Стремительное развитие методов и технических средств аэросъемки и фотограмметрии привело к принципиальным изменениям технологии аэрофототопографический съемки.
В интервью эксперт Геоскана и автор книги «Аэрофотограмметрия и аэрофототопография» Сергей Алексеевич Кадничанский рассказал о накопленном опыте, практических аспектах работы в этой области, а также тех изменениях, которые формируют сегодняшнюю технологическую среду.
О начале пути
— Сергей Алексеевич, расскажите, с чего начался ваш путь в аэрофототопографии и каким он был. Что тогда казалось самым сложным, а что — самым интересным?
— О существовании своей будущей специальности — аэрофотогеодезии — я узнал случайно, но, когда узнал, не колеблясь выбрал ее и поступил на аэрофотогеодезический факультет МИИГАиК. Начиная с третьего курса, работал на полставки лаборанта на кафедре аэрофотосъемки, занимаясь переводом научных статей с английского на русский. После четвертого курса — первый производственный «проект» во время практики. В течение пяти месяцев работал топографом-исполнителем, бригадиром в экспедиции от Ленинградского аэрогеодезического предприятия в Вологодской области: выполнял топографическую съемку по созданию карты масштаба 1:10 000, отчитывался составительскими оригиналами листов карты.
После окончания МИИГАиК я был распределен в Госцентр «Природа». Там я разрабатывал методику, технологию и программные средства аналитического — тогда слово «цифровой» еще не вошло в обиход — трансформирования космических снимков, получаемых с помощью оптико-механических сканирующих систем Земли, в картографическую проекцию. Сложным не казалось ничего, а интересным — все.
— Какими были первые приборы, с которыми вы работали?
— Первыми приборами, с которыми познакомился будучи студентом первого курса, были теодолит, нивелир, кипрегель — летняя учебная практика по геодезии была основана на работе с ними. Геодезия — это фундамент аэрофототопографии. Эти же приборы использовал в экспедиции в Вологодской области.
Аэрофотоаппараты — тогда употреблялось такое слово — и фотограмметрические приборы, такие как стереометр, стереопроектор, стереограф, фототрансформаторы, мы изучали на последующих курсах. Из них после окончания МИИГАиК я использовал только большой фототрансформатор, и то очень непродолжительное время.
Главным инструментом стала электронно-вычислительная машина, поскольку вся моя работа в течение первых десяти лет была связана с аналитической и цифровой обработкой снимков Земли, Луны и планет.
О профессии
— Какие технологические сдвиги вы считаете самыми важными за последние 50 лет?
— Если ограничиться технологией аэрофототопографической съемки, то за эти годы произошли не «сдвиги», а радикальные ее изменения. От того, что было 50 лет назад, остались только общие основы технологии аэрофототопографической съемки и фотограмметрии.
Еще в 70-х годах было положено начало применению цифровых методов в фотограмметрии для трансформирования космических снимков. Далее из-за стремительной компьютеризации в 90-х годах фотограмметрия стала цифровой, вытеснив аналоговые и аналитические фотограмметрические приборы.
В самом начале XXI века пленочные аэрофотокамеры стали вытесняться цифровыми и полностью их заменили. Создание цифровой технологии аэрофототопографической съемки в сочетании с бурным развитием вычислительной техники открыло путь к автоматизации фотограмметрической обработки. Это привело к резкому увеличению количества измеряемых точек фотограмметрической модели, значительному повышению качества фототриангуляции и возможности надежной самокалибровки. Также это позволило создавать сверхплотную цифровую модель поверхности, а с ее использованием — истинный ортофотоплан, свободный от «завалов зданий». Принципиально изменились средства стереоскопического наблюдения и измерения снимков и, соответственно, технология стереотопографической съемки.
Начиная с конца XX века, аэрофотосъемка обогатилась двумя ключевыми технологиями: высокоточными бортовыми ГНСС-приемниками и инерциальными измерительными устройствами. Первые обеспечивают точные координаты съемки, позволяя обойтись без опорных точек, а инерциальные системы в ряде случаев помогают отказаться от трудоемкой фототриангуляции. Огромные возможности в аэрофототопографической съемке открылись с появлением систем воздушного лазерного сканирования, позволяющих выполнить съемку рельефа залесенной местности.
Почти все перечисленные новшества вошли в практику аэрофототопографической съемки в первом десятилетии XXI века. А затем началось все более широкое применение топографической аэрофотосъемки с борта беспилотного воздушного судна. Это позволило выбирать наиболее экономически выгодный вариант используемого типа БВС в зависимости от характера и условий объекта съемки.
— Есть ли какие-то классические инструменты, приемы, которыми в современную эпоху аэрофототопографии должен владеть специалист?
— Вряд ли найдешь такого специалиста, который владеет всеми инструментами и приемами, используемыми в аэрофототопографической съемке. В технологии аэрофототопографической съемки можно выделить следующие процессы:
- топографическая аэросъемка,
- работы по геодезическому обеспечению,
- фотограмметрические работы,
- работы по составлению оригинала карты или плана.
Каждый из процессов выполняется соответствующими специалистами с использованием специфических инструментов и знаний. Например, специалист по топографической аэросъемке должен знать функциональные особенности аэрофотокамеры и лидара, а также требования к ним и топографической съемке, установленные в национальных стандартах. Он также должен уметь проектировать аэросъемку, выполнять ее и осуществлять первичную обработку полученных материалов.
Специалист, выполняющий работы по геодезическому обеспечению, должен знать требования национальных стандартов к выполнению этих работ, владеть техническими и программными средствами по выполнению ГНСС-измерений и их обработке. Такой эксперт должен обладать теоретическими знаниями и навыками по преобразованию координат в требуемую систему координат.
Фотограмметрист должен иметь уверенные теоретические знания о сути и специфике выполняемых процессов фотограмметрической обработки, о требованиях к их выполнению, отраженных в национальных стандартах. Помимо этого, он должен уверенно использовать программные средства фотограмметрической обработки.
Специалисты, занимающиеся составлением оригинала топографической карты или плана, должны иметь «классические» знания об их содержании, а также о правилах отображения на них объектов местности и их характеристик. Это также включает понимание принципов представления объектов на цифровой карте или плане. Кроме того, они должны уметь пользоваться геоинформационными системами и программными инструментами для решения конкретных задач.
Однако помимо всего перечисленного требуются специалисты, которые практически не выполняют описанные работы, но имеют уверенные общие знания о технологии и методах аэрофототопографической съемки, а также о сути всех процессов. Это необходимо для организации всего комплекса работ и управления их выполнением.
— Как появление дронов повлияло на методы съемки и обработки данных?
— Появление БАС с аэрофотокамерой позволило во многих случаях сократить затраты на аэрофотосъемку: в первую очередь при создании крупномасштабных продуктов — ортофотопланов, планов. Это обусловлено сокращением затрат на эксплуатацию воздушного судна и амортизацию аэрофотосъемочного оборудования. Дополнительно к этому аэрофотосъемка с БВС часто может выполняться под высокой сплошной облачностью, а одна бригада может одновременно управлять не одним БВС, а двумя и более, что дает преимущества в производительности.
Что касается методов обработки, то самое специфическое для съемки с БВС — широкое и успешное использование самокалибровки аэрофотокамеры, выполняемой в процессе уравнивания сети фототриангуляции. Это нашло отражение в национальных стандартах.
Однако самый интересный и новый по своему содержанию факт — это то, что аэрофототопографические комплексы ПАК Геоскан201, ПАК Геоскан701 и ПАК ГеосканGemini были внесены в Государственный реестр средств измерений. Эти комплексы основаны на аэрофотосъемке с БВС и внесены в реестр в 2023 году по результатам испытаний в целях утверждения типа средств измерений. В описаниях типа средства измерения этих комплексов содержатся конкретные метрологические характеристики точности определения пространственных координат точек местности.
— По вашему мнению, что сегодня самое главное в подготовке специалистов по аэрофототопографии? Есть ли принципы, которые остались неизменными, несмотря на технологический прогресс?
— В аэрофототопографии главное — достаточно уверенные знания по аэросъемке, включая воздушное лазерное сканирование, по геодезическому обеспечению, фотограмметрической обработке, а также ясное представление о целях, содержании и методах работ по составлению оригинала карты или плана.
Такой специалист должен знать технологические схемы аэрофототопографической съемки в зависимости от используемого метода. Также он должен быть хорошо знаком с документами, устанавливающими технические требования к результатам, процессам и техническим средствам получения данных, включая соответствующие национальные стандарты. А еще специалист должен владеть профессиональным лексиконом, терминами и пользоваться именно ими, а не самодельным жаргоном.
Что же осталось неизменным? Требования к точности топографических карт и планов. Они закреплены в нормативных документах и стандартах. Неизменным остался состав технологических процессов: работы по геодезическому обеспечению, аэросъемка, фотограмметрические работы, работы по составлению оригинала карты или плана, если таковые требуются. Неизменными остались требования к некоторым контрольным операциям и допускаемым расхождениям.
— Что бы вы хотели пожелать молодым специалистам, которые только открывают для себя аэрофототопографию?
— Молодым специалистам желаю не удовлетворяться поверхностными представлениями о содержании тех процессов, которые приходится выполнять, а пытливо вникать в их суть, методы решения и связи с другим процессами. Также желаю проявлять интерес к публикациям и научно-техническим конференциям, близким по тематике к аэрофототопографии, чтобы быть в курсе нового в технике и технологии. А еще желаю с уважением относиться к профессиональной лексике.
О книге
— Что стало для вас поводом написать книгу «Аэрофотограмметрия и аэрофототопография»?
— Написать такую книгу в 2007 году меня побудило осознание того, что технология аэрофототопографической съемки радикально изменилась. От прежней не осталось ничего кроме самых общих требований и перечня основных технологических процессов. При этом обстоятельная книга, посвященная аэрофототопографической съемке, не издавалась с 70-х годов прошлого столетия. Так не должно было оставаться! Я посчитал, что такая книга очень нужна, и в том же 2007 году начал работу над ней. Хорошо ли решена эта задача моей книгой, пусть решают читатели.
— Что нового в вашей работе по сравнению с другими трудами по аэрофототопографии?
— Если говорить о трудах в виде статей, то нет такого набора публикаций, сложив которые вместе, можно получить нечто похожее на книгу по аэрофототопографии. Последняя книга «Аэрофототопография» была издана в 1971 году, ее автор — известный и уважаемый Алексей Николаевич Лобанов, заслуженный деятель науки и техники РСФСР. Работа представляет собой капитальный труд по этой теме: совершенно актуальный и очень ценный на то время. Сегодня эта книга сохраняет значимость лишь в части теории фотограмметрии с математической точки зрения и перечня фотограмметрических задач. Вся фотограмметрическая обработка в ней изложена для оптико-механических аналоговых приборов. Задачи геодезического обеспечения и аэрофотосъемка в этой работе не рассматривались.
В книге «Аэрофотограмметрия и аэрофототопография» отражены все технологические процессы аэрофототопографической съемки в их взаимосвязи. По этой причине в отдельной главе изложены сведения о современных средствах аэросъемки, их устройстве, характеристиках и конструктивных особенностях.
Глава с теоретическим анализом одиночного снимка содержит в себе в том числе совершенно новые теоретические положения, например решение прямой фотограмметрической засечки. В соответствующем разделе даны сведения обо всех системах координат, которые используются в современной аэрофототопографии.
Решение задач фотограмметрической обработки дано исключительно с использованием цифровых методов обработки. В соответствующих главах рассмотрены процессы аэросъемки и геодезического обеспечения, а также содержание работ по камеральной обработке, включая составление оригинала карты или плана.
О будущем
— Что меняют нейросети и автоматизация в профессии?
— Применение нейросетей в аэрофототопографии наметилось уже весьма давно. Прежде всего для решения задачи автоматизации дешифрирования аэрофотоснимков: распознавания и выделения на них заданных объектов местности, а также построения их контуров. Эта задача пока требует большого объема ручного труда при составлении топографической карты или плана и представляется наиболее сложной. Тем более если рассматривать ее решение с использованием пары аэрофотоснимков, по которым может быть построена стереомодель.
— Какие навыки останутся ключевыми для инженера даже через 20 лет?
— Я окончил вуз в 1973 году. От того, чему меня учили, нужного и полезного к сегодняшнему дню не осталось почти ничего — кроме общих теоретических основ, любви и верности своей профессии. А 20 лет — это совсем не много!
Даже через 50 лет главным останется все то же: не допускать отставания своего представления, своих знаний от современных и перспективных методов, технологий, технических решений, средств.
— Как формировать новое поколение специалистов?
— Подготовка профессионалов должна начинаться с прочной теоретической базы в университетах: изучения современных методов получения и обработки пространственных данных — без этого невозможно двигаться дальше. Важно и то, чтобы сами образовательные программы в вузах регулярно обновлялись.
Не менее значима и практическая составляющая, которая позволяет будущим профессионалам осваивать реальные технологические процессы, например аэрофотосъемку с БАС. МИИГАиК можно привести как хороший пример такой подготовки: в обучении студентов сочетаются теория и практический подход.
В дальнейшем профессиональный рост должен продолжаться: технологическая среда непрерывно меняется, и специалистам важно постоянно обновлять свои навыки. В этом направлении работает и Геоскан: учебные центры компании регулярно проводят как базовую подготовку, так и обучение в рамках программ повышения квалификации.
Такой комплексный подход — от университета, постоянной практики до системного профессионального развития — и формирует квалифицированных специалистов, способных работать в быстро меняющейся отрасли.
Сергей Алексеевич Кадничанский — кандидат технических наук, эксперт в области аэрофотогеодезии. Автор более 100 научных публикаций, двух монографий и трех изобретений. С 2018 года — заместитель генерального директора ГК «Геоскан» по направлению аэрофотогеодезии.