Особенности аэрофотосъемки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Колледж Геодезии и Картографии

Реферат

Тема: "Аэрофотосъемка"

Проверил:Ащеулов А.К

Выполнла :Картамбаева С.З

АЭРОФОТОСЪЁМКА (а. aerial photography, aerophotography; н. Luftbildaufnahme; ф. photo- graphie aerienne; и. fotografia aerea) -- дистанционный метод изучения земной поверхности путём фотографирования в различных областях оптического спектра с самолёта или других летательных аппаратов.

Аэрофотосъёмка выполняется при помощи специального аэрофотоаппарата при заданном вертикальном (плановая аэрофотосъёмка) или наклонном (перспективная аэрофотосъёмка) положении оптической оси. Аэрофотосъёмка включает лётно-съёмочный и фотолабораторный периоды, полевые фотограмметрические работы. Лётно-съёмочный период состоит из аэронавигационных расчётов, выполняемых в соответствии с заданными требованиями к аэрофотосъёмке и фотографирования местности по этим расчётам. Для получения сплошного фотоизображения участка местности аэрофотосъёмка выполняется по прямолинейным параллельным маршрутам с частичным перекрытием соседних аэрофотоснимков одного маршрута (продольное перекрытие) или смежных маршрутов (поперечное перекрытие), что позволяет определять пространственные координаты точек местности.

При проложении маршрутов аэрофотосъёмки используют специальное навигационное оборудование, для определения пространственного положения аэрофотоснимков -- радиовысотомер (для фиксации высоты фотографирования), статоскоп (для регистрации изменения высоты полёта), самолётный радиодальномер (для определения плановых координат). Лабораторные работы состоят в химико-фотографической обработке экспонированной аэрофотоплёнки, оценке фотокачества аэрофотосъёмки и получении контактных отпечатков. Полевые фотограмметрические работы выполняются для оценки общего качества аэрофотосъёмки. По смонтированным контактным отпечаткам (накидному монтажу) производятся измерения с целью окончательной оценки качества аэрофотосъёмки. Данные аэрофотосъёмки в горном деле и геологии применяют для составления планов карьеров, подготовки комплексной программы рекультивации, при геологическом картировании, исследованиях зоны прибрежного шельфа, инженерно-геологических исследованиях и др.

История

Первая аэрофотосъёмка состоялась в 1858 г. над Парижем. Произвёл её французский фотограф и воздухоплаватель Гаспар-Феликс Турнашон, более известный под псевдонимом Надар.^[2][3].

В 1887 году французский фотограф Артур Батут разработал и выполнил фотосъёмку с помощью воздушного змея^[3].

Среди различных способов ведения аэрофотосъёмки есть и довольно экзотические. Так в начале XX века немецкий аптекарь Юлиус Нойброннер запатентовал свой «Способ и средства для фотографирования пейзажей сверху» с помощью почтовых голубей^[3]. Этот способ пользовался успехом и завоевал награды на международных выставках в Дрездене, Франкфурте и Париже в 1909--1911 годах^[4] Голубиная фотосъёмка использовалась в время Первой мировой войны для ведения воздушной разведки^[5][6] и послужила прообразом современных «живых камер» устанавливаемых на диких и домашних животных.

В 1898 г. Тиле Р. Ю. -- пионер аэрофототопографии и инженерной фотограмметрии в России, изобрёл панорамограф, использовавшийся с воздушного шара. Был удостоен золотой константиновской медали Русского географического общества.

Первое использование кинокамеры, вмонтированной в летательный аппарат тяжелее воздуха, произошло 24 апреля 1909 г. над Римом, во время съёмок короткометражного (3 мин. 28 сек.) немого киноролика «Уилбур Райт и его самолёт» (Wilbur Wright und seine Flugmaschine).

Первая полуавтоматическая камера, специально предназначенная для аэрофотосъёмки, была разработана русским военным инженером, полковником В. Ф. Потте в 1911 г.^[7] Этот аэрофотоаппарат использовался во время Первой мировой войны.

В Первую мировую войну аэрофотосъёмка для военных целей практиковалась многими лётчиками; в числе этих пилотов был легендарный американец Фред Зинн. Одним из первых известных сражений, во время которых проводилась аэрофотосъёмка, была битва при Нев-Шапель (1915 г.).

Применение аэрофотосъёмки для картографирования впервые произошло тоже на фронтах Первой мировой войны. В январе 1918 г. по приказу генерала Алленбипять австралийских лётчиков эскадрильи № 1 Королевских военно-воздушных сил Австралии сфотографировали местность площадью 1 620 км² в Палестине с целью корректировки и улучшения карт турецкого фронта. Лейтенанты Леонард Тэплин, Аллан Браун, Х. Л. Фрэзер, Эдвард Патрик Кенни и Л. В. Роджерс сняли территорию, которая простиралась от линии турецкого фронта на 51 км вглубь тыловых районов. Начиная с 5 января, они летали на истребителях сопровождения «Ройал Эйркрафт Фэктори B.E.2» и «Мартинсайд» (Martinsyde) с целью отражения атак боевой авиации противника. Пилотам приходилось не только отбивать удары вражеской авиации, но ещё и преодолевать порывы ветра 29 м/с, огонь противовоздушной аритиллерии противника, а также справляться с плохо работающим оборудованием. Поставленная задача была выполнена предположительно 19 января 1918 г.^[8]

Одним из наиболее успешных инициаторов коммерческого использования аэрофотосъёмки был Шерман Фэйрчайлд, который основал собственную компанию«Фэйрчайлд Эйркрафт» по проектированию и производству самолётов, предназначенных для полётов в условиях высокогорной местности.^[9] В 1935 году на борту самолёта аэротопографической службы компании «Фэйрчайлд Эйркрафт» был установлен блок с двумя камерами, работающими синхронно. Каждая камера, снабжённая пятью шестидюймовыми, а также десятидюймовыми линзами, делала снимки с высоты 23 000 футов (7 010,4 м). Один снимок охватывал территорию в 580 км². Один из первых государственных заказов компании предусматривал аэротопографическую съёмку штата Нью-Мексико для изучения почвенной эрозии.^[10] Через год Фэйрчайлд применил более совершенную камеру для аэрофотосъёмки высокогорных местностей -- она имела девять линз в одном блоке и могла снимать с высоты 30 000 футов (9 144 м), причём, каждый снимок отображал территорию 1 600 км²

Ведение аэрофотосъёмки

Для корректного прокладывания маршрута при аэрофотосъёмке часть участка местности, сфотографированного на одном снимке, обязательно должна быть отображена и на другом. Эту особенность аэрофотоснимков называют продольным перекрытием. Продольное перекрытие -- это отношение площади, сфотографированной на двух соседних снимках, к площади, изображённой на каждом отдельном снимке, выраженное в процентах. Обычно значение продольного перекрытия на аэрофотоснимках составляет 60 %, хотя в особенных случаях данные значения могут быть изменены в соответствии с требованиями к этим снимкам.^[1]

Если требуется провести аэрофотосъёмку обширного по ширине участка, то фотографирование заданной площади производят серией параллельных маршрутов, имеющих поперечное перекрытие. При такой фотосъёмке стандартное значение перекрытия обычно составляет 30 %.^[1]

Для проведения аэрофотосъёмки задаются высота полёта относительно фотографируемой местности, фокусное расстояние камеры аэрофотоаппарата, сезон, время и порядок прокладывания маршрутов.^[1]

Из-за подвижности основания при аэрофотосъёмке в каждый момент фотографирования центр проектирования объектива и плоскость аэроснимка занимают произвольное положение. Величины, определяющие пространственное положение снимка относительно принятой системы координат, называются элементами внешнего ориентирования снимка. Это три линейные координаты центра проектирования x_s, y_s, z_s и три угла, определяющие поворот снимка вокруг трёх осей координат.^[1]

В связи с развитием технологий спутникового позиционирования в последнее время при производстве аэрофотосъёмки (с целью облегчения обработки результатов) большой популярностью пользуются системы GPS и ГЛОНАСС. аэрофотосъемка координата фотопленка изображение

Определение координат сфотографированных точек

Для определения пространственных координат сфотографированных точек по аэрофотоснимкам сначала находят элементы внешнего ориентирования снимков. Этими точками могут стать некоторые достоверно определённые координаты геодезических или иных объектов, которые отчетливо видны на снимках. Для установления в полёте элементов внешнего ориентирования аэрофотосъёмки применяют следующие устройства:

· статоскоп -- фиксирует изменение высоты полёта по изменению давления воздуха;

· радиовысотомер -- определяет высоту фотографирования относительно местности (см. аэрорадионивелирование);

· радиогеодезические станции -- дают возможность определять расстояния от самолёта до станций, расположенных на земной поверхности в точках, имеющих точные геодезические координаты.^[1]

В сумме все данные позволяют вычислить координаты центра проектирования. Показания гировертикали дают возможность найти углы наклона снимка. Эти же углы можно определить обработкой снимков, на которых запечатлены звёздное небо, положение Солнца или линия горизонта

Фотопленки и объективы, применяемые в аэрофотосъёмке

Для увеличения качества и точности полученных аэроснимков в настоящее время применяются аэрофотообъективы с высокой разрешающей способностью и малойдисторсией. Также широкое применение нашла аэроплёнка с очень малой деформацией. Падение освещённости по полю зрения должно быть наименьшим, а затвор должен обеспечить очень короткие (до 1/1000 с) выдержки, чтобы уменьшить нерезкость. Сама же аэроплёнка в момент фотографирования должна быть строго выровнена в плоскости.^[1]

На сегодняшний день аэрофотографирование производят на следующие типы плёнок:

· чёрно-белую панхроматическую;

· чёрно-белую инфрахроматическую;

· цветную;

· спектрозональную (особый тип пленок на которой изображение получается с преобразованной передачей цветов, дающей возможность резче подчеркнуть различия объектов).^[1]

К концу XX века использование нецифрового оборудования в профессиональной аэрофотосъёмке прекратилось.

Обработка полученных изображений

В настоящее время обработку полученных изображений ведут с помощью специальных компьютерных комплексов -- Цифровых фотограмметрических станций(ЦФС) -- например, Intergraph ImageStation или PHOTOMOD. При этом дополнительно выполняются коррекции перспективы, дисторсии и иных оптических искажений,цветовая и тоновая коррекция полученных снимков, сшивка смонтированного фотоплана в единое изображение, каталогизация изображений, совмещение их с уже существующими картографическими материалами, включение в Географические информационные системы (ГИС) и пр.

При аэрофотосъемке лесов прямолинейные съемочные маршруты должны быть параллельны друг другу и направлены с запада на восток. Маршрут самолета прокладывают по приборам и контролируют по земным ориентирам.

Полевые фотолабораторные работы состоят из негативного и позитивного процессов обработки снятой пленки, получения контактных или увеличенных аэрофотоснимков. Полевые фотограмметрические работы включают нумерацию аэрофильмов, статограмм и высотограмм; составление накидных монтажей; изготовление репродукции накидных монтажей; оценку качества съемки по законченным участкам, составление паспортов; подготовку, оформление и сдачу готовой продукции. Готовые материалы аэрофотосъемки должны иметь данные сенситометрического контроля качества аэронегативов и соответствовать стандартным требованиям к фотографическому и фотограмметрическому качеству снимков. Аэрофотосъемка производится при различном положении главной оптической оси аэрофотоаппаратов. Различают горизонтальную, плановую и перспективную аэрофотосъемку.

Горизонтальная аэрофотосъемка - производится при строго отвесном положении главной оптической оси аэрофотоаппарата.

Плановая аэрофотосъемка - фотографирование местности одним или двумя аэрофотоаппаратами при отклонении оптической оси на угол не более 3° относительно вертикальной оси съемки. Масштаб планового аэрофотоснимка различен не только в разных его частях, но и в каждой точке. Он неодинаков также для различных направлений. Однако, учитывая, что углы наклона плановых аэрофотоснимков малы и искажения невелики, масштаб их на практике определяется по той же формуле, что и для горизонтальных аэрофотоснимков. Плановые аэрофотоснимки используют при лесоустройстве для составленияфотоабрисов, опознавания границ, просек, ходовых линий, топографической ситуации и уверенного ориентирования в лесу, а также для контурного и лесотаксационного дешифрирования, составлениялесоустроительных планшетов и др. лесных карт.

Перспективная аэрофотосъемка - фотографирование местности одним или двумя аэрофотоаппаратами при отклонении оптической оси на требуемые углы (>3°) относительно вертикали. Перспективные аэрофотоснимки в разных частях имеют резкие различия в масштабах изображения, зависящие от того, в каком направлении взят измеряемый отрезок. Поэтому перспективные аэрофотоснимки для картографирования обычно не применяют, их используют при обзорных съемках лесной территории и для получения общего представления о характере рельефа.

В зависимости от характера покрытия местности различают аэрофотосъемку кадровую, маршрутную и площадную.

Кадровая аэрофотосъемка - съемка серии кадров отдельных объектов местности с самолета, вертолета или иного носителя с помощью аэрофотоаппарата, телевизионной камеры и др. Наиболее распространены кадровые изображения, получаемые в процессе одинарной плановой (перспективной) аэрофотосъемки в обзорных целях или при проведении специальных видов обследования лесов (фотостатистическая инвентаризация лесного фонда, освидетельствование мест рубок и др.).

К кадровой аэрофотосъемке условно относят также стереопары из двух-трех аэрофотоснимков. Крупномасштабная кадровая аэрофотосъемка предъявляет особые требования к летно-съемочным работам, техническим и летным средствам. Напр., затвор аэрокамеры должен работать с достаточно короткой экспозицией, исключающей появление недопустимой нерезкости изображения из-за поступательного движения самолета; аэрофотоустановка должна лучше изолировать аэрокамеру от вибрации, чем при съемках в среднем и мелком масштабах; оптика аэрокамеры должна быть высококачественной, а также должно осуществляться полное выравнивание аэропленки. Аэрофотоаппарат должен быть быстродействующим, т. е. с коротким циклом работы и короткими интервалами между циклами при высокой точности установки и выдерживания интервалов. При съемке с малых высот увеличивается влияние погрешностей пилотирования и самолетовождения на качество материалов съемки из-за неустойчивой ветровой обстановки в приземном слое воздуха, а также из-за снижения обзора местности и резкого повышения требований к точности прокладки маршрутов при подлете к объектам съемки.

В комплект аэрофотосъемочного оборудования при выполнении кадровой А. должны входить аэрофотоаппарат (типа АФА-ТЭ, АФА-42/20, АФА-ТЭС, ТАФА), электронный командный прибор (типа ЭКП-2М), аэрофотоустановка с автоматическим разворотом аэрофотоаппарата на угол сноса или гироста-билизирующая установка. Для получения кадровых снимков в масштабе 1:2 000-1:5 000 аэрофотосъемка выполняется над участками с равнинным рельефом на высоте 300-700 м, а при значительных превышениях точек местности относительно среднего уровня снимаемого участка - на высоте 400-1000 м.

Маршрутная аэрофотосъемка - воздушное фотографирование полосы местности по произвольному маршруту, последовательные аэрофотоснимки которого перекрываются на заданную величину продольного перекрытия, составляя обычно 56-60 %. В зависимости от объекта, подлежащего аэрофотосъемке, маршруты полетов могут быть прямолинейными (ряд кварталов леса, лесные полосы и др.), ломаными, или криволинейными (вдоль русла реки, опушки леса и др.). Маршрутная аэрофотосъемка, состоящая из одного, двух или трех маршрутов, применяется на лесотранспортных, водно-мелиоративных и др. работах, проводимых в пределах узкой полосы местности. Контроль прокладки маршрутов, выполненных по заданным линиям, осуществляется по отклонениям главных точек аэрофотоснимков от заданной линии на топографической карте. Отклонения измеряются на аэрофотоснимке в миллиметрах и не должны превосходить величин, приведенных в табл.

Отклонения, допустимые на аэрофотоснимке:

При А. по заданным линиям в масштабах крупнее 1:8 000 величина бокового уклонения устанавливается по согласованию с заказчиком съемки.

Площадная аэрофотосъемка - фотографирование площади по нескольким перекрывающимся маршрутам. Для достижения стереоскопического эффекта аэрофотосъемки проводят с продольным перекрытием соседних аэрофотоснимков. При площадной аэрофотосъемке обеспечивают также поперечное перекрытие между аэрофотоснимками соседних маршрутов полета. Для уменьшения влияния воздушной дымки при аэрофотосъемке применяют светофильтры. Аэрофотосъемка в интересах лесного хозяйства обычно проводится летом, после полного распускания листьев, в безоблачные дни при высоте Солнца более 30°. Для получения бестеневых аэрофотоснимков крупномасштабную аэрофотосъемку (1:1 000-1:2 000) иногда выполняют при сплошной облачности. При аэрофотосъемке лесов применяют, как правило, спектрозональные типы аэропленок, которые обеспечивают распознавание хвойных и лиственных древесных пород.

Маршрутную и площадную аэрофотосъемки выполняют обычно с помощью съемочных камер типа АФА-ТЭ, LMK, RC-30 и др.

При аэрофотосъемке на борту самолета может быть установлено специализированное оборудование, позволяющее получать координаты центров фотографирования (т. н. глобальная система позиционирования типа GPS (США) или российская глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС). Предусматривается вариант совместного использования орбитальных группировок GPS и ГЛОНАСС, каждая из которых состоит из 24 спутников, размещенных на околоземной орбите на высоте примерно 19-21 тыс. км. Это позволит повысить точность определения координат в 1,3-1,5 раза.

Размещено на Allbest.ru