Топографическая съемка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

топографический съемка маршрут проектирование

Топографическая съемка (топосъемка) -- это совокупность камеральных и полевых геодезических работ, которые выполняются на местности с целью составления топографических планов и карт. Различают аэрофотосъемку, наземную и комбинированную съемки.

Аэрофотосъемкой называется процесс фотографирования земной поверхности с самолета или другого летательного аппарата. Производится специальным аэрофотоаппаратом (АФА), как правило, днем в безоблачную погоду. При съёмке заданной местности плоскость аэрофотоаппарата может занимать горизонтальное или наклонное положение. При этом аэрофотосъёмка называется плановой или перспективной соответственно.

В настоящее время основным методом создания топографических карт и планов является стереотопографический, основанный на фотограмметрической обработке снимков, которая реализована в двух вариантах: аналоговом и аналитическом. Первый из них базируется на использовании специальных фотограмметрических приборов, позволяющих в камеральных условиях осуществлять одновременно все необходимые для составления плана (карты) процессы. Аналитический вариант предусматривает цифровую обработку аэрокосмической информации с целью создания цифровых моделей местности и электронных карт и планов. Он ориентирован на современные компьютерные технологии и средства компьютерной графики. В землеустройстве и земельно-кадастровых работах наибольшее применение пока находит первый вариант фотограмметрической обработки снимков. Однако следует отметить несколько низкую по сравнению с аналитическими методами точность обработки снимков на универсальных стереоприборах.

В рамках курсовой работы проект летно-съемочных работ и планово-высотной подготовки снимков составляется с целью создания топографических планов заданного масштаба с назначенной высотой сечения рельефа горизонталями стереотопографическим методом на аналоговых фотограмметрических приборах.

Главной задачей проектирования является обоснованный выбор высоты фотографирования и масштаба аэрофотосъемки, так как эти параметры в основном определяют стоимость проекта и должны обеспечивать требуемую точность последующих картосоставительных работ.

Проект геодезической привязки снимков базируется на топографической изученности объекта съемки по картографическим материалам, характере рельефа и растительности, а также на точности определения координат и высот опознаков, которая зависит от масштаба картографирования и высоты сечения рельефа горизонталями.



1. Технологическая схема стереотопографического метода топографической съемки

Стереотопографический методпозволяет снимать в камеральных условиях не только контурную часть, но и рельеф местности. Этот метод использует свойства пары снимков, которые позволяют получить модель местности в любом масштабе.

К основным процессам стереотопографического метода относятся:

- аэрофотосъемка;

- определение опорных точек и дешифрирование снимков в поле;

- фотограмметрическое сгущение опорных точек до необходимой плотности;

- съемка контуров и рельефа по снимкам.

Масштаб снимков выбирается в зависимости от масштаба создаваемой карты и физико-географических условий района картографирования.

Фокусное расстояние съемочной камеры, масштаб снимков и их качество должны обеспечивать возможность создания достаточно подробной и точной карты при наименьшем объеме полевых и камеральных работ.

, (1.1)

т.е. точность определения высот точек местности по снимкам тем выше, чем меньше высота фотографирования.

Для определения зависимости между фокусным расстояние фотокамеры и разностью продольных параллаксов обратимся к формуле

, (1.2)

где m - знаменатель масштаба снимка.

Из выражения (1.1) следует, что высоту фотографирования, соответствующую заданной точности определения высот точек местности дh, можно получить по формуле

, (1.3)

где p - продольный параллакс; дh - средняя ошибка, допустимая при определении высот точек, подписываемых на карте; - средняя ошибка определения разности продольных параллаксов.

Для фотографирования местности применяют аэрофотоаппараты с фокусным расстоянием от 50 до 200 мм. Равнинные и холмистые районы фотографируют короткофокусными аэрофотоаппаратами с большим полем зрения, чтобы обеспечить необходимую точность определения высот. Горные и высокогорные районы фотографируют аэрофотоаппаратами с фокусным расстояние 100 - 200 мм.

Перекрытия снимков в равнинных и холмистых районах 60 30 %, а в горных и высокогорных увеличиваются в соответствии с рельефом местности.

Аэрофотосъемка производится с применением гиростабилизированной установки. В процессе фотографирования местности фиксируются показания статоскопа и радиовысотомера.

Вместо черно-белой аэропленки часто используют спектрозональную или цветную, значительно расширяющие возможности дешифрирования снимков.

Точки полевой подготовки снимков (опознаки) могут быть планово-высотными, плановыми и высотными. В качестве таких точек выбирают четко очерченные контурные точки, хорошо опознаваемые на снимках. Опорные точки отмечают на снимках. Кроме того, для каждого опознака составляют абрис, показывающий его положение относительно ближайших контуров.

Для определения геодезических координат опознаков применяют аналитические геодезические способы и метод фототеодолитной съемки.

Дешифрирование выполняется на снимках, фотосхемах или фотопланах. Сплошное полевое дешифрирование производят на местности с большим количеством объектов, имеющих особо важное хозяйственное и оборонное значение. В других районах выполняют маршрутное полевое дешифрирование, а затем камеральное.

Опорную сеть сгущают обычно аналитическим способом пространственной фототриангуляции или на универсальных стереоприборах. В результате сгущения сети каждую пару обеспечивают 4 - 6 опорными точками, которые используют для ориентирования снимков при составлении топографической карты.

На универсальном стереоприборе снимают контуры и рельеф и выполняют камеральное дешифрирование. Если на местности много контуров, то в качестве основы для составления карты используют не чистый планшет, а фотоплан или ортофотоплан. Это освобождает оператора от трудоемкой работы по съемке контурной части карты.

2. Исходные данные для проектирования

Согласно выданному заданию к курсовой работе:

- масштаб карты М 1:10000;

- масштаб картографирования 1:t =1:500;

- сечение рельефа горизонталями hc=2,5м;

- расчетное (предварительное) перекрытие снимков P'x=66%; P'y=33%;

- формат прикладной рамки АФА 180180 мм;

- летательный аппарат АН-3

- крейсерская скорость летательного аппарата V= 200 км/ч=55,5 м/с;

- максимальная высота местности на объекте Amax= 770 м;

- минимальная высота местности на объекте Amin= 110 м.

3. Обоснование подхода к выбору АФА, его фокусного расстояния, высоты фотографирования и масштаба аэрофотосъемки

Масштабом аэросъемки называется отношение линейных размеров изображения на снимках к соответствующим действительным линейным размерам объектов на фотографируемой местности. Масштаб съемки зависит от фокусного расстояния (ѓ) АФА и от высоты фотографирования (H):

, (1.4)

где m - знаменатель масштаба, показывающий, во сколько раз изображение объекта на снимке меньше действительных его размеров на местности.

Для определения высоты фотографирования при проектировании летно-съемочных работ необходимо задать среднюю плоскость объекта съемки. При этом высоту (отметку) этой горизонтальной плоскости (Аср) определяют по формуле

, (1.5)

где, - максимальная и минимальная высоты точек на объекте.

Подставляя в выражение (1.5) известные данные, получим

.

При проектировании аэрофотосъемочных маршрутов необходимо стремиться к максимальному соотношению масштабов картографирования и съемки. Увеличение коэффициента k обеспечивает заметное уменьшение числа снимков, что в свою очередь сокращает объем полевых и камеральных работ, снижает затраты картографического производства.

На современном уровне развития фотограмметрического приборостроения и технологии обработки снимков соотношение масштабов плана и аэрофотосъемки достигло величины 8-10, т.е. на практике k10:

(1.6)

Однако повышать коэффициент соотношения можно до определенного предела. Следовательно, необходимо определить разумное соотношение масштабов плана и снимка.

Аналитически это можно представить так:

, (1.7)

где , - соответственно допустимая погрешность положения точки на плане и линейная разрешающая способность фотоизображения совместно с ошибками отождествления и измерения координат точки на снимке.

В соответствии с требованиями к проведению топографических работ необходимо, чтобы средняя ошибка определения на карте (плане) планового положения точки не превышало 0, 35 мм. Поэтому примем значение равным о, 35. Основную часть ошибки составляет линейная разрешающая способность съемочной системы. Для определения ошибки необходимо определиться с выбором АФА. Т.к. Аср=440, местность является горной. Для данной местности фокусное расстояние должно находиться в пределах 140 - 200 мм. Этим требованиям удовлетворяет АФА типа ТАФА-20 с фокусным расстоянием 200 мм, разрешающей способностью 35 мм-1 и диапазоном выдержек 1/70-1/1000 с.

Значение представим в виде выражения

, (1.8)

где - линейная разрешающая способность объектива АФА;

- коэффициент, зависящий от возможностей зрительного аппарата человека, изменяющийся от 1,5 до 3,0. В нашем случае коэффициент необходимо увеличить до 4.5 для соблюдения требований.

Подставляя значения величин в выражение (1.7), получим

; .

Основным критерием при выборе высоты фотографирования является высота сечения рельефа горизонталями и точность подписываемых на плане высот точек. Максимальная высота фотографирования не может быть больше величины, вычисленной по формуле

, (1.9)

где и есть от hc, следовательно; м.

Определим теперь фокусное расстояние АФА:

. (2)

Но поскольку АФА с таким фокусным расстоянием нет, то выбираем технические характеристики АФА с =200мм.



4. Расчет плотности планово-высотной привязки снимков

Процесс опознавания на снимках точек местности и определение их координат на местности называют планово-высотной подготовкой (привязкой) аэрофотоснимков. Привязка, обеспечивающая каждую стереопару необходимым количеством опорных точек (не менее четырех планово-высотных опознаков), называется сплошной, в противном случае-разреженной.

В рамках курсовой работы мы используем разреженную привязку. Преимуществом этой привязки является и то, что она экономически более выгодна. Для восполнения недостающих опорных точек будет выполнено фотограммсгущение, основным методом которого является аналитическая пространственная фототриангуляция. (Существуют и другие методы фотограммсгущения, например, многомаршрутная фототриангуляция). Точность получаемых координат и высот точек данным способом зависит от высоты фотографирования, от величины фокусного расстояния АФА, от инструментальной точности стереокомпоратора. Заметное влияние на точность оказывают формат снимков и их перекрытие, а также число стереопар (n),используемых при фототриангулировании. Фототриангуляция строится в пределах двух секций, включающих постереопар в каждой секции. Чтобы точки фотограммсгущения удовлетворяли требованиям, необходимо выполнить предварительный расчет точности пространственного фототриангулирования. Формулы предрасчета точности имеют следующий вид:

; (2.1)

. (2.2)



Для обеспечения большого коэффициента преобразования снимков в план при малой высоте сечения рельефа для фотограмметрического сгущения необходимо выполнить измерения снимков на высокоточном стереокомпараторе с инструментарной точностью . Обычный стереокомпаратор (дq=0,02мм) использовать не представляется возможным. Формулу (2.1) можно представить в виде:

, (2.3)

что позволяет определить количество базисов фотографирования, через которое следует проектировать плановые опознаки при разряженной привязке снимков. Рассчитанное число округляем до целого значения

.

Поскольку фототриангуляция строится в пределах двух секций, то опознаки проектируют по принципу , т.е. .

Подставив данные в выражения (2.1), (2.2) получим: дz=0.3, дl=0.002.

Рассчетное дz удовлетворяет данному условию, следовательно, примем .

5. Методика и формулы аэрофотосъемочных расчетов

После завершения расчетов основных параметров АФС (H, f, m) можно, используя таблицу 1, приступить к вычислению необходимых для проектирования аэрофотосъемочных маршрутов элементов АФС.



Таблица 1 - Расчет аэросъемочных элементов

Название элементов АФС	Значение
Отметка средней плоскости на объекте),м	207.5
Абсолютная высота фотографирования(),м	2207.5
Максимальное превышение над средней плоскостью (),м	60.5
Проектируемое продольное перекрытие(), %	62
Проектируемое поперечное перекрытие(), %	32
Базис фотографирования в масштабе АФС (), мм	68.4
Базис фотографирования АФС (), м	547.2
Базис фотографирования на схеме проекта (), мм	54.7
Расстояние между осями АФС в масштабе съемки), мм	122.4
Расстояние между осями АФС на местности (), м	979.2
Расстояние между осями АФС на схеме проекта (), мм	97.9
Количество снимков в маршруте АФС ()	8
Число маршрутов АФС ()	4
Общее число снимков ()	32
Максимальная выдержка, при которой смаз изображения не превышает величины 0, 02 мм ),с	1/400
Интервал между экспозициями: (), с	3.5
Потребное количество аэрофотопленки (число рулонов)	1

Воспользовавшись формулами из таблицы1, получим:

Отметка средней плоскости на объекте

(177+238)=207.5 м

Абсолютная высота фотографирования вычисляется как сумма высоты фотографирования над средней плоскостью и отметки средней плоскости на объекте.



м(2.3)

Максимальное превышение над средней плоскостью рассчитываем по формуле

м(2.4)

Вычисляем проектируемые перекрытия:

% (2.5)

% (2.6)

Вычисляем базис фотографирования в масштабе АФС

мм(2.7)

Найдем расстояние между смежными точками фотографирования по формуле

м(2.8)

Вычислим базис фотографирования на схеме проекта

мм (2.9)

Расстояние между осями АФС в масштабе съёмки вычисляем, используя поперечное перекрытие



мм(3)

Далее рассчитываем расстояние между осями АФС на местности

м(3.1)

И находим расстояние между осями АФС на схеме проекта

мм (3.2)

Подсчитываем количество снимков в маршруте АФС

(3.3)

Число маршрутов АФС

(3.4)

Рассчитываем общее количество снимков по формуле

(3.5)

Максимальная выдержка, при которой смаз изображения не превышает величины 0,02 мм, равна

с (3.6)



Найдем интервал между экспозициями

c (3.7)

Так как один рулон аэрофотопленки позволяет сделать 600 снимков, а по проекту следует выполнить лишь 32, то одного рулона вполне достаточно.

Все данные для проектирования внесем в таблицу 2

Таблица 2 - Основные данные для проектирования АФС

Наименование сведений для проектирования АФС	Значение
Протяженность объекта картографирования вдоль оси абсцисс (Lx), м	Lx =3000
Протяженность объекта картографирования вдоль оси ординат (Ly), м	Ly=3000
Масштаб картографирования (1:t)	1:1000
Сечение рельефа горизонталями (hc), м	2
Расчетное (предварительное) продольное перекрытие снимков (), %	60
Расчетное (предварительное) поперечное перекрытие снимков (), %	30
Формат прикладной рамки АФА, мм	180180
Фокусное расстояние АФА (f), мм	250
Линейная разрешающая способность объектива АФА, мм	0, 03
Минимальная выдержка затвора АФА, с	1:1000
Допустимый смаз изображения, мм	0, 02
Крейсерская скорость самолета (V), м/с	558
Высота фотографирования над средней плоскостью объекта съемки (H), м	2000
Масштаб аэрофотосъемки (1:m)	1:8000
Масштаб карты для составления проекта АФС (1:M)	1:10000
Число базисов фотографирования (nпл) между планово-высотными опознаками	4
Число базисов фотографирования (nв) между высотными опознаками	2
Максимальная высота местности на объекте (Аmax), м	238
Минимальная высота местности на объекте (Amin), м	177

6. Порядок проектирования аэросъемочных маршрутов

Проектирование АФС ведется на топографической карте в масштабе в 5-10 раз мельче масштаба создаваемого плана. Аэрофотосъемка была произведена параллельными маршрутами, прокладываемыми вдоль параллелей, следовательно, на карте они располагаются параллельно ее северной и южной рамке.

Первый аэрофотосъемочный маршрут проектируем вблизи северной границы объекта картографирования (на 5 мм южнее границы объекта). Зеленым цветом проводим линию (ось маршрута) строго параллельно линии координатной сетки топографической карты.

Ось следующего маршрута отстоит от предыдущего на величину By на местности и dy- на карте. Значения dy откладываем с использованием линейки с миллиметровыми делениями вдоль западной и восточной границы объекта, и через полученные точки проводим линию оси следующего маршрута. Так продолжаем до тех пор, пока не получим четыре маршрута. Проверяем соответствие полученных маршрутов на карте и таблице 2.

На каждом маршруте показываем центры будущих снимков (зеленым цветом). Первый снимок (квадрат ) был запроектирован за границей объекта на удалении от нее, остальные - через мм друг от друга. Последний снимок проектируется за границей объекта. Число снимков в маршруте равно восьми, что совпадает сихколичествов в табл. 2.

Специальными исследованиями установлено, что для полного выявления и частичного исключения деформации маршрутной модели необходимо на две секции иметь не менее 5-6 опорных точек. Первый и последний ряды опознаков должны быть обязательно планово-высотыми и располагаются за границами объекта картографирования напротив самого первого и самого последнего центров снимков маршрута. Опознаки проектируем напротив центров снимков, чтобы они изобразились как можно на большем числе снимков, и в зонах поперечного перекрытия маршрутов для уменьшения их числа. Таким образом, опознаки проектируем рядами поперек маршрутов напротив центров снимков.

В случае разреженной высотной подготовки снимков предъявляется требование к плотности обеспечения высотными опознаками крайних на объекте маршрутов: при высоте сечения 2,0 м прокладывается высотный ход по наружному краю маршрута с обеспечением каждой стереопары двумя высотными опознаками. Проект АФС удовлетворяет данному требованию.

7. Требования к геодезическим работам по привязке аэрофотоснимков

Координаты и высоты опознаков определяют путем развития съемочных сетей. Способ определения плановых координат выбирается в зависимости от характера местности и плотности пунктов геодезической сети. Ход должен начинаться и заканчиваться точкой с известными координатами. Так как местность в данном случае залесеная, засечки применять нельзя. Можно использовать теодолитные и полигонометрические ходы. Максимальная длина теодолитного хода рассчитывается по формуле

(3.8)

где L - допустимая длина теодолитного хода, м;

t - знаменатель численного масштаба создаваемого плана.

Можно сделать вывод, что прокладывать теодолитный ход не имеет смысла. Рациональнее проложить полгонометрический ход, т.к. длина его в 3-5 раз больше, а также с большей точностью вычисляются длины и углы.

Высоты опознаков при высоте сечения рельефа 2.0 определяют техническим нивелированием.

На схеме проекте все показано с помощью принятых условных обозначений.



Заключение

В курсовой работе был разработан проект летно-съемочных работ, обоснованно подтверждающий расчетами выбор высоты фотографирования и масштаба аэросъемки.

Был обоснован выбор аэрофотосъемочного аппарата типа ТАФА-20, фокусного расстояния f=250 мм, высоты фотографирования над средней плоскостью объекта съемки и масштаба аэрофотосъемки.

Для формирования результатов фотограмметрической обработки снимков было проведено внешнее ориентирование фотограмметрической модели, которое осуществляется с помощью опорных точек. Координаты этих точек были получены геодезическими измерениями на местности. Длина теодолитного хода не позволила проложить теодолитный ход, так как местность труднопроходима, поэтому были проложены более дорогостоящие, но превосходящие по точности полигонометрические ходы. Через высотные опознаки прохоложен нивелирных ход.

Для того, чтобы вся местность была отснята, рассчитаны необходимое продольное и поперечное перекрытия, а также потребное количество аэрофотопленки.



Список используемой литературы

1. Добрынин Н.Ф. Методические указания к курсовой работе по фотограмметрии / Н.Ф. Добрынин.- Ростов Н/Д.: Рост.гос. ун-т путей сообщения, 2007. - 24с.

2. Назаров А.С. Фотограмметрия: учебное пособие для студентов вузов/ А.С. Назаров. - Мн.: ТетраСистемс, 2006. -- 368 с.

3. Обиралов А. И., Лимонов А. Н., Гаврилова Л. А. Фотограмметрия. - М.: Колос, 2004. - 240 с.

Размещено на Allbest.ru