Создание топографических карт по аэрофотоснимкам

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Структура проведения аэрофотосъемочного процесса

1.1 Подготовительные работы

1.2 Фотолабораторные работы

2. Методы создания топографических карт по материалам проведения аэрофотосъемки

2.1 Комбинированный метод

2.2 Стереотопографический метод

Введение

Целью работы является изучение методов создания топографических карт по материалам аэрофотосъемки. Работа включает теоретические исследования. Теоретическая часть предусматривает обзор и анализ технологий создания топографических карт и планов фотограмметрическими методами. Термин "аэрофотосъемка", означающий фотографирование земной поверхности с летательного аппарата тяжелее воздуха, вошел в употребление в начале XX столетия, со времени применения самолета для целей воздушного фотографирования. Само же воздушное фотографирование возникло задолго до появления самолетов - в эпоху аэростатов.

Первая аэрофотосъёмка состоялась в 1858 г. над Парижем. Произвёл её французский фотограф и воздухоплаватель Гаспар-Феликс Турнашон. А 18 мая 1886 году над С.-Петербургом опытную воздушную съемку осуществил А.М. Кованько. Этим было положено начало развитию воздушного фотографирования в нашей стране. Первый фотоснимок Кованько получил с высоты 800 м., второй - с 1200 м., оба - при наклонном положении оптической оси обыкновенного раздвижного фотоаппарата с простым моментальным затвором и форматом снимка 12 X 16 см. Третий снимок был произведен над Петропавловской крепостью с высоты 1350 м. при приближенно отвесном положении оптической оси камеры. В 20 веке началось развитие различных видов съемки. Появились такие виды как инфракрасная, телевизионная, радиолокационная, съемка на основе ПЗС (приборы с зарядовой связью).

При съемке стали использовать различные носители аппаратуры (самолеты, вертолеты, космические носители и т. д.). Съемка стала производиться не только с точек земной поверхности, но и под водой.

Быстрое развитие авиации в конце десятых годов прошлого столетия поставило вопрос об ее использовании для воздушного фотографирования. В связи с этим интерес к фотографированию с аэростатов и воздушных змеев резко упал, а сам процесс фотографирования земной поверхности с самолета стал называться "аэрофотосъемкой". В период 1908-1914 гг. в ряде стран стали проводиться первые опытные аэрофотосъемочные полеты и разрабатываться методика аэрофотосъемки. Появилась новая специальная аппаратура - аэрофотоаппараты. (АФА) Воздушное фотографирование в течение целого полустолетия по существу не выходило из стадии опытов, а аэрофотосъемка прошла этот путь менее чем за одно десятилетие и была широко использована в первой мировой войне. В армиях была введена аэрофоторазведывательная служба, в функции которой вошло получение фотографическим путем (преимущественно с самолета) сведений о живой силе и боевой технике противника, его оборонительных сооружениях, коммуникациях и тылах. Это помогало выявлению тактических и оперативных замыслов врага. Помимо этого, аэрофоторазведывательная служба использовалась в картографических целях для исправления и дополнения имеющихся топографических карт или создания новых планов и карт военного назначения.

Возрастанию роли аэрофоторазведки немало способствовало усиление наземной обороны против авиации противника. Визуальная разведка с малой высоты становилась все более опасной, наблюдение с больших высот не давало полноценных результатов. Достоверность и полнота разведывательных данных, их объективность и документальность могли быть обеспечены только "фотоглазом", т. е., аэрофотокамерой с большим фокусным расстоянием объектива.

1. Структура проведения аэрофотосъемочного процесса

1.1 Подготовительные работы

Аэрофотосъемочные работы выполняются специализированными авиапредприятиями на основе договоров с хозяйственными организациями для создания топографических карт в соответствии с "Основными положениями по аэрофотосъемке, выполняемой для создания и обновления топографических карт и планов" и для других целей по специальным требованиям. Авиапредприятия организуют аэрофотосъемочные партии (АФСП), которые выполняют весь цикл аэрофотосъемочных работ и сдают заказчику готовую продукцию, предусмотренную условиями договора.

Аэрофотосъемочная продукция может сдаваться заказчику только после приемки ее техническим контролем авиапредприятия.

Аэрофотосъемка состоит из подготовительных, летно-съемочных полевых фотолабораторных и полевых фотограмметрических работ. В подготовительных работах одним из важнейших процессов является расчет элементов аэрофотосъемки. Для этого требуется заданные значения масштаба фотографирования и фокусного расстояния АФА (аэрофотоаппарат), формат аэрофотоснимка, заданные проценты продольного и поперечного перекрытий, размеры съемочного участка. По этим исходным данным определяют высоту и базис фотографирования, интервал между экспозициями, число аэрофотоснимков в маршруте и на съемочный участок, а так же время, необходимое для аэрофотосъемки всего участка. Перед началом летно-съемочных работ проверяют и готовят к работе оборудование материалы и полетные карты проводят тренировку экипажей и составляют график полетов, затем приступает аэрофотосъемшик - оператор, определяет угол сноса и путевую скорость самолета, т. е., скорость движения самолета относительно Земли. С учетом величины угла сноса самолет разворачивают против ветра на угол упреждения. Значение путевой скорости самолета или другого носителя необходимо для вычисления интервала времени между экспозициями. Угол сноса и путевую скорость самолета определяют при помощи оптических визиров в прямом и обратном направлениях по маршруту. После этого приступают аппаратуру, следят за ее работой и прокладыванием аэрофотосъемочных маршрутов в соответствии с проектом. Маршрут самолета прикладывают по приборам контролируют по земным ориентирам. При отсутствии ориентиров съемочные маршруты и заходы на них производят инструментальным методом, особенность которого заключается в прокладке маршрутов только на основании показаний навигационных и пилотажных приборов.

Технический проект является основным документом, определяющим технико-экономические показатели для планирования и выполнения аэрофотосъемочных работ. Он составляется до начала аэрофотосъемочных работ на каждый объект в соответствии с договором, техническими условиями заказчика, нормативными документами и "Методикой по составлению технических проектов на аэрофотосъемочные работы". Технический проект определяет:

1. затраты летного времени;

2. валовую и съемочную производительность;

3. потребность в основных материалах;

4. сметную стоимость и другие показатели аэрофотосъемочных работ на каждый объект.

Который составляется в аэрофотосъемочном подразделении одновременно двумя исполнителями под руководством инженера по техническому проектированию или начальника фотограмметрической лаборатории. Утверждается начальником аэрофотосъемочного производства. Основными данными для расчета являются: физическая площадь каждого объекта в квадратных километрах, его физико-географическое расположение, характер рельефа, масштаб аэрофотографирования, тип АФА, заданные продольное и поперечное перекрытия аэрофотоснимков.

При аэрофотосъемке ряда однотипных объектов (мелкие населенные пункты и т. п.), расположенных на незначительном расстоянии один от другого, для расчета времени подлета объекты группируются на каждый вылет. Количество летного времени определяется в зависимости от расстояния между аэродромом вылета и объектом съемки.

Объектом аэрофотосъемочных работ является территория местности с четко определенными границами, заданными заказчиком. Границы объекта работ задаются, как правило, в международной разграфке номенклатуры топографических карт.

Допускается объединять в один объект мелкие населенные пункты сельского типа, когда они примыкают друг к другу и аэрофотосъемка их может выполняться одним маршрутом без выключения АФА.

В отдельные объекты выделяются каждый населенный пункт городского и поселкового типа и крупные - сельского типа. На объектах линейного характера (каркасные маршруты, реки, береговые линии водоемов и морей и т. п.) аэрофотосъемка выполняется по заданным линиям маршрутов, нанесенных заказчиком на топографическую карту (фотосхему), которая прилагается к договору.

Масштаб топографических карт с нанесенными линиями аэрофотосъемочных маршрутов должен быть мельче масштаба проектируемой аэрофотосъемки не более чем в 5 раз.

Площадь объектов аэрофотосъемки S, выполняемой по заданным линиям, каркасным маршрутам, одиночным маршрутам, определяется по формуле:

1.2 Фотолабораторные работы

Полевые фотолабораторные работы состоят из негативного и позитивного процессов. Негативный процесс включает проявление, фиксирование промывку экспонированной аэропленки на специальных ручных или автоматизированных приборах, которые сконструированы так, чтобы обеспечить равномерное и правильное по времени проявления пленки. Наиболее часто употребляются проявочные приборы с устройством, перематывающим пленку. Состоят они из двух вращающих катушек, расположенных на одной общей станине. Пленку равномерно перематывают с одной катушки на другую вручную или с помощью электромотора, в это время пленка находится в проявляющем растворе. После сушки аэрофильм передают в фотограмметрическую группу, где негативы регистрируют и нумеруют. Затем аэрофильм поступает в фотолабораторию для изготовления позитивных отпечатков. Позитивный процесс заключается в получении контактных аэрофотоснимков путем печатания на специальных станках фотоизображения с негативов на светочувствительную фотобумагу или позитивную фотопленку.

Контактные отпечатки должны быть достаточно контрастными и иметь полную прорубку деталей по всей площади негатива. Для получения таки аэроснимков необходимо учитывать степень контрастности негативов при наборе фотобумаги, соблюдать нужную экспозицию и правильно выполнять проявление. Нумерацию и регистрацию аэронегативов выполняют сразу после высушивания аэрофильмов. Каждый аэронегатив нумеруют с эмульсионной стороны в левом верхнем углу обратным письмом. Кроме порядковых номеров аэрофотоснимков, подписывают дату и номенклатуру района аэрофотоснимка. Все аэрофотоснимки регистрируют в журнале и направляют в фотолабораторию для изготовления контактной печати. Предварительно аэрофотоснимки раскладывают по маршрутам. Монтаж начинают с верхнего маршрута справа на лево или слева направо, чтобы были видны номера аэрофотоснимков, которые последовательно накладывают один на другой, монтируют по контурам ситуации местности в местах перекрытый и закрепляют кнопками. Каждый следующий маршрут увязывают предыдущим по перекрытиям. Полученный рабочий накидной монтаж позволяет установить границы заснятой территории проверить техническое фотографическое качества съемочных работ. Давая предварительную оценку качества аэрофотоснимков, устанавливают места, подлежащие повторной аэрофотоснимке, если перекрытия между аэрофотоснимками меньше заданной величины или имеются фотографические дефекты.

Также к фотолабораторным работам относится процесс дешифрирования.

Дешифрированием называется процесс опознавания по фотографическому изображению на снимке отдельных предметов и объектов местности, границ контуров, а также определение их количественных и качественных характеристик с обозначением их соответствующими условными знаками.

В зависимости от назначения выделяют топографическое дешифрирование и тематическое (почвенное, геоботаническое, геологическое и др.).

Топографическое дешифрирование наиболее универсальное, т. к., охватывает все видимые компоненты ландшафта: гидрографию, растительность, населенные пункты, дороги и др. В зависимости от принятой технологии изготовления топографических карт и планов дешифрирование выполняют на фотопланах и на аэроснимках. При этом дешифрирование в зависимости от особенностей местности подразделяют на полевое, камеральное и комбинированное.

Полевое дешифрирование проводится путем визуального сличения фотоизображения всех контуров и объектов с местностью. Имеет высокую точность и современность, однако не является экономически выгодным.

Одновременно с полевым дешифрированием аэроснимков устанавливают названия населенных пунктов, урочищ и природных объектов, определяют скорость течения рек, глубину бродов, собирают данные о проходимости болот, характере растительного покрова и другие сведения. Камеральное дешифрирование основано на применении дешифровочных признаков фотоизображения контуров местности характерных для тех или иных ландшафтных условий, при этом могут быть использованы фотограмметрические приборы, эталоны дешифрирования, разнообразные географические и другие материалы. Однако не все объекты могут быть отдешифрированы, т. к., не изобразились из-за своих малых размеров (колодцы, километровые столбы и т. п.). Кроме того, нельзя установить названия географических объектов.

Комбинированное дешифрирование состоит в том, что бесспорно опознаваемые элементы местности определяют камерально, а остальные дешифрируют непосредственно в полевых условиях.

Дешифрирование основано на анализе дешифровочных признаков, которые дают представление о содержании и характере объектов и контуров местности. Различают прямые и косвенные признаки дешифрирования.

К прямым признакам относятся - форма и размер объекта, тон и структура изображения, тень, отбрасываемая объектом. Форма контуров и объектов - это один из самых надежных признаков дешифрирования. Размеры дешифрируемых объектов часто уточняют представления об изображениях на аэроснимках. По форме и размерам легко отличить природные объекты от антропогенных.

Интенсивность тона зависит от условий освещенности, структуры объекта, его отражательной способности, типа фотографического материала. На цветных фотоснимках роль фототона или оптической плотности играет цвет. При спектрозональной съемке часто получают ложные цвета, что увеличивает возможность дешифрирования. Структура изображения - это набор форм, размеров, тонов или цветов различных оттенков, которые формируют рисунок изображения. По форме и размерам падающей тени можно установить вид объекта и его размеры.

Косвенные признаки дешифрирования основаны на многообразных взаимосвязях объектов, на использовании географических закономерностей между различными компонентами ландшафта, приуроченности объектов к определенному месту. Например, пересечение дороги с рекой часто указывает на наличие моста или брода. Косвенные признаки имеют большое значение при тематическом дешифрировании. Отдешифрированные в поле аэроснимки используют в качестве эталонов, сравнение с которыми позволяет проводить камеральное дешифрирование всех отдельных аэроснимков. При таком способе выполнения работ проводят полевое дешифрирование только населенных пунктов и объектов, не отобразившихся на аэроснимках (мостов, колодцев, линий электропередач и др.).

2. Методы создания топографических карт по материалам проведения аэрофотосъемки

2.1 Комбинированный метод

Комбинированная съемка - это съемка местности на фотоплане, составленном из аэрофотоснимков методами фотограмметрии.

Контурную часть карты или плана получают путем дешифрирования фотоизображения. Рельеф наносится на фотоплан непосредственно на местности методом мензульной съемки.

Общая технологическая схема съемки следующая:

1. аэрофотосъемка;

2. планово-высотная привязка снимков;

3. фотограмметрическое сгущение опорной сети;

4. трансформирование аэрофотоснимков и изготовление фотоплана;

5. создание высотного обоснования;

6. съемка рельефа;

7. дешифрирование фотопланов.

Плановая и высотная привязка аэрофотоснимков заключается в определении плановых координат и высот опознавательных знаков (опознаков), необходимых для создания топографической карты. Опознаки могут быть плановыми, высотными и планово-высотными. Плановые и высотные опознаки - это контурные, хорошо опозноваемые на снимках и местности точки, которые закреплены соответствующим образом. Процесс определения плановых координат Х и У называется плановой привязкой аэрофотоснимков, а определение высот опознаков - высотной привязкой аэрофотоснимков. Основные методы плановой привязки - теодолитные ходы, прямые и обратные засечки и метод триангуляции. Высотную привязку аэрофотоснимков выполняют геометрическим нивелированием при съемке с высотой сечения 0,5 и 1,0 м., а при сечении рельефа 2 м. и более допускается применение тригонометрического нивелирования. При выполнении высотной привязки опознаков определяют отметки урезов воды в реках и водоемах. В целях экономии средств и времени выполняют не сплошную плановую привязку, а разреженную привязку, т. е., плановые опознаки определяют не на каждом, а через несколько снимков на маршруте. Остальные опознаки для каждого аэрофотоснимка получают камеральными методами фотограмметрического сгущения, одним из которых является фототриангуляция. Различают пространственную и плановую фототриангуляцию. Пространственная фототриангуляция выполняется на стереопарах аэроснимков аналитическим способом на высокоточных стереофотограмметрических приборах с использованием ЭВМ, в результате чего получают три координаты (Х, У, Н) сети сгущения. В основе плановой фототриангуляции лежит свойство аэроснимка, как центральной проекции, где направления, проведенные из главных точек (точек пересечения координатных осей) плановых аэроснимков, практически свободны от искажений за рельеф и наклон снимка. При аналитическом способе на стереокомпараторах измеряют направления на главные, связующие, трансформационные точки и опознаки. Полученную сеть уравнивают и вычисляют плановые координаты всех пунктов.

2.2 Стереотопографический метод

Стереотопографическая съемка является одним из основных современных методов создания топографических карт для больших территорий.

В основе стереотопографической съемки лежит стереоскопическое зрение, т. е., способность человеческого глаза ощущать объемность пространства. Под объемной моделью понимается уменьшенная пространственная оптическая модель местности, которая возникает при рассмотрении двух перекрывающихся аэроснимков, образующих стереоскопическую пару (стереопару). Простейший стереоскоп - зеркально-линзовый, имеющий два внешних и два внутренних зеркала, наклоненных к плоскости горизонта под углом 45?. Между зеркалами расположены две сменные линзы для увеличения изображения на рассматриваемых снимках.

Для получения стереоскопической модели необходимо разместить снимки так, чтобы одноименные точки на снимках находились на линиях параллельных зрительному базису (линии соединяющей центры глаз) и передвигают их вдоль этого направления до получения объемной стереоскопической модели. При этом левый глаз должен находиться над левым снимком, а правый - над правым.

Обработка аэроснимков (съемка рельефа и проведение горизонталей) выполняется на стереофотограмметрических приборах, в основе которых лежит измерение продольных параллаксов. Продольный параллакс-р разность абсцисс одной и той же точки на левом хл. и правом хп. снимках стереопары, т. е.:

топографический фотограмметрический аэрофоторазведка

р = хл - хп

При определении превышения h между двумя точками используется зависимость между разностью параллаксов Др этих точек, высотой съемки Н и базисом b между снимками.

Стереофотограмметрическую обработку снимков можно выполнять двумя методами - дифференцированным и универсальным.

При дифференцированном методе отдельные этапы создания топокарт - сгущение опорной сети, фототрансформирование, изготовление фотопланов и рисовка горизонталей - выполняются на разных приборах разными исполнителями. Дешифрирование аэрофотоснимков производится комбинированным способом специалистами - дешифровщиками. Нарисованные на аэроснимках горизонтали и результаты дешифрирования переносятся на фотоплан, который затем оформляется соответствующим.

При универсальном методе все процессы по созданию топографической карты выполняются на одном высокоточном оптико-механическом приборе. На универсальных приборах сгущается опорная сеть, трансформируется аэрофотоизображение. Результатом обработки является графический план, который автоматически строится на графопостроителе. Дешифрирование ситуации производится комбинированным методом.

Размещено на Allbest.ru