Создание цифрового-топографического плана

- нивелирование IV класса выполняется нивелирами, имеющими увеличение трубы не менее 25х, цену деления уровня не более 25” на 2 мм;

- перед началом полевых работ должны выполняться полевые поверки и исследования нивелиров, а также компарирование реек;

- рейки для нивелирования IV класса применяются двусторонние шашечные, отсчеты по черным и красным сторонам реек производят по средней нити. Для определения расстояний от нивелира до реек производятся отсчеты по дальномерным нитям по черным сторонам реек;

- расхождение значений превышения на станции, определенного по черным и красным сторонам реек, допускается до 5 мм;

- невязки в ходах между исходными пунктами и в полигонах должны быть не более 20 (мм) при числе станций менее 15 на 1 км хода и 5 (мм) при числе станций более 15 на 1 км хода, где L - длина хода (полигона) в км; n - число станций в ходе (полигоне).

Геометрические построения для этого выполнены на рис. 1.2.

1', 2' места, установки теодолитов;

1,2 - центры знаков на земной поверхности;

1"2" - проекции точек 1 и 2 на поверхность квазигеоида;

1°,2° проекции точек 1 и 2 на поверхность референц-эллипсоида;

1С, 2С- нормали к поверхности референц-эллипсоида, проходящие через точки 1 и 2 соответственно;

1G, 2G - отвесные линии проходящие через точки 1 и 2;

Z₁₂, Z₂₁ - зенитные расстояния точек 1 и 2, отнесенные к нормалям референц-эллипсоида в этих же точках;

z₁₂, z₂₁ - измеренные в точках 1 и 2 зенитные расстояния;

дz₁₂, дz₂₁ - величины углов земной рефракции в точках 1' и 2' по направлению 1-2.

На рис. 1.2 показано, что нормали и отвесные линии пересекаются в точке С и G. На самом деле этого не происходит, точки. С и G надо рассматривать как пересечение проекций линий 1С, 2С, 1G, 2G, на плоскость чертежа, совпадающую с плоскостью нормального сечения с точки 1 на точку 2.

Для упрощения обозначим отрезок 11' представляющий высоту инструмента в точке 1 через i₁, а 22' через i₂. Примем, что высоты инструментов и визирных целей на этих точках равны между собой, то есть i₁ = l₁ и i₂ = l₂.

Отрезки 11' и 22', характеризующие абсолютные отметки точек 1 и 2 в системе нормальных высот, обозначим через Н₁ и Н₂ соответственно.

Высоты точек 1 и 2 над поверхностью референц-эллипсоида равные 11° и 22° обозначим через Q₁ и Q₂, а высоты квазигеоида над поверхностью референц-эллипсоида в этих же точках обозначим через ж₁ и ж₂.

Проекцию линии 12, изображенную дугами 1°2° ? 1"2", на поверхности относимости обозначим через S . Длины этих дуг с точностью до малых величин третьего порядка относительно сжатия принятого эллипсоида можно считать равными длине дуги окружности с радиусом R, определяемым по формуле:

R = (1.7)

где N - радиус кривизны первого вертикала,

А₁₂ - азимут линии 12, а величина

з = e'cos²Bm

где e' - второй эксцентриситет эллипсоида,

Bm - средняя широт точек 1 и 2.

Значения высот по отвесным линиям и нормалям к референц-эллипсоиду можно принимать практически одинаковыми. Разница этих высот в самом неблагоприятном случае, при Н = 7 км, не превышает 0,2мм.

В системе нормальных высот для одностороннего тригонометрического нивелирования имеем:

h₁₂ = S ctg(z₁₂ + дz₁₂) + + i₁ - l₂ + (U₁₂ - U₂₁)S + ДЕ₁₂ (1.8)

а для двухстороннего:

h₁₂=S tg+ + - +S + ДЕ₁₂ (1.9)

где U₁₂ = z₁₂ - Z₁₂ , U₂₁ = z₂₁ - Z₂₁ - наблюдаемые в точках 1 и 2 уклонения отвесных линий в плоскости нормального сечения линий 12;

Um - среднеинтегральное значение уклонения отвеса по линии 12;

ДЕ - поправка за переход от измеренной разности высот к разности нормальных высот точек 1 и 2, вычисляемые по формуле:

ДЕ = - (Н₁ - Н₂)(В₂ - В₁)sin2Bm , (1.10)

где g - измеренная сила тяжести в точках линии 12;

г - нормальная сила тяжести;

В₁₂ - геодезические широты точек 1 и 2;

Bm - среднее значение широты линии 12;

Н₁,₂ - абсолютные высоты точек 1 и 2 в км.

К формулам (1.8) и (1.9) необходимо прибавить величину Дh = .

Погрешность вычисления превышений по формулам (1.8) и (1.9) за счет неучета Дh менее 1,5 мм лишь при превышениях h<100 м, тогда как при h>100 м ее величина возрастает пропорционально квадрату превышения.

Прогресс в области электрооптических измерений позволил осуществлять измерения длин линий с высокой точностью.

Подбираем цифровой нивелир серии DL-101C/102C с погрешностями нивелирования 0,4 мм/1,0 мм, которые увеличивают скорость, точность и производительность полевых работ.

2.Сущность основных методов цифровой и аналитической фототриангуляции

2.1 Маршрутная фототриангуляция методом назависимых моделей

Основные этапы построения ПФТ методом независимых моделей[2]:

1) предварительная обработка результатов измерений координат точек снимков. Осуществляется переход от отсчётов, полученных при измерении снимков на приборе, к плоским координатам точек снимков x, y и учет всех систематических ошибок в координатах точек снимков (за дисторсию объектива АФА, деформацию фотоматериала, рефракцию световых лучей и др.);

2) взаимное ориентирование снимков.

На данном этапе определяются элементы взаимного ориентирования снимков в базисной системе ().

В качестве исходного уравнения используется условие компланарности соответствующих лучей в базисной системе:

, (1.1)

где - пространственные координаты точек левого и правого снимков. В уравнении (1.1) известными будут , неизвестными являются элементы взаимного ориентирования .

, (1.2)

где - плоские координаты точек снимков;

- направляющие косинусы, являющиеся функциями элементов взаимного ориентирования снимков;

- элементы внутреннего ориентирования снимков.

На основе (1.1) получим уравнение вида

(1.3)

Уравнение (1.3) не линейны по отношению к элементам взаимного ориентирования снимков. Их решают итерационным методом, предварирительно приведя их к линейному виду разложением в ряд Тейлора, ограничиваясь производными первого порядка малости;

3) определение фотограмметрических координат точек одиночных моделей. Выполняется по формулам прямой фотограмметрической засечки:

(1.4)

, (1.5)

где - трансформированные координаты точек левого снимка,

- трансформированный продольный параллакс.

. (1.6)

. (1.7)

1) подсоединение независимых моделей.

На данном этапе перевычисляются координаты точек в единую систему координат всей сети. Обычно в качестве системы координат маршрутной сети принимают фотограмметрическую систему координат первой модели маршрута. Для подсоединения моделей используются координаты связующих точек.

В качестве исходного принимается уравнение связи координат точек последующей модели с предыдущей:

, (1.8)

где - координаты точек в системе координат маршрутной модели (сети); - координаты этих же точек в системе координат последующей модели;

- матрица направляющих косинусов, вычисленных через углы ;

t -масштабный коэффициент;

- координаты начала системы координат последующей модели в системе координат маршрутной сети.

Этап подсоединения модели состоит из двух процессов. Сначала вычисляются , а известными будут .

Затем вычисляются координаты точек присоединяемой модели в системе координат маршрутной сети. Известными будут и координаты точек модели, полученные по формулам (1.4). По формулам (1.9) вычисляются координаты присоединяемой модели в системе координат маршрутной сети.

2) внешнее ориентирование сети.

На данном этапе перевычисляются координаты точек сети в заданную внешнюю систему координат. Необходимо минимум три опорных точки.

Для внешнего ориентирования сети используются координаты X, Y, Z опорных точек и уравнения вида:

. (1.9)

где координаты начала системы координат сети;

фотограмметрические координаты точек сети;

геодезические координаты точек местности.

В начале известны координаты опорных точек в геодезической системе и фотограмметрические координаты этих точек, полученные из уравнивания сети. В качестве неизвестных выступают 7 элементов ориентирования геодезической сети: .

Определив 7 этих неизвестных, будут определяться геодезические координаты всех точек сети ПФТ.

3) исключение деформации сети.

Деформацию сети ПФТ можно описать различными полиномами.

Например, обобщённого типа:

, (1.10)

где - это коэффициенты деформации, - геодезические координаты точек сети, полученные на этапе 5 из геодезически ориентированной сети.

Из-за деформации сети после ее геодезического ориентирования на опорных точках будут получены расхождения координат :

(1.11)

Исключение деформации сети состоит из 2 процессов: сначала будут известны , опорных точек, неизвестными будут коэффициенты , а исходными для определения коэффициентов будут уравнения (1.10).

После определения коэффициентов деформации вычисляется величина разности координат характеризующие деформацию сети для всех точек сети по формулам (1.10).

Затем вычисляются исправленные координаты точек сети:

. (1.12)

2.1.1 Построение блочных сетей фототриангуляции методом связок

Наиболее строгим методом построения блочных сетей пространственной фототриангуляции аналитическим и цифровым способами по сравнению с методом независимых моделей является метод связок[2]. В основе метода связок лежат уравнения коллинеарности проектирующих лучей:

, (1.13)

В уравнении будут известны f, x₀, y₀,x, y. Неизвестны элементы внешнего ориентирования снимков , также X, Y, Z - координаты точек сети ПФТ.

Уравнения (1.13) нелинейные и решаются итерационным методом.

На основе (1.13) имеем уравнение поправок вида:

, (1.14)

Уравнения (1.14) решаются по методу наименьших квадратов.

l_x и l_y - свободные члены, вычисляемые по формулам:

, (1.15) где

- вычисляются по формулам (1.13) подстановкой в них приближённых значений неизвестных .

Достоинством метода связок является то, что сеть строится и уравнивается одновременно для всех точек, входящих в блок, а также поправки находятся непосредственно к измеренным величинам, что обеспечивает более высокую точность построения сети. Недостатками этого метода являются: сложность задания приближённых значений неизвестных (для решения этой проблемы можно предварительно уровнять сеть менее строгим методом, а её результаты использовать в качестве приближённых значений), должны отсутствовать грубые ошибки, должны быть исключены систематические ошибки (или сведены к минимуму).

2.1.2 Построение блочной сети фототриангуляции объединением одиночных моделей

Этот метод основан на том[2], что сначала по каждой стереопаре, входящей в блок, строятся независимые одиночные модели, каждая из которых имеет свой масштаб и свою систему координат.

В процессе уравнивания моделей в блоке, все независимые модели приводятся к определенному масштабу и в единую пространственную систему координат на основе совместного внешнего ориентирования моделей.

Исходным является уравнение:

, (1.16)

где i - номер модели, - элементы внешнего ориентирования для каждой модели. Исходными данными для формирования блока из независимых моделей служат , и . Используются условия равенства 0:

- разностей координат опорных точек, полученных из фототриангуляции и из полевых геодезических работ:

- уклонений координат центров проектирования, полученных из ПФТ и зафиксированных в полете с помощью бортовых приборов;

- расхождений координат связующих и общемаршрутных точек, лежащих в зоне поперечного перекрытия снимков соседних маршрутов.

Эти уравнения будут составляться для опорных точек и центров фотографирования.

Для связующих точек, расположенных в зоне тройного продольного перекрытия снимков и общемаршрутных точек, расположенных в зоне поперечного перекрытия снимков будут составляться уравнения вида:

(1.17)

Уравнения (1.16) и (1.17) решаются совместно. В результате решения определяются: , по которым далее по формулам (1.16) определяются координаты X, Y, Z в системе координат блочной сети.

Достоинством этого метода является то, что он проще в реализации, а недостатком - он менее строг с точки зрения уравнивания, чем метод связок.

2.1.3 Построение блочной сети фототриангуляции объединением независимых маршрутных моделей

Сущность данного метод заключается в том[2], что объединяются независимые маршрутные сети (построенные допустим методом независимых и частично зависимых моделей). Маршрутные сети предварительно внешне ориентированы в единой пространственной прямоугольной системе координат блока. В основе объединения маршрутных сетей в единый фототриангуляционный блок используется равенство нулю: 1) разности геодезических координат полученных из геодезии и ПФТ дгеод; 2) уклонений координат центров фотографирования, полученных из фототриангуляции и зафиксированных в полёте с помощью бортовых приборов дборт;

3) расхождений координат общемаршрутных точек дфот.

Исходными данными для объединения маршрутных сетей в единый блок служат , и .

Уравнивание маршрутных сетей в блоке выполняется одновременно с исключением деформации сетей ПФТ.

, (1.18)

где i - номер маршрутной модели,

C_i - коэффициенты, характеризующие деформацию фототриангуляционной маршрутной сети.

, (1.19)

где R_i - систематическая погрешность показаний бортовых навигационных приборов;

(1.20)

Уравнения (1.19) - (1.20) решаются совместно, из которых определяются неизвестные C_i и R_i.

На втором этапе для всех точек маршрутных сетей вычисляются велечины поправок

(1.21)

Вид функции (1.21) определяется типом выбранных для уравнивания полиномов .После вычисления можно найти исправленные координаты точек сети:

(1.22)

Достоинством данного метода является то, что он проще в реализации, легче выявлять грубые ошибки в координатах общемаршрутных точек, а также результаты ПФТ по данному методу можно использовать в качестве приближённых значений неизвестных. Недостаток жёсткие требования к расположению опорных точек и их числу, также уравниваются функции от измеренных величин, а не сами измеряемые величины.

2.2 Особенности цифровой фототриангуляции

Пирамиды изображений для хранения цифровых изображений.

При обработке цифровых изображений[7] при ПФТ часто возникает необходимость просмотра снимков в уменьшенном масштабе. Для этих целей в программах ПФТ посчитанные один раз изображения уменьшенного масштаба, записываются и хранятся на диске во время всего сеанса обработки в виде «пирамид изображений». В этом случае информационное поле описывается упорядоченным набором изображений, располагаемых одно над другим.

Для формирования пирамиды изображений исходный цифровой снимок разбивается на блоки (обычно 2 х 2 пикселя). Для каждого блока вычисляется среднее арифметическое значение яркости, которое и будет присвоено пикселю для данного блока на следующем уровне пирамиды. Эта процедура повторяется необходимое число раз. Каждое последующее изображение пирамиды будет иметь разрешение в 2 раза меньше предыдущего, а занимаемый объём памяти соответственно в 4 раза

Хранение пирамид изображений оправдано, так как увеличевает скорость обработки.

Тайловая структура организации данных цифровых изображений.

В качестве модели организации данных цифровых изображений[7] используется тайловая структура, которая заключается в следующем:

Исходное изображение делится на блоки (тайлы), размер которых фиксирован.

При необходимости обработки конкретного участка изображения осуществляется перемещение на данный адрес и считывается нужный файл. Эта организация данных позволяет быстро считывать с диска и отображать на экране отдельные участки изображения.

Реляционная модель организации данных.

Для обеспечения гибкости сбора данных и хранения результатов измерения координат точек снимков в современных программных продуктах используется реляционная модель данных[7].

Таблица 1 «Сведения о точках сети»		Таблица 2 «Сведения о снимках»
Номер точки		Идентификатор снимка
X,Y,Z		Элементы внешнего ориентирования снимка
Описание точки		Другие параметры

Таблица 3 «Сведения о точках снимка»
Номер точки
Идентификатор снимка
Измеренные х,у
Другие параметры

Таблица 1 служит для хранения номеров и координат опорных, контрольных и связующих точек (номера точек не должны повторяться).

Таблица 2 служит для хранения информации о снимках, используемых в обработке. В качестве данных выступают идентификатор снимка, элементы внешнего ориентирования, результаты внутреннего ориентирования снимка и т.п.

В таблице 3 хранятся непосредственно измеренные координаты точек снимков х,у. Каждому измерению х,у в этой таблице соответствует номер измеряемой точки и идентификатор снимка, на котором производилось измерение.

Такая организация данных позволяет однозначно сопоставить каждому измерению соответствующую точку местности (сети) и снимок, на котором выполнено измерение. Она позволяет хранить «бесконечное» число опорных, контрольных, связующих точек и результатов измерения их координат.

Алгоритмы автоматического отождествления соответственных точек снимков.

Ключевым алгоритмом автоматизации фотограмметрических измерений является поиск соответственных точек на паре снимков[7].

В соответствии с методами представления видеоинформации все множество алгоритмов отождествления можно разделить на три класса:

- алгоритмы площадного сопоставления (ABM), основанные на сравнении двумерных функций изображений;

- алгоритмы, базирующиеся на сопоставлении структурных описаний (FBM);

- алгоритмы, в основе которых лежит разложение функции изображения по некоторому базису.

Рассмотрим подробнее первую группу. Здесь в качестве примитивов (элементов описаний), участвующих при сопоставлении двух изображений служат пиксели. Точность этих алгоритмов составляет от 0,1 до 0,2 размера пикселя. Они чувствительны к изменению радиометрических и геометрических свойств изображения, требуют больших вычислительных затрат и характеризуются большой вероятностью грубой ошибки в областях расположения высотных объектов и плохих или повторяющихся структур. Примерами площадных алгоритмов являются алгоритм взаимной корреляции и метод наименьших квадратов. Критерием подобия для этих алгоритмов соответственно служат коэффициент взаимной корреляции и сумма квадратов разностей значений яркостей сопряженных участков изображений.

Mетод взаимной корреляции.

Суть метода заключается в вычислении функции взаимной корреляции, которую для дискретных функций можно записать в виде:

(1.23)

где p и q - продольный и поперечный параллаксы на изображении f₂(x, y).

M и N - соответственно ширина и высота образца или пределы, в которых определена функция f₁(x,y).

Функция взаимной корреляции обладает следующими свойствами:

1)

2) если f₁(x,y) и f₂(x-p,y-q) независимы, то C(p, q)=0;

3) C(p,q)=1 тогда и только тогда, когда существует такое число b0, что .

Фактически алгоритм отыскания соответствия между функциями f₁(x,y) и f₂(x-p, y-q) сводится к нахождению таких p₀ и q₀, при которых функция C(p, q) максимальна.

Преимущество этого метода простота реализации.

К недостаткам алгоритма взаимной корреляции относятся:

- большой объем вычислений;

- алгоритм устойчиво работает только при следующих условиях: снимаемая местность плоская, взаимные углы наклона и разворота снимков не превышают 20-30, а разномасштабность снимков менее 20-30%.

Метод наименьших квадратов

Для метода наименьших квадратов в качестве критерия подобия служит функция суммы квадратов разностей между яркостями пикселей двух изображений.

Пусть на ограниченном участке (x[-M/2, M/2], y[-N/2, N/2]) между функциями f₁ и f₂ существует зависимость:

(1.24)

Для определения искомых величин p₀ и q₀ составим функцию:

(1.25)

Данную функцию решаем под условием минимума:

, (1.26)

Если известны приближенные значения неизвестных параметров (), то раскладывая функцию(1.25) в ряд Тейлора и ограничиваясь величинами первого порядка малости получаем линейное уравнение относительно неизвестных p₀ и q₀:

(1.27)

В результате приходим к системе уравнений поправок:

 (1.28)

где A - матрица коэффициентов уравнений поправок;

X - вектор-столбец поправок к приближенным значениям неизвестных (p₀ и q₀);

V - вектор невязок уравнений, который характеризует величины шумовых составляющих.

От системы уравнений поправок переходим к системе нормальных уравнений:

(1.29)

где и .

После определения p₀ и q₀ уточняют значения искомых параметров p₀ и q₀ и затем выполняют следующую итерацию. Этот процесс повторяется до получения требуемой точности вычисления неизвестных.

Алгоритм наименьших квадратов по сравнению с методом взаимной корреляции обладает рядом следующих преимуществ.

Во-первых, метод наименьших квадратов позволяет оценить точность определения искомых параметров. Для оценки точности используют среднюю квадратическую ошибку (СКО) единицы веса, которая будет характеризовать влияние шумовых составляющих и качество образца, и СКО определения параметров p₀ и q₀, характеризующие точность отождествления соответственно по осям x и y. Значение СКО единицы веса определяется по известной формуле:

(1.30)

где n - количество уравнений поправок, а k - количество неизвестных.

СКО определения неизвестных p₀ и q₀ выражаются формулами:

(1.31)

где и - соответствующие диагональные элементы обратной матрицы нормальных уравнений.

Во-вторых, метод наименьших квадратов позволяет вести не глобальный поиск соответственной точки, подставляя все возможные значения p и q, как в методе взаимной корреляции, а вдоль направления градиента функции.

В-третьих, как показывает практика, из всех разработанных алгоритмов отождествления метод наименьших квадратов дает наилучшие результаты в отношении точности.

В-четвертых, геометрические ограничения, накладываемые на положение и ориентацию снимков относительно плоскости объектов, несколько ослаблены при использовании метода наименьших квадратов по сравнению с методом взаимной корреляции.

К недостаткам метода наименьших квадратов следует отнести:

- алгоритм, как и все методы площадного отождествления, устойчиво работает только при незначительной разномасштабности и взаимных углах наклона и разворота снимков;

- для получения корректного решения требуется достаточно точно задать параметры p₀ и q₀.

Широкое распространение на практике получили следующие программные продукты цифровой фототриангуляции:

1) Softplotter фирмы Vision;

2) DPW фирмы Leica;

3) Imagine Station фирмы Intergraph;

4) Match AT - первая программа полностью автоматической ПФТ;

5) Helava Automated Triangulation System;

6) Phodis AT.

Среди российских ЦФС, в которых реализована программа цифровой ПФТ, распространение получили:

1) ЦФС Photomod фирмы Ракурс;

2) Talka, разработанная институтом проблем управления РАН;

3) ЦНИИГАиК.

Они имеют различные алгоритмы и способы реализации, высокую скорость обработки данных, удобный пользовательский интерфейс, гибкость и универсальность, возможность интерактивного режима работы оператора на всех этапах технологических процессов построения сети. По уровню автоматизации все программы ЦФТ делятся на: автоматические и полуавтоматические.

Основными технологическими процессами, которые существуют в любой программе цифровой фототриангуляции [7] являются:

1) создание проекта;

2) внутреннее ориентирование снимков;

3) измерение координат точек снимков;

4) предварительное построение сети;

5) уравнивание сети;

6) оценка точности построения сети.

2.3 Технология создания блочной сети фототриангуляции на ЦФС “Фотомод”

2.3.1Краткая характеристика ЦФС «Фотомод»

Цифровая фотограмметрическая система PHOTOMOD предназначена для решения полного комплекса задач от создания блока изображения до построения моделей рельефа, создания цифровых карт местности и ортофотопланов. Система PHOTOMOD включает средства обработки аэрофотоснимков и сканерных изображений, полученных с помощью различных сенсоров таких, например, как IKONOS, QuickBird, SPOT, ASTER или IRS.

Система PHOTOMOD производится российской компанией Ракурс (Москва) и динамично развивается, начиная с версии 1.1, выпущенной в 1994 году.

Система цифровой фотограмметрии PHOTOMOD включает следующие основные модули[5]:

- PHOTOMOD Montage Desktop - создание и управление проектами

- PHOTOMOD AT - сбор данных и измерения при обработке блока изображений

- PHOTOMOD Solver - уравнивание сети фототриангуляции

- PHOTOMOD StereoDraw - 3D векторизация в стереорежиме по стереопаре

- PHOTOMOD StereoVectOr - параллельная работа с картой формата PHOTOMOD VectOr в окнах StereoDraw (3D векторизация) и VectOr (векторизация по ортофото и редактирование карты)

- PHOTOMOD DTM - построение моделей рельефа, горизонталей по стереопаре

- PHOTOMOD Mosaic - построение ортофотопланов

- PHOTOMOD VectOr - создание и вывод на печать цифровых карт

- PHOTOMOD ScanCorrect - исправление искажений, вносимых в исходные изображения при использовании планшетных сканеров

2.3.2 Основные процессы технологии построения блочной сети фототриангуляции на ЦФС «Фотомод»

Структурой данных системы PHOTOMOD является[5] проект, который содержит все необходимые файлы для работы - изображения, модели рельефа, трёхмерные векторные объекты, таблицы баз данных модуля PHOTOMOD AT и многое другое. В терминологии системы PHOTOMOD эти файлы называются ресурсами. Каждый ресурс имеет идентификатор, который однозначно указывает на него во всей системе. Идентификатор - это строка специального формата не изменяемая пользователем. У каждого ресурса есть имя, задаваемое пользователем. В отличие от идентификатора, имя может совпадать у нескольких ресурсов или вообще отсутствовать. Также система хранит для каждого ресурса его размер, даты создания и последнюю модификацию, а также тип и подтип.

Ресурсы хранятся в созданных при настройке конфигурации системы хранилищах, которые могут быть расположены на различных локальных машинах. Хранилище представляет собой каталог на диске, где в виде файлов лежат данные ресурсов.

Хранилище может быть локальным, если оно расположено на диске данного компьютера или удалённым, если оно доступно через сеть Microsoft Windows.

Для создания хранилища ресурсов нажимают кнопку “добавить хранилище” в Панели управления PHOTOMOD.

Система PHOTOMOD производит обработку проекта в 4 этапа: формирование сети, измерение сети, уравнивание сети, обработка сети.

На этапе формирования сети производится ввод маршрутов и изображений блока. При необходимости изображения могут быть развёрнуты или переставлены в пределах маршрута. В данном случае использовались снимки масштаба 1:12000. Для удобной работы на этапе формирования блока используется окно “Схема блока”. Для формирования блока используются следующие операции: добавить маршрут, удалить маршрут, перемещение маршрута «вверх» по схеме, перемещение маршрута «вниз» по схеме, поворот/отражение всех изображений маршрута, переставить снимки маршрута в обратном порядке, добавить изображение, удалить изображение, переместить изображение «влево», переместить изображение «вправо».

Для перехода на этап “Измерение сети” необходимо нажать зелёную стрелку в левой части панели” Формирование сети” окна Диспетчер проекта. На этапе “Измерение сети” запускается модуль PHOTOMOD AT, в котором происходит подготовка данных для уравнивания сети фототриангуляции. Обработка проекта в модуле PHOTOMOD AT включает внутреннее ориентирование, измерение координат х, у опорных точек, измерение межмаршрутных связей и взаимное ориентирование.

Внутреннее ориентирование выполняется для вычисления значений параметров, определяющих положение и ориентацию системы координат снимка относительно системы координат исходного цифрового изображения. Кроме того, при внутреннем ориентировании могут быть определены параметры, описывающие систематическую деформацию снимка. Значения параметров, определённых в результате выполнения внутреннего ориентирования, используются для преобразования измерений из системы координат исходного цифрового изображения в систему координат снимка.

При внутреннем ориентировании измеряются координатные метки. Измерения можно проводить в ручном, полуавтоматическом или автоматическом режиме.

Автоматическое внутреннее ориентирование заключается в поиске аналогичных объектов - координатных меток на всех снимках блока. Выбранная Область поиска должна быть достаточно велика для случаев неравномерной нарезки снимков (когда соответствующие координатные метки на разных снимках находятся на разном расстоянии от края изображения). Область метки должна захватывать изображение метки полностью. Области метки и поиска отображаются прямоугольниками как в основном окне с изображением диалога Внутреннее ориентирование, так и в окне-«линзе». Изображение, для которого внутреннее ориентирование было выполнено вручную, является эталоном.

После измерения координат меток производится внутреннее ориентирование по одному, из вариантов преобразования:

- поворот, масштаб, сдвиг;

- аффинное;

- проективное.

Внешнее ориентирование и исключение деформации сети триангуляции осуществляется с помощью измерения координат опорных точек.

Для построения сети пространственной фототриангуляции на стереопарах, помимо координат опорных точек, необходимо измерить связующие точки, служащие для построения моделей по стереопарам смежных снимков маршрута для объединения их в маршрутные и блочные сети.

Измерение новых связующих точек и точек сгущения может выполняться 3-мя способами:

- добавление точек с помощью коррелятора;

- добавление точек без коррелятора;

- автоматическое добавление точек.

Для перехода на этап “Уравнивание сети” нажмите зелёную стрелку в левой части панели” Измерение сети” окна Диспетчер проекта. На этапе “Уравнивание сети” запускается модуль PHOTOMOD Solver, в котором происходит уравнивание блочной сети фототриангуляции. После выполнения уравнивания блок изображений отображается в 2D окне PHOTOMOD Montage Desktop в соответствии с выбранной системой координат, а в окне Схемы блока помимо маршрутов и изображений отображаются имена стереопар.

На основании поставленных задач при обработке используются модули: PHOTOMOD DTM, PHOTOMOD StereoDraw - 3D, PHOTOMOD StereoVectOr, PHOTOMOD Mosaic, PHOTOMOD VectOr. В ЦФС «Фотомод» для построения сети применяются два способа метод построения блочной сети объединением независимых моделей и объединением независимых маршрутных моделей. Результатами ПФТ являются: элементы внешнего ориентирования снимков, либо координаты точек местности, которые в последствии будут использованы как опорные.

3.Маркшрейдерский раздел

В данном разделе рассматривается маркшейдерско-геодезическое сопровождение устройства фундамента и всех сопутствующих работ.

Приведены способы производства разбивочных работ, начиная от выноса основных осей и заканчивая разбивкой свайного поля. Выбраны приборы и методы ведения геодезических работ.

Вынос проектных отметок необходим перед началом строительства, перед прокладкой инженерных коммуникаций, либо в процессе выполнения ландшафтного дизайна. Чаще подобные работы необходимы при проведении кадастровых работ. Вынос проекта достигается путем вынесения осей строения либо поворотных точек границ земельного участка. Оси закрепляем металлическими кольями, дюбелями либо прокрашиваем краской в зависимости от пожелания заказчика. При этом специалисты отдела руководствуются прежде всего условиями строительства и обеспечением сохранности вынесенных осей.

Вынос проектов в натуру, разбивка основных и монтажных осей, высотных отметок и уклонов производим с помощью встроенного программного обеспечения используемого геодезического оборудования.

Контроль геометрических параметров и качества строительства осуществляется по результатам исполнительных съемок.

Проект сооружения составляем на топографических планах крупных масштабов. Определяем расположение проектируемого сооружения относительно окружающих объектов и сторон света. Кроме того, топографический план определяет общегеодезическую систему координат, задающую положение характерных точек проектируемого сооружения относительно этой системы. Данные мы берём из топогеодезического раздела.

Разбивочные геодезические работы (вынос проекта в натуру) -- это процесс нахождения на местности положения точек сооружения по координатам указанным в проекте.

Компоновка сооружения определяется его геометрией, которая в свою очередь, задается осями. Относительно осей сооружения в рабочих чертежах указываем местоположение элементов сооружения.

Различают главные, основные и промежуточные (детальные) оси.

Главными осями линейных сооружений (дороги, каналы и т.д.) служат продольные оси этих сооружений. В промышленном и гражданском строительстве в качестве главных осей принимают оси симметрии зданий.

Основные оси определяют форму и габаритные размеры зданий и сооружений.

Указанные в проекте сооружения координаты, углы, расстояния и превышения называют проектными.

Высоты плоскостей и отдельных точек проекта задают от условной поверхности. В зданиях за условную поверхность (нулевую отметку) принимают уровень «чистого пола» первого этажа.

Весь процесс разбивки сооружения определяется общим геодезическим правилом перехода от общего к частному. Разбивка главных и основных осей определяет положение всего сооружения на местности, т.е. его размеры и ориентирование относительно сторон света и существующих контуров местности. Детальная разбивка определяет взаимное положение отдельных элементов и конструкций сооружения.

Разбивочные работы -- это комплексный взаимосвязанный процесс, являющийся неотъемлемой частью строительно-монтажного производства, поэтому организация и технология разбивочных работ целиком зависит от этапов строительства.

В подготовительный период на местности строем плановую и высотную геодезическую разбивочную основу соответствующей точности, определяем координаты и отметки пунктов этой основы.

Затем производим геодезическая подготовка проекта для перенесения его в натуру. Геодезическая подготовка проекта предусматривает аналитический расчет элементов проекта, геодезическую привязку проекта, составление разбивочных чертежей, разработку проекта производства геодезических работ.

Аналитический расчет элементов проекта заключается в нахождении по значениям проектных размеров и углов в принятой системе проектных координат основных точек сооружений, элементов планирования и благоустройства (осей проездов, коммуникаций, дорог и т.д.) Все эти расчеты представлены в топогеодезическом разделе. Для этого используют основные чертежи проекта: генеральный план, определяющий состав и местоположение сооружения; рабочие чертежи, на которых в крупных масштабах показаны планы, разрезы, профили всех частей сооружения с размерами и высотами деталей; план организации рельефа; планы и профили дорог, подземных коммуникаций.

Привязкой проекта называют расчеты геодезических данных (разбивочных элементов), по которым проект выносят в натуру от пунктов разбивочной геодезической основы или опорных капитальных строений. Разбивочными элементами служат расстояния, углы и превышения, выбор и расчет которых зависят от принятого способа разбивки.

Результаты геодезической подготовки проекта отображаем на разбивочных чертежах. Разбивочный чертеж является основным документом, по которому в натуре выполняются разбивочные работы, его составляют в масштабах 1:500 ... 1:2000, а иногда и крупнее в зависимости от сложности сооружения. На разбивочном чертеже показываем: контуры выносимых зданий и сооружений, их размеры и расположение осей, пункты разбивочной основы, разбивочные элементы.

Непосредственную разбивку сооружений выполняем в три этапа:

На первом этапе производим основные разбивочные работы. По данным привязки от пунктов геодезической основы находим на местности положение главных и основных разбивочных осей и закрепляем их.

Для проведения разбивочных работ применяем следующие способы: полярных и прямоугольных координат, линейный, угловой и створной засечек, створно-линейный и т.д. Применение конкретного способа разбивки зависит от многих факторов, таких как: геометрия сооружения, расположение пунктов геодезической сети наличие измерительных средств.

Наиболее распространенный способ разбивки, при наличии на площадке строительных осей - способ прямоугольных координат. При этом способе координаты точек здания определяют от ближайших пунктов строительной сетки по вычисленным приращениям абсцисс и ординат. Главные и основные оси служат для последующей детальной разбивки. Детальную разбивку выполняют как правило створно-линейным способом, находя пересечения промежуточных осей с основными.

На выполнение работы по разбивке составляем специальный акт, к которому прилагается исполнительная схема разбивки.

3.2 Вынос промежуточных осей. Разбивка шпунтового ограждения

На втором этапе, проводим детальную строительную разбивку. От закрепленных точек главных и основных осей разбиваем продольные и поперечные оси отдельных строительных элементов и частей сооружения, одновременно определяя уровень проектных высот. Детальная разбивка производится значительно точнее, чем разбивка главных осей, поскольку она определяет взаимное расположение элементов сооружения, а разбивка главных осей -- лишь общее положение сооружения и его ориентирование.

Если главные оси могут быть определены на местности со средней квадратической погрешностью 3-5 см, а иногда и грубее, то детальные оси разбиваем со средней квадратической погрешностью 2-3 мм и точнее.

Третий этап заключается в разбивке технологических осей оборудования. На этом этапе требуется наибольшая точность (в отдельных случаях -- доли миллиметра). Нормы точности на разбивочные работы задаются в проекте или в нормативных документах (СНиП, ГОСТ, ведомственных инструкциях).

Для правильного вынесения объекта на местность требуется также вынос проекта по высоте, при этом необходимо учесть положение уже существующих зданий. Разбивка осей производится на основании разбивочного чертежа, который входит в пакет проектной документации.

Способ разбивки промежуточных осей зависит от числа выносимых на этаж основных осей, которое определяется конструктивными особенностями здания и условиями строительной площадки.

В зданиях большой протяженности и шириной до 18 м, а также в том случае, когда применяем метод вертикального проецирования, можно поэтапно переносить одну продольную ось. В этом случае для разбивки промежуточных осей теодолит центрируем над одной из точек, закрепляющей вынесенную ось, а трубу наводим на вторую точку, находящуюся на противоположном конце оси. Отложив в обе стороны угол 90°, рисками отмечаем направление поперечной оси. Такую же операцию выполняем, перенося теодолит на вторую точку. В створе полученных направлений поперечных осей укладываем ленту, с помощью которой от точек основной оси откладываем расстояния, соответствующие разбиваемым продольным осям. Поперечные оси получаем, откладывая соответствующие расстояния от точек пересечения крайних поперечных и продольных осей. Точность разбивки проверяем измерением углов и расстояний между разбитыми осями.

В крупнопанельных зданиях обычно переносят поперечные оси, служащие границами захваток, или межсекционные оси и одну крайнюю продольную ось.

При разбивке промежуточных осей в каркасных зданиях риски, фиксирующие разбивочные оси, наносим на грани выступающих над перекрытием оголовков колонн. После основных и промежуточных осей на этаже разбиваем все необходимые по условиям монтажа конструкций установочные оси.

При монтаже стеновых панелей для обеспечения контроля за точностью положения за установочные принимаем оси, параллельные основным и смещенные от них на постоянную величину. Для установки панелей наносим три риски, две из которых служат для определения положения панели в поперечном направлении, а одна - в продольном направлении. В каркасных зданиях оси для установки колонн в зависимости от принятого способа выверки могут совпадать с разбивочными осями либо могут быть параллельно смещены на одну и ту же величину.

3.3 Передача высотной отметки

При глубоких фундаментах оси передают на дно котлована с помощью теодолита. Для этого в котловане на глубине до 3 м между осями на обноске 4 натягиваем проволоку, с которой опускаем тяжелые отвесы, и по ним на основании котлована фиксируем шпильками направления и точки пересечения осей фундаментов. От этих точек отмеряем проектное положение наружных граней фундаментов и фиксируют их металлическими штырями.

На краю котлована подвешиваем рулетку с помощью кронштейна, внизу к рулетке прикрепляем груз. Рейки устанавливаем на репере и колышке, забитом на дне котлована. Нивелирование выполняем, как правило, двумя нивелирами, один из которых устанавливаем на дне, а другой - на исходном горизонте. Отсчеты на рулетке берутся по нивелирам одновременно двумя наблюдателями. Рулетка во время снятия отсчётов должна быть неподвижна.

При устройстве котлованов разбивку начинаем с выноса и закрепления на местности створными знаками основных разбивочных осей; в качестве основных разбивочных осей согласно разбивочным чертежам принимаем взаимно перпендикулярные или центральные оси здания. Затем вокруг будущего котлована на расстоянии 2-3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устанавливаем обноску из забитых в грунт деревянных или металлических стоек и прикрепленных к ним досок. Верхнюю грань досок устанавливаем по нивелиру, по возможности на уровне нулевой отметки, после чего на обноску наносим оси и нумеруем их. Размеры котлована поверху, понизу и другие характерные его точки отмечаем колышками или вехами.

При устройстве котлованов производится проверка геодезических данных по рабочим чертежам проекта, разбивка и закрепление в натуре контуров котлована, нивелирование дневной поверхности в пределах контура котлована, передача разбивочных осей и отметок на дно котлована, периодические исполнительные съемки для подсчета объемов земляных масс, окончательная плановая и высотная исполнительные съемки открытого котлована.

По мере углубления котлована его глубину проверяем с помощью визирок от нулевого горизонта. При вынесении точек в глубокий котлован на его дне закладываем геодезические знаки, на которые передаём отметку с рабочего репера, находящегося на поверхности земли. Для этого на бровке устраиваем приспособление из наклонного бруса или кронштейна, к которому прикрепляем стальную рулетку. Нулевой конец рулетки с подвешенным десятикилограммовым грузом погружаем в сосуд, наполненный жидкостью (летом - водой, зимой - керосином или соляркой). Отметку передаём с помощью двух нивелиров, один из которых устанавливаем на бровке, а другой - на дне котлована. Рабочие высоты выемки котлована производятся техническим нивелированием. После зачистки откосов и дна котлована производится исполнительная съемка, как в плане, так и по высоте. В данном случае плановая съемка производится путем промеров с помощью стальной рулетки от разбивочных осей здания, которые закрепляются стальной проволокой, натянутой между конечными осевыми знаками.

Геодезическое обеспечение работ по прокладке подземных сетей производим в следующем порядке: разбиваем оси и закрепляем на них углы поворота и характерные основные точки (камеры, колодцы и т. п.); оси закрепляем обносками с последующим натяжением стальной проволоки; отвесами переносим на дно траншей ось прокладываемой коммуникации. Прокладку инженерных сетей начинаем с пониженных точек для обеспечения стока воды по открытой траншее. Контроль за отрывкой траншеи ведём методом ходовой визирки. Для этого с помощью нивелира и рейки к обноске на определенной высоте прикрепляем две постоянные визирки так, чтобы верхняя грань давала прямую линию, параллельную линии уклона траншеи, а между постоянными визирками можно было перемещать ходовую визирку (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Разбивка осей траншеи и перенос отметок на ее дно: 1 - визирка постоянная; 2 - визирка ходовая; 3 - обноска

Для линейно-протяженных сооружений (например, для коллектора) устраиваем только поперечные обноски, которые располагаем на прямых участках через 50 м, на закруглениях - через 20 м. Обноску устраиваем также на всех пикетах и точках перелома профиля.

Разбивка котлованов под столбчатые фундаменты ведется по разбивочным основным и вспомогательным осям, в створе которых намечаются центры столбчатых фундаментов. От центров фундаментов производим разбивку контура котлована.

При разбивке траншей под ленточные фундаменты от основных осей здания вправо и влево откладываем величины, указанные топогеодезическом разделе, которые в сумме составляют ширину подошвы фундамента. При устройстве ленточных фундаментов ступенчатого типа ширина траншеи должна быть равной ширине фундамента плюс некоторая величина для установки опалубки, которая согласовывается с автором проекта.

Строительная обноска необходима для детальной разбивки осей здания и их закрепления. Разметку стоек производим так, чтобы ни одна из них не попала на разбиваемую ось. Для устройства обноски провешиваем с помощью теодолита линии, строго параллельные основным осям, образующим внешний контур здания. Перенос осей на обноску производим от закрепленных на местности осевых знаков.

Разбивка оси проверяется и принимается по акту. Отклонение габаритных размеров здания по строительной обноске не должно превышать 5 мм для размеров до 10 м и 20 мм при размерах здания до 100 м и более.

Обноску используем только в начальный период строительства, поскольку она быстро выходит из строя. Материалом для стоек обноски служит подтоварник. К стойкам с внешней стороны прибиваем доски толщиной 30-40 мм. Верхнюю кромку досок остругиваем и нивелируем в одной горизонтальной плоскости -- условном нулевом горизонте. Обноска может быть сплошной или прерывистой (в виде скамеек). Для пропуска транспорта в обноске должны быть разрывы. Иногда применяется инвентарная металлическая обноска. В любом случае после возведения подземной части здания основные разбивочные оси здания переносим на его цоколь, используя их в дальнейшем для переноса разбивочных осей на этажи здания.

3.4 Проект создания цифрового топографического плана

3.4.1 Оценка фотографического и фотограмметрического качества исходных материалов

Была произведена визуальная оценка фотографического качества. На снимках заэкспонирована местность вокруг академии. При фотографировании использовалась чёрно-белая панхроматическая пленка. Полученные снимки были сканированы в цифровой вид с разрешением 14 мкм. В работе использовано 8 снимков, принадлежащих двум маршрутам, по 4 снимка в каждом. На каждый снимок впечатано по 8 координатных меток. Использованные снимки удовлетворительного качества. Царапины и пятна наблюдаются в незначительном количестве. Дефекты негативов, а также изображения производственных дымов и теней от них, блики, ореолы не мешают выполнению фотограмметрических работ и дешифрированию фотоснимков. Сканированные снимки имеют резкое и средне проработанное изображение почти по всему полю в светах и тенях. К краям снимков резкость значительно падает. Обеспечена хорошая читаемость основных контуров местности и номера фотоснимков.

Оценка фотограмметрического качества исходных материалов осуществляется следующим образом.

Технические средства фотосъемки обеспечивают возможность получения черно-белых негативов с минимальным линейным смазом фотоизображения, не превышающим 0,05 мм для масштабов 1:10000 и мельче. Средний масштаб используемых снимков - 1:12000, разномасштабность снимков можно определить как[4] :

*100% = 2% , (3.1)

Разномасштабность снимков составила 2%, что удовлетворяет допуску в 3%.

Высота фотографирования определяется по формуле:

H = f*m , (3.2)

где f - фокусное расстояние АФА (f=303,346 мм);

m - знаменатель масштаба фотографирования.

H =364м

Максимальное превышение в пределах съемочного участка 83,829 м.

=0,02 , (3.3)

где h - максимальное превышение точек местности над средней плоскостью съёмочного участка;

H - высота над средней плоскостью участка;

дфh - смещение точек вызванное рельефом местности.

В соответствии с эти критерием продольное перекрытие снимков не должно выходить за пределы интервала от 56% до 66%. При выполнении измерений получено среднее продольное перекрытие снимков = 64% , что удовлетворяет допуску.

Поперечное перекрытие смежных маршрутов для масштабов фотосъемки 1:25000 - 1:10000 составляет = от 20% до 35%.Данные снимки имеют =22%, достаточное для проведения фотограмметрических работ с этими материалами.

Углы наклона фотоснимков, полученных стабилизированными фотоаппаратами, не превышают 2, допуск не более 2? . На съемочном участке количество максимальных значений взаимных продольных углов наклона не превышает 2,5% стереопар (допуск - 3%), а количество взаимных поперечных углов наклона - около 5% стереопар.

Непараллельность базиса фотографирования (“ёлочка”) не должна превышать 12 для фокусного расстояния 303,345 мм (при котором были получены обрабатываемые снимки). Ввиду отсутствия контактных отпечатков величина ёлочки не определялась.

Можно сделать вывод что с данным материалам можно проводить пространственную фототриангуляцию.

3.4.2 Составление рабочего проекта построения блочной сети ПФТ

Составление рабочего проекта - это выбор и разметка на фотоснимках точек, необходимых для построения сети ПФТ с целью ее дальнейшего использования.

Исходными материалами для проектирования служат[1]:

-снимки с наколотыми и оформленными опорными точками и с абрисами, показывающими расположение этих точек относительно контуров;

-эти же снимки в цифровом виде;

-паспорт фотосъемки;

-каталог координат опорных точек.

В проект включают[2]:

- опорные точки, с помощью которых осуществляется внешнее ориентирование и исключение деформации сети фототриангуляции;

- контрольные точки (планово-высотные, плановые или высотные опознаки), необходимые для выполнения оценки точности фототриангулирования;

- связующе точки, предназначенные для объединения элементарных звеньев в маршрутную модель;