Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

• Вступ
• 1. Загальні вимоги до створення топографічних карт і планів
• 1.1 Вимоги до точності і змісту топографічних карт і планів
• 1.2 Існуючі методи створення топографічних карт і планів
• 2. Аерофотознімання
• 2.1 Розрахунок параметрів аерофотознімання
• 2.2 Аерознімальне обладнання
• 3. Планово-висотна прив'язка аерознімків
• 3.1 Види прив'язочних робіт, розрахунок щільності опознаків
• 3.2 Розрахунок точності геодезичних робіт з визначення координат опознаків
• 4. Просторова фототріангуляція
• 4.1 Класифікація просторової фототріангуляції
• 4.2 Точність аналітичної фототріангуляції
• 5. Обробка аерознімків на цифровій фотограмметричній станції "Дельта"
• 5.1 Внутрішнє орієнтування
• 5.2 Взаємне орієнтування
• 5.3 Зовнішнє орієнтування
• 5.4 Створення цифрової моделі рельєфу (ЦМР)
• 5.5 Створення і монтаж ортофотоплану
• 5.6 Створення цифрової карти (ЦК)
• Висновки
• Список використаної літератури
• Вступ

Мета роботи: поглиблення знань теоретичного матеріалу, отримання практичних навиків проектної, розрахункової і самостійної роботи на цифрових фотограмметричних станціях (ЦФС) з метою створення цифрової моделі рельєфу (ЦМР) і ортофотоплану.

Вихідні дані:

Масштаб створення карти: М 1:2000.

Місцевість: рівнинна з кутами нахилу до 2⁰.

Розмір ділянки: 50 х 50 км.

Топографічні карти складаються універсальним методом з використанням вітчизняних або закордонних оптико-механічних чи аналітичних універсальних приладів. Весь комплекс робіт включає проектування топографо-геодезичних робіт, аерофотозйомку, польові роботи з прив'язки аерознімків і польовому дешифруванню, фотограмметричне згущення опорної мережі, трансформування аерознімків і монтаж фотоплану, стереоскопічну зарисовку рельєфу на фотоплані або чистій основі в залежності від типу місцевості.

Основними методами зйомки являються стереотопографічний і комбінований.

Комбінований метод використовує властивості одиночного знімка і дозволяє отримати контурну частину карти, а рельєф зарисувати в полі прийомами мензульної зйомки або відобразити в лабораторії по даних старої карти.

Стереотопографічний метод використовує властивості пари знімків і дозволяє знімати в камеральних умовах не тільки контури, а й рельєф місцевості. В даній курсовій роботі використаний саме цей метод.

Універсальний метод оснований на використанні приладу, який дозволяє виконати всі процеси обробки пари знімків: побудувати модель, зорієнтувати її відносно планшета, замалювати контури і рельєф.

1. Загальні вимоги до створення топографічних карт і планів

Топографічні плани масштабів 1:5000, 1:2000, 1:1000 та 1:500 складають згідно з Основними положеннями та Основними положеннями з вибору масштабу і висоти перерізу рельєфу топографічних зйомок населених пунктів, затвердженими ГУГК та ВТУ ГШ ЗС СРСР 29 травня 1978 р., а також Умовними знаками для топографічних планів масштабів 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500, затвердженими ГУГК 25.11.1986 р.

Масштаб зйомки та основна висота перерізу рельєфу місцевості визначається з технічних інструкцій і технічних проектів (програм) робіт, залежно від призначення планів.

Таблиці загальнообов'язкових умовних знаків можуть доповнюватись необхідними знаками, погодженими з Головним управлінням геодезії, картографії та кадастру при Кабінеті Міністрів України. Плани масштабів 1:5000, 1:2000, 1:1000 та 1:500 створюються за результатами топографічних зйомок місцевості відповідних масштабів або на основі використання топографічних матеріалів більш великих масштабів. Топографічні плани виготовляються у графічному або цифровому вигляді. Топографічні зйомки виконуються аерофототопографічними та наземними методами. Для підтримання топографічних планів на сучасному рівні здійснюється їх оновлення. Зміст та точність топографічних планів визначаються масштабом та призначенням топографічних планів. Оформлення топографічних планів у графічному вигляді виконується з урахуванням сучасних можливостей поліграфічного виробництва. У цифровому вигляді топографічні плани складаються з урахуванням програмного та технічного забезпечення у встановлених структурах та форматах даних. Топографічні плани призначаються для використання в різних галузях народного господарства при вирішенні технічних питань. Цифрові моделі використовуються як для вирішення геодезичних питань (складання топографічних планів різних масштабів, їх оновлення, тиражування), так і інших питань, пов'язаних з геодезичною інформацією (наукові проблеми, інженерні завдання та інше).

Топографічні плани масштабу 1:2000 використовуються:

- для розробки генеральних планів міст, селищ міського типу та сіл;

- для складання проектів детального планування окремих районів міста (селища), розбивочних креслень з прив'язками червоних ліній до опорних будинків і центрів геодезичних пунктів; технічних проектів забудови, інженерної підготовки та озеленення територій міст і селищ;

- для складання виконавчих планів гірничопромислових підприємств (копалин, шахт, кар'єрів, розрізів);

- для виконання попереднього детального розвідування і визначення запасів корисних копалин родовищ малих та середніх розмірів з складною геологічною будовою, неправильною формою залягання та нерівномірним розподілом оруднення;

- для складання технічних проектів промислових підприємств усіх галузей народного господарства, у тому числі морських портів суднобудівних заводів, електростанцій, гідротехнічних споруд, захисних дамб, трубопровідних, насосних та компресорних станцій, лінійних пунктів та ремонтних баз, переходів через великі річки та інше;

- для складання проектів та робочих креслень осушення та зрошення земель сільськогосподарського призначення;

- для ведення кадастру населених пунктів із одноповерховою забудовою.

Топографічні плани масштабу 1:2000 є основою для складання планів населених пунктів масштабу 1:5000 та карт дрібніших масштабів.

1.1 Вимоги до точності і змісту топографічних карт і планів

Середні помилки в положенні на плані предметів та контурів місцевості з чіткими обрисами відносно найближчих точок знімальної основи не повинні перевищувати 0,5 мм, а в гірських та лісових районах - 0,7 мм. На територіях з капітальною і багатоповерховою забудовою середні помилки у взаємному положенні на плані точок найближчих контурів (капітальних споруд, будинків і т.ін.) не повинні перевищувати 0,4 мм. Для переходу від середніх помилок до середніх квадратичних помилок (m) застосовується коефіцієнт 1,25, тобто m = 1,25.

Середні помилки знімання рельєфу відносно найближчих точок геодезичної основи не повинні перевищувати за висотою:1/3 при кутах нахилу від 2° до 6° для планів масштабів 1:5000, 1:2000 та до 10° для планів масштабів 1:1000 та 1:500.

1.2 Існуючі методи створення топографічних карт і планів

На сьогоднішній день топографічні карти складають, в основному по матеріалах аерофотозйомок. При цьому виділяють два основних методи зйомок: комбінований і стереотопографічний.

Комбінований метод

При комбінованому методі зйомки аерознімки використовують для отримання контурної частини карти шляхом складання фотопланів. Рельєф місцевості наносять на фотоплан польовими методами, в основному мензульною зйомкою. Розпізнавання об'єктів місцевості, встановлення їх кількісних і якісних харакеристик виконується одночасно з рисовкою рельєфу в полі. Інколи при комбінованій зйомці фотоплан не виготовляють, а на універсальних приладах отримують графічний контурний план, зйомка рельєфу виконується в полі методами наземної зйомки. Цей метод використовується при складанні планів масштабу 1:2000, 1:5000 з перетином рельєфу 0,5 і 1 м на територіях, покритих суцільною високою рослинністю, і для масштабів 1:1000. 1:500 для об'єктів з щільною багатоповерховою будовою.

Основними процесами при комбінованому методі є польові роботи, аерофотозйомка і камеральні роботи.

До польових робіт належать:

- вибір і маркування опознаків:

- створення знімальної планової основи;

- зйомка рельєфу і дешифрування контурів.

Аерофотозйомка місцевості виконується в основному довгофокусними аерофотоапаратами (200-500 мм) для того, щоб зменшити перспективні спотворення високих об'єктів на краях знімків. Масштаб фотозйомки залежить від масштабу плану, що складається, фізико-географічних умов місцевості та типу приладу, на якому буде виконуватися фототрансформування. Доцільно, щоб при великомасштабних зйомках один знімок покривав планшет зйомки, поздовжнє перекриття знімків повинно бути 80-90%, а аерофотозйомка виконується по заданих напрямках.

В процесі польових геодезичних робіт виконується планова прив'язка знімків з визначенням висот всіх планових опознаків. Фотограмметричне згущення опорної мережі виконується аналітичним або аналоговим способами. В результаті цього кожний знімок забезпечують не менш, як чотирма опорними точками. Потім виконують трансформування аерознімків і монтаж фотопланів. Якщо на універсальному приладі складається графічний план, тоді для орієнтування необхідно кожну стереопару забезпечити чотирма-шістьма планово-висотними точками.

Польові роботи при комбінованому методі включають також розвиток висотної знімальної основи, зйомку рельєфу і дешифрування. Висотна знімальна основа розвивається для визначення висот точок стояння мензули. Для цього прокладають основні і знімальні висотні ходи. Основні висотні ходи повинні спиратися на репери, марки або пункти державної геодезичної мережі з відомими висотними відмітками. У залежності від фізико-географічних умов місцевості і прийнятої висоти перетину рельєфа застосовують геометричне або тригонометричне нівелювання.

Стереотопографічний метод

За стереотопографічним методом топографічні карти і плани складаються на універсальних приладах.

У залежності від характеру території топографічні карти і плани при стереотопографічному методі зйомок можуть складатися на фотопланах і на чистій основі. В першому випадку на фотопланах виконується зйомка рельєфу, а контурну частину отримують за результатами польового і камерального дешифрування.

Якщо складання фотоплану економічно недоцільно, зйомку рельєфу і контурів виконують безпосередньо на універсальних приладах на чистій основі.

Цей вид зйомки використовується також для складання масштабу 1:2000 і крупніше на забудованій території.

Основними технологічними процесами стереотопографічного методу є:

- аерофотозйомка місцевості;

- планово-висотна прив'язка аерофотознімків;

- планово-висотне фотограмметричне згущення опорної мережі;

- зйомка контурів і рельєфу на фотоплані або на чистій основі.

При створенні топографічних карт на різні фізико-географічні райони необхідно уточнювати параметри фотографування, схеми планової і висотної прив'язки, методику дешифрування, технологію зйомок рельєфу і контурів.

2. Аерофотознімання

Аерофотозйомкою називається фотозйомка ділянок земної поверхні з літального апарата з метою створення топографічних карт або рішення інших народногосподарських задач.

Аерофотозйомка класифікується за кількістю і розташуванням аерознімків: одинарна, маршрутна та площадна.

Маршрутна аерозйомка виконується з обов'язковим повздовжнім перекриттям. Поздовжнє перекриття - це загальна частина фотозображення, яка сфотографована на одному і другому знімках. Номінальне поздовжнє перекриття повинно бути 60%, а мінімальне 56%.

Плошадна аерозйомка складається з ряду паралельних маршрутів, між якими є поперечне перекриття. Поперечне перекриття повинно бути в середньому 30%, мінімальне - 20%:

В залежності від положення оптичної осі аерофотоапарата (АФА) аерозйомка буває горизонтальною, плановою і перспективною.

Горизонтальна аерозйомка виконується при строго вертикальному положенні оптичної осі, якщо положення площини аерофотознімка відрізняється від горизонтального не більше ніж на 3°, то такий знімок називають плановим, а аерозйомку - плановою. Якщо кут нахилу більший за 3°, то такий знімок і відповідно аерофотозйомку називають перспективними.

Аерофотозйомку умовно класифікують на дрібномасштабну - 1:50000 і дрібніше, середньомасштабну - 1:50000-1:10000 і великомасштабну - більше 1:10000. Аерофотозйомку виконують прямолінійними маршрутами із заходу на схід або з півночі на південь.

2.1 Розрахунок параметрів аерофотознімання

Аерофотознімання виконують спеціалізовані аерофотозйомочні підрозділи за замовленням організацій, що виконують знімальні роботи. При цьому задаються: масштаб фотографування - 1:m, фокусна відстань знімальної камери - f, формат знімка, поздовжнє і поперечне перекриття. На основі цих даних виконується розрахунок основних параметрів аерофотознімання.

Вихідні дані:

· p=70 мм. - оптимальний повздовжній паралакс

· m_h=0,6м - точність визначення висот точок на знімку

· m_p=0.02мм - СКП вимірювання поздовжнього паралаксу

· m_q=0.018мм - СКП вимірювання поперечного паралаксу

· f=70мм - фокусна відстань

· h=1м - висота перерізу рельєфу

· l_xxl_y=18х 18 - розмір знімку

· m=7000 - масштаб фотографування

· M=2000 - масштаб створюваної карти

· Д_х=50км - довжина ділянки знімання

· Д_у=50км - ширина ділянки знімання

Розраховується висота фотографування щодо середньої поверхні ділянки, що знімається

70*7000 = 490000 мм = 490 м

Абсолютна висота фотографування над рівнем моря розраховується за формулою

,

де Ас - відмітка середньої площини місцевості:



Якщо відома оцінка аеродрому А_А, можна розрахувати висоту фотографування щодо аеродрому

Поздовжнє і поперечне перекриття, в залежності від перевищення на ділянці, що знімається, і висоти фотографування, для масштабу 1:10000 і крупніше уточнюються за формулами

де - максимальне перевищення над середньою площиною.

Базис фотографування - це відстань між двома послідовними центрами фотографування. Базис фотографування розраховується за формулою

де - формат кадру аерофотоапарата.

Відстань між маршрутами виміряється між осями двох сусідніх маршрутів і розраховується за формулою

Кількість знімків в одному маршруті залежить від довжини ділянки, що знімається Дx, і базису фотографування В х

Кількість маршрутів на ділянці, що знімається, залежить від її ширини і відстані між маршрутами

Загальну кількість аерознімків визначають як:

N = n k=106*67=7102

Інтервал між експозиціями обчислюють за формулою:

де v - швидкість літака. Ан-30 2,55км/год. = 70,833 м/с

Витримка аерофотоапарата

де у - припустимий змаз зображення.

Величина витримки коливається від до с.

Обчислюють погонні кілометри зйомки

S = N*В_x=7102*477,8=33931,94 м

Час зйомки підраховують за формулою

Розрахунок параметрів аерофотознімання дає уяву про трудові матеріальні витрати при виконанні таких робіт.

2.2 Аерознімальне обладнання

При проведенні топографічної зйомки використовують аерофотоапарати, гіростабілізуючу установку і GPS.

Для зйомки використовують аерофотоапарати вітчизняні і закордонні, такі як АФА-ТЕ, АФА-41, АФА-ТЕС, LМК і МКS (фірми "Карл Цейс" Йена); НDР, RМК ("Оптон" ФРН), RC -10 ("Вільд" Швейцарія). Формат кадру вітчизняних аерофотоапаратів 18 x 18 см, закордонних - 23 x 23 см. Об'єктиви мають різні фокусні відстані - 35, 55, 70; 100, 140, 200, 350, 500 мм. Для зйомки використовується рулонна фотоплівка. Роздільна здатність знімків у центрі кадру до 50 ліній/мм, на краях 20-25 л/мм.

Робота аерофотоапарата керується командним приладом, що має обчислювальний пристрій. Автоматично здійснюється спуск затвору, витримується постійний інтервал фотографування, визначається кут скосу, видається команда розвороту АФА й інше.

Конструкція і характеристика аерофотоапаратів. Для топографічного аерофотознімання використовують аерофотоапарати, що мають високі вимірювальні і зображувальні властивості. В основному це кадрові АФА.

Аерофотоапарат установлюють на спеціальній фотоустановці. Основними вузлами АФА є знімальна камера і касета. Знімальна камера має тверду конструкцію і складається з корпуса 2, об'єктива 8, прикладної рамки 7. До прикладної рамки притискається емульсійний шар аероплівки 4. Плівка проходить між вирівнюючим склом, і притискаючим столом. У площині прикладної рамки АФА є металеві виступи трикутної форми - координатні мітки, що фіксуються на знімку і створюють координатну систему Oxy знімка.

Рисунок 2.1 - Схема конструкції аерофотоапарата: 1 - аерофотоустановка; 2 - корпус; 3 - касета; 4 - котушка з аероплівкою; 5 - притисний стіл; 6 - фотоплівка; 7 - прикладна рамка; 8 - об'єктив

Пряма, що проходить через вузлову точку об'єктива перпендикулярно площині знімка називається оптичною віссю фотокамери або головним променем. Відстань від внутрішнього центра проекції S' до площини прикладної рамки називається фокусного відстанню фотокамери. Точка перетину протилежних координатних міток оґ повинна збігатися з головною крапкою знімка о. Ця умова не завжди виконується. Положення внутрішнього центра проекції S' щодо площини прикладної рамки визначають елементи внутрішнього орієнтування.

У касеті АФА 3 розміщені котушки, одна з яких змотує, а друга розмотує аероплівку. Вирівнювання плівки в площину здійснюється або пневматично, якщо відкачується повітря з обмеженого простору між плівкою і столом, або механічно, якщо плівка притискається столом до плоского скла в площині прикладної рамки.

Гіростабілізуюча установка. Для збереження горизонтального положення площини прикладної рамки АФА в момент фотографування використовується гіростабілізуюча установка, що побудована на основі гіроскопа і забезпечує спів падання головного оптичного променя фотокамери з прямовисною лінією. Кути нахилу аерознімків, отриманих таким способом, не перевищують 1°, а в середньому складають 20-30'.

GPS - Глобальна позиційна система, що визначає координати точок установлення приладів за допомогою штучних супутників. Система складається з двох приймачів, мікроЕОМ із програмним забезпеченням. Приймачі приймають і записують сигнали супутників, ЕОМ обчислює відстані і координати точки знаходження приладу. Результати обчислень записуються на безконтактних магнітних картках. Ці системи точніші і надійніші за РВС.

3. Планово-висотна прив'язка аерознімків

Прив'язкою аерофотознімків називають комплекс робіт щодо розпізнавання на місцевості і визначення геодезичних координат обраних контурних точок на аерознімках. В залежності від обумовлених координат точок розрізняють планову прив'язку, планово-висотну і висотну.

Якщо складається тільки контурна частина карти досить мати точки з плановими координатами X і У. У випадку зйомки рельєфу місцевості і рішення інших задач, зв'язаних з використанням просторових координат точок, виконується планово-висотна або висотна прив'язка аерознімків.

В залежності від вимог, що відносяться до топографічного плану або карти, а також від визначеної технології провадження робіт, виконують суцільну або розріджену прив'язку. При суцільній прив'язці кожна стереопара або аерознімок забезпечується необхідною кількістю опорних точок. Суцільна планова прив'язка виконується тільки для створення планів забудованих територій масштабу 1:500 -1:5000, при цьому кожен знімок має бути забезпечений чотирма і більше плановими розпознаками, в залежності від коефіцієнта трансформування аерознімків в зоні потрійного поздовжнього перекриття (К < 2,5) і в середині чверті знімка, якщо (К > 2,5), (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 - Розташування планових розпізнавальних знаків при суцільній прив'язці аерознімків для різних коефіцієнтів трансформування

Суцільна висотна підготовка виконується при створенні топографічних планів з висотою перетину рельєфу 0,25 м. Допускається також суцільна висотна підготовка при створенні планів масштабу 1:500 - 1:5000 з перетином рельєфу 0,5 м.

Розріджена прив'язка виконується, якщо точність наступних фототріангуляційних робіт забезпечить необхідну точність створення плану або карти. Це основний вид прив'язки при середньомасштабному і великомасштабному картографуванні незабудованих територій.

Планово-висотна прив'язка складається з таких основних процесів:

- складання проекту робіт;

- маркування опознаків;

- розпізнавання й оформлення опознаків;

- польові геодезичні роботи.

При складанні проекту робіт визначається технологія створення карти, розраховується трудомісткість і економічні показники.

У залежності від обраної технології робіт виконується розрахунок густоти планово-висотних і висотних опознаків, що задовольняють точність плану або карти, що створюється. Погрішності взаємного положення точок на плані не повинні перевищувати 0,4 мм.

При складанні проекту розташування опознаків враховується метод фотограмметричного згущення. При аналітичній і аналоговій фототріангуляції опознаки проектують рядами, розташованими поперек аерофотознімального маршруту.

Опознаки, по можливості повинні розміщуватись в зоні потрійного поздовжнього перекриття й у середині міжмаршрутного перекриття. Відстань між плановими і висотними опознаками розраховуються за формулами або відповідно до вимог інструкції по топографічній зйомці.



Рисунок 3.2 - Схема розташування опознаків у маршрутах при розрідженій прив'язці знімків

Якщо виконується побудова блокових мереж просторової фототріангуляції, планові опознаки розташовують по периметрі блоку, складеного не більше, як з десяти і не менш, як з чотирьох маршрутів. При цьому довжина маршруту повинна бути близько 160 - 200 см у масштабі карти, що складається, але мати не більше 20 і не менше 8 базисів фотографування.

Планові опознаки розташовують у кутах на відстані 40-50 см, але не більш ніж через 5 і не менше ніж через 2 базиси фотографування.

Рисунок 3.3 - Схема розташування опорних точок при побудові блокових мереж

При розрідженій висотній підготовці опознаки розташовують рядами поперек маршрутів. Відстань між висотними опознаками в напрямку маршрутів повинна бути не менше: 2,0 - 2,5 км при висоті між горизонталями 0,5 - 1 м; 8 - 10 км - 2 - 2,5 м; 20 - 25 км - 5 м. Схема розташування планово-висотних опознаків приведена на рисунку 3.4.

Рисунок 3.4 - Схема розташування опорних точок при зйомці в масштабі 1:10000 з перетинанням рельєфу через 1м: © - планово-висотні опознаки; о - висотні опознаки

Опознаки вибирають на місцевості відповідно до проекту планово-висотної підготовки. За опознаки беруть чіткі контури, що розпізнаються на знімках з точністю не менш 0,1 мм у масштабі карти, що складається.

Висотні опознаки повинні вибиратися на рівнинній місцевості, можна використовувати характерні точки рельєфу. Погрішність у розпізнаванні висотного опознаку на місцевості не повинна приводити до погрішності у висоті точки більше 0, 1 висоти між горизонталями.Розпізнану точку відмічають позначкою на аерознімку з точністю 0,1 мм, оформляють окружністю діаметром 10 мм, на зворотній стороні в більшому масштабі складається абрис.

У районах, де неможливо забезпечити чітке розпізнавання на аерознімках точок місцевості, перед аерофотозйомкою виконують маркірування опознаків. Маркірувальні знаки виконують у вигляді хреста, що складається з чотирьох променів з вільним простором у центрі, квадрата або кола. При зйомках у масштабі 1:10000 і 1:25000 маркірування роблять тільки у вигляді хреста. Розміри маркувальних знаків залежать від масштабу зйомки. Наприклад, розміри повинні бути не менше 0,15 мм і 0,05 мм у довжину і ширину одного променя знака "хрест", а відстань лучачи від центра знака - 0,05 мм, сторона квадрата або діаметр кола - 0,10 мм.

Координати планових опознаків визначаються способами тріангуляційних побудов, кутових засічок (прямих, зворотних і комбінованих), прокладкою теодолітних ходів, полярним способом.

Середні похибки положення планових опознаків не повинні перевищувати 0,1 мм у масштабі карти, що складається, а граничні похибки не повинні перевищувати 0,2 мм.

Висоти опознаків визначають прокладкою ходів геометричного нівелювання, якщо зйомка буде виконуватися з висотою перетинання рельєфу 0,5 - 1 м, для зйомки з перетинанням рельєфу 2 і 5 м - тригонометричним нівелюванням. Середні похибки визначення висот опознаків (з урахуванням погрішностей розпізнавання) не повинні перевищувати 0,1 висоти перетину рельєфу, а граничні погрішності - 0,2 висоти перетину рельєфу.

3.1 Види прив'язочних робіт, розрахунок щільності опознаків

Планово-висотна прив'язка складається із таких основних процесів:

· Складання проекта робіт;

· Маркування опознаків;

· Розпізнавання і оформлення опознаків;

· Польові геодезичні роботи.

Одноразова пряма кутова засічка. Коли є видимість між двома пунктами, і коли немає видимості між пунктами.

а) нема видимості між пунктами б) є видимість між пунктами

Багаторазова пряма кутова засічка. Використовують коли є більше двох вихідних пунктів.

Одноразова і багаторазова обернені кутові засіки. Це визначення положення пункту шляхом вимірювання курів чи напрямків на визначуваному пункті на пункти координати яких відомі.

Комбіновані засічки

Пряма кутова, обернена кутова

Теодолітні ходи:

Розімкнуті Зімкнуті Висячі

Середні похибки положення планових опозпознаків не повинні перевищувати 0,1 мм у масштабі карти, що складається, а граничні похибки не повинні перевищувати 0,2 мм.

Висоти опозпознаків визначають прокладкою ходів геометричного нівелювання, якщо зйомка буде виконуватися з висотою перетинання рельєфу 0,5 - 1 м, для зйомки з перетинанням рельєфу 2 і 5 м - тригонометричним нівелюванням. Середні похибки визначення висот опозпознаків (з урахуванням похибок розпізнавання) не повинні перевищувати 0,25 м.

При складанні проекту робіт визначається технологія створення карти, розраховується трудомісткість і економічні показники.

Розрахунок щільності планово-висотних опознаків

Вихідні дані:

M=2000

m=7000

m_q=0.02мм

f=70мм

m_h=1/3*1=0,3333м

B_x=477,8м

b_x=477,8/7000=0,068257=6,82мм

Д_х=50км

Д_у=50км

mz=0.1м

Кількість базисів фотографування між опознаками:

Відстань між опознаками:

м

м

Кількість опознаків:

3.2 Розрахунок точності геодезичних робіт з визначення координат опознаків

Спосіб геодезичної прив'язки визначають шляхом розрахунку відносної похибки вимірювань, для розрахунку якої використовуємо точність визначення планових координат як абсолютну точність і відстань між розпознаками як довжину ходу.

Абсолютна нев'язка полігонометричного ходу визначається з співвідношення:

,

де відносна похибка ходу, для полігонометрії

=

= 0,134м

Отже, для забезпечення необхідної точності створюваного плану треба прокладати розпознаки полігонометричним ходом 4 класу.

Спосіб висотної прив'язки також визначають шляхом обрахунку нев'язки ходу, де допустима нев'язка дорівнює точності визначення висотних координат, а довжина ходу - відстані між розпознаками.

Між висотними опознаками прокладають нівелірний хід для визначення висот точок. Довжина ходу рівна 1,433 км. Підраховуємо нев'язку від нівелірного ходу. В результаті отримаємо, що хід прокладений технічним нівелюванням, тому що нев'язка:

59,85 мм = 0,60 м

Висновок: для створення карти заданого масштабу 1:2000 на місцевості з кутами нахилу до 2^о, планово-висотну прив'язку слід виконувати методом технічного нівелювання та полігонометрії 4 класу.

4. Просторова фототріангуляція

Просторову фототріангуляцію визначають як метод згущення опорної геодезичної мережі по аерознімках одного або кількох маршрутів.

Заснована просторова фототріангуляція на ідеї геометричної зворотності фотографічного процесу. Провідним процесом є взаємне орієнтування аерознімків. При цьому утворюються елементарні ланки просторового ланцюга трикутників, які спираються на базиси фотографування.

Просторова фототріангуляція дозволяє визначити по знімках координати опорних точок, необхідних для складання топографічних карт, планів, фото-планів.

Основна мета просторової фото тріангуляції - максимально скоротити трудомісткі польові геодезичні роботи, замінивши їх камеральними.

Сутність просторової фототріангуляції заключається в побудові моделі місцевості по знімках, що належать одному або декільком маршрутам, і орієнтуванні її щодо геодезичної системи координат.

В залежності від кількості маршрутів, використовуваних для побудови моделі місцевості, фото тріангуляцію розділяють на одно маршрутну (маршрутну) і багато маршрутну (блокову).

Маршрутну фототріангуляцію - розвивають по знімках, що належить одному маршрутові. При цьому маршрут повинен бути забезпечений опорними точками для орієнтування моделі щодо геодезичної системи координат.

Блокова фототріангуляція будується по знімках, що належать двом маршрутам і більше. У цьому випадку відпадає необхідність визначення опорних точок для кожного маршруту. Тому блокова фототріангуляція в більшому ступені скорочує обсяг польових геодезичних робіт, ніж маршрутна, що має велике значення, особливо при картографуванні важкодоступних і недоступних територій.

В залежності від застосованих технічних засобів розрізняють три види просторових фототріангуляції: аналітичну, аналогову і аналогово-аналітичну.

4.1 Класифікація просторової фототріангуляції

Розрізняють три основних способи аналітичної маршрутної фототріангуляції: спосіб зв'язок, спосіб частково залежних моделей і спосіб незалежних моделей.

Спосіб зв'язок. Істотна особливість цього способу складається в одночасній побудові й зрівнюванні фотограмметричної мережі по всіх знімках даного маршруту.

У якості вихідних у способі зв'язок використовуються рівняння колінеарності, що виражають залежність між координатами точки знімка і координатами відповідної точки місцевості.

Вважаючи, що наближені значення координат точок місцевості й елементів зовнішнього орієнтування знімка відомі, приведемо рівняння до лінійного виду з метою рішення задачі по способу найменших квадратів. Вважається, що елементи внутрішнього орієнтування (фокусна відстань фотокамери і координати головної точки знімка) відомі і визначені з достатньою точністю в результаті лабораторного або польового калібрування аерофотоапарата.

Одне зображення точки мережі дає два рівняння поправок. Отже, загальне число рівнянь поправок:

M = 2т,

де т - кількість зображень точок мережі.

У маршрутній фототріангуляції кожна точка мережі зображується на двох або трьох знімках і дає чотири або шість рівнянь поправок.

Загальне число невідомих у системі рівнянь поправок:

N = 6n+ 3k = 6* 106 + 3 *67= 832

де п - кількість знімків, використаних для побудови мережі,

k - число обумовлених точок місцевості.

Фотограмметричну мережу можна побудувати, якщо виконується умова: M > N.

Система рівнянь поправок вирішується методом послідовних наближень за умови

= min,

де р і р' - ваги обмірюваних величин х і у. У результаті рішення визначають елементи зовнішнього орієнтування знімків і координати нових точок місцевості. Крім того, роблять оцінку точності визначення цих величин.

На рисунку 4.1 показана схема маршрутної фототріангуляції. Трикутниками позначені опорні точки, координати яких отримані геодезичними методами, квадратами і кружками - обумовлені точки. Тому що M > N, то цю мережу можна побудувати по способі зв'язок. При цьому маємо 15 надлишкових рівнянь виправлень, що забезпечує надійну оцінку точності побудови маршрутної мережі.

Рисунок 4.1 - Схема маршрутної фототріангуляції

Спосіб незалежних моделей. По кожній стереопарі створюється модель у локальній (базисній) системі координат і в довільному масштабі. При цьому порядок побудови моделей теж довільний.

Щоб одержати модель, вимірюють координати точок стереопари, включених у фотограмметричну мережу, визначають елементи взаємного орієнтування знімків і обчислюють координати точок моделі. Створені в такий спосіб одиночні моделі з'єднують у загальну модель за допомогою сполучних точок.

Рисунок 4.2 - Перша і друга незалежні моделі

Для побудови одиночної моделі використовуємо систему координат, вісь X якої сполучена з базисом фотографування, а площина XZ - з головною базисною площиною лівого знімка.

Знайдемо елементи взаємного орієнтування ,,,,.

Довільно вибравши довжину базису фотографування В, обчислимо фотограмметричні координати точок моделі по формулах:

де і - трансформовані координати точок лівого знімка;

p - трансформований поздовжній паралакс

Елементами зовнішнього орієнтування кожної незалежної моделі щодо геодезичної системи координат OX_rY_TZ_T служать: координати лівої точки фотографування в системі OX_vY_rZ_r, тобто величини Х_о, Y₀, Z_o; кути о, з, и визначальні напрямки осей координат фотограмметричної системи щодо геодезичної, і масштабний коефіцієнт t.

4.2 Точність аналітичної фототріангуляції

Точність фототріангуляції залежить від багатьох факторів: параметрів аерофотозйомки, вимірювальної точності аерознімків, точності вимірювання знімків, способу фототріангуляції, кількості і розміщення опорних точок, методу усунення деформації.

При побудові фототріангуляційних мереж відбувається накопичення похибок. Для вільної мережі максимальні похибки очікують в кінці маршруту.

Якщо фотограмметрична мережа орієнтована по опорних точках, що розташовані по краях маршруту, максимальні похибки треба очікувати в середині маршруту. Оцінку точності побудови такої мережі можна зробити за формулами:

де m - масштаб аерознімка;

m_{q -} похибка вимірювання поперечного паралаксу;

n - кількість моделей в мережі.

2081,76 м

м

м

Для зменшення накопичення похибок при побудові фототріангуляційних мереж необхідно, щоб фотограмметрична мережа була орієнтована по краях маршруту.

Для збільшення точності фототріангуляції мережі рекомендовано зменшити кількість базисів між плановими озпознаками.

5. Обробка аерознімків на цифровій фотограмметричній станції "Дельта"

Цифрова фотограмметрична станція "Дельта" розроблена і виготовляється науково-виробничим державним підприємством "Геосистема" (Україна, м. Вінниця). Станція призначена для фотограмметричної обробки цифрових знімків і спільно з програмним забезпеченням забезпечує повний технологічний ланцюжок їх фотограмметричної обробки: тріангуляцію, орієнтування, векторизацію в моно- і стереорежимі, оформлення і друк електронних карт і мозаїчних ортофотопланів.

Заснована на картографічному ядрі "Digitals". Працює в стереорежимі зі стереоскопом або з OpenGL затворними окулярами, в режимі моно / моно плюс без додаткових пристосувань. Можливе використання ручних штурвалів, ножного диска і педалей.

Ортофотоплани можна отримати використовуючи цифрову технологію, яка основана на викopиcтaнні цифрових моделей.

Цифрова фотограмметрична станція "Дельта" дозволяє створювати ортофотоплани різних масштабів.

Блок-схема одержання ортофотопланів за цією технологією включає: сканування знімків, визначення планово-висотної основи для стереопар, обробку знімків на ЦФС "Дельта", виготовлення ортофотоплану.

Сканування знімків виконується в форматі DIP з роздільною здатністю 28 мкр ~ 900 dpi, далі виконується запис на машинний носій і маркування машинних носіїв для ведення картограми виконаних робіт. Визначення координат і висот опорних точок виконується по растрах відповідного масштабу.

Обробка знімків на ЦФС "Дельта" включає:

1) введення даних АФА;

2) введення каталогу опорних точок;

3) внутрішнє орієнтування (по оптичних мітках);

4) взаємне орієнтування (мінімум шість точок, оптимально 12 точок);

5) зовнішнє орієнтування (мінімум 3 точки, рекомендовано 6 точок, максимум 12 точок);

6) орієнтування планшету (завдання масштабу планшету та координат лівого нижнього кута);

7) збір чи імпорт ЦММ;

8) ортофототрансформування з роздільною здатністю 100 - 600 dpi;

9) Конвертація у формат TIFF або BMP.

Виготовлення ортофотоплану складається з таких процесів:

* прив'язка по координатах фотозображення;

* обрізка зарамочного оформлення;

* зшивання фотозображення.

Вихідними даними для отримання ортофотопланів є:

* аерофотознімки (негативи чи позитиви);

* паспортні дані аерофотознімальної апаратури;

* відскановані (растрові) топографічні плани для визначення опорних точок на стереопару (блок) та для накладання на змонтований з ортофотознімків планшет;

* дані для імпорту цифрової моделі рельєфу (ЦМР) у вигляді текстового файлу, який містить координати точок (X,Y,Z), що визначені за цифровою картою.

Сканер має механічну систему і оптичну. Механічна система дозволяє закріпляти та пересувати знімки, дослідження зображення здійснює електронна система, яка має систему визначення координат кожного пікселя розміром 14 x 14 мкм. Оптична система виконує освітлення знімка за допомогою фотоприймальної камери, визначає оптичну густину зображення і перетворює результат в електричні сигнали.

В цифровій фотограмметрії ортофототрансформування виконується з і метою перетворення зображення в ортогональну проекцію, в результаті чого будуть усунуті спотворення через нахил знімків і рельєф місцевості.

Якщо цифрова модель вже отримана будь-яким способом, нею можна скористатись при роботі. Якщо такої моделі немає, то цифрову модель рельєфу одержують з цифрової моделі місцевості, отриманої складанням на приладі "Дельта" за спеціальною програмою. При цьому цифрове зображення автоматично по відомих елементах внутрішнього та зовнішнього орієнтування переводиться від координат точок нахиленого знімка до координат точок зображення горизонтального аерофотознімка за формулами аналітичного трансформування. Якщо елементи зовнішнього орієнтування невідомі, їх визначають по опорних точках. Отримане неспотворене зображення монтують з різних знімків до єдиного зображення по координатах спільних точок, вводять в зображення рамки листів планів і зводять до потрібного масштабу Друк фотоплану можна виконати на високоточному принтері з напівтоновою передачею або зображення з екрана монітору перевести на фотопапір або фотоплівку.

5.1 Внутрішнє орієнтування

Внутрішнє орієнтування моделі призначене для визначення параметрів перетворення реальної системи координат растрового образу в еталонну систему координат знімка. Виконується по чотирьох координатних мітках або центральних хрестиках знімків. Робота виконується з використанням стереоскопічної насадки для монітора.

Елементи внутрішнього орієнтування аерознімка (рис. 5.1) називаються величини, які визначають положення центра проекції відносно фотознімка. До них відносяться фокусна відстань f камери АФА і координати головної точки X_o і Y_o.



Рисунок 5.1 - Елементи внутрішнього орієнтування аерознімка

Для визначення цих параметрів використовуємо координатні мітки з опису фотокамери і координати цих самих міток, виміряних в образі.

Відкриваємо раніше створений блок фототріангуляції, де при відкриванні відображується перша координатна мітка на першому знімку першого маршруту. Координатні мітки відображаються на екрані як номер мітки в порядку, заданому описом аерофотокамери, яка була використана при аерофотозніманні.

Після реєстрації першої координатної мітки програма автоматично вимірює всі наступні координатні мітки на всіх знімках блока. Вимірювання виконується методом еталонного фрагмента (виміряна мітка) за кореляційним методом. Коефіцієнт кореляції - це величина від 0 до 1,0, яка характеризує якість співпадання. Коефіцієнт кореляції 1,0 вказує на повний збіг (фрагменти ідентичні). Коефіцієнт 0,7 - 0,9 вказує на хороший збіг. Менше значення показує на похибку (невірне розпізнання). Якщо мінімальний коефіцієнт кореляції між усіма виміряними знімками нижче за 0,7, то переміщаємося на той знімок, даючи можливість переміряти координатну мітку на даному знімку.

Після виправлення всіх похибок кореляції, які встановлені на цьому маршруті, приступаємо до вимірювання наступних координатних міток на цих же маршрутах. Також після вимірювання виправляємо всі похибки кореляції вручну, повертаючись назад на ті знімки, де коефіцієнт кореляції становить менше 0,7. В процесі вимірювання координатних міток формується таблиця, в якій відображаються порядкові номери міток, відхилення виміряних координат від вказаних в опису камери (в мікрометрах) і масштабні коефіцієнти по осях координат. Виділення будь-якого рядка з координатними мітками при відключенні керування приводить до переміщення марки на відповідну мітку.

5.2 Взаємне орієнтування

Взаємне орієнтування полягає в послідовному усуванні поздовжніх і поперечних паралаксів в шести точках стандартних зон. Остаточні поперечні паралакси будуть подані у вигляді таблиці на моніторі.

Елементи взаємного орієнтування визначають положення двох знімків в момент фотографування.

Взаємне орієнтування виконується двома способами:

- поворотами двох знімків;

- поворотами одного знімку.

Згідно цього розрізняють дві системи елементів взаємного орієнтування:

1. непорушний базис;

2. нерухомий другий знімок.

Рисунок 5.2 - Елементи взаємного орієнтування.

Перша система (Базисна система)

б₁^ґ - повздовжній кут нахилу лівого знімка, утворений головним променем лівого знімка S₁O₁ і перпендикуляром до базису;

ж₁^ґ - кут розвороту лівого знімку в своїй площині, утворений віссю oу ₁ і cлідом січення площини площиною S₁Z'₁Y'₁;

Ь₂^ґ - повздовжній кут нахилу правого знімка, утворений перпендикуляром до базису і проекцією головного променя S₂О ₂ на площину S₂Y'₂О ₂;

щ₂^ґ - взаємний поперечний кут нахилу на правому знімку, утворений головним променем і його проекцією на головну базисну площину;

ж₂^ґ - кут розвороту правого знімку в своїй площині, утворений віссю у ₂ і слідом січення площини S₂Z'₂Y'₂.

Рисунок 5.3 - Елементи взаємного орієнтування.

Друга система (Лінійно-кутова система)

B_x, B_y, B_z - лінійні складові базису фотографування;

Дб^{ґ -} повздовжній кут нахилу утворений віссю Z'₂S₂ і проекцією головного променя S₂O₂ на площину Z₂'O ₂Y₂';

Дщ^{ґ -} взаємний поперечний кут нахилу утворений головним променем S₂O₂ і його проекцією на площину Z₂'O₂Y₂';

Дж^{ґ -} взаємний кут розвороту знімку між віссю о_у знімку та слідом січення площини Z₂' S ₂Y₂';

V^{ґ ґ -} кут нахилу базису фотографування на лівому знімку;

ф' - кут утворений віссю о_х знімку та базисною площиною лівого знімка.

Вектори які паралельні одній площині або лежать в одній площині називаються компланарними.

- умова компланарності векторів.

Для виконання умови взаємного орієнтування величина модуля може бути довільною. Рівняння взаємного орієнтування для будь-якої точки є функцією п'яти кутових елементів.

Якщо відомі приблизні значення елементів взаємного орієнтування, враховуючи поправки до них, рівняння буде мати вигляд:

.

Вимірювання виконуємо в порядку нумерації, причому потрібно вимірювати тільки точки центрального ряду кожного знімку, а програма автоматично буде переносити їх на лівий і правий знімок, а за необхідності і на знімки нижнього маршруту. Вибираємо за можливості чіткий контур (кут бордюру, кут даху, поворот дороги, річки і т.д.) в місці без великих перспективних спотворень або перепадів рельєфу і реєструємо вибрану точку. Програма автоматично відшукує ту ж точку на суміжних знімках. Якщо мінімальний коефіцієнт кореляції між усіма виміряними знімками вищий за 0,7, то переходимо автоматично до вимірювання наступних точок (верхня зона).

На стадії взаємного орієнтування знімків середнє значення кінцевих поперечних паралаксів не повинно перевищувати 7 мкм. На стадії побудови вільної маршрутної мережі середні квадратичні розходження координат зв'язуючих точок, які обчислені в суміжних стереопарах, не повинно перевищувати в плані 15 мкм, а по висоті - 15 мкм, помножених на відношення фокусної відстані фотокамери до базису фотографування на знімку. Середні квадратичні значення кінцевих похибок умов колінеарності на точках знімків у вільній маршрутній мережі також не повинно перевищувати 10 мкм.

Після усунення паралаксу на всіх точках, які показав нам аналізатор, приступаємо до зовнішнього орієнтування.

5.3 Зовнішнє орієнтування

Зовнішнє орієнтування - це другий етап орієнтування стереопари, адже довільно розташована у просторі стерео модель (х,y,z) переходить у зовнішню (топоцентричну) систему координат (X,Y,Z).

Процес орієнтування полягає в нанесенні точок, які було взято на місцевості, тобто наносимо планово-висотні точки. Для орієнтування стереопари необхідно використати стереоскоп для стереоскопічного спостереження моделі місцевості. Знаходимо на першій стереопарі опорну точку, де було взято першу координату.

Після орієнтування проводимо вирівнювання мережі. Передбачені три варіанти рахунку: контроль зв'язків, інтерактивне вирівнювання й вирівнювання блоку, де вихідними даними є опознаки. Перший і третій варіант виконуються в пакетному режимі, а другий - у діалоговому. Діалоговий режим супроводжується формуванням докладних протоколів побудови та вирівнювання блоку, що характеризують точність мережі в цілому і її окремих елементів.

Аналізуючи отримані дані, можемо усунути виявлені помилки у вихідних даних і повторити вирівнювання, або прийняти рішення про придатність результатів для подальших технологічних процесів по складанню цифрових карт. В результаті врівноваження вільної та геодезично орієнтованої мережі отримуємо протоколи побудови блоку і каталог координат для орієнтування стереомоделей.

Середні похибки висоти на опорних геодезичних точках після зовнішнього орієнтування маршрутної мережі не повинно перевищувати 0,15 висоти перерізу рельєфу, а похибки планових координат 0,2 мм в масштабі карти (плану). Середні розбіжності між фотограмметричними висотами контрольних точок і їх геодезичними відмітками не повинно бути більше ніж 1/5 висоти перерізу рельєфу, а розбіжності в плані - 0,25 мм в масштабі карти (плану). Число граничних розбіжностей, рівних подвійним середнім, не повинно бути більше 5%. Точки з великою розбіжністю планових координат або висот виключаються. Виконується по 6 опорних точках, максимум можна 12 точок, мінімум 3.

Пара знімків - це два знімки, отримані з двох різних центрів протії в такий спосіб, що і на лівому, і на правому знімку зобразилась та сама частина об'єкта (території) Таку пару ще називають стереопарою бо, розглядаючи знімки під простим приладом - стереоскоп, можна побачити просторову модель об'єкта, тобто відчути його об'ємність, побачити гори, долини, висоти будинків, дерев. Такі знімки перекриваються між собою, як правило, на 60% або більше.

Елементи зовнішнього орієнтування - це величини, що визначають положення лівого і правого центрів проекцій S₁ та S₂ і відповідних площин лівого Р ₁ та правого Р ₂ знімків у вибраній просторовій системі координат OXYZ.

Цими елементами є:

X_s1Y_s1Z_s1 - просторові координати лівого центра проекції S₁;

Ь₁, щ₁, к ₁ - повздовжній, поперечний кути нахилу лівого знімку Р₁ та кут йог розвороту;

X_s2Y_s2Z_s2 - просторові координати правого центра проекції S₂;

Ь₂, щ₂, к ₂, - повздовжній, поперечний кути нахилу правого знімку Р₂ та кут його розвороту.

Вектор В називають базисом фотографування.

Рисунок 5.4 - Елементи зовнішнього орієнтування моделі

5.4 Створення цифрової моделі рельєфу (ЦМР)

Побудову цифрової моделі рельєфу можна виконати двома методами:

1. Векторизація рельєфу зі сканованих карт.

2. Побудова регулярної сітки ЦМР.

Векторизація рельєфу зі сканованих карт виконується методом растрової дігіталізації на фотограмметричних приладах "Дельта" з використанням програмного забезпечення "Digitals", розробленого в ДНВП "Геосистема". Цифрова модель рельєфу створюється на основі растрового образу і додаткової інформації (опис аерофотокамери і опорних точок).

Для створення цифрової моделі рельєфу необхідно:

1. Виконати внутрішнє орієнтування моделі.

2. Виконати взаємне орієнтування моделі.

3. Виконати зовнішнє орієнтування моделі.

Після виконання всіх процесів орієнтування приступаємо до створення цифрової моделі рельєфу та структурних ліній. Перед створенням ЦМР створюємо новий файл, в який вставляємо блок фототріангуляції . За допомого границь блоку маємо центральну зону границі на кожний знімок для збору ЦМР.

Після вирівнювання границь приступаємо до створення ЦМР (включаємо стереорежим, растр - стерео).

ЦМР потрібна для розв'язання багатьох прикладних задач, зокрема для створення цифрового ортофотозображення.

Цифрова модель рельєфу (ЦМР) - це впорядкований набір висот точок земної поверхні в цифровому вигляді плюс інтерполяційний алгоритм, який дозволяє вичислити висоту будь-якої точки об'єкта з достатньою точністю.

Точки ЦМР розташовують у вигляді сітки нерегулярної або регулярної.

Нерегулярна сітка найчастіше подається у вигляді сукупності трикутників, вершини яких поміщаються в характерних точках місцевості, і на цих пунктах проводяться вимірювання висот. У такій сітці збережена і передається топологія рельєфу.

На практиці найчастіше використовують регулярну сітку (у вигляді квадратів, прямокутників або трикутників).

Способи отримання вихідних даних для побудови ЦМР досить різноманітні. До них належать:

- геодезичний (польовий);

- карто метричний;

...