7. Стереофотограмметрическая обработка аэрофотоснимков
Стереофотограмметрическая обработка материалов аэрофотосъемок необходима для получения топографических карт, электронных карт (ЭK), топографических планов и цифровых моделей местности (ЦММ).
До недавнего времени эти задачи решались исключительно с использованием универсальных стереофотограмметрических приборов, обеспечивающих последовательное решение всех задач процесса подготовки топографических карт, планов и ЦММ:
- внутреннее ориентирование аэрофотоснимков, т. е. построение связок проектирующих лучей;
- взаимное ориентирование снимков стереопар, т. е. построение геометрической модели местности;
- внешнее ориентирование геометрической модели местности;
- определение координат точек местности, съемку контурных линий и рельефа.
Когда известны элементы внешнего ориентирования, то на универсальных стереофотограмметрических приборах решают прямую фотограмметрическую засечку, т. е. снимки в стереоприборе устанавливают по известным элементам внешнего ориентирования. В результате получают стереоскопическую модель местности, фотограмметрическая обработка которой дает возможности подготовки топографических карт, планов и ЦММ.
Для подготовки топографических планов в автоматическом режиме на графопостроителях и ЦММ используют стереофотограмметрические приборы с автоматической регистрацией измеряемых координат точек местности с непосредственной их записью в память компьютера или на магнитные носители информации (дискеты, компакт-диски).
Универсальные стереофотограмметрические приборы позволяют осуществлять сгущение опорной геодезической сети аэрофотосъемки, т. е. строить фототриангуляционные сети.
В зависимости от конструкции в стереофотограмметрических приборах используют разные принципы построения связок проектирующих лучей, поэтому их разделяют на две группы: приборы со связками проектирующих лучей, подобными существующим в момент фотографирования; приборы с преобразованными связками проектирующих лучей.
По конструктивным особенностям стереофотограмметрические приборы разделяют на оптические, механические, оптико-механические, аналитические и автоматизированные стереофотограмметрические системы.
Оптические универсальные стереофотограмметрические приборы (двойные проекторы, мультиплексы, стереопланиграфы) имеют по меньшей мере две проектирующие системы, с помощью которых создают стереоскопические модели местности.
Механические универсальные стереофотограмметрические приборы (стереоавтографы, стереопроекторы, стереокартографы, стереометрографы) обеспечивают построение связок лучей и стереоскопических моделей посредством системы прецизионных рычагов и линеек.
В оптико-механических универсальных приборах (фотостереографы) связки проектируемых лучей получают оптическим путем, а стереоскопические модели — посредством механизмов.
На аналитических универсальных стереофотограмметрических приборах (аналитические плоттеры) в ходе стереофотограмметрической обработки стереопар осуществляется вычисление и регистрация геодезичеcких координат точек местности на компьютере, которые используются для подготовки топографических карт, планов и ЦММ.
И, наконец, при использовании электронных стереоскопических изображений местности уже нет необходимости в использовании каких-либо стерео фотограмметрических приборов вообще, поскольку стереофотограмметрическая обработка электронных стереопар осуществляется непосредственно на компьютере с использованием автоматизированных систем цифровой фотограмметрии (АСЦФ), обеспечивающих аналитическое решение любых фотограмметрических задач, включая автоматизированную подготовку топографических карт, планов и ЦММ.
Фотограмметрические измерения аэрофотоснимков при проектировании объектов строительства сводятся главным образом к измерению длин линий, горизонтальных углов, превышений и определению трехмерных координат характерных точек местности.
Самым универсальным способом измерений является определение трехмерных координат точек местности (Х, Y, Н). Очевидно, зная геодезические координаты соответствующих точек, можно вычислить горизонтальные расстояния между ними, дирекционные углы и превышения. Кроме того, координаты точек служат непосредственной информацией как для подготовки ЦММ, так и для автоматического оформления топографических планов на графопостроителях.
Превышения и высоты точек местности по аэрофотоснимкам плановых аэросъемок устанавливают по продольным параллаксам. Схема к определению превышений для двух горизонтальных аэрофотоснимков стереопары представлена на рис. 9.
Рис. 9. Схема определения превышений на стереопаре горизонтального случая аэросъемки
Продольные параллаксы точек представляют собой разности абсцисс изображений на левом и правом снимках стереопары в фотограмметрической системе координат, для которой ось х ориентирована по направлению базиса фотографирования, а ось у — по перпендикуляру влево от главных точек аэрофотоснимков.
Как следует из рис. 9, продольные параллаксы любых точек (например, А и С) могут быть выражены базисом фотографирования b0 в масштабе изображения на аэрофотоснимке:
,
(5)
при этом продольные параллаксы точек местности, размещающихся на одной и той же горизонтальной плоскости, будут одинаковы. Например, для случая, представленного на рис. 9, Hа = Hс0 из выражения (5) имеем:
ра = рс 0 (6)
Этим свойством пользуются при съемке рельефа местности. Очевидно, что продольные параллаксы точек, расположенных на разных горизонтальных плоскостях, будут разными, а разность продольных параллаксов будет характеризовать превышения между ними:
,
(7)
Если представить
,
то величина
превышения hac
между точками А
и С
определится
,
(8)
где b0 — базис фотографирования в масштабе аэрофотоснимка;
ра и рс— продольные параллаксы точек А и С местности соответственно;
fk — фокусное расстояние аэрофотокамеры.
С использованием представленных зависимостей по стереомоделям местности решают такие задачи, как фотограмметрическое нивелирование трасс линейных сооружений, рисовку горизонталей, определение высотного положения характерных точек местности для подготовки ЦММ и автоматического вычерчивания топографических планов местности.
Так как в общем случае плановая аэрофотосъемка отлична от горизонтальной (аэрофотоснимки имеют небольшой наклон к горизонту), то для получения истинных значений разностей параллаксов Δр аэрофотоснимки необходимо трансформировать.
Целесообразно использовать и другой путь определения превышений и высот точек местности, заключающийся в измерениях на стереофотограмметрических приборах разностей продольных параллаксов Δр'ас с последующим введением поправок δpас, определяемых аналитическим путем на компьютере по известным элементам внешнего ориентирования, тогда
Δpас = Δр'ас + δpас. (9)
При использовании универсальных стереофотограмметрических приборов (типа стереопроектора СПР-3) такие поправки вводятся автоматически в ходе измерений с помощью специальных механических приспособлений — корректоров.