Литература

Лазерная локация земли и леса

5.4. Вопросы точности лазерно-локационных данных

Важность вопроса точности лазерно-локационных данных не нуждается в дополнительных комментариях, поскольку аэросъемочный лидар есть, по определению, средство аэрогеодезических измерений. Однако большое внимание должно быть уделено правильной трактовке такого понятия, как точность.

Как известно из общей метрологии: проблема точности любого средства измерения сводится к исследованию источника и характера ошибок между истинным и замеренным значением измеряемого параметра. Применительно к лазерно-локационным измерениям можно предложить несколько аспектов рассмотрения этого вопроса. Возможные способы классификации погрешностей:

  • паспортные и реальные; 
  • приборные и методические; 
  • по источнику происхождения.

Кроме того, следует упомянуть, что проблема точности лазерно-локацион-ных данных практически неотделима от проблемы их семантической ценности, а также то, что необходимо разделять точность первичных ЛЛ данных («физическую» точность) и точность геоинформационных материалов (топографических карт, планов, инженерных моделей), построенных на их основе. В настоящей главе рассматривается только точность первичных ЛЛ данных. Рассмотрим упомянутые способы классификации погрешностей ЛЛ данных отдельно.

• Паспортные и реальные погрешности. Паспортные значения ошибок измерений специфицируются производителем. В качестве примера рассмотрим спецификацию точности лазерного локатора ALTM 3100 канадской компании Optech Inc. (табл. 14).

Таблица 14. Типовая спецификация точности лазерно-локационных данных
Параметр Значение
Точность в плане(1simbol_34.png) Не хуже, чем 1/3000 x H, где H – высота съемки
Точность по высоте (1simbol_34.png) Не хуже 15 см при высоте до 1200 м
Не хуже 35 см при высоте до 3000 м

Разрешение по дальности 1 см

Паспортная спецификация точности ЛЛ измерений, обеспечиваемая тем или иным прибором, обладает некоторыми особенностями:

  1. количество определяемых параметров сильно ограничено, а определение точности сильно упрощено. По сути дела указывается только предельное значение ошибки и вероятность в предположении, что характер распределения погрешности – Гауссовый. Целесообразность такого подхода определяется в большей мере коммерческими, а не техническими обстоятельствами. Кроме того, спецификация такого рода у каждого производителя предполагает наличие хорошо определенной процедуры контроля точности, включающей летные и наземные измерения. Такая процедура, как правило, используется в качестве приемо-сдаточной;
  2. неявно подразумевается, что указанные значения точности соответствуют идеальным условиям съемки, т.е. в процессе эксперимента обеспечены следующие условия: благоприятная GPS обстановка, по количеству спутников, значению PDOP, надлежащее геодезическое обеспечение, качественное пилотирование, обеспечивающее получение полноценного навигационного решения, нормальные оптические свойства отражающих поверхностей наземного объекта, используемого в качестве эталона.

Реальные погрешности почти всегда отличаются от паспортных в худшую сторону. Здесь речь идет не о том, что паспортные спецификации точности содержат недостоверную информацию. Правильнее будет говорить, что в реальности съемка выполняется не всегда в идеальных условиях, поскольку в расчет применяются не только технические, но и экономические факторы. Поэтому на практике приходится сталкиваться со значительным снижением точности по отношению к паспортным значениям. По этой же причине категория точности ЛЛ данных намного сложней формы, указываемой в спецификации, так как на практике в не самых благоприятных условиях приходится считаться с множеством факторов, прямо или косвенно влияющих на точность.

  • Приборные и методические погрешности. Такое деление погрешностей в метрологии считается классическим. Приборные погрешности связанны с неустранимыми эффектами в форме шумов и наводок, содержащимися в результирующих измерениях и носящих случайный характер. В аэросъемочном лидаре это приборные погрешности оптико-электронного тракта приемника и излучателя, схемы измерения дальности, ошибки механизма развертки, а также ошибки GPS и IMU. Контроль за величиной и динамикой (изменением значений приборных погрешностей в ходе эксплуатации) выражается в проведении периодических лабораторных калибровок и поверок, в ходе которых определяется множество поправочных коэффициентов к результатам непосредственных измерений дальнометрического и навигационного блока. Применение этих поправок позволяет в значительной степени устранить системные погрешности и определить величину остаточного разброса значений, которые и принимаются за точность.

Как и для других средств дистанционного зондирования и измерения вообще, следует различать абсолютную и относительную точность измерения, а также такие категории, как точность и чувствительность (или разрешающая способность).

Методические погрешности, по определению, возникают от того, что для получения результата измерений в конечные сроки и с «разумными» затратами всегда приходится игнорировать некоторые неглавные факторы, которые тем не менее оказывают некоторое воздействие на результат. В авиационной лазерной локации главными источниками методических погрешностей оказываются бортовой GPS приемник, а также средства геодезического обеспечения.

Приведем некоторые примеры методических погрешностей:

  • конечная расходимость зондирующего луча; 
  • ширина мгновенного поля зрения приемника, которая шире эффективной расходимости зондирующего луча; 
  • рефракция в атмосфере;  
  • гравитационные аномалии.

  • Классификация погрешностей по источнику происхождения. Этот вопрос уже косвенно обсужден нами выше. Он имеет важное практическое значение, так как всегда важно понимать, какой блок в составе лидара или какой процесс является источником той или иной погрешности или неисправности. Лока-лизация источника позволяет принять адекватные корректирующие действия, так как применительно к каждому отдельному блоку разработчиком прописаны процедуры контроля, калибровки и профилактики. Повторим еще раз, что источником различного рода погрешностей в лазерной локации могут выступать:

  • сканирующий блок; 
  • дальнометрический блок; 
  • навигационный комплекс GPS+IMU; 
  • средства геодезического обоснования, т.е. опорная геодезическая сеть; 
  • ошибки по результатам определения выставочных параметров.