Лекции по дисциплине Геодезия (стр. 6 )

-возможность картографирования труднодоступных территорий;

- получение полной информации о местности на момент аэрофотосъёмки.

Аэрофотосъёмка местности для создания и обновления топографических карт выполняется специализированными организациями (предприятиями) в соответствии с требованиями, изложенными в действующих нормативно-технических актах по аэрофотосъёмке. Условия аэрофотосъёмки должны обеспечивать получение аэрофотоснимков с высокими измерительными и изобразительными свойствами, наиболее полно характеризующих объекты и элементы местности, изображаемые на картах.

Аэрофотосъёмка выполняется с использованием топографических аэрофотоаппаратов (АФА). В случаях, когда масштаб топографических аэрофотоснимков не может обеспечить требуемую полноту и достоверность дешифрирования местных предметов и контуров, детализацию изображения рельефа и т. п. при аэрофотосъёмке наряду с топографическими могут применяться и вспомогательные АФА.

Типы АФА, их фокусные расстояния, а также высота фотографирования выбираются, исходя из методов создания и обновления карт, характера местности и используемых для обработки аэрофотоснимков фотограмметрических приборов, с таким расчётом, чтобы ошибки определения высот точек и съёмки рельефа местности по аэрофотоснимкам не превосходили значений, требуемых инструкцией, а контуры и местные предметы могли быть изображены на карте с подробностью и точностью, соответствующими масштабу карты.

При аэрофотосъёмке, как правило, используются гиростабилизирующая аэрофотоустановка или система определения и фиксации углов наклона топографических аэрофотоснимков, высотомер, статоскоп (аэропрофилограф) и система для определения плановых координат точек фотографирования. Необходимость использования этих дополнительных приборов и аппаратуры указывается в технических требованиях на аэрофотосъёмку. Принципиальная схема АФА приведена на рисунке 1.

С фокальной плоскостью объектива фотокамеры совмещён светочувствительный слой плёнки (5). Размеры аэрофотоснимков соответствуют внутреннему формату прикладной рамки (4).

В АФА предусмотрено автоматическое перематывание плёнки, экспонирование, сохранение заданного интервала между экспозициями и выравнивание плёнки. Управление автоматами производится с помощью командного прибора.

где: 1-объектив; 2- камера; 3-кассета; 4- прикладная рамка;5-плёнка;

6-катушки для плёнки; S - оптический центр объектива фотокамеры (центр проекции); О - главная точка снимка; SO – фокусное расстояние объектива АФА.

Рисунок 2 – Принципиальная схема АФА

2 Цифровой метод аэрофотосъёмки

Последние достижения в развитии технологий, а также значительно расширившиеся возможности использования данных аэрофотосъемки и дистанционного зондирования привлекли внимание потребителей к цифровой съемке и ее преимуществам по сравнению с традиционной съемкой на пленку. Пленочные камеры, состоящие из механических подвижных частей, требуют точной калибровки и специального ухода. Только в этом случае можно обеспечить точность съемки, необходимую для решения задач картографирования в соответствии с существующими стандартами. Точно установив скорость срабатывания затвора, задав апертуру и выбрав оптические фильтры, при помощи аэрофотосъемочных камер можно получать изображения с высоким качеством. Однако качество конечного продукта существенно зависит от носителя информации. Пленка же, используемая в таких камерах, неоднородна по полю тона и подвержена деформации. Поэтому полученные на ней изображения плохо поддаются корректировке.

Процесс получения снимков с помощью цифровых камер отличается гораздо большей гибкостью. Оператор может корректировать качество изображений непосредственно в ходе съемки, делая поправки на неравномерность распределения яркости по полю изображения и наличие затемненных областей. Он также может выполнять виньетирование, т. е. исправлять колебания яркости по полю изображения и др., в зависимости от изменяющихся атмосферных условий. Длительность полного цикла обработки цифровых изображений сокращается до нескольких часов, в то время как обработка пленки может продолжаться несколько недель. Кроме того, цифровые снимки обладают гораздо большей резкостью, чем изображения, полученные сканированием пленок, благодаря чему измерения в автоматическом режиме выполняются с высокой точностью. Полностью цифровой подход к получению геоинформации - именно эта технология является перспективной.

Появившиеся в последнее время цифровые аэрофотокамеры встречены потребителями с большим энтузиазмом. Однако полностью цифровой метод получения изображений связан с серьезными затратами, что часто ограничивает его использование, несмотря на очевидные преимущества. При техническом проектировании фотосъемочных работ по созданию ЦТК (ЦТП) на стерео ЦФС выполняется расчет параметров аэрофотосъемки и выбор материалов космофотосъемки. Основные параметры фотосъемки (масштаб и фокусное расстояние) рассчитываются по критерию точности, исходя из требуемой точности цифровой топографической карты или плана, геометрических искажений снимков и с учетом ряда ограничений и условий:

- используемая фотокамера по углу поля зрения и геометрической точности должна соответствовать решаемым технологическим задачам;

- рассчитанный по критерию точности масштаб не должен быть мельче предельно мелкого масштаба, обусловленного требованием дешифрируемости топографических объектов обновляемой топографической карты;

- наибольшую эффективность фототопографических работ обеспечивает минимальный из возможных масштабов.

Предельно мелкие масштабы по критерию дешифрируемости заданного содержания топографических карт и планов приведены в таблице 8.

Таблица 1 – Масштабы аэрофотосъемки для создаваемых топографических планов

При решении ряда прикладных задач для получения аэроснимков используются малоформатные, среднеформатные и крупноформатные цифровые камеры.

Системы малого формата представляют интерес для пользователей, которым нужны изображения небольших участков - работникам лесных хозяйств, геофизикам, а также организациям, занимающимся мониторингом окружающей среды или шельфа. Специалистам, занимающимся топографическим картографированием, необходимы снимки больших участков поверхности, поэтому им больше подходят крупноформатные камеры.

Если ранее формат цифровых камер считался ограничивающим фактором, то в настоящее время эту проблему можно считать решенной в связи с широкой доступностью ПЗС-матриц, размером 4000x4000 пикселей и более. Несмотря на то, что площадь захвата таких камер все же меньше, чем у их крупноформатных аналогов, цифровые камеры среднего формата становятся вполне реальной альтернативой при решении определенных задач. Правильная позиция на рынке и умелое использование в системах сбора данных представляет собой ключ к успеху развития этого направления цифровых съемочных систем.

В последние годы наблюдается стабильный рост количества среднеформатных цифровых аэросъемочных камер, представленных на рынке.

Большинство среднеформатных камер использовалось в съемочных системах вместе с лазерными сканерами для повышения информативности получаемых данных. Благодаря тому, что в цифровую камеру встроена инерциальная навигационная система GPS/IMU, которая формирует оценки точного положения и ориентации для каждого кадра изображения, существенно возросла точность географической привязки, что, В свою очередь, позволяет рассматривать возможность применения камер среднего формата для фотограмметрического картографирования.

3 Определение главной точки снимка

Для фотограмметрических работ, которые следуют за аэрофотосъёмкой местности, необходимо знать положение главной точки снимка.

Главная точка снимка соответствует положению основания перпендикуляра, опущенного из оптического центра объектива на плоскость аэроснимка (точка О на рисунке 2)

Для определения положения точки О прикладная рамка имеет четыре координатные метки, изображение которых получается на негативе и в дальнейшем на контактном отпечатке (т. е. на снимке). Определение главной точки снимка показано на рисунке 3.

Главная точка О снимка должна находится на пересечении прямых, соединяющих противоположные метки снимка ( точка О'). По техническим причинам точного совпадения этих точек, как правило, не бывает, поэтому главная точка снимка определяется координатами Xo, Yo.

Координаты Xo, Yo главной точки О снимка и значение фокусного расстояния fк фотокамеры определяют положение снимка относительно центра проекции – точки S и являются элементами внутреннего ориентирования снимка.

Рисунок3 – Схема определения главной точки снимка

4 Виды аэрофотосъёмки

В зависимости от положения оптической оси АФА аэрофотосъёмка может быть плановой и перспективной. Съёмку называют плановой, если отклонение оптической оси АФА от вертикали не превышает 3°. Соответственно этому аэроснимки называют плановыми или горизонтальными. Для топографических работ это наиболее благоприятный случай.

При перспективной съёмке оптическая ось АФА устанавливается на заданный угол (более 3°) относительно вертикали. При такой съёмке аэроснимки получаются наклонными или перспективными.

Различают аэрофотосъёмку, выполняемую одиночными снимками (например для военных целей), маршрутами (для целей изыскания трасс линейных сооружений: дорог, трубопроводов, каналов и т. д.) и многомаршрутную или площадную аэросъёмку. Площадная съёмка выполняется как раз для составления карты ( плана) участка местности.

При аэрофотосъёмке объекта маршруты должны иметь направление «запад – восток» или «север – юг», быть непрерывными и параллельными границам съёмочных участков, совпадающих с рамками трапеций топографических карт (планов). Оси крайних маршрутов проектируются по границам съёмочных участков. Аэрофотосъёмка объекта выполняется по заданным осям маршрутов проекта, составленного на топографической карте. Аэрофотосъёмочные маршруты должны быть параллельными между собой в пределах допуска по минимальному и максимальному поперечному перекрытию аэрофотоснимков соседних маршрутов. Непрямолинейность аэрофотосъёмочных маршрутов, определяемая как отношение стрелки прогиба к длине маршрута, должна быть не более 2% при аэрофотосъёмке с высоты 750 м и более и при аэрофотосъёмке в масштабе мельче 1:5000. Маршруты должны продолжаться за границы съёмочного участка на один базис фотографирования при расчётном продольном перекрытии аэрофотоснимков 60%. В отдельных случаях может быть предусмотрено увеличенное обеспечение границ съёмочного участка. Проект расположения осей маршрутов показан на рисунке 4.

Рисунок 4- Проект расположения осей маршрутов

5 Понятие продольного и поперечного перекрытия

Через определённые равные промежутки времени АФА, установленный на самолёте, фотографирует местность так, чтобы обеспечить продольное перекрытие снимков (вдоль маршрута) порядка 60-65 % и поперечное перекрытие (между маршрутами) порядка 30-40 %. То есть часть местности, сфотографированная на одном снимке, должна быть сфотографирована и на другом. Схема продольного перекрытия снимков приведена на рисунке 5.

Рисунок 5- Схема маршрутной аэрофотосъёмки

Перекрытие снимков в одном маршруте в линейной мере называется продольным и обозначается на снимке символом bx. Как правило, продольное перекрытие определяется в процентах по отношению к длине всего снимка, и обозначается символом Px в соответствии с рисунком 6.

Рисунок 6 – Схема продольного перекрытия двух соседних снимков одного маршрута

Перекрытие снимков двух соседних маршрутов называется поперечным, которое обозначается символом Py ( в %). Схема поперечного перекрытия приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема поперечного перекрытия

Таким образом, на смежных снимках в зоне перекрытий оказываются сфотографированными одни и те же участки местности. Это обеспечивает непрерывность съёмки и возможность построить пространственную модель местности.

При съёмке каждый участок местности фотографируется с двух разных точек, так как это показано на рисунке 8.

Рисунок 8 – Схема фотографирования одного и того же участка местности с двух разных точек

Два смежных снимка образуют стереопару. Расстояние между центрами фотографирования S1 и S2 называется базисом фотографирования В. Различают продольный и поперечный базисы фотографирования. Продольный базис - это расстояние между центрами фотографирования в одном маршруте, а поперечный - между соседними маршрутами.

Если снимкам придать то взаимное положение, которое имело место в момент съёмки, и восстановить по ним существовавшие связки лучей, то их пересечение создаст пространственную модель, подобную местности. Модель можно использовать для измерений элементов местности на стереофотограмметрических приборах.

Стереоэффект можно наблюдать при рассматривании стереопары через стереоскоп. Невооружённым глазом также можно увидеть стереоэффект, но требуется тренировка, так как у глаз маленькая величина базиса.

Лекция 16

Трансформирование снимков:

1 Масштаб аэроснимка.

2 Трансформирование снимков

3 Составление фотопланов и фотосхем. Понятие процесса дешифрирования

4 Рассчёт числа маршрутов и количества снимков

Масштаб аэроснимка

Фотооснимок является изображением участка местности в центральной прекции в соответствии с рисунком 9.

Предметная плоскость Р предполагается проведённой по средней отметке участка местности.

Из сущности центральной проекции следует одно из геометрических свойств аэроснимка – оптическая обратимость, то есть возможность восстанавливать связку проектирующих лучей, существовавшую в момент фотографирования.

Свойство оптической обратимости используется при обработке аэроснимков для преобразования их из наклонных (перспективных) в горизонтальные и приведения снимков к одному масштабу.

Масштаб планового аэроснимка плоской горизонтальной местности может быть определён из рассмотрения рисунка 9.

где S – центр проекции; P - предметная; К – картинная плоскость (плоскость аэроснимка); АSa, BSb, OSo – проектирующие (световые) лучи;

Рисунок 9 – Схема определения масштаба аэрофотоснимка

Произвольно расположенному отрезку ab снимка соответствует на местности отрезок АВ; отрезок So = fк есть фокусное расстояние АФА; отрезок SO = H является высотой полёта самолёта над плоскостью, проведённой по средней отметке участка.

Так как плоскости Р и К параллельны, то из подобия треугольников АВS и abs получаем следующее выражение

. (1)

Отношение есть масштаб изображения, Таким образом, масштаб аэроснимка имеет следующее выражение

. (2)

где m –знаменатель масштаба аэроснимка.

Масштаб аэроснимка равен фокусному расстоянию аэрофотоаппарата, делённому на высоту полёта самолёта.

Если высота фотографирования неизвестна, то масштаб снимка может быть определён как частное от деления расстояний, измеренных между двумя точками снимка и соответствующими точками местности.

Итак, снимок – центральная проекция. Между тем, план местности есть ортогональная проекция. которая получается в результате проектирования точек местности линиями. перпендикулярными к плоскости проекции. Изображения центральной и ортогональной проекции показаны на рисунке 10.

Однако, в рассмотренном случае, когда местность представляет собой горизонтальную плоскость, а аэроснимок получен при вертикальном положении оси АФА, центральная и ортогональная проекции совпадают и снимок является планом местности.

В общем случае при наличии рельефа и при наклоне оси фотокамеры снимок не даёт ортогонального изображения местности. Кроме того в силу технических причин, высота полёта Н не может быть выдержана самолётом строго постоянной (воздушные потоки, «ямы»).

Рисунок 10 – Проектирование точек местности в центральной и ортогональной проекции

Поэтому масштаб не только разных снимков (в маршруте и на всём участке), но и в пределах одного и того же снимка не является величиной постоянной.

Формула (2) выражает среднее значение масштаба. Её используют при планировании лётно-съёмочных работ, для согласования между собой величин: m, H и fк.

Для преобразования перспективного (наклонного) снимка в горизонтальный заданного масштаба надо решить две задачи:

а) устранить линейные искажения снимков вследствие отклонения оси АФА от вертикали;

б)все аэроснимки маршрутов привести к одному заданному масштабу.

Эти задачи решаются путём трансформирования, которое выполняется на специальных приборах – фототрансформаторах.

Т. о. трансформирование – это переход от изображений на наклонных снимках разного масштаба к изображениям на одномасштабных горизонтальных снимках.

Трансформирование выполняется по 4 ориентирующим точкам ( трансформационным точкам), т. е. точкам, плановое положение которых получено на аэроснимках по их геодезическим координатам.

Ориентирующие точки размещают в углах четырёхугольника, образованного на снимке линиями, проходящими через середины продольных и поперечных перекрытий (для контроля берётся 5-я точка

вблизи главной точки снимка).

Этот четырёхугольник называется рабочей площадью снимка. У снимков используется только рабочая площадь, так как по краям снимка имеются большие искажения.

Схема получения рабочей площади аэроснимка показана на рисунке 11. Для этой цели берётся 5 снимков, которые укладываются друг на друга перекрывающимися частями, соблюдая сходимость по контурам, затем через середины продольных и поперечных перекрытий проводятся линии. Проведённые линии и являются сторонами искомого четырёхугольника.

Рисунок 11 – Схема образования рабочей площади снимка и размещения трансформационных точек

Ориентирующие точки прокалывают на аэрофотонегативах отверстиями диаметром 0,2 мм. Негатив вставляют в специальную кассету. На экран накладывают планшет, на который наносят в заданном масштабе ориентирующие точки по их координатам. Принципиальная схема фототрансформатора приведена на рисунке 12.

Рисунок 12 – Схема трансформатора

При помощи специальных устройств, сообщающих кассете, объективу и экрану различные поступательные движения, добиваются совмещения светящихся трансформационных точек негатива с точками на планшете. Для удобства точки на планшете зачернены.

После совмещения точек объектив прикрывают светофильтром, на экран вместо планшетика помещают светочувствительную бумагу и производят экспонирование.

В результате получают фотоснимок в заданном масштабе, соответствующий ортогональной проекции.

Процесс трансформирования позволяет устранить смещение точек, вызванное отклонением оси АФА от вертикали, приводит снимки к заданному масштабу, но не устраняет смещение точек снимка, вызванного влиянием рельефа местности.

На снимках необходимо иметь и высотные опорные точки.

При трансформировании снимков в положение ориентирующих точек вводят поправки за рельеф.

Составление фотопланов и фотосхем. Понятие процесса дешифрирования.

ФОТОСХЕМА – непрерывное фотографическое изображение участка местности, составленное из рабочих площадей нетрансформированных снимков, объединенных по сходимости одноимённых контуров.

Для получения фотосхемы аэроснимки укладывают последовательно перекрывающимися частями, соблюдая сходимость по контурам. Уложенные таким образом снимки разрезают посередине перекрытий. В результате остаются центральные части (рабочие площади) снимков, которые подклеивают на жёсткую основу (картон, фанеру и др. )

ФОТОПЛАНЫ составляют из рабочих площадей трансформированных снимков.

Предварительно на основу (планшет) наносят все опорные (трансформационные) точки, по которым выполнялось трансформирование снимков. Эти же точки на снимках прокалывают иглой таким образом, чтобы диаметр отверстий был не более 1мм, а затем совмещают с соответствующими точками основы.

Таким образом получают фотоплан – общую одномасштабную фотографию местности в пределах рамки плана или карты.

Из фотоплана может быть получен графический план. Для этой цели после дешифрирования (т. е. опознавания и раскрытия содержания объектов местности по фотоизображению) вычерчивают тушью все контуры местности в соответствии с условными знаками. Затем фотоизображение смывают специальным составом и получают контурный план в чёрно-белом изображении.

Под дешифрированием понимают процесс опознования объектов, границ контуров и других элементов местности, а также раскрытие их содержания по фотографическому изображению.

Дешифрирование может выполняться на отдельных снимках, фотосхемах и фотопланах.

Различают дешифрирование топографическое и специальное. Топографическое дешифрирование выполняют с целью составления топографических карт и планов. Специальное – для геологических, почвенных, с/х, лесохозяйственных, военных и других целей.

Дешифрирование выполняют в полевых или камеральных условиях. Иногда сочетают оба метода, дополняя камеральное дешифрирование полевым Комбинированное дешифрирование – основной метод при крупномасштабных съёмках.

Раскрытие содержания элементов местности по их фотоизображению требует учёта ряда дешифрировочных признаков: формы и размеров изображения (геометрические признаки), свойств предметов отражать неодинаковое количество падающего на них света ( оптические признаки). распределения света и тени, взаимной связи предметов.

Дешифрировочные признаки делятся на прямые и косвенные.

К прямым относятся форма, размеры, тени и др., к косвенным – взаимосвязь различных объектов местности, отобразившихся на снимках (например, связь между растительностью, влажностью и типами грунтов).

Основным дешифрировочным признаком является форма изображения. Однако при одной и той же форме сфотографированного объекта его содержание может быть различным. Например: извилистая линия на снимке может отображать как речку, так и просёлочную дорогу; круглый контур – цистерну, силосную башню, стог сена.

Уточнить представление об объекте могут его размеры.

Многие объекты имеют одинаковую форму и размеры, но различны по содержанию, поэтому наибольший эффект при дешифрировании даёт совместное использование нескольких признаков. Так, широко используется тон изображения: реки и озёра имеют на снимках тёмные тона, сухие дороги получаются почти белыми линиями; редкая растительность изображается тёмно – серым тоном, густая – более тёмным.

Важный дешифрировочный признак – тени, отбрасываемые объектами, по их форме судят об объектах. На рисунке 13 приведены типы теней, по которым можно судить о содержании объекта, изображённого на аэрофотоснимке.

Рисунок 13 – Виды теней, отбрасываемые елью, лиственным деревом и водонапорной башней

Эффективность камерального дешифрирования существенно повышается при использовании пространственной модели местности (стереопары рассматривают в стереоскоп).

Камеральное дешифрирование облегчается при использовании цветной фотоплёнки.

При камеральном дешифрировании применяют ключи-эталоны. Это аэроснимки с отдешифрированными изображениями наиболее характерных объектов для данного района работ.

Недостатком камерального дешифрирования является то, что опознование объектов происходит на момент фотографирования. Дело в том, что за время между аэрофотосъёмкой и дешифрированием могли произойти изменения.

При полевом дешифрировании опознование объектов идёт на момент дешифрирования, поэтому могут быть учтены все изменения на местности. Фотоизображение визуально сравнивается с местностью. По заранее намеченным маршрутам обследуют территорию и на фотоизображении условными знаками отмечают контуры и предметы местности, наносят неотобразившиеся элементы ситуации (трубопроводы, колодцы и т. п.) и подписывают необходимую характеристику ситуации и рельефа.

Расчёт маршрутов и количества снимков

Проект аэросъёмочных маршрутов составляют по топографической карте, имеющейся на участок работ. Масштаб этой карты обозначим как 1: М.

На карте отмечают границы участка работ, подлежащего съёмке. Маршруты аэросъёмки должны быть параллельны более длинным границам участка, то есть иметь направление «запад-восток» или «север-юг» в соответствии с рисунком14.

Рисунок 14 – Схема расположения маршрутов «запад-восток» параллельно северной рамке

Как видно на рисунке 14 первый маршрут совмещают с верхней границей участка «запад-восток».

Расстояние между маршрутами на карте вычисляют по формуле

, (3)

где М - знаменатель масштаба карты, на которой составляют

проект;

By - расстояние между осями маршрутов на местности (поперечный базис фотографирования), вычисляемое по формуле

, (4)

где l, см – размер стороны аэрофотоснимка;

Py% - величина поперечного перекрытия;

m – знаменатель масштаба аэрофотосъёмки.

Общее количество маршрутов для аэрофотосъёмочного участка подсчитывают по формуле

, (5)

где Q – ширина участка местности.

Величины Q и By должны быть в одной размерности.

Далее на карте в обе стороны от осей маршрутов откладывают расстояние S от оси маршрута до края аэрофотоснимка, вычисленное по формуле

, (6)

где М – знаменатель масштаба карты, по которой выполняется проектирование.

Это позволяет выделить зоны поперечных перекрытий, в которых размещают плановые и высотные опознаки.

Для определения расстояния между центрами снимков вдоль одного маршрута, называемого продольным базисом фотографирования, используют формулу

, (7)

где bx – продольный базис фотографирования в сантиметрах на карте (восковке);

Bx - продольный базис фотографирования в сантиметрах на местности.

Величину Bx на местности вычисляют по формуле

, (8)

где Px – продольное перекрытие.

При составлении проекта аэрофотосъёмочных работ подсчитывают количество аэрофотоснимков на участок съёмки по следующей формуле

, (9)

где L – длина участка местности.

Величины L и Bx должны быть в одной размерности.

Общее количество аэрофотоснимков подсчитывают по формуле

N = n K. (10)

Результаты вычислений при проектировании аэрофототопографической съёмки оформляют в таблице 5.

Таблица5- Данные для составления проекта размещения опознаков

Порядок вычислений	Формулы	Результат вычислений	Примечание
1	2	3	4
1			Расстояние между маршрутами (на местности)
2			Расстояние между маршрутами (в масштабе карты)
3			Продольный базис фотографирования (на местности)
4			Продольный базис фотографирования (в масштабе карты)
5			Расстояние от оси маршрута до границ аэрофотосъёмки (в масштабе карты)
Продолжение таблицы 2
1	2	3	4
6			Количество маршрутов
7			Количество аэрофотоснимков в одном маршруте
8	N = n K		Общее количество аэрофотоснимков

Лекция 17

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7