Составление топографического плана местности масштаба 1:500

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Требование к содержанию и точности топографического плана М 1:500

1.1 Создание топографического плана М 1:500

1.2 Понятие о съемке топографического плана М 1:500

2. Аналитический метод создания топографических планов

2.1 Аэрофотосъемка

2.2 Планово-высотная подготовка снимков

2.2.1 Трансформирование снимков

2.2.2 Полевое дешифрирование

2.3 Фототриангуляция

2.3.1 Маршрутная фототриангуляция

2.3.2 Блочная фототриангуляция

2.4 Составление фотопланов и фотосхем

2.5 Ориентирование и обработка снимков на универсальных стереокомпараторах (СК 18x18)

2.5.1 Внутреннее ориентирование

2.5.2 Взаимное ориентирование

2.5.3 Внешнее ориентирование

2.6 Камеральное дешифрирование

3. Назначение, содержание и основные требования к выполнению полевых и камеральных работ

3.1 Полевые работы

3.2 Камеральные работы

Заключение

Список литературы

Приложение



Введение

Фотограмметрия - дисциплина, изучающая формы, размеры, положение, динамику и другие качественные и количественные характеристики объектов по их фотографическим изображениям. Фотограмметрические методы применяются в различных областях науки и техники: в топографии и геодезии, астрономии, архитектуре, строительстве, географии, океанологии, медицине, криминалистике, космических исследованиях и др.

Раздел фотограмметрии, в котором рассматриваются вопросы определения координат точек местности и создания по снимкам топографических карт, называется фототопографией. Комплекс процессов (фотографирование местности, полевые геодезические и камеральные фотограмметрические работы), позволяющий по снимкам местности создавать топографические карты, называется фототопографической съемкой. Раздел, занимающийся решением различного рода измерительных задач в гидротехнике, геологии, дорожном деле, при землеустроительных и лесоустроительных работах, в географических исследованиях, при охране природы и окружающей среды, съемке памятников истории и культуры, в архитектуре, медицине, военном деле и др. областях науки и техники, называют нетопографической или прикладной фотограмметрией. Раздел, занимающийся вопросами изысканий инженерных сооружений, архитектуры, гидротехники и другими научно-исследовательскими измерениями, называют инженерной фотограмметрией, являющейся составной частью прикладной фотограмметрии.

Исторически научное и технической развитие фотограмметрии связано с использованием фотоснимков для измерительных целей, однако в последнее время в связи с общим развитием науки и техники появились и другие средства для получения изображений, обладающих измерительными свойствами, поэтому определение фотограмметрии, как науки, изучающей способы определения форм, размеров и положения объектов по их фотографическому изображению (измерительная фотография), несколько устарело и уже не соответствует полностью и не раскрывает всех возможностей фотограмметрии как науки и технической дисциплины.

Главной целью данной курсовой работы является составление плана местности М 1:500 по снятым и обработанным координатам точек местности с использованием аэрофотоснимков

В данной работе будут решены следующие основные задачи:

• снятие координат местности по аэрофотоснимкам с использованием стереокомпаратора;

• проведение камерального дешифрирования;

• обработка данных;

• создание и оформление плана местности М 1:500.

топографический план снимок камеральный

1. Требования к содержанию и точности топографического плана М 1:500

1.1 Создание топографического плана М 1:500

Топографические планы масштаба 1:500 предназначаются для составления исполнительного, генерального плана участка строительства и рабочих чертежей многоэтажной капитальной застройки с густой сетью подземных коммуникаций, промышленных предприятий, для решения вертикальной планировки, составления планов существующих подземных сетей и сооружений и привязки зданий и сооружений к участкам строительства на застроенных территориях города.

Съемке и отображению на топографической карте подлежат все объекты и участки местности, предусмотренные для конкретных масштабов действующими условными знаками.

Создание топографического плана М 1:500 осуществляется двумя путями:

• проведение полевых съемочно-картографических работ (полевое картографирование);

• лабораторное составление карт по источникам (камеральное картографирование).

Полевое топографическое картографирование выполняют государственные топографо-геодезические службы. Топографические съемки во всех масштабах регламентируются стандартными положениями, руководствами и инструкциями. При всех видах полевого картографирования важнейшим этапом является топографическое и "тематическое дешифрирование аэрокосмических снимков.

Камеральное картографирование состоит в обработке данных полевых съемок, сводке и обобщении крупномасштабных планов и материалов дешифрирования, синтезе экспериментальных наблюдений и других источников в соответствии с содержанием и назначением создаваемого плана.

Первый этап камеральной работы - проектирование плана, разработка его концепции, составление программы, подготовка всей необходимой документации. Этот этап завершается созданием проекта (программы) плана и включает следующие процессы:

• формулировка назначения и определение требованием к плану;

• подбор, анализ и оценка источников для составления;

• изучение территории и особенностей картографируемых явлений;

• подготовка программы плана.

Следующий этап - составление плана, т.е. комплекс работ по изготовлению оригинала плана. Составление выполняют в избранной проекции, компоновке и масштабе, принятой системе условных знаков, с заданным уровнем генерализации. Данный этап включает такие процессы: подготовка и обработка источников;

• разработка математической основы карты;

• разработка содержания плана и легенды;

• техническое составление оригинала и проведение генерализации;

• оформление плана;

• редактирование плана и корректура на всех стадиях составления.

Завершающий этап - подготовка к изданию и издание плана.

1.2 Понятие о съемке топографического плана

Топографическая съемка М 1:500 состоит из комплекса полевых и камеральных работ. На топографических планах изображают все предметы и рельеф местности, подземные и наземные коммуникации. Изображаемые на плане точки условно делят на твердые и нетвердые. Твердыми являются стабильные объекты с четкими границами (углы зданий, построенных из кирпича, бетона и других прочных материалов и т.п.). Нетвердые контуры не имеют четких границ, например, граница леса, луга и т.д.

На топографическом плане изображают опорные плановые и высотные геодезические пункты, точки съемочного обоснования, с которых выполняют съемку.

При создании топографического плана в основном используют аэрофототопографические съемки, сущность которых сводится к фотографированию с самолета или другого носителя, включая и космические, участков местности. В зависимости от масштаба создаваемой карты используют специальные автоматизированные аэрофотоаппараты (АФА) с различным фокусным расстоянием и фотографирование выполняют с различных высот, при этом получают примерно горизонтальные снимки, масштаб которых определяют по формуле (рис. 1).

рис. 1

где ш - знаменатель масштаба снимка, f - фокусное расстояние камер, Н - высота фотографирования.

Комплекс процессов (фотографирование местности, полевые геодезические и камеральные фотографические работы), позволяющий по снимкам местности создавать топографические планы, называют фотографической съемкой. В зависимости от способов фотографирования местности имеются следующие виды фотографической съемки:

• наземная, использующая снимки местности, полученные фототеодолитом с точек земной поверхности, ее называют также фототеодолитной;

• аэрофототопографическая, в которой снимки местности получают с самолета или другого носителя съемочной аппаратуры;

• комбинированная, представляющая собой сочетание аэрофототопографической и наземной фототопографической съемок; местность фотографируют дважды фототеодолитом с наземных станций и аэрофотоаппаратом с самолета - по наземным снимкам сгущают опорную геодезическую сеть, а по аэрофотоснимкам составляют топокарту;

• космическая, при которой снимки получают с космических кораблей и искусственных спутников.

Существуют два метода создания оригиналов плана:

• комбинированный, в котором для составления контурной части топокарты используют одиночные снимки, а рельеф рисуют по результатам полевых измерений;

• стереотопографический, позволяющий используя свойства пары снимков, в камеральных условиях получать контурную и рельефную части топокарты. Этот метод дает возможность независимо от времени и погодных условий детально изучать местность, включая и малодоступную, по снимкам в камеральных условиях, механизировать и автоматизировать все процессы создания топокарт, обеспечивает высокое качество при минимальных затратах сил и средств и вследствие этого является основным методом картографирования.

В стереотопографическом методе топокарты создают универсальным и дифференцированным способом. Универсальный способ позволяет полностью составлять топокарту на одном приборе. Дифференцированный способ решает эту задачу на нескольких приборах: на фототрансформаторе снимки приводят к заданному масштабу и освобождают от искажений за углы наклона снимка и рельеф местности, на стереометре рисуют рельеф, на проекторе переносят контуры и горизонтали на планшет и т.д.

2. Аналитический метод создания топографических планов

2.1 Аэрофотосъемка

Аэрофотосъёмкой называют совокупность работ для получения аэроснимков местности. Она состоит из аэрофотосъемочных, полевых фотолабораторных и полевых фотограмметрических работ.

Аэрофотосъмочные работы включают: задание технических условий полета и фотографирования, аэронавигационное руководство полетом и фотографирование согласно техническому проекту.

Полевые фотолабораторные работы содержат фотообработку экспонированных фильмов, печатание аэроснимков и изготовление репродукции накидного монтажа.

Полевые фотограмметрические работы заключаются в регистрации материалов аэрофотосъемки и оценке ее качества.

В зависимости от угла наклона а₀ плоскости прикладной рамки аэрофотоаппарата (АФА), в котором находятся экспонируемая пленка, аэрофотосъёмку делят на плановую, когда а₀ < 3₀, и перспективную, когда ао > 3<>. Из плановой в настоящее время выделяют стабилизированную съемку, которая производиться с применением гиростабилизации АФА. При этом а_0ср -10-15'; ао_пред ⁼ 45-60'. Этот вид съемки в настоящее время является основным.

По количеству и расположению аэрофотоснимков аэрофотосъемка подразделяется на:

• Кадровую (одинарную), при которой получают один или несколько не перекрывающихся между собой аэрофотоснимков;

• Маршрутную, при которой получают взаимно перекрывающиеся аэрофотоснимки полосы вдоль линии полета летательного аппарата;

• Многомаршрутную (площадную), при которой получают взаимно перекрывающиеся аэрофотоснимки местности путем прокладки прямолинейных перекрывающихся между собой маршрутов.

По масштабу аэрофотосъёмка условно подразделяется на крупномасштабную (от 1:1000 до 1:10000), среднёмасштабную (мельче 1:10000 до 1:50000), мелкомасштабную (мельче 1:50000).

Аэрофотосъемка бывает черно-белая, дающая черно-белое изображение местности, цветная, при которой местность изображается в естественных или близких к ним цветах, спектрозональная, дающая изображение местности в условиях цветах.

В настоящее время для аэрофотосъемки в основном используют самолеты АН-30, ИЛ-14, АН-2 и вертолеты МИ-8, КА-8.

Аэрофотосъемку выполняют в ясные безоблачные дни при хороших атмосферных условиях. Маршруты должны иметь направление запад-восток или север-юг, быть непрерывными и параллельными границам съемочных участков, совпадающим с рамками трапеций топографических карт. Оси крайних маршрутов проектируют по границам съемочных участков. Маршруты должны продолжаться за границы съемочного участка на один базис фотографирования при Рх=60%? На два и четыре базиса при расчетом перекрытия 80 и 90 % соответственно.

Перед выполнением аэрофотосъемки подготавливают карту, на которую наносят границы участка и оси аэросъемочных маршрутов. На каждом маршруте выбирают характерные предметы местности, которые будут служить входными и выходными ориентирами при прокладывании аэрофотосъемочных маршрутов. Во время полета от аэродрома до участка самолет набирает расчетную высоту фотографирования, штурм ан- аэрофотосъемщик определяет путевую скорость самолета, направление ветра и другие аэронавигационные элементами. Рассчитывает выдержку, на командном приборе устанавливает расчетный интервал между экспозициями. После этого пилот выводит самолет на ось первого маршрута, штурман- аэрофотосъемщик за 1,5 - 2 базиса фотографирования до границы участка включает АФА, который далее работает автоматически. На расстоянии 1,5-2 базисов за границей участка штурман выключает АФА. Подобным образом прокладывают и другие маршруты. После возвращения самолета на аэродром кассеты с экспонированной аэрофотопленкой сдают в фотолабораторию.

2.2 Планово-высотная подготовка снимков

Построение нормально ориентированной в пространстве стереоскопической модели местности определенного масштаба можно производить по известным элементам внешнего ориентирования аэроснимков или на основе планово-высотного обоснования, создаваемого в процессе привязки аэроснимков и фототриангуляционных работ.

Привязкой, или планово-высотной подготовкой, аэроснимков называется процесс определения координат опознаваемых на аэроснимках точек местности.

Планово-высотная подготовка снимков может осуществляться геодезическими инструментами в поле (полевая привязка), радиогеодезическими методами с самолета (воздушная привязка) и по опознанным в камеральных условиях на аэроснимках изображениям урезов воды, геодезических опорных пунктов или отдельных контурных точек карты (камеральная привязка).

Надежно опознанные на аэроснимках контурные точки местности с известными координатами называются опознаками. Опознаки образуют опорную сеть или планово-высотное обоснование аэрофотосъемки. Положение каждого опознана устанавливается тремя координатами: плановыми (х и у) и абсолютной или условной отметкой (А). Опознаки обычно размещают вблизи углов взаимного перекрытия аэроснимков. В качестве опознаков выбирают хорошо опознаваемые на снимке резко выраженные контурные точки местности, расположенные на ровном пологих склонах.

Полевые методы привязки аэроснимков имеют более высокую точность, чем воздушные и камеральные, однако они более трудоемки и дороги, занимают много времени и требуют определенного сезона года для своего производства. Поэтому их стремятся заменить на более быстрый и экономичный фототриангуляционными методами, которые ' дают возможность построить по аэроснимкам фотограмметрическими методами свободного ориентированную в пространстве модель местности, обладающую определенными масштабами и точностью. В связи с этим полевое геодезическое обоснование аэросъемки можно использовать только для внешнего ориентирования относительно геодезической системы координат или для более строгого масштабирования и горизонтирования модели относительно исходной уверенной поверхности. Такое сочетание полевого геодезического обоснования камеральными фотограмметрическими работами позволяет построить нормально ориентированную в пространстве модель местности на всю территорию аэросъемки.

Так как основная топографическая и проектно-изыскательная работа на модели ведется отдельными участками (стереотипами), а обработка и преобразование фотоизображений - отдельными аэроснимками, то одновременно с построением общей модели местности на ней образуют довольно густую сеть ориентирующих, связующих и контрольных точек, обеспечивающих восстановление модели местности в пределах каждой стереопары и позволяющих вести обработку фотоизображения каждого аэроснимка. Точки такой фотограмметрической опорной сети должны иметь свои координаты в той же системе геодезических координат, что и опознаки.

В связи с тем, что при построении фотограмметрических сетей между опознаками геодезического обоснования накапливаются ошибки, развитие таких сетей по протяжению имеет ограничения, связанные с необходимой точностью построения модели, условиями местности и с характером предстоящих основных фотограмметрических работ. Возникающие при этом.



2.2.1 Трансформирование снимков.

Трансформирование аэрофотоснимков - это преобразование плановых или перспективных снимков в горизонтальные снимки заданного масштаба.

Трансформирование различают фотомеханическое и компьютерное.

Фотомеханическое трансформирование ' выполняется на фототрансформаторах (рис.). Для трансформирования должны быть известны координаты четырех изображенных на снимке опорных точек. Планшет с нанесенными на него опорными точками помещают на экран I, проецируют на него негатив снимка, заложенный в кассету 3 и, изменяя масштаб изображения. и поворачивая экран и негатив, добиваются совмещения опорных точек на планшете с соответствующими точками проекции негатива. Полученное на экране трансформированное изображение фиксируют на фотобумаге.

Рис. Фототрансформатор Seg-5 (ФРГ):

1 - экран; 2 - объектив; 3 - кассета; 4 - осветительное устройство.

Однако при таком трансформировании не устраняются искажения, обусловленные рельефом местности, которые для горных районов весьма существенны. Такие искажения устраняют, трансформируя снимок по зонам, имеющим разную высоту, или с помощью щелевых трансформаторов.

Для компьютерного трансформирования аэрофотоснимок преобразуют в цифровую форму, после чего преобразования выполняют по стандартным компьютерным программам.

По компьютерным программам выполняется и трансформирование сканерных снимков.

2.2.2 Полевое дешифрирование

Распознавание по фотоизображению объектов местности и выявление их содержания с изображением условными знаками качественных и количественных характеристик называется дешифрированием.

Дешифрирование - наиболее важный, ответственный и весьма трудоемкий процесс при изучении местности и явлений по аэрофотоснимкам.

От точности определения положения на фотоизображении дешифрируемых элементов местности, достоверности и полноты их характеристик в значительной степени зависит качество получаемой по фотоснимкам информации.

В зависимости от содержания дешифрирование делится на топографическое и специальное.

При топографическом дешифрировании с аэрофотоснимков получают информацию о земной поверхности и элементах местности для составления топографических карт и планов.

При специальном дешифрировании отбирают тематическую информацию (геологическую, геоботаническую, об элементах железнодорожного пути и т.п.).

Дешифрирование также разделяют на полевое, камеральное и комбинированное.

Полевое дешифрирование заключается в сличении аэрофотоснимка с местностью. Этот способ обеспечивает наивысшую полноту качества и достоверности результатов дешифрирования. Однако полевое дешифрирование требует значительных затрат времени и средств.

Камеральный способ дешифрирования заключается в анализе фотоизображения объектов местности с использованием всего комплекса признаков дешифрирования. При этом используются альбомы эталонов дешифрирования.

Комбинированный способ сочетает в себе процесс. камерального и полевого дешифрирования. Бесспорно, распознаваемые объекты местности дешифрируются в камеральных условиях, затем осуществляют полевую доработку сложных участков.

2.3 Фототриангуляция

Фототриангуляция - метод определения координат точек местности по фотоснимкам. Назначением фототриангуляции является сгущение геодезической сети с целью обеспечения снимков опорными точками, необходимыми для составления топографической карты, и решения ряда инженерных задач. Фототриангуляция может быть пространственной, если определяют все три координаты точек, или плановой, если определяют только две координаты, характеризующие положение точки в горизонтальной плоскости. Для пространственной фототриангуляции необходимо построить общую модель местности, изобразившейся на данных снимках, и ориентировать её относительно геодезической системы координат.

Эту задачу решают путём внешнего ориентирования снимков, т. е. установки их в такое положение, при котором соответственные проектирующие лучи пересекаются, а координаты полевых опорных точек равны их заданным значениям (способ связок). Общую модель создают также путем построения частных моделей по отдельным стереоскопическим парам снимков и соединения их по связующим точкам (способы независимых и частично зависимых моделей). При аналитическом решении задач пространственной фототриангуляции измеряют координаты точек снимков на монокомпараторе или стереокомпараторе и вычисляют координаты точек местности. Наиболее строгим и точным является способ связок, основанный на совместном уравнении фотограмметрических и геодезических измерений и показаний соответствующих приборов на борту съёмочного самолёта.'

Для выполнения пространственной фототриангуляции аналоговым способом используют фотограмметрические приборы - стереограф, стереопроектор, автограф и др., позволяющие строить независимые или частично зависимые модели.

Фототриангуляция

Фототриангуляция

В зависимости от техники выполнения работ, плоскостную фототриангуляцию делят на графическую, графоаналитическую, аналитическую, механическую и оптико-графическую.

При графической фототриангуляции отмечают на нескольких смежных аэронегативных практически неискаженные центральные направления на избранные контурные точки, изображенные на перекрытиях. Эти направления кодируют с каждого аэронегатива на отдельные листки

восковки. При помощи таких копий производят графические построения одномасштабных систем треугольников и других фигур, а в результате получают положение искомых точек на плане. Графическая фототриангуляция - наиболее распространенная благодаря своей простоте и высокой производительности.

При графоаналитической фототриангуляции звенья фототриангуляционного ряда или сети строят графически независимо одно от другого, но при условии наличия минимум двух общих точек, для смежных звеньев. Затем элементы этих звеньев измеряют тем или иным прибором. Результаты измерений подвергают аналитической обработке, в итоге которой получают координаты х и у каждой точки в единой геодезической системе. Этот способ обладает хорошей точностью, но несколько сложнее графического способа, поэтому производственного значения не получил.

При плоскостной аналитической фототриангуляции центральные углы, изображенные на аэронегативе, измеряют при помощи особых приборов. Из этих углов образуют системы треугольников и других фигур. В результате аналитической обработки составленных систем получают геодезические координаты х и у заданных точек.

Аналитическая фототриангуляция является наиболее точным, но и наиболее трудоемким и сложным способом. В настоящее время она быстро развивается как пространственная фототриангуляция, базирующаяся на использовании стереоскопических приборов и методов в сочетании с электронными счетно-решающими устройствами. Этот способ становится самым прогрессивным для камерального сгущения геодезической основы.

При механической («щелевой») фототриангуляции центральные направления копируют с каждого аэронегатива на отдельные листики плотной бумаги или целлулоида при помощи особого штамповального прибора. Каждая копия представляет собой систему радиально расположенных щелей стандартной ширины. Ось такой щели заменяет собой проштампованное центральное направление. Группу таких копий со смежных аэронегативов соединяют особыми скользящими кнопками, вставленными в одноименные щели - направления. Увязку и редуцирование соединенной группы копий в одну геодезическую систему производят механическим растягиванием или сжатием ее. Этот способ применяют за рубежом для обоснования мелкомасштабных съемок при работе на уменьшение, когда он обеспечивает достаточную точность при большой производительности.

Оптико-графическая фототриангуляция основана на использовании универсального стереоскопического прибора типа «мультиплекс».

В большинстве случаев фототриангуляционные ряды и сети развивают от произвольного по длине и ориентированию базиса. Такие ряды и сети условно называют свободными. При их построении используют принцип экстраполяции, что неизбежно приводит к быстрому накоплению ошибок и снижению точности. Принципиально возможно трансформирование аэроснимков и изготовление фотопланов или планов на основе свободной фототриангуляции, но с соответствующей точностью результатов.

Для увязки свободных фототриангуляционных рядов и введения их в единую геодезическую систему необходимо, чтобы каждый ряд опирался минимум на две геодезические точки. Очевидно, что общее количество геодезических точек потребуется тем меньшее, чем больше будут допустимые размеры фототриангуляционных рядов. Эти размеры зависят от точности применяемого способа фототриангуляции и условий производства ее (формат аэронегатива, главное расстояние аэрофотоаппарата, рельеф местности и т.п.).

Правильный учет всех факторов должен привести к разрешению основной задачи фототриангуляции: определить необходимые для трансформирования ориентирующие точки с достаточной точностью при минимальном количестве пунктов геодезической основы и наибольшей экономичности применяемого способа фототриангуляции.

В настоящей главе излагаются только аналитические методы фототриангуляции, которые соответствуют задачам данной курсовой работы.

2.3.1 Маршрутная фототриангуляция

Если модель строится в пределах оного маршрута, то такую фототриангуляцию называют маршрутной (одномаршрутной).

Существует следующие основные способы фототриангуляции:

• последовательное построение по стереопарам частично зависимых моделей, соединение их в общую модель и внешнее ориентирование ее по опорным точкам (способ частично зависимых моделей);

• построение по стереопарам независимых моделей, соединение их в общую модель и внешнее ориентирование ее по опорным точкам (способ независимых моделей);

Способ частично зависимых моделей состоит в следующем. При построении первого звена произвольно выбирают элементы внешнего ориентирования левого снимка первой стереопары. Определяют элементы

а

рис. 3

• построение общей модели по всем снимкам маршрута, уравнивание ее и внешнее ориентирование (способ связок).

взаимного ориентирования в системе левого снимка. Длину базиса проектирования выбирают произвольно. Вычисляют дирекционный угол и угол наклона базиса, а также элементы внешнего ориентирования левого снимка и элементам взаимного ориентирования. Зная координаты соответственных точек стереопары и элементы внешнего ориентирования снимков, решением прямых фотограмметрических засечек определяют координаты точек модели.

Аналогично создают вторую модель при произвольно выбранном базисе проектирования. В качестве элементов внешнего ориентирования левого снимка второй стереопары принимают вычисленные ранее элементы внешнего ориентирования правого снимка первой стереопары. Таким образом, вторая модель создается в той же системе координат, что принята для первой модели. Для третьей и всех, последующих моделей в маршруте в качестве элементов внешнего ориентирования левых снимков принимают элементы внешнего ориентирования правых снимков предыдущих моделей. Таким образом, вторая и все последующие модели маршрута создаются в единой системе пространственных фотограмметрических координат, которая была принята при построении первой модели.

Следовательно, все построенные модели в маршруте являются частично связанными (зависимыми) друг с другом, причем масштабы отдельных моделей неодинаковы. Последующая модель приводится к масштабу предыдущей по связующим точкам. Масштабный коэффициент определяют обычно по центральной N2 и двум боковым А и В связующим точкам (см. рис.З). В качестве вероятнейшего значения масштабного коэффициента берется среднее весовое значение.

Аналогично строят все последующие модели в аэрофотосъемочном маршруте. Полученную таким образом общую модель геодезически ориентируют по опорным точкам, устраняя одновременно ее деформацию, возникающую вследствие погрешностей снимков, их измерений и соединения отдельных моделей в общую. Кроме того, вводят поправки за кривизну Земли, если сеть фототриангуляции имеет большую протяжен-ность.

Способ независимых моделей основан на построении по стереопарам отдельных моделей и последующем соединении их в общую модель.

Каждая отдельная модель строится независимо от других в своей пространственной фотограмметрической системе координат, ось абсцисс которой X совмещают с базисом фотографирования, а плоскость Х2 - с главной базисной плоскостью левого снимка. Измеряют на стереокомпараторе координаты всех точек стереопары, включаемые в фототриангуляционную сеть.

Определяют элементы взаимного ориентирования в базисной системе. Вычисляют координаты точек местности в системе координат модели.

Созданные таким образом отдельные независимые модели соединяют затем в общую модель при помощи связующих точек, определяя элементы ориентирования последующей модели относительно предыдущей. На основании полученных элементов ориентирования перевычисляют координаты точек последующей модели в систему координат первой модели. Таким образом, общая модель строится в единой системе координат, принятой при построении первого звена.

Общая модель ориентируется по геодезическим опорным точкам относительно геодезической системы координат.

Особенностью способа независимых моделей является то, что в процессе построения моделей требуется знание элементов внешнего ориентирования снимков.

Способ связок отличается от первых двух способов тем, что вся сеть строится и уравнивается одновременно по всем аэрофотоснимкам маршрута.

Для каждой точки снимка, которая включается в фотограмметрическую сеть, составляют два уравнения вида:

(2)

Их число соответственно будет в два раза больше числа взятых точек.

Для каждой из связующих точек, находящихся в зонах тройных продольных перекрытий, можно составить шесть уравнений (по два уравнения для каждого из трех перекрывающихся снимков). С целью упрощения решения задачи обычно используют уравнения (2), приведенные к линейному виду и содержащие в качестве неизвестных поправки приближенные значения элементов внешнего ориентирования и приближенные координаты определяемых точек.

Полученная система уравнений поправок решается по методу наименьших квадратов. С этой целью от уравнении поправок переходят к нормальным уравнениям, из решения которых находят элементы внешнего ориентирования и пространственные координаты точек сети в первом приближении.

Затем используют полученные значения элементов внешнего ориентирования и координат точек сети для составления и решения уравнений поправок во втором приближении. Так же выполняют все последующие приближения до тех пор, пока разности значений неизвестных, полученных из двух последних приближений, не окажутся меньше установленных допусков.

При составлении уравнений поправок принимается, что координаты опорных геодезических точек известны с пренебрегаемо малыми погрешностями, элементы внутреннего ориентирования снимков известны с достаточной точностью, а погрешностями измерения фотокоординат точек на снимках можно пренебречь. Для ускорения и уточнения решения задачи в качестве приближенных значений элементов внешнего ориентирования используют их значения, зафиксированные в полете в результате бортовых измерений.

Способ связок характерен тем, что позволяет построить сеть пространственной фототриангуляции без определения элементов взаимного ориентирования снимков, поэтому он является наиболее перспективным для маркшейдерских съемок. Этот способ позволяет получить координаты точек сети непосредственно в пространственной условной системе геодезических координат, принятой для данного горного предприятия.

Точность маршрутной фототриангуляции: Если рассматривать общую закономерность накопления погрешности при построении свободной сети фототриангуляции в целом, то средняя квадратическая ошибка для конечной точки маршрута равна:

(3)(5)

2.3.2 Блочная фототриангуляция

Если модель строится из снимков нескольких смежных маршрутов, то фототриангуляцию называют блочной (многомаршрутной).

В блочной (многомаршрутной) фототриангуляции возникают дополнительные геометрические связи между смежными маршрутами, что позволяет одновременно строить и уравнивать всю сеть. Все многообразие вариантов аналитической блочной фототриангуляции можно свести к трем основным:

1) построение и уравнивание сети одновременно по результатам измерений на всех снимках, входящих в блок (способ связок);

2) построение независимых моделей с последующим соединением их в блок (способ независимых моделей);

3) построение одномаршрутных сетей и соединение их в блок (способ независимых маршрутов).

Способ связок. Он является развитием способа связок в маршрутной фототриангуляции. На снимках измеряют координаты входящих в сеть точек, определяют приближенные значения элементов внешнего ориентирования снимков и координат определяемых точек сети, составляют уравнения поправок, т. е. получают систему уравнений для всего блока, которую решают последовательными приближениями. Способ связок является наиболее строгим вариантом многомаршрутной фототриангуляции.

Совместное уравнивание всей фотограмметрической сети приводит к большим системам уравнений поправок и нормальных уравнений, вызывает затруднения в программировании для ЭВМ из-за ограниченного объема памяти. Использование итеративного метода с последовательной вставкой неизвестных позволяет в десятки раз сократить объем промежуточной информации и решать задачи, ограничиваясь объемом оперативной памяти ЭВМ.

Способ, независимых моделей. Отдельные независимые модели строят и соединяют в блок так же, как и в способе независимых моделей в аналитической маршрутной фототриангуляции. Полученный свободный блок ориентируют и уравнивают, используя опорные точки.

Способ независимых маршрутов. Он заключается в построении отдельных маршрутных сетей одним из рассмотренных выше способов. После этого свободные маршрутные сети по общим связующим точкам соединяют в свободную многомаршрутную сеть, которую ориентируют и уравнивают по опорным точкам.

Точность блочной фототриангуляции можно подсчитать по формулам Ф. Ф. Лысенко:

(6)

где 0,75 и 0,25 - коэффициенты, мм; t - знаменатель масштаба снимков; п - число снимков в блоке; s - количество снимков, на которых изобразилась каждая точка сети (количество изображенной точки); т- число точек сети на каждом снимке; г - число опорных точек в блоке; Н - высота фотографирования; р - среднее значение продольного параллакса.

Формулы получены для случая, когда средняя квадратическая погрешность измерений снимков т_х?у --0,035 мм, m_Pjq =0,017мм.

Анализ формулы (6) показывает, что с увеличением числа снимков п в блоке точность аналитической фототриангуляции снижается мало. Так, при увеличении числа снимков, от 10 до 100 точность снижается только на 6-7%. Точность построения сети повышается с увеличением числа точек на снимке от 5 до 12 примерно в полтора раза. Дальнейшее увеличение числа точек мало сказывается на повышении точности. Значительно повысить точность можно путем увеличения числа изображений на снимках. Поэтому при блочной фототриангуляции целесообразно выполнить аэрофотосъемку с 60% поперечным перекрытием, тогда точность блочной фототриангуляции может повыситься почти в два раза по сравнению с элементарным звеном (одной стереопары).

2.4 Составление фотопланов и фотосхем

Фотопланом называется фотографическое изображение местности, отвечающее всем геометрическим требованиям контурного плана. Фотопланы составляют из трансформированных аэрофотоснимков по опорным точкам в пределах рамок трапеции требуемого масштаба. Монтаж фотопланов осуществляют на жесткой основе.

Не уступая по точности графическим контурным планам, фотопланы значительно превосходят их в детальности и объективности отображения объектов и контуров местности. Фотопланы часто применяют в качестве основы при составлении топографических или маркшейдерских планов. Иногда по фотоплану проводят горизонтали и вычерчивают в условных знаках ситуацию. Такой документ, сочетающий элементы карты и фотоплана называют фотокартой.

До начала работы по монтажу фотоплана на трансформированных аэрофотоснимках пробивают пуансоном ориентирующие (трансформационные) и центральные точки. Диаметр отверстий должен быть порядка 1 мм. Для проверки правильности трансформирования каждый аэрофотоснимок укладывают на подготовительную основу так, чтобы в отверстиях были видны соответствующие точки основы. Тогда расхождения точек снимков и основы не будут превосходить допустимой для плана величины 0,5 мм. Аэрофотоснимки, не удовлетворяющие этому требованию, подлежат повторному фототрансформированию.

Монтаж фотоплана начинают с укладки крайнего снимка верхнего маршрута. Совместив точки снимка с точками основы, закрепляют его грузиками. Затем укладывают смежный снимок и производят совместную обрезку примерно по середине продольного перекрытия. Разрезав все снимки первого маршрута, подклеивают резиновым клеем их центральные части.

Аналогичным путем осуществляют монтаж аэрофотоснимков смежного маршрута, средние их части также подклеивают. Далее совместно обрезают по средней линии поперечного перекрытия снимки смежных маршрутов и переходят к монтажу снимков последующих маршрутов.

По окончанию монтажа снимки подклеивают полностью, обрезают вдоль границ трапеции и выполняют за рамочное оформление.

Монтаж фотоплана рельефной местности ведут из аэрофотоснимков, трансформированных по зонам. На каждом аэроснимке откладывают поправки за рельеф в положении трансформационных точек, рассчитывая их относительно средней плоскости соответствующей зоны и меняя знак поправок, вычисленных по формуле:

(7)

Полученные точки пробивают на снимках пуансоном. На планшет по трансформированным точкам укладывают аэрофотоснимок второй зоны, затем по тем же точкам укладывают аэрофотоснимок второй зоны. Прижимают оба снимка грузиками и острым скальпелем разрезают оба снимка совместно по границе между первой и второй зонами. Эту границу целесообразно заранее нанести на второй снимок.

От нижнего аэрофоснимка оставляют участок первой зоны, а второй приклеивают к основе. Аналогично производят монтаж аэрофоснимков и последующих зон.

Затем производят совместное разрезание смежных снимков в маршруте и снимков смежных маршрутов.

По завершении монтажа фотоплана проверяют его точность по порезам снимков так же, как это делается при оценке точности фотосхем. Величины расхождений на одноименных контурах не должны превышать 0,7 мм, а при фототрансформировании по зонам - 1 мм.

Оценивают точность фотоплана также и по точкам основы. Смещения на них не должны превышать для равнинных районов 0,5 мм, а для горных 7 мм.

Помимо контроля по точности проверяют и фотографическое качество фотоплана: разнотонность фотоизображения по всей площади и, особенно по линиям порезов снимков, проработку деталей и резкость изображения. В процессе оформления фотоплана на него наносится координатная сетка, условными знаками вычерчиваются все опорные геодезические точки, наносятся границы рамок трапеций и все за рамочные подписи.

Фотосхемой называется единое фотографическое изображение местности, полученное путем соединения (монтажа) отдельных плановых снимков. В зависимости от вида снимков, из которых монтируют фотосхемы, их делят на контактные, монтируемые из контактных отпечатков ^трансформированных снимков, и приведенные и - из аэрофотоснимков, предварительно приведенных приблизительно к одному масштабу.

Фотосхемы используют как приближенный плановый материал, так как им присущи все искажения плановых снимков. Однако применение фотосхем на практике обусловливается быстротой их составления, не требующей к тому же никаких сложных и дорогостоящих приборов. Следует отметить также, что фотосхемы на равнинные участки местности, изготовленные из гиростабилизированных снимков, по точности приближаются к плану. Фотосхемы применяют в процессе рекогносцировочных работ, когда не требуется высокая точность измерений по аэрофотоснимкам.

Наиболее простым и оперативным способом является составление (монтаж) контактной фотосхемы по контурам. Для монтажа смежных снимков применяют обычно так называемый способ миганий (мельканий), который заключается в накладывании одного аэроснимка на другой и быстром приподнимании и опускании перекрывающегося края верхнего снимка с одновременным наблюдением расхождения между одноименными точками обоих снимков. Перемещая верхний снимок, добиваются такого положения, чтобы не совмещения контуров распределялись симметрично относительно обоих снимков.

рис. 4 Порез снимков

2.4 Ориентирование и обработка снимков на универсальных стереокомпараторах (СК 18*18)

Стереокомпаратор -- прибор предназначенный для измерения координат X,. Y точек на снимках. Конструктивно стереокомпаратора подразделяются на приборы с раздельным (независимым) перемещением кареток левого и правого снимков и совместным (зависимым). В первом случае измеряют координаты X, Y одноимённых точек на обеих снимках, во втором -- координаты точки на одном из снимков и продольный р и поперечный q параллаксы (параллаксы -- это разности координат, измеренных для одноимённой точки на соседних снимках: продольный -- разность абсцисс, поперечный -- разность ординат).

Рис. 5 Схема стереокомпаратора

Принципиальная схема прибора представлена на рис. 5. На массивной станине 1 при помощи штурвала Ш_х вдоль оси хх прибора перемещается общая (главная) каретка 2, на которой помещены снимкодержатели со снимками L и R. Правый снимкодержатель R, в свою очередь, расположен на параллактической (дифференциальной) каретке, которая при помощи винтов продольных р и поперечных q параллаксов может перемещать правый снимок относительно левого соответственно вдоль осей хх и zz прибора. Каждый из снимкодержателей может вращаться в своей плоскости на углы ? i и а₂.

Измерения снимков на стереокомпараторе осуществляют стереоскопически по способу мнимой марки (имеющей вид точки, кружка, перекрестия и т.п.), изображения Ml и М2 которой вводятся в левую и правую ветви бинокулярной оптической системы, состоящей из подвижной части 3 и неподвижной 4.

Штурвал Ш₂ служит для перемещения подвижной части бинокулярной системы относительно снимков вдоль оси zz прибора, которая перпендикулярна направляющим хх общей каретки.

Рис. 6 Стереокомпаратор СК 18x18

При измерении снимков левая измерительная марка Mi штурвалами Ш_х и Ш₂ вначале приближенно совмещается с точкой левого снимка, а правая марка М винтами р и q - с соответственной точкой правого снимка. Далее оба снимка совместно рассматривают через бинокулярную систему стереокомпаратора и наблюдают стереоскопическую модель сфотографированного объекта, а также одно пространственное изображение марки. Дополнительными вращениями штурвалов Ш_х и IH_Z добиваются совмещения пространственной марки с заданной точкой стереомодели. По шкалам стереокомпаратора берут отсчет абсциссы Х\ и аппликаты Ъ\ точки на левом снимке, а также продольный р и поперечный q параллаксы с точностью 0,01-0,001 мчянм в зависимости от класса точности прибора.

В соответствии с рассмотренной принципиальной схемой в разных странах выпущен ряд моделей стереокомпараторов, различающихся только конструктивными особенностями.

Широкое распространение имеет стереокомпаратор СК 18x18, на котором можно измерять фотоснимки размеров до 18x18 см (рис. 6). Прибор отличается тем, что его бинокулярная система 1 состоит из двух частей - окулярной неподвижной и объективной подвижной, причем последняя расположена внутри прибора - под снимкодержателями. Все направляющие прибора и ходовые винты скрыты в корпусе и защищены от механических повреждений и пыли. Снимки освещаются сверху лампами дневного света 4 и 7. Цена наименьших делений шкал 3 (хП) и 2 (zD) составляют 10 мкм; продольного' параллакса 6 (pD) ~ 1 мкм; поперечного параллакса 5 (qD) - 2мкм.

Увеличение наблюдательной системы 8х. Масса прибора 132 кг. Этот стереокомпаратор относится к неавтоматизированным.

2.4.1 Внутреннее ориентирование

Внутреннее ориентирование снимков заключается в установке снимков в проектирующих камерах универсального стереокомпаратора по элементам внутреннего ориентирования. В результате этого главная точка снимка совпадет с главной точкой проектирующей камеры, а фокусное расстояние проектирующей камеры станет равно фокусному расстоянию снимка.

Следует иметь в виду, что фокусное расстояние снимка и АФА могут отличаться из-за деформации снимка после фотообработки и хранения. Если главные точки снимка и проектирующей камеры достаточно точно совпадают с пересечением линий, соединяющих координатные метки, то внутреннее ориентирование снимков сводится к его установке по координатным меткам (центрированию) и к установке фокусного расстояния проектирующей камеры, равного фокусному расстоянию снимка, В результате внутреннего ориентирования восстанавливается связка проектирующих лучей, подобная связке, существовавшей при съемке.

Если внутреннее ориентирование выполнено не достаточно точно, то связка проектирующих лучей исказится, в результате этого стереомодель деформируется и, следовательно, координаты и отметки точек получают с определенными ошибками, зависящими от ошибокустановки снимков в проектирующих камерах стереоприбора. Очевидно, что снимки в проектирующих камерах следует устанавливать с такой точностью, чтобы погрешность определения координат стереомодели не превышала определенного допуска, который устанавливается, или исходя из возможной точности измерений, или из допуска к определению пространственных координат X, Y, Z.

Внутренние элементы ориентирования определяют положение центра проекции (объектива) относительно плоскости аэронегатива. К ним относятся:

1. Главное расстояние f аэро фотоаппарата. Величину f периодически определяют в лаборатории с ошибкой не более ± 0,01 мм.

2. Координаты X» и У& главной точки аэронегатива, определяемые при помощи его координатных осей. Положение последних на аэронегативе (аэроснимке) получается по координатным меткам. Эти метки автоматически отпечатываются в момент фотографирования в виде геометрических фигур той или иной формы (рис. 7). Если диаметрально противоположные метки соединить, то пересечение линий даст начало плоской координатной системы аэронегатива. Метки стремятся устанавливать в фотоаппарате так, чтобы начало координат и главная точка аэронегатива совпадали. В большинстве случаев несовпадение этих точек бывает весьма незначительно, а потому часто им пренебрегают, особенно в контурной и комбинированной аэросъемке.

рис. 7 Координатные метки Биссектрисы углов, образуемых диагоналями, или непосредственно линии, соединяющие метки, дают оси абсцисс и ординат. Положение этих осей на аэронегативе постоянно, в то время как положение главной вертикали и главной горизонтали изменяется в зависимости от ориентирования аэронегатива в пространстве.

2.4.2 Взаимное ориентирование снимков

Как уже отмечалось, результатом выполнения взаимного ориентирования снимков является построение геометрической модели объекта в масштабе базиса проектирования. Построение геометрической модели соответствует условию пересечения всех соответствующих проектирующих лучей стереопары снимков, т.е. выполнению условия, которое означает отсутствие видимого поперечного параллакса, т.е, двоения контуров по оси у, в пределах всей построенной модели.

Элементы взаимного ориентирования аэронимков - величины, определяющие взаимное расположение снимков при фотографировании, и через базис фотографирования b - расстояние между центрами проектирования аэроснимков.

Элементами взаимного ориентирования аэроснимков являются: взаимный продольный угол наклона аэроснимков, взаимный поперечный угол наклона аэроснимков, взаимный угол разворота аэроснимка, дирекционный угол базиса фотографирования, образованный отвесной базисной плоскостью с плоскостью координат XZ, и угол наклона базиса фотографирования к горизонту.

Элементы взаимного ориентирования определяются для установки по ним аэроснимков в топографических сереометрах, для определения условных точек надира, для пространственной фототриангуляции. Рассмотрим технику определения этих элементов по поперечным параллаксам, измеренным при помощи стереокомпаратора.

Аэронегативы стереопары укладывают в кассеты стереокомпаратора и ориентируют по начальным направленям. Затем стереоскопически совмещают пространственную марку с точкой стереомодели, соответствующей главной точке левого аэронегатива, и снимают отсчеты по шкалам X, Y и q, Таким же образом получают отсчеты и для точки стереомодели, соответствующей главной точке правого аэронегатива. Если все сделано правильно и точно, то отсчеты по шкале Y в обоих случаях должны быть одни и те же (допускается оасхождение не более 0,03 мм).

рис. 8 Положение точек

положение стандартных точек находят по наперед подобранным установочным величинам. Так, для точек 3 и 5 (см. рис. 8) отсчеты X берут равными отсчету для левой главной точки 1, а отсчеты Y устанавливают равными +60 или +70 мм (удобнее постоянное число). Для точек 4 и 6 отсчеты X берут равными отсчету для правой главной точки 2, а отсчеты Y принимают такие же, как и для точек 3 и 5.

Для измерений искомых величин для точки 3 устанавливают по шкале X сделанный ранее отсчет левой главной точки, а по шкале У увеличивают прежний отсчет той же точки на выбранную величину +у (допустим, 70 мм). Затем, работая только винтами р и q, совмещают пространственную марку с поверхностью стереомодели. Это и будет точка 3, для которой делают отсчет по шкале q. Таким же образом поступают с точками 4, 5 и 6.

Принимая за начальный отсчет, сделанный по шкале винта Я± для точки 1, вычитают его из всех остальных отсчетов q и получают значения поперечных параллаксов для всех стандартных точек. Величину базиса b определяют как разность отсчетов, сделанных по шкале X для точек 1 и 2 после совмещения с ними пространственной марки.