений не более 10 см, а для земель сельскохозяйственного
назначения – не более 20 см, что соответствует требованиям определенным
Приказом Минэкономразвития России №90 от 01.03.2016 г. [4].
Рассмотрим более подробно применение современных
фотограмметрических методов для решения различного рода прикладных
задач на примере использования технологий ГК «Геоскан» для Тульской
области.
Территория Заокского района Тульской области стала тестовой
площадкой, на которой с июня 2016 г. осуществлялась апробация методик
выполнения полевых работ в рамках проекта. Так, были определены
оптимальные способы создания планово-высотной основы
аэрофотосъемочных работ, что подразумевает размещение опорных базовых
станций (ОБС) на период работы в районе, относительно которых
измеряются координаты контрольных точек (КТ) и полетных базовых

станций (ПБС).
Точные координаты ОБС определялись по 4 пунктам государственной
геодезической сети (ГГС) и 5 пунктам государственной нивелирной сети [5].
Ввиду малоудовлетворительного состояния пунктов ГГС, их число
было увеличено до 6, в целях получения надежного результата. Для контроля
точности создаваемых ортофотопланов на местности было закреплено
большое число контрольных точек — 910 на весь район. В дальнейшем стало
ясно, что такое количество КТ является избыточным.
По результатам работ в тестовых районах, в число которых
впоследствии вошли Алексинский и Ясногорский, а также Новогуровский
городской округ, были выполнены исследования, которые показали, что
точность координат пунктов геодезической сети, задающей единое
координатное пространство на область в МСК–71.1, неоднородна, так как
попытка уравнять геодезическую сеть трех районов в единой системе
координат не удалась (отклонения расчетных значений координат достигали
30 см). Поэтому было  принято решение в дальнейшем выполнять работы,
опираясь на пункты геодезической сети конкретного района (с сохранением
связи с пунктами соседних районов).
Суммарно, в тестовых районах было установлено 4 опорных базовых
станции и 58 полетных базовых станций, определены координаты 1931
контрольной точки.
Было проведено обследование 94 пунктов опорной межевой сети
(ОМС), и выяснилось, что не все населенные пункты обеспечены пунктами
ОМС.
Как видно из графика на рис. 1, расхождения между измеренными и
каталожными значениями координат пунктов ОМС Заокского района
Тульской области достигают более 0,5 м, и совместное уравнивание сети не
представляется возможным.
Кроме того, обследование показало, что общее состояние пунктов
плачевно, поэтому было решено их не использовать.

Рисунок 1 – График обследования пунктов ОМС тестового района.

Одной из задач проекта являлось создание ортофотопланов в
государственной системе координат 2011 года (ГСК–2011).
Совместное уравнивание пунктов ГГС тестовых районов показало
хорошие результаты — отклонения расчетных значений координат не
превышали 3 см.
На аэросъемку территории Заокского района площадью 1310 км 2
понадобилось 28 полетных дней.
Весь комплекс работ выполняли три бригады: две (по 2 человека)
создавали планово-высотную основу и одна (4 человека) проводила АФС.
Подобным образом работы проводились и в других тестовых районах.
Суммарно, на съемку территории площадью 4037 км 2 потребовалось 74
полетных дня.
В зимний период (2016-2017 г.) результаты аэросъемочных работ в
тестовых районах были проанализированы, и для повышения эффективности
организации полевых работ в производственные процессы был внесен ряд
изменений: модернизирована программа планирования полетов, что дало
возможность использовать одну полетную станцию для управления полетом
двух БАС одновременно; увеличено количество БАС "Геоскан 201" до 10-12

на одну бригаду, а также общее число ГНСС приемников до 10; внедрена
новая версия "прошивки" автопилота, за счет чего было увеличено
количество вылетов в день.
Кроме того, вместо режима «статика» при определении координат
контрольных точек спутниковой геодезической аппаратурой стал
применяться режим RTK, и было уменьшено количество контрольных точек
на район, что обеспечило увеличение скорости измерений (с 20 КТ в день
одной бригадой до 50 КТ) и сокращение времени на полевые геодезические
работы.
Стали использоваться более мощные зарядные устройства.
При АФС межселенных территорий были изменены требования к
разрешению цифровых снимков с 7 на 9 см/пиксель, и это позволило
увеличить снимаемую площадь. Количество полетных базовых станций на
точке старта сократили с двух до одной, что ускорило подготовку к полетам.
Все это помогло значительно повысить производительность полевых
работ и сформировать окончательную технологическую схему, которая
применялась для съемки остальных районов Тульской области,
проводившейся с 23 марта по 31 июля 2017 г.
В первую очередь, осуществлялась рекогносцировка и обследование
пунктов ГГС на территории отдельного района. Затем создавался проект
размещения контрольных точек. Опорная базовая станция устанавливалась
таким образом, чтобы расстояние до контрольных точек и полетной базовой
станции не превышало 30 км. Всего было развернуто 24 ОБС, на которых
было проведено 4 тыс. часов спутниковых наблюдений. Силами 2–5 бригад
по 2 человека определялись координаты контрольных точек относительно
ОБС в режиме RTK, с использованием двухчастотных приемников
ГЛОНАСС/GPS.
Следует отметить, что до начала полевых работ в тестовых и других
районах Тульской области были получены разрешения Генерального штаба
ВС РФ, оперативного управления штаба военного округа и территориальных

органов безопасности ФСБ на проведение аэрофотосъемки.
Параллельно с рекогносцировкой, осуществлялось согласование
полетов БАС с администрациями районов. Непосредственно перед полетами
администрация района ставилась в известность о начале работ.
При планировании АФС готовились полетные задания (рис. 2), в
которых район разбивался на полетные зоны, с помощью программы Geoscan
Planner.

Рисунок 2 – Полетное задание в интерфейсе программы «Geoscan
Planner»

Устанавливалась полетная базовая станция, относительно которой
определялись центры фотографирования снимков.
Аэросъемка проводилась параллельно в разных местах района двумя
бригадами по 4 человека, каждый из которых управлял двумя БАС «Геоскан
201» (от использования БАС «Геоскан 101» отказались ввиду их меньшей
производительности).
После посадки каждого БАС полученные цифровые снимки и данные с
бортового ГНСС-приемника сохранялись в компьютере оператора полета.
Затем проводилась замена аккумулятора, в автопилот загружались новые
полетные задания и осуществлялись повторные запуски БАС (в случае
благоприятных погодных условий), и так до завершения рабочего дня.

Необходимая точность ортофотопланов и ЦММ достигалась
соблюдением ряда условий: поперечное перекрытие снимков должно
составлять 50% (для населенных пунктов с плотностью высокоэтажной
застройки — 60%), а продольное перекрытие снимков — 70%. При этом
пространственное разрешение для населенных пунктов не должно превышать
4 см/пиксель, а для межселенной территории — 9 см/пиксель.
Ежедневно, после окончания аэросъемочных работ, составлялись
полетные полевые журналы и геодезические полевые журналы.
Аэрофотоснимки отправлялись на контрольный просмотр военному цензору
оперативного управления штаба Западного военного округа РФ. В
дальнейшем, данные с ГНСС-приемников полетных базовых станций и
бортовых ГНСС-приемников, с целью их уравнивания и составления
каталогов центров фотографирования, и аэрофотоснимки передавались в
отдел обработки данных ДЗЗ ГК «Геоскан» и кластер обработки,
расположенный в Санкт-Петербургском Политехническом университете.
Правильная организация полевых работ позволила выполнить съемку в
сжатые сроки, невзирая на значительные объемы. Таким образом, за 288 дней
была проведена аэрофотосъемка территории 21 района Тульской области
площадью более 25 тыс. км 2 , в ходе которой беспилотные авиационные
системы находились в воздухе более 10 000 часов.
Кроме того, на территории Тульской области отдельной бригадой при
помощи квадрокоптера  «Геоскан 401»  была выполнена аэрофотосъемка
памятников архитектуры с разрешением 1–2 см/пиксель.
Для достижения лучшей точности и детальности при построении
трехмерных реалистичных моделей объектов в недоступных для
квадрокоптера местах проводилась наземная фотосъемка.
По результатам камеральной обработки этих данных были построены 
3D-модели памятников  архитектуры Тульской области, среди которых

Тульский Кремль, Куликово Поле, Музей-усадьба «Ясная Поляна»,
Тульский государственный музей оружия, представленный на рисунке 3.

Рисунок 3 - 3D-модель «Тульский государственный музей оружия»

Анализ и обработка отснятых материалов с целью получения
ортофотопланов и моделей местности выполнялась в камеральных условиях
с помощью специализированного программного обеспечения
автоматизированной фотограмметрической обработки –  Agisoft PhotoScan
Pro .
При обработке данных в ПО Agisoft PhotoScan сначала
восстанавливается исходное положение и ориентация камер (по элементам
внешнего ориентирования камер), задается координатная система
реконструируемой модели, а затем строится разреженное облако точек на
основании фотографий. Для оптимизации результатов расчета положений
камер и параметров их внутренней ориентации выполнялась расстановка
маркеров и задавались координаты.
В результате обработки были созданы: ортофотопланы с разрешением
5 см/пиксель для территорий населенных пунктов и 10 см/пиксель для
межселенных территорий, высокоточные текстурированные 3D-модели
населенных пунктов, 1443 цифровых моделей населенных пунктов.
После камеральной обработки результатов полевых измерений рабочая
группа, включавшая около 25 ГИС-специалистов, осуществляла выявление

нарушений земельного законодательства на основе цифровых
ортофотопланов и сведений ЕГРН — кадастровых планов территории (КПТ).
Большинство специалистов занимались векторизацией фактических
границ земельных участков в целях выявления нарушений в области
кадастрового учета с помощью  ГИС «Спутник»  и QGIS.
Помимо этого, была сформирована геокодированная адресная база
путем аналитической обработки данных Федеральной информационной
адресной системы, адресных материалов местных муниципальных
образований и данных, полученных в ходе полевых обследований. Число
адресов геокодированной адресной базы составило 350 тыс.
Процесс выявления нарушений земельного законодательства включал в
себя: векторизацию границ фактического использования земельных
участков; выявление ранее учтенных земельных участков; сверку границ
учтенных участков, выявление реестровых ошибок; выявление нецелевого
использования сельскохозяйственных земель.
Для организации пространственных данных была выбрана открытая
СУБД PostgreSQL, поддерживающая работу в среде QGIS и подходящая для
операций с геоданными, что позволило создать отлаженную инфраструктуру
для сбора и хранения данных.
По результатам этих работ были сформированы следующие векторные
слои, содержащие информацию о: земельных участках, сведения о которых
имелись в КПТ и которые были поставлены на государственный кадастровый
учет (ГКУ); земельных участках, сведения о которых дублировались в ЕГРН;
земельных участках, границы которых имели пересечения с границами
участков, сведения о которых содержались в ЕГРН; налогооблагаемых
участках, по которым имелись сведения об оплате их владельцами налогов.
Земли сельскохозяйственного назначения формировались по границам
и сведениям фактического землепользования (с учетом сведений ЕГРН),
распределялись по категориям — на пашни и нераспаханные земли, а далее
разбивались на дополнительные подкатегории, что позволяло точно

определить статус их использования: для ведения личного подсобного
хозяйства; распаханы; с луговой растительностью; с древесно-кустарниковой
растительностью; с многолетними насаждениями; нецелевое использование
Всего в процессе векторизации на территории Тульской области были
проанализированы и выявлены 825 100 земельных участков в населенных
пунктах, для которых были определены границы, в том числе 340 600
составили участки, поставленные на ГКУ, 36 100 - участки, поставленные на
ГКУ без указания границ, и 448 400 - участки, не поставленные на ГКУ. 
В ходе работы были получены все необходимые материалы,
отвечающие требованиям точности: ЦММ, ЦМР и ортофотопланы,
фотореалистичные 3D-модели населенных пунктов и памятников
архитектуры. Эти материалы смогут найти применение при выполнении
кадастровых работ, а также при оказании туристических услуг, организации
мониторинга, управлении территориями и в других сферах.

Заключение

На основании проведенного исследования были изучены вопросы
применения современных фотограмметрических методов при решении
задач градостроительства и землеустройства, кадастра недвижимости и
мониторинга, проанализированы современны фотограмметрические
методы, выполнен обзор технологии «Геоскан» для создания высокоточной
трехмерной модели Тульской области, установлено, что аэрофотосъемка с
помощью БПЛА позволяет выявить нарушения земельного законодательства,
реестровые и технические ошибки, осуществить зонирование территорий и
опредилить потенциальный экономический эффект от устранения
нарушений; полученные на базе аэрофотосъемки ортофотопланы могут
быть использования для организации мониторинга, управлении
территориями и в других сферах.

Список используемых источников

1. Высокоточные картографические трехмерные модели Сингапура и
Хельсинки // Геопрофи. — 2017. — No 5. — С. 39-41.
2. 3D-модель г. Томска. — https://tomsk3da.admtomsk.ru/3d_city.
3. Федеральная целевая программа «Развитие единой государственной
системы регистрации прав и кадастрового учета недвижимости (2014–2020
годы). Утверждена Постановлением Правительства РФ от 10.10.2013 г. No
903 (в ред. Постановления Правительства РФ от 22.12.2016 г. No 1444)».
4. Приказ Минэкономразвития России от 01.03.2016 г. N 90 «Об
утверждении требований к точности и методам определения координат
характерных точек границ земельного участка, требований к точности и
методам определения координат характерных точек контура здания,
сооружения или объекта незавершенного строительства на земельном
участке, а также требований к определению площади здания, сооружения и
помещения».
5. https://www.geoscan.aero/ru