Аналітична фототріангуляція при відомих координатах центрів проекцій аерофотознімків

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний університет "Львівська політехніка"

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.24.02 - Фотограмметрія та картографія

Аналітична фототріангуляція при відомих координатах центрів проекцій аерофотознімків

Колб Ігор Захарович

Львів 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі аерофотогеодезії Національного університету "Львівська політехніка". Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Дорожинський Олександр Людомирович, завідувач кафедри аерофотогеодезії Національного університету "Львівська політехніка", м. Львів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Мельник Володимир Миколайович, завідувач кафедри геоекології та картографії, Волинський державний університет ім. Лесі Українки, м. Луцьк;

доктор технічних наук, доцент Рудий Роман Михайлович, доцент кафедри інженерної геодезії, Івано-Франківський державний технічний університет нафти і газу, м. Івано - Франківськ.

Провідна установа: Український транспортний університет, кафедра проектування доріг, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться 28.10.2000 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.13 при Національному університеті "Львівська політехніка" за адресою: 79013, м.Львів-13, вул. Ст.Бандери,12, ауд.518 ІІ навчального корпусу.

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Національного університету "Львівська політехніка", вул. Професорська,1.

Автореферат розісланий 25.09.2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук С.Г. Савчук

1. Загальна характеристика роботи

фототриангуляція аерофотознімок математичний геодезичний

Сучасні наукові дослідження в фотограмметрії, зокрема в галузі побудови фототріангуляційних мереж, скеровані на розробку та вдосконаленя існуючих аналітичних методів. Особливе місце тут відводиться створенню нових методів побудови блочних мереж фототріангуляції, що передбачають застосування супутникових систем автономного визначення місцеположень, та розробці способів сумісного математичного опрацювання фотограмметричних та геодезичних даних. Такі методи є перспективними для створення оптимальних, економічно більш досконалих технологічних схем фототріангуляційних робіт. XVIII Конгрес ISPRS визначив однією з найважливіших задач розробку методик ефективного застосування даних супутникових навігаційних систем (GPS) в процесах фотограмметричних побудов.

Підвищення ефективності фотограмметричних робіт за рахунок використання зафіксованих в польоті просторових координат центрів проекцій знімків доведено практичним виконанням в ряді країн програм топографічного аерофотознімання. Проте в основному ці роботи стосувались знімання в середніх та дрібних масштабах, тому високої точності для координат центрів проекцій не вимагалось. Тепер появляється реальна можливість застосування GPS-даних та фотограмметричних побудов при крупномасштабному аерофотозніманні.

Сьогодні в Україні вже працюють аерофотознімальні літальні апарати, обладнані навігаційними системами GPS. Проте ці системи застосовують лише для цілей літаководіння, і практично не використовують при фотограмметричних побудовах. Крім того, слід очікувати впровадження в Україні систем високоточного фіксування координат центрів проекцій аерофотознімків. Тому розробка та всебічне дослідження методик застосування даних супутникових позиційних систем в процесах фотограмметричних побудов є актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дана робота виконана на кафедрі аерофотогеодезії Державного університету "Львівська політехніка" в рамках наукової тематики "Розробка методів аналітичної і цифрової фотограмметрії".

Мета і задачі досліджень

Метою проботи є розробка теоретичних положень та практичних рекомендацій щодо застосування при створенні мереж блочної фототріангуляції визначених під час знімання просторових координат центрів проекцій аерофотознімків. В роботі поставлено і вирішено наступні задачі:

- підтвердження високоточного визначення кутових елементів зовнішнього орієнтування та координат точок мережі запропонованим способом;

- дослідження впливу густоти та геометрії опорної геодезичної мережі на точність фототріангуляції;

-визначення необхідної точності фіксування в польоті лінійних елементів зовнішнього орієнтування для застосування їх для згущення фотограмметричних мереж при топографічному зніманні;

-виявлення впливу величини міжмаршрутного перекриття на точність фототріангуляції;

-порівняння точності методу з точністю, яка досягається традиційним способом зв'язок;

-виявлення доцільності застосування в фототріангуляції додаткових геометричних побудов, в першу чергу стереопар, сформованих із знімків сусідніх маршрутів.

Наукова новизна одержаних результатів

1.Доведено, що спосіб побудови блочних мереж аналітичної фототріангуляції при відомих координатах центрів проекцій, оснований на модифікованому способі зв'язок, дозволяє будувати високоточні мережі без застосування геодезичної опори.

2.Розроблено методику побудови блочних наборів макетних знімків (включаючи стереопари, сформовані із знімків сусідніх маршрутів) та способи генерування помилок фотограмметричних вимірів з заданими статистичними характеристиками.

3.Визначено способи апріорного розрахунку необхідної точності фіксування координат центрів проекцій при проведенні топографічного аерофотознімання.

4.На основі загальної математичної моделі створено типову технологічну схему побудови блочної фототріангуляції при відомих координатах центрів проекцій. Ця схема реалізована в пакеті комп'ютерних програм.

5.Виконано комплексне дослідження нового методу фототріангуляції шляхом постановки моделювального експерименту.

Практичне значення одержаних результатів

1.Виконані дослідження підтверджують ефективність використання лінійних елементів зовнішнього орієнтування при створенні блочних мереж фототріангуляції практично при довільних геометричних умовах побудови блоків та в будь-яких масштабах.

2.Показано можливість побудови мереж фототріангуляції з точністю, що задовільняє вимоги до знімальних мереж без застосування опорних геодезичних мереж.

3.Запропонована методика математичного моделювання може бути використана при дослідженнях фототріангуляційних процесів.

Основні положеня, що виносяться на захист

1.Теоретичні основи блочної фототріангуляції методом зв'язок при відомих лінійних елементах зовнішнього орієнтування знімків.

2.Методика досліджень фототріангуляційних процесів шляхом математичного моделювання.

3.Комплексне експериментальне дослідження нового способу блочної фототріангуляції при відомих лінійних елементах зовнішнього орієнтування, виконане шляхом математичного моделювання.

4.Формування коваріаційної матриці фотограмметричних вимірів та її вплив на фототріангуляційні побудови.

Апробація роботи

Основні наукові та практичні результати доповідались на 1-й Міжнародній науково-практичній конференції “Кадастр, фотограмметрія, геоінформатика - сучасні технології та перспективи розвитку” (Львів, 1997р.); науково-технічній конференції “Сучасні досягнення геодезії, геодинаміки та геодезичного виробництва” (Львів, 1999р.); IV Міжнародному науково-технічному симпозіумі “Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища. GPS та ГІС - технології” (Алушта, 1999р.); на наукових конференціях професорсько- викладацького складу ДУ “Львівська політехніка”.

Особистий внесок автора

Результати, приведені в дисертаційній роботі, отримані автором самостійно. Теоретичні основи блочної фототріангуляції при відомих координатах центрів проектування були сформовані на основі консультацій проф. О. Дорожинського. В роботі [4], опублікованій в співавторстві, дисертанту належить постановка експерименту, створення програмного забезпечення, аналіз результатів.

Структура та обсяг дисертації

Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів та висновків. Загальний обсяг роботи складає 115 сторінок, включаючи 14 рисунків, 15 таблиць та список літературних джерел із 79 найменувань.

2. Зміст роботи

У вступі відображено актуальність теми дисертації, вказано мету даної роботи, визначено новизну та практичну значимість отриманих результатів.

В першому розділі дисертації приведено аналіз існуючих методів створення мереж блочної фототріангуляції. Особливу увагу приділено застосуванню при фототріангулюванні елементів орієнтування аерофотознімків. Дано огляд сучасних методів фіксування цих елементів в процесі аерофотознімання. На основі цього аналізу сформовано задачі дисертаційної роботи та шляхи їхнього розв'язання.

В ряду аналітичних методів побудови фототріангуляційних мереж особливе місце займає метод зв'язок. Завдяки широкому використанню геометричних зв'язків, що утворюються в блоці, цей спосіб є теоретично найбільш строгим. Теорія методу зв'язок дає змогу моделювати різноманітні варіанти як вихідних даних, так і відслідковувати можливості покращення точності фотограмметричних побудов за рахунок доповнення математичних моделей додатковими геометричними умовами. Зручний метод і при дослідженні можливостей методу найменших квадратів для вирішення задачі вирівнювання, зокрема, узагальненого на залежні вимірювання методу найменших квадратів.

З метою посилення геометричної жорсткості фотограмметричної мережі метод зв'язок доповнюється рівняннями, складеними за умовою компланарності векторів. Цей підхід дозволяє виконувати роздільне вирішення задачі побудови мережі - спочатку визначаються елементи зовнішнього орієнтування знімків, а потім координати нових точок. Така модифікація методу зв'язок не знайшла широкого практичного застосування. Причина полягає в першу чергу в ускладненні структури системи рівнянь поправок, значному збільшенні об'єму масивів даних. Проте сучасний стан розвитку ЕОМ дозволяє вирішити ці проблеми, тому метод знову набуває актуальності.

Одним з шляхів підвищення точності фототріангуляції є застосування елементів зовнішнього орієнтування (е.з.о.). Якщо ці елементи визначені з достатньою точністю, порядок їхнього використання практично еквівалентний до застосування опорних даних. Це в свою чергу дає змогу скоротити кількість визначуваних в процесі фотограмметричного вирівнювання величин, спростити саму процедуру вирівнювання, і в кінцевому результаті проводити фотограмметричні побудови без використання наземних опорних даних. Всі наведені переваги в принципі відкривають шлях до розробки нових методів фотограмметричних побудов (в першу чергу фототріангуляції), більш ефективних порівняно з традиційними. Технологічні схеми таких методів спрощуються за рахунок польової прив'язки аерознімків та пов'язаних з ними робіт.

Сучасна технологія інструментального визначення е.з.о. в процесі аерознімальних робіт базується на застосуванні супутникових позиційних систем та забезпечують визначення просторових координат центрів проектування в момент експозиції до 0.01-1.0 м в залежності від умов знімання. Оснащення аерофотокамер такими системи має принципове значення, адже дозволяє вирішувати дві важливі проблеми - визначення просторових координат центрів проектування та підвищення якості літаководіння при аерозніманні.

В другому розділі описано розроблені автором способи формування блочних наборів макетних знімків, включаючи поперечні стереопари, із збереженням параметрів аерознімання та характеристик території, що фотографується. На основі узагальненя існуючих методів статистики сформовано методика генерування рядів помилок фотограмметричних вимірів із заданими статистичними параметрами. Ці методики є базовими для постановки моделювального експерименту.

Було використано блочні набори макетних знімків у двох варіантах - з 60% міжмаршрутним та повздовжнім перекриттям та з 30% міжмаршрутним і 60% повздовжнім перекриттями знімків. Будувались ці набори з дотриманням вимог, що висуваються при топографічному аерозніманні. Кожна стереопара блоку забезпечена 6-ма стандартно розташованими точками. Масштаб блоку, кількість стереопар в маршруті та число маршрутів в блоці можна змінювати

Запропоновано порядок обчислень макетних блоків, що забезпечує збереження при масштабуванні заданих характеристик рельєфу та траєкторії польоту носія АФА.

Для дослідження методу блочної фототріангуляції крім звичайних стереопар було сформовано також поперечні стереопари, які складаються із знімків сусідніх маршрутів та можуть бути включені в обробку за єдиним алгоритмом сумісно із звичайними стереопарами.

Описана метода формування макетних знімків була реалізована в комп'ютерній програмі на мові Паскаль, що дає змогу легко формувати блоки довільної конфігурації із заданими параметрами знімання.

Складна природа геодезичних і фотограмметричних процесів дозволяє прогнозувати виникнення рядів вимірів, в яких помилки не підлягають нормальному закону розподілу. При деяких обставинах з'являється більш складна модель, коли маємо справу із корельованими результатами вимірів. Тому у фотограмметричних процесах необхідно досліджувати точність побудов при корельованих вимірах з негауссовим розподілом помилок.

Поділимо цю задачу на дві складові частини - моделювання випадкових незалежних помилок з негауссовим розподілом та моделювання залежних помилок вимірів при заданій кореляції. В математичній статистиці відомі методи генерування випадкових чисел заданого стандарту з визначеною функцією розподілу, що використовують прийоми, отримання рядів заданих чисел з рядів рівномірно розподілених чисел. Було створено компютерну програму, що реалізує генерування рядів помилок при заданих иараметрах розподілів. Для перевірки одержаних в результаті роботи програми рядів помилок застосовувались відомі методи статистичного аналізу, зокрема визначались вибіркові характеристики та перевірялась гіпотеза про закон розподілу помилок із застосованням критеріїв відповідності Пірсона, Мізеса та Колмогорова.

Для моделювання залежних помилок вимірів використано метод переводу вектора залежних величин у вектор незалежних складових .

Коваріаційну матрицю помилок фотограмметричних вимірів пропонується отримувати шляхом генерування за апріорі заданою коваріаційною функцією. Опираючись на результати досліджень в цій галузі Ю. Неумивакіна, І.Фінаревського, Ю. Тюфліна, Х.Бурштинської та аналізуючи фізичну суть фотограметричних вимірювань зауважимо, що найбільш вагомим фактором слід вважати місцеположення точок на знімку, тому приймемо, що коефіцієнт кореляції залежить від відстані Dij між точками i та j

(1)

Критичне значення коефіцієнта кореляції рівне 0.2 при 5% рівні значимості для точок, відстань між якими на знімку не перевищує 7 см ( кореляцією при більшій відстані можна знехтувати).

Нами визначено і приведено в роботі декілька видів вихідних функцій, що можуть бути використані як кореляційні.

Приведена методика генерування рядів помилок фотограмметричних вимірів дозволяє виконувати математичне моделювання фотограмметричних задач при різних статистичних характеристиках помилок виміряних величин. На основі аналізу результатів, одержаних попередніми дослідниками, підібрано кореляційні функції, які можуть бути використані для апріорного генерування кореляційнизх матриць помилок фотограмметричних вимірів. Відтак з'являється можливість використовувати ці матриці для генерування статистично залежних помилок вимірів. Запропонований підхід дозволяєзастосовувати в фотограмметрії узагальнений на залежні вимірювання МНК без ускладнення обчислень.

Третій розділ присвячено опису теоретичних основ блочної фототріангуляції при відомих координатах центрів проектування знімків, формуванню математичних моделей при різних видах функції втрат та з врахуванням неоднорідності опорних даних, що використовуються при створенні мереж. Тут використано теоретичну концепцію, розроблену проф. О. Дорожинським, а нижчеприведені моделі отримані дисертантом.

Загальна модель для побудови фототріангуляції способом зв'язок з опорними даними буде містити рівняння поправок для фотограмметричних вимірів та двох типів опорних даних (наземної мережі та мережі центрів проекцій):

, вага Р1

, вага Р 2 (2)

, вага Р3

Тут Y- вектор виміряних плоских прямокутних координат точок фотознімків;

Ys - вектор виміряних просторових координат центрів проекцій;

YГ0 - вектор визначених просторових координат опорних точок;

- вектор поправок до кутів нахилу знімків блоку;

- вектор поправок до просторових координат точок фототріангуляційної мережі;

- вектор поправок до просторових координат центрів проекцій;

- вектор поправок до просторових координат опорних точок;

А,T,C,K - матриці частинних похідних (відомі з літератури);

P1, P2, P3 - діагональні матриці ваг відповідно фотограметричних вимірів, центрів проекцій, опорних точок.

Перепишемо рівняння (2), ввівши блочні матриці:

,вага P1 (3)

,вага P4

Порівняння (2) та (3) дає вирази для цих матриць.

До рівнянь (3) можна застосувати відомі підходи до мінімізації функції втрат. Як зазначалося раніше, найбільшого поширення набув метод найменших квадратів, тобто випадок квадратичної функції втрат. Приймаючи гіпотезу незалежності та нерівноточності вимірів, введемо у вирівнювальний процес діагональні матриці ваг помилок та опорних даних.

Опускаючи проміжні викладки, запишемо розв'язок системи нормальних рівнянь та знаходження вирівняних векторів :

(4)

Оцінка для дисперсії рівна

(5)

де n- число рівнянь поправок, r- число неівідомих.

Середня квадратична похибка вирівняної величини знаходиться теж за відомою формулою

(6)

тут i- номер невідомого, -діагональний елемент оберненої матриці коефіцієнтів нормальних рівнянь, загальний вигляд якої записано в рівнянні (4).

Система (2) чи розв'язок (4) з оцінкою (6) є досить загальним. Зауважимо, що ваги P1, P2,P3 виступають універсальним регулятором процесу вирівнювання, що досить повно показано в публікаціях Ю. Маркузе, О. Дорожинського та інших.

З рівнянь (3) витікають кілька окремих випадків, які мають суттєве практичне значення, для них отримані відповідні математичні моделі.

Випадок 1. Координати опорних точок є величинами безпомилковими.

Випадок 2.Координати центрів проекції є величинами безпомилковими.

Випадок 3. Координати опорних точок та центрів фотографування відомі безпомилково.

Випадок 4. Координати центрів фотографування відомі безпомилково, а опорні точки взагалі відсутні, тобто побудова блочної меорежі при відомих координатах центрів проекцій без опорних точок.

Універсальна модель (2) побудови фототріангуляції з опорними даними вимагає коректного співставлення точності виміряних величин та опорних даних. Першу групу в моделі (2) становлять фотограмметричні виміри зі стандартом (розмірність міліметри) та вагами Р1. Другу групу складають виміри координат центрів проекцій зі стандартом (розмірність метри) та вагами Р2. Третю групу складають виміри координат опорних точок із стандартом (розмірність метри) та вагами Р3.

Вводячи коефіцієнт погодження, запишемо погоджені ваги

, , , (7)

, , .

Ці величини фігуруватимуть в усіх обчисленнях замість відповідних ваг .

Таким чином, нами отримана узагальнююча математична модель блочної фототріангуляції способом зв'язок з використанням опорних даних, з якої можна отримати кілька окремих випадків математичних моделей.

На основі цієї моделі отримано також вирішення при застосуванні неквадратичної функції втрат. Нехай маємо ряди фотограмметричних вимірів та просторових координат опорних точок, похибки яких та розподіляються за нормальним законом та некоррельовані між собою; ряди просторових координат центрів проекцій мають похибки, що розподілені за законом, відмінним від нормального, і не корелюють з вимірами інших видів. Для моделі

, коваріаційна матриця (8)

, коваріаційна матриця

розв'язок буде:

, . (9)

Модель (2) представимо так:

, коваріаційна матриця

, коваріаційна матриця (10)

, коваріаційна матриця.

Тоді з порівняння (10) та (8) маємо:

, , , ,

, , , (11)

, .

Підстановка (11) в (9) дає такий розв'язок:

. (12)

Формула (12) дає розв'язок задачі вирівнювання блочної фототріангуляції при змішаній функції втрат. Раніше така постановка та розв'язок нами в літературі не зустрічались.

Досліджено питання щодо необхідної точності фіксації лінійних елементів орієнтування в процесі виконання аерофотозйомки. Отримані результати дозволяють зробити висновок: щоб визначити координати точки об'єкта із заданою точністю, необхідно фіксувати положення центрів проекцій в два рази точніше. Деяким пом'якшенням цієї вимоги є кількаразове незалежне розв'язування прямої фотограмметричної засічки, якщо точка зобразилась на кількох стереопарах.

В четвертому розділі роботи приведено результати комплексного дослідження способу фототріангуляції при відомих координатах центрів проекцій, проведеного шляхом моделювання блочних мереж різного виду.

Постановка моделювального експерименту представлена як послідовність таких операцій:

1) формування завданя на обчислювальний експеримент;

2) згідно з умовами завдання формується макетний блок аерофотознімків;

3) побудова та вирівнювання мережі фототріангуляції;

4) оцінка точності мережі, аналіз впливу обраних в завданні характеристик блоку та умов вирівнювання на точність мережі.

Змінюючи завдання, можна детально відслідковувати вплив на загальну точність мережі таких параметрів:

1) вид та геометрія блоку аерофотознімків (розміри блоку, поперечне та повздовжнє перекриття знімків, масштаб знімання, параметри АФА тощо);

2) вид, геометрія та густота опорної геодезичної мережі та точність визначення просторових координат центрів проекції;

3) точність фотограмметричних вимірів та статистичні характеристики помилок фотограмметричних вимірів;

4) наявність в блоці поперечних стереопар.

Експериментальне дослідження методу фототріангуляції при відомих лінійних елементах зовнішнього орієнтування знімків проводилося шляхом моделювання блочних мереж на макетному матеріалі.

Геометрія блоку аерознімків. Метою цього етапу дослідження було виявлення очікуваної точності методу у випадках використання блоків знімків з різними міжмаршрутним перекриттям, масштабом, кількісттю маршрутів в блоці. Кожен маршрут містить по 6 знімків. Всі стереопари забезпечені 6-ма стандартно розташованими точками. У фотограмметричні вимірювання вводились випадкові нормально розподілені незалежні помилки із стандартом 0.01 мм. Всі блоки будувались без опорної мережі. Результати моделювання приведено.

В середні квадратичні помилки визначення планових координат точок мережі приведено в міліметрах в масштабі знімка. Величину mZ подано як відносну помилку mZ / H, де H- висота фотографування. Контрольних точок 20.

Як видно, 3-х маршрутні блоки на 10 - 15% точніші, аніж 2-х маршрутні, що можна пояснити більшою кількістю зв'язкових точок в зонах міжмаршрутного перекриття. Мережі з 60% поперечним перекриттям дозволяють визначати планові та висотні координати в середньому на 30% точніше, ніж при 33% перекритті маршрутів. При побудові блоків масштабу 1: 5 000 число ітерацій рівне 8 і зростає при побудові мереж в масштабах 1: 10 000 та 1: 25 000 до 24.

Точність визначення координат центів проектування. Мета дослідження - вивчити вплив точності визначення лінійних елементів орієнтування знімків на точність фотограмметричних побудов, що використовують ці дані. Моделювання макетних блоків проводилось на блоках з 60% поперечним перекриттям із вводом випадкових нормально розподілених помилок із стандартом 0.01 мм. у фотограмметричні виміри та випадкових нормально розподілених помилок із стандартами 0.1 м., 1.0 м., та 5 м. у координати центрів проекції.

Відчутне зниження точності мереж відбувається при зменшенні точності визначення лінійних елементів орієнтування до 1 метра. В цьому випадку точність визначення планових координат точок моделі складає 0.1 мм в масштабі знімка, а висотні відмітки визначаються з точністю 1/1000 (10% від точності ідеального випадку). Це говорить про те, що в окремих випадках знімання (при вирішенні наприклад задач фотограмметричного згущення знімальної основи) достатньо фіксувати координати центрів проектування з точністю порядку 1 метра, чого можна досягти і без використання спеціальної дороговартісної навігаційної апаратури.

Вид опорної мережі. Для дослідження впливу на точність побудов густоти та геометрії опорної мережі, моделювання макетних блоків проводилося у наступних варіантах:

a) без опорної мережі;

b) з 1-єю опорною точкою в центрі блоку;

c) з 4-ма опорними точками по краях блоку;

d) з 8-ма опорними точками по периметру блоку.

Моделювання проводилось на блоці з трьох маршрутів по 6 знімків в кожному. Масштаб знімання 1:10000. Результати моделювання показали, що наявність наземної опорної мережі суттєво не впливає на точність визначення планових координат точок фотограмметричної мережі, проте при забезпеченні опорними точками центральної зони блоку (варіант В) - ймовірно найбільш слабкого місця мережі, на 10-15 відсотків зростає точність визначення висотних відміток mZ.

Використання додаткових геометричних умов. В попередніх блоках відслідковується ситуація, коли при визначенні кутових елементів орієнтування знімків кути w та k визначаються в 1.5-2 рази гірше, аніж кути a.Тому важливим є вивчення доцільності включення в блок стереопар, утворені із знімків сусідніх маршрутів, адже використання поперечних стереопар ускладнює реалізацію задачі - зростає обсяг вимірювальних фотограмметричних робіт, збільшуються розміри числових масивів, ускладнюється їх формування в ЕОМ та використання в обчислювальних процедурах. Тому дослідження нами пропонується проводити за такими схемами:

A) мережа будується із звичайних стереопар;

B) мережа будується із використанням звичайних стереопар та поперечних стереопар, утворених на початку та в кінці блоку;

C) мережа будується із використанням звичайних стереопар та поперечних стереопар, утворених в очікувано слабких місцях блоку - по краях та в центрі блоку;

D) використовуються всі стереопари, які можна утворити в блоці.

Для іллюстрації швидкості сходимості вирівнювального процесу в таблиці приведено кількість ітерацій, необхідних для побудови блоку.

Використання поперечних стереопар не приводить до суттєвого покращення точності визначення планових координат X та Y, середні квадратичні похибки яких практично рівні стандарту помилок, що вводились у вимірювання, проте дещо покращується визначення висотних відміток. Так при використанні схеми D точність визначення координати Z зростає на 29%, а при використанні схеми C відповідно на 27%. При використанні схеми B точність визначення висот зростає на 25 %.

Слід зауважити також, що при використанні схем D та C ітераційний процес стабілізується в 2.5-3 рази швидше, тобто необхідно значно менше машинного часу для побудови блоку. Щодо визначення кутових елементів орієнтування знімків, то при використанні поперечних стереопар є значний ріст точності визначення кутів k та w - до 30-35% порівняно із схемою A. Схему D можна рекомендувати для високоточної фототріангуляції, оскільки точність визначеення планових координат ml в порівнянні із схемою A підвищується в 1,4 рази, а точність визначення висот зростає в 1,3 рази. При умові міжмаршрутного перекриття не менше 60% є можливість покращити точність визначення координати Z точок мережі та кутових елементів зовнішнього орфєнтування, використовуючи міжмаршрутні геометричні зв'язки. При цьому доцільно при їхньому використанні застосовувати схеми B та С. Це не приведе до значного збільшення вимірювальних робіт та ускладнення обчислювального процесу.

В дисертаційній роботі виконано розрахунки очікуваної точності типових варіантів фотограмметричного блоку (масштаб знімання 1:10 000), який складається з трьох маршрутів по 5 знімків в кожному маршруті при різних комбінаціях опорних даних та поперечних стереопар. Проведені експерименти дозволяють зробити висновок, що розроблений метод фототріангуляції при відомих лінійних елементах зовнішнього орієнтування знімків та створений програмний комплекс блочної фототріангуляції забезпечують високу точність фотограмметричних побудов.

Висновки

1.Сформульовано математичну модель блочної фототріангуляції із застосуванням лінійних елементів зовнішнього орієнтування. Отримана математична модель врахування різнорідності опорних даних при вирівнюванні з квадратичною та змішаною функцією втрат.

2.Запропоновано способи апріорного визначення необхідної точності фіксації в польоті координат центрів проекції.

3.Розроблено та реалізовано методику математичного моделювання фототріангуляційних процесів. Представлено спосіб побудови блочних наборів макетних знімків із заданими характеристиками, включаючи стереопари, сформовані із знімків сусідніх маршрутів.

4.На основі аналізу існуючих теоретичних розробок, фізичних умов отримання аерофотознімків та проведення фотограмметричних вимірювань, запропоновано спосіб апріорного формування кореляційної матриці помилок фотограмметричних вимірів, що може бути використано при застосуванні в фотограмметрії узагальненого на залежні вимірювання МНК.

5.На основі загальнотеоретичної моделі розроблено алгоритм та програмне забезпечення блочної фототріангуляції із використанням лінійних елементів зовнішнього орієнтування.

6.Шляхом постановки моделювального експерименту досліджено новий спосіб блочної фототріангуляції. Результати моделювання підтверджують практичну можливість побудови високоточної блочної мережі без використання наземних опорних даних. Виявлено вплив геометрії та густоти опорної мережі на загальну точність фототріангуляції.Запропоновано варіанти підвищення точності мережі шляхом застосування міжмаршрутних зв'язків.

За рахунок використання запропонованих нами шляхів оптимізації геометрії блоку точність визначення планових координат точок мереж може бути реально наближена до точності фотограмметричних вимірювань, а точність визначення висот точок сягає величини 1/10000 відносно висоти фотографування. Це відкриває нові перспективи застосування аналітичних методів фотограмметрії в таких галузях:

- при побудові геодезичних та кадастрових мереж нижчих класів;

- у військовій справі, де важливим є швидкість отримання інформації, її достовірність, автономність носія;

- при вивченні важкодоступних та недоступних територій;

- для оперативного отримання інформації при виникненні небезпечних природних та техногенних явищ.

Перелік праць за результатами дисертаційної роботи

1.Колб І.З. Дослідження точності аналітичної фототріангуляції при відомих елементах зовнішнього орієнтування.// Геодезія, картографія і аерофотознімання.-Вип. 58.-1997.С.218-221.

2. Колб І. Моделювання блочної фототріангуляції при відомих лінійних елементах орієнтування.// Вісник геодезії та картографії. -Вип. 4, -1998.- с.41-44.

3. Колб І.З. До питання про застосування елементів зовнішнього орієнтування в фототріангуляції.// Геодезія, картографія і аерофотознімання. -Вип. 59, -1999. -с.73-77.

4. Колб І.З. Формування блоків макетних знімків для моделювання фотограмметричних задач// Тези доповідей науково-технічної конференції "Сучасні досягнення геодезії, геодинаміки та геодезичного виробництва".-Львів.-1999.-с197-199.

5. Дорожинський О.Л., Колб І.З.Моделювання в фотограмметрії залежних помилок вимірів з негауссовим розподілом //-Деп. ДНТБ №9417122.-1994.-11 с.

6. Колб І.З. Точність поодинокої моделі при використанні просторових координат центрів фотографування, зафіксованих системами GPS.// Збірник наукових доповідей 4 науково-технічного симпозіуму "Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища -GPS i GIS-технології".-Львів,-1999.-с.15-19.

Анотація

Колб І.З. Аналітична фототріангуляція при відомих координатах центрів проекцій аерофотознімків.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.24.02 - фотограмметрія та картографія.- Національний університет "Львівська політехніка", Львів - 2000.

Сформульовано математичну модель блочної фототриангуляції із застосуванням лінійних елементів зовнішнього орієнтування. Запропоновано спосіб врахування різнорідності опорних даних при вирівнюванні з квадратичною та змішаною функцією втрат. Розроблено метод апріорного визначення необхідної точності фіксації в польоті координат центрів проекції. Теоретично обґрунтовано та реалізовано методику математичного моделювання фототріангуляційних процесів. На основі аналізу існуючих теоретичних розробок запропоновано спосіб апріорного формування кореляційної матриці помилок фотограмметричних вимірів. Розроблено алгоритм та програмне забезпечення блочної фототріангуляції із застосуванням лінійних елементів зовнішнього орієнтування. Досліджено з використанням моделювального експерименту новий спосіб блочної фото тріангуляції та та підтверджено практичну доцільність побудови високоточної блочної мережі без використання опорних геодезичних точок.

Ключові слова: аерофотознімок, аналитична фототріангуляція, точність, математичне моделювання, центри проекцій аерофотознімків, GPS.

Аннотация

Колб И.З. Аналитическая фототриангуляция при известных координатах центров проэкций аерофотоснимков.- Рукопись.

Дисертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.24.02 - фотограмметрия и картография.- Национальный университет "Львивська политехника", Львов - 2000.

Сформулирована математическая модель блочной фототриангуляции с использованием линейных элементов внешнего ориентирования. Предложен способ учета разнородности опорных данных при уравнивании с квадратичной и смешанной функцией потерь. На основе анализа существующих теоретических разработок предложен способ априорного формирования корреляционной матрицы ошибок фотограмметрических измерений.

Разработан метод априорного определения необходимой точности фиксирования в полете координат центров проэкции. В общем случае эти величины следует определять вдвое точнее требуемой точности сети. При построении сетей следует учитывать многократное независимое решение фотограмметрической засечки для точек, которые изобразились на нескольких стереопарах.

Теоретически обоснована и реализована методика математического моделирования фототриангуляционных процессов. Предложен способ формирования макетных блоков аэрофотоснимков, включая стереопары, составленные из снимков соседних маршрутов. Разработаны алгоритм и программное обеспечение блочной фототриангуляции с использованием линейных элементов внешнего ориентировання.

Исследовалось влияние на общую точность сетей вида и геометрии блока аєрофотоснимков (размеры блока, величина поперечного и продольного перекрытий, масштаб). Выявлено, что сети с 60% поперечным перекрытием снимков позволяют на 30% точнее определять плановые и высотные координаты точек.

В результате моделирования сетей, обеспеченных наземными опорными сетями различной геометрии и густоты, определено, что наличие таких сетей существенно не влияет на точность плановых координат точек фототриангуляции. При обеспечении опорными точками центральной части блока на 10-15% уваличивается точность определения высотных координат.

Наличие в блоке стереопар, сформированных из снимков соседних маршрутов позволяет несколько улучшить качество сети. Разработаны схемы использования таких стереопар, позволяющие избежать значительного увеличения количества исходной информации и усложнения расчетов.

Таким образом использование моделирующего эксперимента позволило исследовать новый способ блочной фототриангуляции и подтвердить практическую возможность построения высокоточной блочной сети без использования опорных геодезических точек.

Ключевые слова: аэрофотоснимок, аналитическая фототриангуляция, точность, математическое моделирование, центры проекции аэрофотоснимков, GPS.

Abstract

Kolb I.Z. The analytical aerial triangulation when the coordinates of centers of projection are now. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of technical science by speciality 05.24.02 - photogrammetry and kartography. - National university "Lvivska politechnika", Lviv, 2000.

It is formulated the mathematical model of block aerial triangulation with application of linear external orientation elements. The method of registration (taking into account) of control data heterogeneity for adjustment with quadratic and combined function of losses is proposed. The method of a priori determination of necessary accuracy of the fixation of projection centers co-ordinates during the flight is developed. The principles of mathematical modelling of aerial triangulation processes is realized on theoretical base. According to the analysis of existant theoretical elaborations the method of a priori formation of correlation matrix of photogrammetrical measurement errors is proposed. The algorithm and software of block aerial triangulation with application of linear external orientation elements is worked out. The new method of block aerial triangulation is investigated with use of modelling experiment, and practical expediency of high accuracy block network creation without use of control geodetic points is confirmed.

Key words: air photo, analytical aerial phototriangulation, precision, mathematical modelling, center of proection, GPS.

Размещено на Allbest.ru

...