Камеральные фотограмметрические работы

Конкретное содержание камеральных фотограмметрических работ существенно различно для комбинированной и стереотопографической съёмок.

При комбинированной аэрофотосъёмке цель камеральных фотограмметрических работ - создание топографического фотоплана.

Однако, прежде чем рассматривать процесс создания фотоплана, остановимся на некоторых принципиальных моментах.

1. Аэрофотоснимок является центральной проекцией фотографируемой местности, в то время как топографический план, как известно, является ортогональной проекцией местности на горизонтальную плоскость, а для карт применяются специальные картографические проекции. Непосредственно из свойств центральной проекции может быть получено следующее выражение для масштаба аэроснимка:

1/m=f/H, (1)

где f- фокусное расстояние камеры; Н - высота фотографирования.

Формула (1) справедлива лишь при горизонтальном положении аэроснимка и для горизонтального плоского участка местности. В этом случае масштаб аэроснимка является величиной теоретически постоянной.

Масштаб реального снимка не является величиной постоянной вследствие трёх факторов - негоризонтальности плоскости снимка в момент съёмки от случайных колебаний самолёта, из-за влияния рельефа, а также от изменения высоты фотографирования. Все эти причины вызывают искажения, величина которых возрастает от середины снимка к его краям.

Для создания топографической карты применяют плановые аэроснимки, угол наклона которых по техническим требованиям не должен превышать 3⁰. Поэтому хотя масштаб планового снимка, строго говоря, непостоянен, но, так как угол наклона снимка невелик, то масштаб меняется не очень заметно. Если же для работы с плановыми снимками нужно знать приближенное значение масштаба, то он вычисляется по формуле (1).

Практически масштаб планового снимка можно найти из отношения отрезков, измеренных на аэрофотоснимке и соответственно на местности. Для обеспечения надежности и контроля определения масштаба, необходимо использовать два разных отрезка на фотоснимке. Отрезки должны быть максимально длинными, располагаться как можно ближе к главной точке снимка и так, чтобы их концы были примерно на одинаковых расстояниях от главной точки. Значения масштаба, полученные по двум отрезкам, нужно сравнить между собой. Если разность знаменателей не превысит 1\200 от меньшего значения, то можно считать, что масштаб получен достаточно точно, и за окончательное его значение принять среднее.

Кроме указанных выше искажений на фотоснимке, обусловленных свойствами центральной проекции, при фотограмметрической обработке аэрофотоснимков приходится встречаться также с погрешностями, вызываемыми кривизной земной поверхности, рефракцией атмосферы, деформациями фотоплёнки, свойствами объектива и др.

Как и в первом случае, эти искажения также имеют максимальные значения на краях снимка. Всё это приводит к тому, что при создании фотопланов и фотосхем используются только средние части снимков или их рабочие площади. Рабочие площади с приемлемым для практики уровнем искажений определяются как средние части аэроснимков, ограниченные средними линиями зон продольных и поперечных перекрытий.

2. Для того, чтобы в конечном итоге создать карту по аэрофотоснимкам, необходимо знать, какое положение в пространстве занимал каждый аэрофотоснимок в момент фотографирования. Величины, определяющие это положение называются элементами ориентирования.

Существуют следующие виды элементов ориентирования аэрофотоснимков:

- элементы внутреннего ориентирования;

- элементы внешнего ориентирования.

Элементами внутреннего ориентирования снимка называются величины, определяющие положение центра проектирования (задней узловой точки объектива) относительно снимка. К ним относятся три величины - две координаты главной точки аэроснимка и фокусное расстояние камеры аэрофотоаппарата. Элементы внутреннего ориентирования указываются в паспорте аэрофотоаппарата. Зная элементы внутреннего ориентирования аэрофотоснимка можно построить такой пучок проектирующих лучей, какой был в аэрофотоаппарате в момент фотографирования.

Элементами внешнего ориентирования снимка называются величины, определяющие положение центра проектирования и снимка относительно системы координат на местности. К элементам внешнего ориентирования относятся шесть величин, три из которых являются линейными, три - угловыми: три координаты центра проектирования, продольный и поперечный углы наклона снимка и угол его поворота.

Процесс создания топографического фотоплана начинается с фотограмметрического сгущения сети плановых опорных точек - плановой фототриангуляции. Имея на аэрофотоснимках небольшое число плановых опорных точек при помощи плановой фототриангуляции можно получить плановые координаты любого количества точек, выбранных на снимках. В результате сгущения на каждом аэрофотоснимке должно быть получено по крайней мере четыре точки, которые в дальнейшем используются для трансформирования аэрофотоснимков и потому называются трансформационными.

Преобразование фотоснимков из наклонных в горизонтальные с одновременным приведением их к заданному масштабу называется трансформированием.

Принцип трансформирования состоит в том, что по снимку можно построить пучок проектирующих лучей такой, какой имел место в аэрофотоаппарате при съёмке, и при помощи этого пучка лучей спроектировать изображение снимка на горизонтальную плоскость.

Трансформирование фотоснимков можно выполнять графическим, оптико-графическим и фотомеханическим способами.

Графический способ позволяет трансформированное изображение получать при помощи чертёжных инструментов. Этим способом можно построить план по аэрофотоснимку, используя элементы ориентирования аэрофотоснимка, либо, используя трансформационные точки, построить условную сетку координат и перенести все контуры со снимка на план по клеткам.

При оптико-графическом способе трансформированное изображение аэрофотоснимка проектируется на планшет проектирующей камерой и обводится на планшете карандашом. Такой способ трансформирования имеет место при работе на одиночном проекторе.

Фотомеханический способ - это способ, при котором трансформированное изображение фотоснимка получается на экране фототрансформатора с помощью проектирующей камеры и отпечатывается на фотобумаге. Этот способ является самым распространённым в настоящее время.

Из трансформированных фотоснимков составляется, как мозаика, единое фотоизображение, т. е. создаётся мозаичный фотоплан.

Фотоплан монтируется из трансформированных снимков на заранее подготовленной основе с нанесёнными по координатам плановыми точками. На каждом из снимков в процессе трансформирования прокалывают отверстия диаметром не более одного миллиметра, центры которых соответствуют плановым точкам.

Снимок располагают на основе таким образом, чтобы центры отверстий совпали с плановыми точками на основе. В случае несоответствия отверстий и точек основы снимок сдвигают, распределяя смещения равномерно по всем точкам. Внахлёст кладут второй снимок и выбирают линию пореза в соответствии со следующими требованиями:

1.От прямой, соединяющей плановые точки линия пореза не должна отклоняться более 1 см.

2.Порез не должен касаться мелких контуров, важных для ориентирования.

3.Порез не должен пересекать населённые пункты, но при невозможности соблюдения этого условия порез должен проходить вдоль улиц, не пересекая построек.

4.Порез должен пересекать линейные контуры под углом, близким к прямому.

5.Порез должен проходить по однотонным контурам в местах их наилучшего совпадения.

После выбора линии пореза производят контроль совпадения контуров на верхнем и нижнем снимках. Разрешается вращать снимки вокруг центральной точки, но не сдвигать их с неё. При повороте снимка плановые точки должны находиться в пределах отверстий. Производят разрез обоих снимков и приклеивают их к основе целлулоидным клеем, который не коробит их. Затем прикладывается третий снимок и операции повторяются. После монтажа первого маршрута прикладывается первый снимок второго маршрута, при монтаже которого необходимо соблюдать совпадение контуров как продольного, так и поперечного перекрытия. Далее операции повторяются.

Полученный фотоплан кладут под пресс, после чего производят корректуру фотоплана по трансформированным плановым точкам. Расхождение между центрами отверстий снимков и точками основы допускаются 0.5 мм для равнинных территорий и 0.7 мм - для гористых. В корректурном листе схематически изображаются все плановые точки и стрелками размечаются смещения, определённые глазомерно с точностью до 0.1 мм.

С мозаичного фотоплана изготавливают фотокопию, которая используется в дальнейшей работе для нанесения рельефа с помощью мензульной съёмки.

При стереотопографической съёмке целью камеральных стереофотограмметрических работ является создание по аэрофотоснимкам оригинала топографической карты.

Одиночный аэроснимок даёт возможность определять лишь плановые координаты точек поверхности. Для определения третьей координаты - высотной отметки необходимо использовать два аэрофотоснимка одного участка местности, полученные из двух разных точек съёмки или, другими словами, с двух концов базиса фотографирования. Такие два аэрофотоснимка называются стереоскопической парой снимков или просто стереопарой. В основу решения фотограмметрической задачи - определения всех координат точек местности по стереопаре - положен принцип создания объёмного, т.е. стереоскопического изображения местности.

Благодаря особенностям строения органов зрения человека можно зрительно воспринимать рельефность предметов и их расположение по глубине в пространстве, т.е. наблюдать стереоскопическое изображение объекта. При рассматривании рельефного предмета двумя глазами на сетчатках глаз возникают физиологические параллаксы, которые ощущаются наблюдателем. Угол, образованный лучами, идущими от одной и той же точки рассматриваемого предмета в два глаза, называется параллактическим углом.

В процессе фотографирования и получения стереопары имеет место аналогичное явление. Причём аналогично физиологическому параллаксу на снимках возникает геометрический параллакс - разность координат точек местности на разных снимках.

Для определения положения точки на паре аэрофотоснимков используется обычно плоская прямоугольная система координат. За начало координат на каждом из снимков может быть выбрана главная точка снимка. За ось абсцисс принимается начальное направление (направление движения самолёта), а за ось ординат - направление, перпендикулярное ему.

Разность абсцисс точки на снимках стереопары называют продольным параллаксом, а разность ординат - поперечным параллаксом. Для точек с различными высотными отметками продольные параллаксы различны, причём разница параллаксов пропорциональна величине превышения между точками.

Отсюда возникает принципиальная возможность определения превышений точек местности путём сравнения соответствующих продольных параллаксов.

Для определения координат X, Y, Z любой точки местности по паре перекрывающихся аэрофотоснимков используется метод пространственной засечки.

Метод пространственной засечки состоит в том, что координаты точек определяются из треугольников, где одна сторона - базис фотографирования, а две других - проектирующие лучи данной точки местности на каждый из снимков стереопары.

Эту фотограмметрическую задачу можно решить разными способами: аналитическим и аналоговым.

Аналитический способ заключается в вычислении координат точек по измерениям на стереопаре. Этот способ требует большого объёма вычислений по громоздким формулам. В настоящее время этот способ обычно применяется при сгущении геодезического обоснования по аэрофотоснимкам с помощью аналитических универсальных приборов, автоматически вычисляющих координаты точек и наносящих их на план.

При аналоговом способе строят пространственные засечки, аналогичные тем, которые были при съёмке, и затем измеряют образованную засечками геометрическую модель местности. При этом определение координат может осуществляться как дифференцированным, так и универсальным методами.

Дифференцированный метод обработки аэрофотоснимков предполагает раздельное определение плановых координат точек и их высот, а процесс создания карты по снимкам подразделяется на отдельные операции, выполняемые на разных приборах с использованием упрощённых приёмов и приближённых формул.

При универсальном методе все три координаты точки определяются одновременно с помощью универсальных приборов и с более высокой точностью, чем при дифференцированном методе.

К числу универсальных приборов относится стереокомпаратор - высокоточный стереофотограмметрический прибор, предназначенный для измерения на фотоснимках - стереопарах координат точек, определения продольных и поперечных параллаксов и их разностей.

Вращая ручки механизмов, перемещающих марки (метки) по стереомодели, находящейся в поле зрения наблюдателя, добиваются эффекта "касания" маркой того или иного объекта. Наводя таким образом марку поочередно на два различных объекта и сравнивая показания счетчиков, механически связанных со штурвалами наведения, определяют взаиморасположение объектов. Перемещение марки соответствует изменению параллактического угла, что при неизменном базисе наблюдений (жестко закрепленных снимках) позволяет автоматически преобразовывать эти изменения в линейные величины. Градуировка штурвалов соответствует дистанциям перемещения марок и определение расстояний между объектами и превышений сводится к вычислению разницы отсчетов по шкалам ручек наведения.

После определения с помощью стереофотограмметрического прибора отметок точек выполняется прорисовка рельефа с помощью специальных приборов различной конструкции.