Ііі. Фототріангуляція
3.1. Призначення, ідея та загальна характеристика
Створення топографічних карт чи планів, побудова цифрових моделей місцевості та інші задачі, що розв'язуються фотограмметричними способами, вимагають наявності густої мережі опорних точок для орієнтування кожного аерофотознімка або стереопари (моделі). Отримувати координати опорних точок польовими способами здебільшого не виправдане, бо польові роботи завжди дорожчі від камеральних. Часом територія може бути недоступна для польових робіт або перешкоджатимуть несприятливі погодні умови.
Якщо для фотограмметричних побудов використовують аерофотознімки, то маємо аерофототріангуляцію. Саме вона набула найбільшого практичного поширення i тому надалі розглядатимемо саме цей спосіб.
Використовуючи внутрішні фотограмметричні зв'язки, які існують між знімками одного або кількох маршрутів, можна побудувати зі стереопар окремі геометричні моделі. На наступному етапі можна з'єднати їх між собою та отримати єдину модель маршруту або кількох маршрутів. На заключному етапі виконується «геодезична» (абсолютна) орієнтація цієї єдиної геометричної моделі у вибраній (абсолютній) системі координат.
Виконавши взаємне орієнтування для кожної стереопари, отримаємо геометричну модель i для цього, як відомо, опорні точки не потрібні. З'єднання сусідніх моделей здійснюється за допомогою зв'язкових точок, що лежать в зоні потрійного перекриття знімків (рис. 3.1).
Рис. 3.1. 3 'єднання моделей за допомогою зв'язкових точок
На рис. 3.1 показані лише зв'язкові точки в площині аркуша, а насправді маємо їx не лише в центральшй частині знімків, але й на краях (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Централъні і бокові зв'язкові точки
На цій стадії опорні геодезичні точки теж не потрібні. Сформована загальна модель (на рис. 3.1 - для маршруту) мусить бути орієнтована в геодезичній системі координат. По суті ця задача є аналогічною до геодезичного орієнтування моделі. Ось тут уже опорні точки потрібні, але не чотири точки на кожну стереопару, а чотири точки на весь маршрут, а в ньому може бути 10-20 стереопар або більше. Одна із стандартних вживаних схем розташування опорних точок у маршруті аерофотознімків показана на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Схема розташування опорних точок в межах маршруту аерофотознімків.
Зауважимо, що на рис. 3.3 показано шість опорних точок, а не чотири. Це зумовлено тим, що при побудові мережі аерофототріангуляції відбувається нагромадження помилок в просторових координатах визначуваних точок, а для часткового погашения цього негативного явища беруть більше ніж чотири опорні точки. Класифікацію способів фототріангуляції можна здійснити за кількома ознаками. Однією з них є реалізація з використанням тих чи інших технічних засобів. Якщо застосовують аналогові стереофотограмметричні прилади, то маємо фототріангуляцію аналогову. Якщо вимірювання проводять на стереокомпараторах чи аналітичних автографах, а обчислення на комп'ютерах, то маємо фототріангуляцію аналітичну. Якщо використані цифрові фотограмметричні станції, то маємо фототріангуляцію цифрову.
Аналогову фототріангуляцію в теперішній час не використовують, натомість широко застосовують аналітичну та цифрову фототріангуляцію, хоча саме тепер цифрові методи потужно витісняють аналітичну фототріангуляцію. Оскільки теоретичною основою цифрової фототріангуляції є аналітична фотограмметрія.
Фототриангуляцію можна охарактерізувати за ознаками.
За першою ознакою топографічна фототріангуляція набула такого широкого застосування, що створення карт чи планів немислимо без побудови мережі фототріангуляції. Саме тут є найбльша економія коштів та часу за рахунок суттєвого скорочення польових робіт.
За другою ознакою як космічна, так i аерофототріангуляція займають вагоме місце в технологіях створення картографічних матеріалів Особливу роль відіграє аерофототріангуляційна опорна мережа для побудови цифрових моделей рельєфу, без якої неможливо отримати цифрові ортофотоплани i карти.
За третъою ознакою головним способом тепер є просторова фото-тріангуляція з визначенням всіх трьох координат X,Y,Z для точок мережі. Планову та висотну фототріангуляцію практично не застосовують.
За четвертою ознакою маршрутна фототріангуляція є частковим випадком багатомаршрутної фототріангуляції і її застосовують не так часто. У реальних умовах опрацьовуються знімки, що покривають деяку площу, тому багатомаршрутну фототріангуляцію частіше застосовують. Правда, в деяких технологіях прийнято такий підхід: спочатку будують мережі фототріангуляції в межах кожного маршруту i на цьому етапі виявляють різноманітні помилки та промахи, а потім будують багатомаршрутну (блокову) фототріангуляційну мережу. Способи побудови - це суть наступної ознаки.
За п'ятою ознакою маршрутна фототріангуляція базується на поетапному розв'язанні задачі i один з варіантів є такий: побудова геометричної моделі в межах стереопари (взаємне орієнтування), з'єднання сусідніх моделей в єдину вільну фотограмметричну мережу за допомогою зв'язкових точок, що лежать в потрійному перекритті знімків; з'єднання маршрутних моделей в єдину блокову модель за допомогою точок, що лежать в міжмаршрутному перекритті. На останньому етапі відбувається зовнішнє (геодезичне) орієнтування блокової моделі фототріангуляції та усунення її деформації, спричинене різними помилками, зокрема тих, що супроводжують вимірювальний процес. Цей метод отримав назву - метод моделей.
За шостою ознакою особливої уваги заслуговують дані GPS (глобальні системи позиціювання). Сучасні методи дозволяють під час польоту носія апаратури визначати просторові координати центрів проекцій. Це суттєво впливає на сам процес фототріангуляційних побудов, i зокрема, на його точність, яка значно зростає.
Але ще суттєвішим є те, що коли знаємо просторові координати центрів проєкцій вcix знімків i будуємо блокову мережу, то опорні точки взагалі не потрібні.
За сьомою ознакою знімок сам по собі є джерелом помилок , тому треба шукати шляхи знешкодження цього негативного впливу. Один з таких підходів полягає в тому, що помилки знімків подаються у вигляді певної математичної моделі. Наприклад, помилки х, у описуються степеневим полігоном:
;
,
де ai, bi - невідомі параметри (параметри калібрування), х, у - виміряні координати точки на знімку.
Наведені вище рівняння долучають до рівнянь колінеарності та одночасно визначають i просторові координати точок фототріангуляції, і параметри калібрування. При побудові мереж фототріангуляції використовуються внутрішні фотограмметричні зв'язки, що існують як для точок, що лежать в потрійному перекритті, так i для точок, що знаходяться в міжмаршрутному перекритті. У цьому випадку маємо метод фототріангуляції із самокалібруванням.
Якщо додаткові рівняння не включають у математичну модель фототріангуляції, то маємо фототріангуляцію без самокалібрування.
За восьмою ознакою. Зауважимо, що останніми роками вагому роль відіграє цифрова фототріангуляція, зокрема технологія автоматичної побудови мереж, коли вимірювання знімків проводить не оператор-фотограмметрист, а сам комп'ютер, тобто пошук та ідентифікація точок стереопари реалізується за допомогою програм з використанням теоретичних засад кореляції оптичних щільностей елементарних образів.