Размещено на http://allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

Инженерная школа

Кафедра геодезии, землеустройства и кадастра

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: «Выбор параметров аэрофотосъемки участка»

Владивосток 2011



Содержание

• Введение
• 1. Выбор параметров аэрофотосъемки
• 1.1 Исходные данные и характеристика участка работ
• 1.2 Выбор масштаба
• 1.3 Выбор высоты фотографирования
• 1.4 Выбор продольного и поперечного перекрытия
• 1.5 Определение рабочей площади фотоснимка
• 1.6 Определение количества снимков в маршруте и общего количества снимков
• 1.7 Расчет максимальной выдержки
• 1.8 Расчет промежутка времени между моментами фотографирования
• 1.9 Определение общего времени производства работ
• 2. Плоскостная фототриангуляция
• 2.1 Общие сведения
• 2.2 Построение одномаршрутного ряда
• 2.3 Редуцирование фототриангуляции
• Заключение
• Список литературы


Введение

Фотограмметрия - наука, которая изучает способы определения качественных и количественных характеристик объектов по их фотографическому изображению [3].

Фотограмметрия решает 2 группы задач:

1. Получение фотографического материала объектов (фотосъемка)

2. Определение всех характеристик по фотоснимкам

Существует три способа выполнения фотографических работ:

1) Наземная фотосъемка

2) Аэрофотосъемка

3) Космическая фотосъемка

В данном курсовом проекте для выполнения фотографических работ рассмотрим способ аэрофотосъемки.

Аэрофотосъемка - фотографирование территории с высоты от сотен метров до десяти километров при помощи аэрофотоаппарата, установленного на атмосферном летательном аппарате (самолёте, вертолёте, дирижабле и пр. или их беспилотном аналоге).

Целью курсового проекта является составление технического проекта аэрофотосъемки (выбор параметров будущей съемки), определение параметров летно-съемочных работ и обработка материалов, полученных после проведения съемки.

Задачи, решаемые в рамках технического проекта АФС:

· выбор параметров АФС;

· определение качественных и количественных характеристик объектов по их фотографии;

· получение материальной базы для построения карт и планов.

Проведение данных работ необходимо для возможности дальнейшего получения топографических и кадастровых карт и планов.



1. Выбор параметров аэрофотосъемки

1.1 Исходные данные и характеристика участка работ

Для выхода на участок были заданы следующие данные:

- учебная карта № У-34-114-В масштаба 1:50 000 (Лахти)

- границы снимаемого участка:

х_с -6746

х_ю-6730

у_з -4474

у_в -4484

- необходимо получить карту масштаба 1: 10 000 с высотой сечения равной =2 м

- точность определения координат по карте: 0,2 мм

- точность измерения координат по снимкам: 50 микрон

- показатели ветра: Азимут - 30, скорость - 10 км/ч.

- Размеры снимка 18х18

Характеристика участка работ:

Населенные пункты: на юго-западе населенные пункты Лахти и Вуонос численностью населения от 100 до 500 жителей и Рухинен, расположенный на Северо-востоке, с численностью населения менее 100 жителей.

Коммуникации: хорошо развита дорожная сеть. Дороги грунтовые, улучшенным покрытием. С севера на юг проходит автомобильная трасса, которая связывает административный центр с другими селами и поселками. Также есть мосты, ЛЭП, лесные и проселочные дороги. На западе в центральной части карты создана сеть каналов для отвода излишков воды с территории.

Гидрография: Имеется речная сеть и сеть озер. Реки извилистые, постоянно меняют свое русло. Две основные реки: р. Вара и Пурмо, имеют широкие полноводные берега. От этих рек выходит множество притоков, которые соединяют озерную сеть. Озера: Лассилское, Пюхтя, Энг-Ярви самые крупные и соединены речными притоками и каналами. Большая часть территории заболочена. На юго-западе расположено болото Лампи и на юге-востоке болото Тери, а также множество других более мелких болот.

Рельеф: рельеф холмистый, болотистый. Самая высокая отметка 292,8 и самая низкая отметка 204,3. Крутизна скатов равна

Растительный покров: на болотистой части территории прорастают кустарники, низкорослые леса. На юге территории имеются луговая растительность и вырубленные леса, трудно проходимые болота.

Пункты ГГС: на всей территории расположено 5 пункта полигонометрии и 4 пункта триангуляции.

Климат: умеренный.

1.2 Выбор масштаба

Условие выбора масштаба съемки: масштаб съемки всегда выбираем мельче масштаба карты или плана, который мы хотим получить.

Для того чтобы определить масштаб съемки, рассчитывается коэффициент увеличения:

- среднеквадратичная погрешность (СКП) определения координат точек на будущей карте, мм;

- СКП измерения координат по снимкам, мм.

По исходным данным: = 0,2 мм, = 0,05 мм. Тогда расчетный коэффициент увеличения равен:

Чтобы не выйти за пределы возможности оборудования и программного обеспечения при обработке снимков, коэффициент увеличения берется на 10-20% меньше, т.е. не больше 3,6 (возьмём 2).

Так как масштаб будущего плана 1:10000, то масштаб съемки:

1.3 Выбор высоты фотографирования

Высота фотографирования влияет на точность определения превышений по снимкам. Для того, чтобы провести горизонтали с заданной высотой сечения, необходимо, чтобы погрешность определения превышений не превышала:

для равнины: ,

для горной территории: .

На данной карте равнинная территория, поэтому будем рассчитывать погрешности превышений для равнин:

Высота фотографирования определяется по формуле:

где b - базис фотографирования;

m_h - погрешность определения превышений;

m_сн - точность измерения координат по снимку.

Базис фотографирования находится по формуле:

(4)



где l_сн - размер снимка, см;

- продольное перекрытие снимков, %.

Так как продольное перекрытие стандартного снимка (18?18) приблизительно равно 60%, то базис фотографирования равен:

Рассчитаем высоту фотографирования:

Поскольку поверхность неровная, то для навигации высота фотографирования определяется относительно некоторого высотного уровня, который определяется следующим образом: при описании района работ, находят точку с максимальной и минимальной отметками и определяют из них среднее арифметическое:

Рассчитаем по формуле колебания превышений:

Проверка:

Рассчитаем абсолютную высоту полета:



После того, как определена высота фотографирования, необходимо рассчитать фокусное расстояние фотоаппарата по формуле:

Принимается ближайшее значение со стороны большего из стандартного фокусного ряда: f = 50 мм.

Далее определяется масштаб съемки с учетом высоты фотографирования и фокусного расстояния фотоаппарата:

Проверяем масштаб съемки по коэффициентам увеличения:

Проверка коэффициентов увеличения по окончательно выбранным масштабам показала, что они находятся в пределах допуска.

Мы окончательно выбрали:

- фотоаппарат с фокусным расстоянием 50 мм;

- высота фотографирования для равнинной территории - 570 м;

- абсолютная высота полета для равнинной территории - 818м;

- окончательный масштаб съемки для равнинной территории - 1:11400.



1.4 Выбор продольного и поперечного перекрытия

съемочный фотографирование перекрытие выдержка

Продольное (Р_х) и поперечное (Р_у) перекрытия зависят от масштаба съемки и от рельефа местности и вычисляются по формулам:

где р_х, к_х, р_у и к_у - коэффициенты, отображающие зависимость перекрытий от масштаба съемки, % (табл. 1);

h -перепад высот на участке относительно среднего высотного уровня, м;

H_ф - высота фотографирования, м.

Таблица 1 Зависимость коэффициентов р_х, к_х,р_у, к_у от масштаба съемки

Масштаб	рх, %	кх, %	ру, %	ку, %
< 1:25 000	62	40	32	38
1:10 000 - 1:25 000	63	40	34	38
1:10 000 - 1: 4 000	64	50	35	50
от 1:4 000 и >	65	50	36	50

Так как масштаб съемки 1:11400, то р_х = 63 %, к_х = 40%, р_у = 34% и к_у = 38%. Следовательно, продольное и поперечное перекрытия равны:

1.5 Определение рабочей площади фотоснимка

Рабочая площадь фотоснимка определяется по формуле:



где В_х - продольный размер рабочей площади на местности, м,

В_у- поперечный размер рабочей площади на местности, м.

Для определения рабочей площади, необходимо рассчитать B_x и B_y по формулам:

где b_х - продольный размер рабочей площади на снимке, мм,

b_у- поперечный размер рабочей площади на снимке, мм.

Для определения B_x и B_y необходимо рассчитать b_x и b_y по формулам:

где l_сн - размер снимка, см;

Р_х - продольное перекрытие снимков, %;

Р_у - поперечное перекрытие снимков, %.

Так как размер фотоснимка равен 18?18 см, продольное и поперечное перекрытия составляют 66% и 37% соответственно, то размеры рабочей площади на снимке равны:

Следовательно, размеры рабочей площади на местности равны:

В результате площадь снимка составляет:

Рабочая площадь местности:

1.6 Определение количества снимков в маршруте и общего количества снимков

Количество снимков в одном маршруте (n_м) и количество маршрутов (N_м) рассчитываются по формулам:

где:

L_y - максимальный продольный размер площади снимаемого участка на карте, м;

L_x - максимальный поперечный размер площади снимаемого участка на карте, м;

B_х - продольный размер рабочей площади на местности, м;

B_у - поперечный размер рабочей площади на местности, м.

Размеры участка равны:

Количество снимков в одном маршруте составляет:

Количество маршрутов составляет:

Общее количество снимков за все маршруты находится по формуле:

(15)

Таким образом, общее количество снимков равно:

1.7 Расчет максимальной выдержки

При определении выдержки необходимо помнить, что на скорость движения самолета влияет ветер.

Мы должны выбрать такую выдержку, чтобы смаз не превышал 0,1 мм на будущей карте.

Для расчета максимальной выдержки, необходимо определиться с летательным аппаратом, который будет производить съемку.

Мы выбрали ИЛ-14, с следующими характеристиками:

- потолок, м - до 4500

- скорость, км/ч - до 320

- дальность, км - 4500

- минимальная высота - 300

- разворот, км - 2

Максимальная выдержка определяется по формуле:

М - масштаб будущего плана;

W - крейсерская скорость летательного аппарата, км/ч.

Такая максимальная выдержка технически осуществима.

Рассмотрим влияние ветра на скорость летательного аппарата. Для того, чтобы учесть влияние ветра, необходимо знать направление ветра, его скорость, скорость движения летательного аппарата.

Предполагаемая скорость ветра во время аэрофотосъемки составляет v_в = 10 м/с , направление ветра А = 30°.

Направление движения вертолета по маршруту берется «туда» (с востока на запад) и «обратно» (с запада на восток) (схема 1.), поэтому необходимо рассчитать крейсерскую скорость с учетом скорости и направления азимута ветра.

Направление вертолета с запада на восток.

Крейсерская скорость рассчитывается по теореме косинусов:

- скорость летательного аппарата, м/c² ;

- скорость ветра, м/c².

Суммарная скорость при полете вперед получилась больше заданной, следовательно необходимо ее пересчитать. Для этого, из теоремы косинусов выразим скорость летательного аппарата и вычислим ее:



Подставим числа, преобразуем:

x² - 10x -89975 = 0

D = 100+4*89975, = ±600

В этом случае скорость близка к реальной скорости самолета, смаза тоже не будет, но перекрытия будут значительно меньше, чем в первом случае.

1.8 Расчет промежутка времени между моментами фотографирования

Промежуток времени между моментами фотографирования:

B_x - расчетная величина перекрытия,

W - крейсерская скорость летательного аппарата, м/с.

Промежуток времени между снимками на равнинной территории составляет 8,37 секунд.

1.9 Определение общего времени производства работ

Общее время съемки определяется как сумма времени съемки и вспомогательного времени, которое состоит из времени полета «туда», «обратно» и времени, необходимого на развороты:



Время «туда и обратно» зависит от расстояния до аэродрома и непосредственно скорости летательного аппарата:

Расстояние до аэродрома берется как расстояние от населенного пункта, где располагается аэродром, до центра участка. В нашем случае , следовательно:

Время непосредственно съемки зависит от длины маршрута, количества маршрутов и крейсерской скорости:

Длина маршрута рассчитывается по формуле:

Время, необходимое на развороты, зависит от количества маршрутов, длины разворота и скорости самолета:



Длина разворота представлена нам в исходных данных летательного аппарата.

Теперь рассчитаем общее время съемки:

За световой день может быть затрачено не более 3 часов на съемку. Из расчетов ясно, что для проведения данной аэрофотосъемки достаточно будет одного светового дня.

Время съемки выбирается в зависимости от рельефа снимаемого участка таким образом, чтобы максимально снизить влияние солнца. Наилучшими считается в солнечный день: утро и вечер; в пасмурный - сплошная облачность с равномерным освещением.

1.10 Построение схемы маршрутов и выбор ориентиров

От северной границы участка откладывается величина равная в масштабе карты, проводим первый маршрут. Далее от этого маршрута через Ву в масштабе карты откладываем и проводим остальные маршруты. В данной работе после первого маршрута, расстояние до южной границы участка превышает величину , поэтому прокладываем еще один маршрут, в этом случае маршрут выходит за границы участка.

Для нахождения начала и конца маршрутов, необходимо отложить вправо и влево от восточной и западной границ соответственно расстояние равное В_х в масштабе карты.

На кальку переносится граница участка. Для начала выбираются наземные ориентиры перед началом и концом маршрутов. Это хорошо опознаваемые объекты, такие как контуры растительности покрова, авто и ж/д дороги, реки. Далее все маршруты необходимо поделить на зоны: от западной границы начала маршрутов откладываем величину 5-6Вх в масштабе карты - проводим зону; далее с таким же шагом откладываем оставшиеся зоны.

В каждой рабочей зоне выбираются по 4 хорошо опознаваемых точки для дальнейшей обработки снимков.

Так как у нас и равнинная и гористая территории то мы чертим 2 схемы маршрутов.

На схеме маршрута у нас всего получилось 111 точек, из которых всего 28 - хорошо опознаваемые. Точки необходимо заложить, замаркировать и определить координаты с помощью спутникового оборудования.



2. Плоскостная фототриангуляция

2.1 Общие сведения

Определение планового положения трансформационных точек, используемых для трансформирования аэронегативов, выполняется, как правило, в камеральных условиях. Для этого применяют различные способы фотограмметрического сгущения съемочного обоснования, в том числе и наиболее простой из них, известный как способ плоскостной (радиальной) фототриангуляции. Геометрическим обоснованием его применения является тот факт, что углы между направлениями, исходящими из точки нулевых искажений, свободны от влияния угла наклона аэроснимка. Если эти углы измерить или отложить (например, с помощью восковки), то можно, используя прямые и боковые (комбинированные) засечки, построить сеть точек сначала в произвольном масштабе, а затем привести ее к заданному масштабу по включенным в сеть опорным точкам. Для построения такой сети необходимо иметь аэроснимки с продольным перекрытием не менее 60%.

Искажения направления, исходящего из главной точки, планового аэроснимка равнинной местности, не превышает 2',5, что значительно меньше ошибки прочерчивания направления на мензуле. Поэтому за вершину направлений на таком снимке можно принять любую контурную точку, изобразившуюся в пределах окружности, проведенной из главной точки радиусом, равным 30.

В свое время применялось три способа построения плоскостной фототриангуляции: графический, механический и аналитический.

Графический способ основан на фиксации центральных углов на восковке или прозрачном пластике, последовательное соединение которых по общим точкам и направлениям позволяет построить фототриангуляционную сеть, состоящую из нескольких снимков.

Механический способ основан на использовании специальных щелевых шаблонов.

Аналитический способ предполагает измерение центральных углов и последовательное вычисление координат путем решения известных в геодезии боковых (комбинированных) засечек.

Точность определения планового положения точек графическим способом сравнительно невелика и оценивается по приближенной формуле, известной как формула Г. П. Жукова:

m_s = ±0,S5K_tb Т_ф ,

где т_s - средняя квадратическая ошибка в середине ряда фототриангуляции; K_t - коэффициент увеличения аэроснимка; Ь - базис фотографирования в масштабе аэроснимка; т_ф - средняя квадратическая ошибка прочерчивания направления на снимке, принимаемая равной 5'.

Приняв K_t = 2,0, т_ф = 5' и Ь = 70 мм найдем, что регламентируемая нормативными документами точность фотограмметрического сгущения ms ⁼ 035 мм в масштабе плана достигается при п = 3, т.е. опорные точки должны размещаться через три базиса фотографирования.

2.2 Построение одномаршрутного ряда

Для. графического построения фототриангуляционного ряда применяются аэроиегативы или аэроснимки; последние подвержены деформации и потому используются для этой цели значительно реже.

Основными процессами графического построения ряда графической фототриангуляции являются: выбор и наколка точек, изготовление восковок, построение свободной сети и ее редуцирование. Выбор точек. На каждом снимке выбирают и переносят на оба смежных снимка опорные точки, центральные, трансформационные (иксовые) и связующие.

Центральные точки 4, 5, 6 (рабочие центры), служат вершинами центральных углов и выбираются в пределах окружности радиуса 30 с центром в главной точке снимка. Линии (5-4, 5-6), соединяющие рабочие центры, называются начальными направлениями.

Связующие точки (4' и 4", 5", 6' и 6") выбирают в зоне тройного продольного перекрытия, на расстоянии базиса от линии центров, и используют для установления геометрической связи между отдельными звеньями фототриангуляции.

Трансформационные точки выбирают по углам рабочей площади снимков и в последующем используют для трансформирования.

Рис. 5.1.

Опорные точки (Оп) переносят со снимков полевого опознавания и используют для приведения сети к заданному масштабу и ориентированию. Опорная точка может заменить как связующую, так и трансформационную (на рис. 5.1 она заменила связующую 5').

Все точки совмещают с четкими контурами, бесспорно опознающимися (при необходимости - с помощью стереоскопа) на все центральные направления перекрывающихся снимках. Каждую из них опознают на центральном снимке, накалывают острой иглой, а затем переносят на соседние снимки.

Изготовление восковок направлений - следующий этап построения сети фототриангуляции. С этой целью на каждый снимок накладывают восковку (пластик), копируют на нее положение точек снимка и тушью или остро отточенным карандашом проводят центральные направления из рабочего центра (рис. 5.1). Построение сети фототриангуляции выполняют на специальном световом столе. С этой целью на первом снимке измеряют расстояние Ь_сн между смежными рабочими центрами и вычисляют значение базиса в масштабе сети

Ь_осн = Ь_сит/М,

где т/ М - знаменатели масштабов снимка и создаваемого плана.

Далее на чистый лист восковки (пластика) укладывают первую восковку, а на нее - вторую, так, чтобы расстояние между центрами оказалось равным расчетному &_с, а направления 1-2 и 2-1 оказались совмещенными. Это позволяет определить плановое положение опорной точки I, связующей точки 1" трансформационных точек jci, Х2 и направление на третий рабочий центр 3 (рис. 5.2).

Далее на вторую восковку накладывают третью, совмещают ее начальное направление 3-2 с направлением 2-3 и, перемещая ее вдоль этого направления, добиваются совмещения направлений 3-2' и 3-2", с точками 2' и 2", положение которых определено в первом звене.

Рис. 5.2. Фрагмент одномашрутного ряда фототриангуляции

Действуя в том же порядке, укладывают четвертую и последующие восковки, не допуская, чтобы на связующих точках оказались треугольники погрешностей со сторонами, превышающими 0,3 м.

Завершив построение, на общую восковку перекалывают собственные центры (точки 1, 2, ... 5, рис. 5.2), а также определенные засечками трансформационные (х\, х^, ... х&) и опорные точки (I, И, III). В результате получают одномаршрутную сеть фототриангуляции.

2.3 Редуцирование фототриангуляции

Построенная как указано выше сеть имеет приближенный масштаб, ориентирована относительно геодезической системы координат произвольно, и потому называется свободной.

Приведение свободной фотограмметрической сети к заданному масштабу и ориентированию называется редуцированием. При этом используются включенные в свободную сеть фототриаигуляции опорные точки с известными координатами в заданной системе, число которых не должно быть менее двух.

В зависимости от применяемых средств, различают редуцирование графическое, графо-аналитическое, аналитическое и оптико-графическое.

Сущность графо-аналитического редуцирования заключается в измерении расстояний между парами опорных точек на плане (Z) и на общей восковке (l_t), вычислении по ним частных коэффициентов редуцирования и среднего арифметического из них k_cp, если |fe - A_cp|< 0,003. После этого измеряют расстояния r_t от центральной точки сети (рис. 5.3) до всех остальных и вычисляют исправленные расстояния г_?° или поправки 5г:

^ri =K^ri^{или Ъг}1 =(-K_P)^ri'

Поправки 8г откладывают вдоль центральных направлений и намечают исправленные положения всех точек, включая опорные.



Рис. 5.3. Графо-аналитическое редуцирование

Исправленные положения опорных точек общей восковки совмещают с соответствующими точками основы, добиваясь их отклонения не более 0,5 мм, после чего все остальные точки перекалываются на основу и оформляют. В последующем их используют для трансформирования соответствующих аэроснимков.



Заключение

С помощью вычислений и измерений, проведенных в ходе работы, решены все поставленные задачи проекта. Таким образом, составлен технический проект аэрофотосъемки, определены параметры летно-съемочных работ и обработаны фотоматериалы съемки.

Материалы и результаты вычислений необходимы для дальнейшего составления топографических и кадастровых карт и планов.

В ходе данной курсовой работы нами также был изучен материал лекций по плоскостной фототриангуляции и выделены основные мысли и методы.



Список литературы

1. Материалы лекций.

2. Куштин И. Ф., Куштин В.И. Инженерная геодезия., Ростов-на-Дону: Издательство ФЕНИКС, 2004 - 416 с.

3. Назаров А.С, Фотограмметрия., ТетраСистемс, 2006 - 368с.

Размещено на Allbest.ru

...