Кратко — по практической применимости, ограничениям и оптимальным сочетаниям/последовательности работ для сложного горно-лесного ландшафта.
1) Сравнение методов (сильные стороны / ограничения / типичная точность)
- Полевые топографические съёмки (RTK-GNSS, тотальная станция, нивелир)
- Плюсы: высокая локальная точность для опорных пунктов и критичных объектов; фиксация мелких объектов (мосты, береговые линии, ручьи, контуры вырубок, знаки); возможна в густой кроне при прямой видимости.
- Минусы: медленно и дорого для большой площади в горно-лесной зоне; затруднения на крутых склонах и в непроходимых участках.
- Точность: планиметрическая и высотная контрольная точность типично $\le 0.02-0.05$ м для RTK, нивелир лучше по вертикали.
- Воздушный LiDAR (самолёт, вертолёт, UAV-LiDAR)
- Плюсы: проникает сквозь крону (особенно листопадом), позволяет получить высокоплотную облако точек поверхности и выявить подлесок/рельеф; хорошо для крутых склонов и закрытой растительностью; быстро покрывает большие площади.
- Минусы: цена; в густой хвойной кроне при листве плотность ground-возвратов уменьшается; шум в стреловидных выступах; нуждается в КГС/геопривязке.
- Рекомендованная плотность: для детальной топографии в лесу желательно $\ge 8-12{\text{пт/м}}^2$ (для UAV-LiDAR — выше). Вертикальная точность на опоре: типично ${\text{RMSE}}_z\approx 0.05-0.25$ м в зависимости от оборудования и КГС.
- Воздушная/БПЛА фотограмметрия (SfM/МVS)
- Плюсы: очень детализированные RGB/мультиспектральные ортофото и DSM; хороша для идентификации растительности, текстур, антропогенных объектов.
- Минусы: плохо восстанавливает истинный DTM под плотной кроной (получаем DSM поверхности кроны); проблемы с тенями и окклюзией на крутых склонах; требует хороших КГС и перекрытия кадров.
- Рекомендации по съёмке: GSD целевой $\le 3-10$ см (по задаче); перекрытие: продольное $\ge 80\%$, поперечное $\ge 60\%$. Вертикальная точность DSM при хороших условиях ~ ${\text{RMSE}}_z\approx 0.03-0.15$ м над открытой поверхностью, хуже под лесом.
2) Комбинации данных — что и зачем
- Базовая (оптимальная для большой сложной площади):
1. Воздушный LiDAR как первичный источник для DTM (рельеф под кроной).
2. Аэрофотосъёмка (или БПЛА) для получения RGB-ортофото, выявления объектов и генерации DSM/текстур; используется для классификации и построения вершинной поверхности.
3. Целевая полевая съёмка (RTK-GNSS) — сеть КГС/контрольных точек и проверочных пунктов, съёмка критичных объектов и ручьев/берегов.
4. TLS (стационарный наземный лидара) в локально важных зонах: крутые скальные обрывы, карьеры, сложные канавы, где авиационные методы дают артефакты.
- Альтернатива для малого участка или при ограничениях бюджета:
- UAV-LiDAR + UAV-фотограмметрия + локальные RTK-контроли. UAV-фото даёт высокое разрешение ортофото; UAV-LiDAR — DTM под кроной.
- Когда фотограмметрия первична:
- Если нет возможности получить LiDAR и растительность редка/низкая — фотограмметрия даст хорошую топографию и ортофото.
3) Рекомендуемая последовательность работ (шаги)
1. Проектирование и рекогносцировка: определить зоны с густым лесом, крутыми обрывами, критичные объекты; спланировать места КГС и полосы съёмки.
2. Установка КГС/опорных пунктов: разбросать RTK-точки по площадке, с запасом контрольных чекпойнтов; обеспечить вертикальную привязку (нормально $\le 5$ контрольных точек на квадратный километр, но зависит от требований).
- Точность КГС: целевая планиметрия $\le 0.05$ м, высота $\le 0.02$ м для строгих задач.
3. Съёмка LiDAR:
- Желательно leaf-off (для лиственных пород) и низкое вегетационное затенение; полёт по пересекающимся направлениям для лучшей пенетрации. Рекомендуемая плотность для горно-лесного детального DTM: $\ge 8-12{\text{пт/м}}^2$.
4. Аэрофото / UAV-фотосъёмка:
- Высокое перекрытие (продольное $\ge 80\%$, поперечное $\ge 60\%$); GSD в зависимости от требуемой детализации (например, $\text{GSD}=3$–$10$ см).
- Съёмка при равномерном освещении, минимальных тенях.
5. Локальные TLS и/или детальная полевка: обработать критичные участки (скалы, узкие долины, гидротехнические объекты).
6. Предобработка и сшивка:
- Геопривязка фотоснимков с помощью КГС.
- Классификация LiDAR (ground / vegetation / buildings); фильтрация шумов.
- Склейка и сопоставление облаков (ICP/ранее решённая привязка к КГС).
7. Генерация продуктов:
- DTM (из LiDAR ground returns с ручной корректировкой), DSM (из LiDAR + фотограмметрии), ОРТОфото (из фотограмметрии, корректированное DEM/DTM).
- Создание контуров, продольных/поперечных профилей, выделение гидрогеометрии с учётом ручной проверки.
8. Калибровка и валидация:
- Независимые проверочные точки: рассчитать ${\text{RMSE}}_z=\sqrt{\frac{1}{n}{\sum }_{i=1}^n(h_{pred,i}-h_{ref,i}{)}^2}$ и аналогично для планиметрии; скорректировать модели и при необходимости выполнить доп. съёмки.
4) Практические советы и тонкости
- В сложном лесу предпочтительна LiDAR-основа — фотограмметрия не восстановит DTM под плотной кроной.
- Съёмка в листопад/ранняя весна улучшает проникновение лазера. Для хвойных — учитывать, что проникновение хуже.
- Для крутых скал комбинируйте авиационные данные с TLS и фотограмметрией с близкой дистанции (UAV с боковыми облётами) — чтобы устранить тени и окклюзии.
- Обработка: сначала опирайтесь на LiDAR для DTM, затем используйте фотограмметрию для DSM/ортофото и для уточнения границ/контуров; полевые данные — для контроля и локального детального картирования.
- Стоимость/скорость: LiDAR дороже, но экономичнее для больших лесистых территорий; UAV-фото дешевле для малых участков, но потребует больше ручной доработки.
5) Резюме (одной строкой)
Для горно-лесного ландшафта оптимально: LiDAR (для DTM под кроной) + фотограмметрия (для ортофото/DSM и детализации) + целевая полевая RTK/ТС и TLS для критичных зон; последовательность — проектирование → КГС → LiDAR → фотосъёмка → TLS/полевка → обработка/сшивка → валидация.