IV. 3.8. Висотне підготування аерознімків

Висотне підготування аерознімків полягає у визначенні висот планових опорних точок (опознак планово-висотний О. П. В) або висот чітких контурів -висотні розпізнавальні знаки (опознак висотний О. В.), тобто точок, що зобразилися на знімках, але не були використані як планові опознаки О. П. Неважко зрозуміти, що доцільно виконувати сумісне визначення (X, Y, Н). Як уже зазначалось, може виконуватись повне (суцільне) або розріджене висотне підготування залежно від масштабу знімання, перерізу, рельєфу,

483

Великомасштабне топографічне знімання

характеру ділянки знімання. Під час суцільного підготування знаки розташовуються у кутах кожної стереопари, у зонах поперечного та потрійного поздовжнього перекриття знімків, як показано на рис. IV.3.12.

Суцільне прив'язування знімків виконують для перерізу рельєфу 0,5 м і 1,0 м. Для перерізу рельєфу 2 м прокладається висотний хід по зовнішньому краю маршруту із забезпеченням кожної стереопари двома висотними знаками. Для перерізу 5 м висотні опознаки вибираються через 2-3 базиси фотографування. Взагалі стереопарою називають два суміжні фотознімки, що мають частини зображення однієї й тієї самої території.

Як відзначалось, зазвичай виконують поздовжнє перекриття аерознімків 60 %. Проте під час створення планів найбільших масштабів 1:1000, 1:500 аерофотознімання виконується з 80 % поздовжнім перекриттям. Отже, кожний знімок має 60 % потрійного перекриття, як це видно з рис. IV.3.13.

Рис. IV. 3.13. Розміщення висотних опознаків на стереопарі під час поздовжнього перекриття 80 % (потрійне перекриття 60 %)

По суті, на рис. IV.3.13 є дві стереопари:

• стереопара першого та другого знімків;

• стереопара другого та третього знімків.

Отже, чотири висотні точки, показані на рисунку кружками, є точками висотного прив'язування двох стереопар. Під час розрідженого висотного прив'язування знаки розташовуються попарно по обидва боки від осі маршруту, у зонах поперечного перекриття знімків, подібно до розміщення планових

484

Розділ IV

опознаків за стандартною схемою. Крім того, на кожні дві секції в зоні поперечного перекриття маршрутів на віддалі ?>-4 базисів дається один знак.

Висотні опознаки не вибираються на крутих схилах. Якщо висотний опознак - контур або маркована точка, тоді цю точку позначають наколом, а на звороті знімка точку наколу обводять кружком, підписують її номер, висоту. Положення висотних точок на місцевості можна визначати промірами довжин від трьох контурних точок. Такі висотні точки обводяться на звороті пунктирним кружком, і складається схема промірів від контурних точок, вказуються довжини промірів.

Висотні точки закріплюють як тимчасові — це, зазвичай, дерев'яні кілки, діаметром 5-8 см, забиті в ґрунт на 0,4-0,6 м нарівні із поверхнею землі, а поряд забивають сторожки. Виконується контроль розпізнавання точок: для розрідженого прив'язування усіх точок; для повного - 25 % точок.

Висоти розпізнавальних знаків визначають для перерізів рельєфу h = 0,25 м; 0,5 м; 1,0 м - технічним нівелюванням і для перерізів h = 2 м і більше -тригонометричним нівелюванням.

Нагадаємо принципову відмінність між методами стереознімання та комбінованого знімання. Під час виконання стереознімання рельєф рисують в офісних умовах, наприклад, на універсальних приладах. Під час комбінованого методу знімання рельєф рисується в полі наземними геодезичними методами. За комбінованим методом висотне прив'язування може виконуватись під час знімання рельєфу в полі. За стереометодом без попереднього висотного підготування аерознімків про камеральне рисування рельєфу не може навіть йтися. Винятком є випадок, коли виконується супроводження аерофотознімання GPS-технологіями.

Доцільно також нагадати, що великомасштабне картографування суцільно забудованих територій стереометодом вимагає здійснювати фотографування місцевості двічі: довгофокусними АФК - для складання фотоплану; короткофокусними АФК - для рисування рельєфу.

Зрозуміло, що комбінованим методом друге знімання не потрібно вико­нувати, оскільки рельєф знімають наземними методами.

IV.3.9. Камеральне згущення планових та висотних г очок. Мета. Суть. Методи

Метою створення методів камерального згущення планової та висотної ос­нов аерознімання є зменшення обсягів польових робіт, на виконання яких вит­рачається значна частина кошторису, що виділяється на створення планів та карт.

485

Великомасштабне топографічне знімання

Як уже зазначалося, на кожний знімок має бути не менше від трьох точок з відомими координатами, щоб виключити спотворення на знімках. Якщо всі точки визначати польовими методами, то зрозуміло, що це вимагає виконання великих обсягів польових робіт. Тому завдання створення методів камерального прив'язування знімків - одне із найактуальніших у геодезії. У результаті створено низку методів камерального згущення планових та висотних розпізнавальних знаків.

Планові методи

1. Графічна фототріангуляція.

2. Аналітична фототріангуляція.

3. Фотополігонометрія.

Фототріангуляція вимагає вимірювання за знімками горизонтальних кутів. До того ж під час побудови графічної фототріангуляції горизонтальні кути не вимірюють, а будують на прозорому папері (на кальці). Під час побудови аналітичної фототріангуляції горизонтальні кути вимірюють на спеціальних приладах - стереометрах. Точність камерального вимірювання кутів за знімками близько Г.

Взагалі метод фототріангуляції ґрунтується на тій властивості фотознімка як центральної проекції, що напрямки, проведені із центральної точки знімка на будь-які інші точки, не спотворюються. Завдяки саме такій властивості фотознімків, користуючись знімками, можна вимірювати кути. Якщо вершина кута вибрана на знімку не в центральній точці, а в будь-якій іншій точці знімка, то напрямки, проведені із цієї (іншої) точки, спотворюються, й кути Р_; будуть не такими, як на місцевості. Не спотворюються тільки напрямки, проведені із центральних точок знімка, та з точок, що розташовані близько біля центрів.

Покажемо, як можна знайти планове положення деякої точки методом фо­тотріангуляції без польових робіт. Нехай, наприклад, відоме положення двох цент­ральних точок суміжних знімків, що перекриваються (рис. IV.3.14), і на обох цих знімках є зображення деякої контурної точки А , яка є вершиною кута межі поля.

Побудуємо на кальці або виміряємо стереометром кути fJj та Р₂ . Оскільки відомі координати центральних точок 1 та 2 Х_х, Y_x; Х₂, Y₂ і ці точки нанесені на план, то положення точки А на плані знайдемо методом звичайної кутової засічки. Маючи положення точки А на плані, можемо графічно визначити координати X_А, Y_A точки А .

Аналогічно можна знайти положення усієї мережі точок, маючи на плані положення тільки двох точок, координати яких визначались методом польового прив'язування. Аналітична фототріангуляція точніша за графічну й, до того ж, вона може врівноважуватися з урахуванням як випадкових, так і систематичних похибок.

486

Розділ IV

Рис. IV. 3.15. Визначення положення точки А методом фототріангуляції

Далі розглянемо суть фотополігонометрії, що грунтується на визначеннях базисів фотографування B_t та кутів між напрямками, що виходять із цент­ральних точок на сусідні центральні точки знімків. Висотомірами вимірюють висоти літака Н_і.

Розглянемо рис. IV.3.16.

З подібності відповідних трикутників можемо записати:

(IV.3.11)

Звідси отримаємо В_і з контролем:

(IV.3.12) / /

Аналогічно можна визначити всі базиси фотографування, які, фактично, є

сторонами фотополігонометрії. Кути визначаються, як і у фототріангуляції.

Якщо відомі координати кінцевих точок маршруту, визначених наземними

геодезичними методами, тоді знайдемо координати центральних точок усіх

знімків маршруту.

487

Великомасштабне топографічне знімання

N,\/ \,N₂

^^ШЖЖЖШ^ЙШ Поверхня Землі

Рис. IV.3.16. До пояснення суті фотополігонометрії:

f_K - фокусна віддаль фотокамери; Н\, Н₂ - висоти літака або іншого апарата;

^в\< ^в2~ базиси на знімках; 5], S₂- оптичні центри об'єктива; щ, п₂- точки надиру

на знімках; В_і - шуканий базис фотографування

Висотні методи

Для згущення висот використовуються прилади, які дають змогу будувати стереомоделі місцевості, тобто бачити просторове зображення предметів. Проте для побудови стереомоделі на кожну стереопару знімків необхідно мати три точки з відомими координатами X, Y , Z. Дають змогу створювати стерео­моделі такі прилади: стереопланіграфи, стереокомпаратори, мультиплекси. Згущення висотних точок відбувається на підставі вимірювання різниці висот та визначення висот не на місцевості, а на стереомоделі. Вивчення цих приладів виходить за межі курсу геодезії. Зауважимо, що за комбінованим методом знімання висотні камеральні згущення, як правило, не виконуються. Визначення висот під час стереознімання на основі аерофотознімків залишається значно грубшим, ніж безпосереднім вимірюванням на місцевості. Тому чинна інструкція пропонує рисування рельєфу з перерізом 0,25 м на планах масштабів 1:1000, 1:500 (населені пункти, промислові майданчики) виконувати наземними методами.

Окремо коротко зупинимося на камеральному постопрацюванні даних АФЗ, якщо знімання виконувалося із застосуванням системи ASCOT - засобом для контролю за аерозніманням. Припустимо, знімання виконане і ми маємо рулон або декілька рулонів з експонованою аероплівкою, GPS-дані із приймача, що розташований на літаку, дані з однієї або декількох наземних станцій, часові

488

Розділ IV

миті спрацювання затвора камери, кутові дані з гіроплатформи. Далі використовується програмне забезпечення ПЗ, створене провідною канадською фірмою GEOSURV. ПЗ є ланкою зв'язку між зібраними даними АФЗ та фототріангуляцією, яка створюється за умови, що координати усіх центрів знімків визначено GPS-методом. Програмне забезпечення дає змогу виконувати таке опрацювання:

• конвертування GPS-даних із форматів Rinex, Trimble, Leica Geosy-stems, Ashtech, Motorola, Novatel (це фірми, що виготовляють приймачі GPS) у внутрішній формат - формат ПЗ;

• обчислення векторів (віддалей від літака до базової станції, якщо одна базова станція, тоді віддаль може бути до 500 км; якщо декілька базових станцій - 20-60 км);

• відновлення траєкторії літака, вектор антена-фотокамера;

• конвертування координат з однієї системи в іншу, залежно від використаного еліпсоїда;

• зрівноваження фототріангуляційної мережі (блока) двома методами -OTF (on The Fly - "на льоту") і СВА (Combined Block Adjustment - комбіноване зрівноваження блока).

Результуюча точність визначення координат центра фотографування < 10 см. Приблизно така сама точність фототріангуляції.

IV. 3.10. Редукування фототріангуляційної мережі

Камеральні фотограмметричні методи побудови планових мереж, наприклад, метод фототріангуляції, дає змогу не тільки будувати мережі у наперед заданому масштабі. Цей метод має значно більші можливості будувати мережі в одному, але довільному масштабі. Довільний масштаб, як правило, невідомий. Приведення цього довільного, невідомого масштабу мережі до заданого масштабу, тобто до масштабу плану, що створюється, називається редукуванням фототріангуляційної мережі.

Побудова фототріангуляційної мережі у довільному масштабі також виконується методом кутових засічок, як це показано на рис. IV.3.17. Проте для такої побудови ми вважали координати центральних точок 1 та 2 чідомими. Припустимо, що координати цих точок невідомі. Тоді також невідома й віддаль між ними, тобто невідомий базис фотографування b . Віддалимо ці дві точки на довільну віддаль Ь' та побудуємо в точках 1 та 2 виміряні на знімках кути (3j та Р₂ (рис. IV.3.17). Тоді на перетині ліній засічки отримаємо точку А'.

489

Великомасштабне топографічне знімання

k> 2 На точку З

Рис. IV.3.17. Принцип побудови фототріангуляційної мережі у довільному масштабі

Положення точок А' у трикутнику А' -1-2 правильне, тобто таке, як і положення цих точок на місцевості, тільки точки зображені у певному, довільному, невідомому масштабі. Продовжуючи таку побудову в такому са­мому довільному масштабі (це можливо завдяки триразовому перекриттю знімків), отримаємо мережу на весь маршрут, яка буде мати, наприклад, такий вигляд.

Рис. IV. 3.18. Вигляд фототріангуляційної мережі для шести знімків у маршруті

На рисунку Х_і - точки, координати яких необхідно визначити в камеральних умовах. Це можна зробити, якщо редукувати цю мережу, тобто привести її до потрібного нам масштабу. Для цього необхідно мати особливий прилад, який називається фоторедуктором. Крім того, необхідно, щоб хоча б дві точки мережі, наприклад Х_х таХ₁₀, показані на рис. IV.3.18 - трикутниками, мали відомі координати, визначені польовими геодезичними методами і були за своїми координатами нанесені на оригінал майбутнього плану.

Фоторедуктор за будовою нагадує фотозбільшувач, тільки значно більших габаритів. Фототріангуляційна мережа довільного масштабу наноситься на прозору кальку та вкладається в касету. На екран фоторедуктора ставлять майбутній план, на якому вже нанесені точки Х_х та Х₁₀. Коли касета освічується, тоді оптична система редуктора проектує всі точки мережі на

490

Розділ IV

екран. Змінюючи масштаб зображення мережі, наближаючи або віддаляючи касету стосовно екрана, добиваються, щоб проекції точок Х_х та Х₁₀ збігалися з відповідними точками на плані Х_х та Х_ю. Якщо зображення цих точок і ці дві

точки сумістяться, то й усі інші проекції точок займуть правильне положення на плані. Необхідно тільки наколоти на плані центри кружків цих точок, і мережа буде редукована. Зазначимо, що аналітичні фототріангуляційні мережі будуються в потрібному масштабі, тому редукування не потребують.