Способы геодезического изображения местности
Определение плановых координат местности. Типы теодолитов и их устройство. Оценка высот точек в пространстве. Тригонометрическое и барометрическое нивелирование. Технологии тахеометрической, глазомерной и аэрофотосъемки. Применение навигационных систем.
| Рубрика | Геология, гидрология и геодезия |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.08.2015 |
| Размер файла | 2,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Поэтому критерием качества не пользовались, помня о высочайшей геометрической точности аэроснимков. Совсем иная ситуация возникает при космической съемке, так как масштабы снимков отличаются на несколько порядков. При масштабах 1: 1 000 000-1: 10 000 000 минимальная различимая величина объекта составляет 5-50 м, а в случае использования нефотографических эмульсий достигает сотен метров. На рис. 7.21 приведен первый снимок всей Земли полностью, выполненный 21 сентября 1968 г. (в 12 ч 08 мин по московскому времени), когда носитель фотокамеры (АФА БА) - автоматическая станция "Зонд-5" - находилась на расстоянии 90 тыс. км от Земли. Серийный АФА БА имеет fk 400 мм, размер кадра 13x18 см. Величина изображения планеты оказалась в этом случае равной 56 мм, т. е. его масштаб - около 1: 225 000 000, а разрешение на земной поверхности - около 1,1 км, что позволяет уверенно различать контуры северных берегов Африки и Красного моря.
Одновременно на рис. 7.21 наглядно представлена и главная проблема получения приемлемых космоснимков в видимой зоне электромагнитного спектра - это наличие облачности. Почти треть снимков, получаемых с каждого спутника, приходится отбраковывать, так как на них более 10 % площади занято облаками. Хотя, как видно на рис. 7.22, и при 40 % облачности почти половина снимка может быть с успехом использована. Есть трудности и с получением снимков точно заданной территории в заданное местное время, поскольку движением носителя-спутника не удается управлять, как самолетом.
На рис. 7.23 приведены орбиты спутников с разными углами наклонения и соответствующие возможные территории охвата при фотографировании. Среди различных видов орбит искусственных спутников большое значение имеет так называемая солнечно-синхронная, при движении по которой имеют место постоянные условия освещения земной поверхности. Особенность такой орбиты заключается в сохранении постоянного расположения ее плоскости относительно Солнца, т.е. за год плоскость орбиты должна повернуться в пространстве на 360°. В этом случае над каждой точкой Земли спутник может появляться в одно и то же местное время, точное значение которого зависит от времени его запуска. Освещенность вдоль трассы меняется только в зависимости от времени года.
По сравнению с обычными аэроснимками, на которых наибольшие геометрические искажения вызваны рельефом и углом наклона, на космоснимках эти искажения значительно меньше, но становятся ощутимыми другие, обусловленные рефракцией и кривизной Земли. Причем в большей степени сказывается влияние не атмосферной рефракции, искажающей результаты геодезических измерений на дневной поверхности Земли, а так называемой внутренней, или фотограмметрической.
Рис. 7.21. Первый космический снимок всей Земли полностью
Рис. 7.23. Орбиты спутников с разным наклонением
Влияние преломления световых лучей в тонком слое тропосферы практически не ощутимо в связи с огромной величиной высоты фотографирования (сотни километров). Влияние внутренней рефракции - преломления лучей света при переходе из космического пространства внутрь аппарата-носителя - на 1-2 порядка больше, этот излом достигает десятков угловых секунд.
Устранять искажения, выполнять различные процедуры преобразований фотоизображений в настоящее время стало значительно проще благодаря появлению цифровой фотографии, сделавшей возможной обработку с помощью цифровых (закодированных системой чисел) снимков.
В государственном терминологическом стандарте "Фотограмметрия" (ГОСТ Р 51833-2001) из 62 терминов к новому и стремительно развивающемуся разделу информационных технологий получения и обработки изображений относится только один - "цифровая фотограмметрия" - "раздел фотограмметрии, относящийся к аналитическим методам обработки цифровых фотограмметрических снимков". Собственно определения цифрового снимка этот нормативно-терминологический документ не содержит, лишь в примечании указано, что "изображение, зафиксированное в аналоговом виде, называют фотограмметрическим снимком; изображение, зафиксированное в цифровом виде, называют цифровым фотограмметрическим снимком".
Цифровая фотография получила широкое распространение еще в начале 1980-х гг., когда японская фирма "Sony" приступила к массовому выпуску нового типа камер, в плоскости прикладных рамок которых помещался не фоточувствительный слой, требовавший в последующем химической обработки, а матрица (около 1,5 х 2,0 см), содержащая несколько миллионов микроскопических полупроводниковых светочувствительных фотоэлементов - "пикселов" (акроним от picture element), их размер около 2x3 мкм.
Чувствительность таких элементов (до 800 единиц ISO) уже заметно превысила соответствующий показатель обычных черно-белых фотоматериалов; электрическое состояние, или освещенность (причем в нескольких зонах спектра), каждого пиксела мгновенно считывается и переправляется в память компьютера. Время экспонирования удалось заметно уменьшить, устранить из камеры само устройство затвора. Матрицу пикселов в русской литературе часто обозначают аббревиатурой ПЗС - "прибор с зарядовой связью" (от англ. CCD - Charge-Coupled Device), это устройство (при размере матрицы около 2x3 см) позволяет получать цветные изображения с информационной емкостью около 10 Мб.
В 1997 г. на страницах главного картографо-геодезического журнала России "Геодезия и картография" (№ 9) появилась статья "Экспериментальная цифровая аэросъемка" с несколькими иллюстрациями - воспроизведениями полученных цветных снимков 4x6 см. Указывая на возможность применения цифровой фотографии в картографо-геодезической отрасли, авторы тогда не упомянули о главном недостатке этой технологии, который так и не был устранен и продолжает сдерживать повсеместный переход аэро- и космосъемочных камер на цифровую основу - это низкая по сравнению с обычными фотослоями разрешающая способность (большой размер пиксела). В англоязычной литературе единица измерения этого параметра обозначается dpi (от англ. dots per inch - различимое число точек на 1 дюйм). Для наилучших и самых дорогостоящих матриц в настоящее время этот показатель чуть-чуть превышает 1 000 dpi, или 40 лн/мм, что не позволяет без потери качества выводить на печать цифровые изображения более 10x15 см. Очевидно, в будущем этот порог будет преодолен и цифровые камеры полностью вытеснят аналоговые АФА. Пока же широко применяется "промежуточный" вариант: первичные негативы получают обычным аналоговым методом (негативы от 23 х 23 до 30 х 45 см), а затем их превращают в цифровые изображения путем сканирования или оптического копирования без уменьшения через матрицу-линейку с максимальным разрешением. Преимущества последующей компьютерной обработки цифровых изображений, в том числе и организации хранения непрерывно растущего фонда снимков, неоспоримы.
Применение цифровых снимков оказалось особенно эффективным при создании производных изображений путем преобразований исходного негатива. Прежде всего, это задачи трансформирования и ортотрансформирования снимков. Традиционные фотомеханические способы их решения постепенно вытесняются цифровыми, при которых каждый пиксел исходного изображения получает новое местоположение на преобразованном изображении, сохраняя свое значение оптической плотности. Для выполнения обычного трансформирования (устранения влияния угла наклона и изменения высоты фотографирования) в этом случае необходима привязка снимков, а для ортофототрансформирования, кроме того, требуется так называемая цифровая модель рельефа (ЦМР) - дискретная модель земной поверхности, представляющая собой совокупность пространственных координат множества точек - центров элементарных площадок этой поверхности или совокупность ее изолиний высот.
Наиболее существенные результаты дало внедрение цифровой технологии в процесс создания фотопланов и ортофотопланов. Самый опытный глаз фотограмметриста не сможет обнаружить такие явления, как биение контуров на порезах и различия почернений на соседних снимках, неизбежные при традиционном монтаже множества отдельных фотоотпечатков. Существующие в настоящее время программы перемещения пикселов на соседних снимках позволяют сводить неизбежные погрешности трансформирования, ведущие к появлению биения на порезах-стыках (производственный допуск до 0,4 мм), почти к теоретическому минимуму (до 1 пиксела), что далеко за пределами разрешающей способности глаза. Поэтому современные цифровые фотопланы зрительно воспринимаются как единый снимок.
Преобразование аналоговых снимков (первичных негативов) в цифровые изображения должно происходить без ощутимых потерь их качества - высокой геометрической точности и значительной фотометрической глубины (интервала оптических плотностей и числа ступеней их квантования). Предназначенные для этого высококачественные устройства, в отличие от обычных сканеров, называют сканерами фотограмметрическими. Они бывают только планшетного типа и обладают геометрической точностью не ниже 3-5 мкм (таков и размер пикселов их матриц), скоростью сканирования не менее 1,5 Мб/с, существенным размером кадрового окна сканирующего устройства (до 30 х 45 см) и высочайшей радиометрической разрешающей способностью (10-12 бит/пиксел, или более 2 тыс. уровней серого).
В настоящее время наилучшими считаются фотограмметрические сканеры ФС-30 московского завода ЭОМЗ, "Дельтаскан" и "Планскан" винницкого производственного предприятия "Геосистема", а также западноевропейские приборы Zeiss SCAI, DSW- 300 и ряд других.
Качество исходных изображений зависит от особенностей технических средств первоначальной съемки. В материалах геодезических работ редко указывают марку применявшегося теодолита, достаточно назвать среднюю квадратическую погрешность выполненных измерений. Иное дело в случае фотограмметрических съемок.
Между тем каждый из более чем 50 космических снимков (до 40x40 см), вошедших в изданный в 2004 г. 1-й том "Национального атласа России" (в 4 т.), сопровождается фрагментом мелкомасштабной карты с указанием охвата снятой территории и марки камеры. В атласе помещены снимки, полученные с помощью трех камер: КАТЭ-200, МК-4 и КФА-1000.
Знание типа съемочной камеры позволяет надежно оценить перспективы использования снимков. Так, камера КАТЭ-200 имеет размер кадра 18x18 см, фокусное расстояние 200 мм; у МК-4 при том же размере кадра фокусное расстояние 300 мм; КФА-1000 - более современный прибор, она имеет фокусное расстояние 1 000 мм при кадре 30x30 см. В зарубежных источниках обычно указывается не тип камеры, а спутник-носитель, съемочная аппаратура которого известна.
Указание на конкретный тип съемочного устройства позволяет получить сведения не только о размере кадра и величине фокусного расстояния камеры, но и о наличии нескольких изображений, получаемых одновременно на разных участках спектра электромагнитного излучения. Такие снимки, полученные с помощью традиционных фотографических слоев, называют многозональными, цифровые - чаще "мультиспектральными". Ранее в диапазоне видимого излучения (400-800 нм) обычно использовали 3-4 канала регистрации шириной около 100 нм. При использовании цифровой фотографии наметилась тенденция к заметному увеличению числа каналов (14, 36 и более) с одновременным их сужением (до 10 нм) и выходом за пределы видимого излучения - в инфра- и радиозоны. Показательно, что наряду с многочисленными узкими каналами регистрации излучения используется основной канал, полностью охватывающий диапазон видимой зоны спектра. Этот широкий канал по аналогии с фотографическими слоями называют панхроматическим; он, как правило, обладает и максимальным разрешением по сравнению с остальными узкоспектральными.
Мировой фонд космоснимков неуклонно возрастает и в настоящее время насчитывает десятки миллионов изображений. Растет и круг коммерческих организаций - распространителей (дистрибьютеров) этой важной информации.
Постепенное вытеснение кадровых фотокамер оптико-электронными сканерами на основе ПЗС-линеек привело к появлению нового термина для обозначения космического снимка произвольного формата (вырезки из непрерывной полосы сканирования) - "сцена". Величина такой сцены или сцен при выполнении, например, конвергентной (Конвергентной называется одновременная съемка несколькими камерами, оптические оси которых непараллельны и обычно расположены под углом 20-30° друг к другу) стереосъемки тремя ПЗС-камерами (на рис. 7.25 одна камера направлена в надир, вторая наклонена примерно на 15° вперед, третья - на 15° назад), оговаривается заказчиком или предлагается фирмой-распространителем в единицах площади снятой местности (обычно в км 2), этим параметром определяется стоимость ПЗС-снимков (на 2007 г. в среднем около 7-10 долл. за 1 км 2). Фирмы-распространители (в России это Госцентр "Природа", "Союзинформспутник", "Совзонд", "СканЭкс" и др.) рекламируют свою продукцию в Интернете, иногда размещая в свободном доступе космоснимки с низким разрешением (примерно до 10 лн/мм), что привело к появлению еще одного нового термина - "квиклук" (от англ. - quicklook - быстрый просмотр), под которым понимается снимок, непригодный для фотограмметрических исследований, но позволяющий получить представление о местонахождении и площади сфотографированного участка земной поверхности.
Рис. 7.25. Конвергентная стереосъемка тремя ПЗС-камерами
О стремительности развития аэрокосмической техники свидетельствует тот факт, что цена снимка существенно снижается уже через три месяца после его изготовления, он становится "архивным", тогда как традиционная картографическая продукция считается достаточно современной и через три года после ее создания.
Лекция 8. Навигационные системы
Спутниковые приемники выделяются по назначению и имеют широкий диапазон применения. Для географических, геологических, геофизических и иных исследований выпускают малогабаритные приемники ручного формата, оснащенные внутренней антенной.
На рис. 12.9, а приведен общий вид приемника GARMIN GPS 12 корпорации GARMIN International (США). Он объединяет GPS- приемник и управляющий компьютер. На его корпусе расположена кнопка Power, включающая и выключающая приемник, пять функциональных клавишей и кнопка перемещения курсора. Управляющий компьютер приемника имеет порт и интерфейс подключения к другому компьютеру для обмена данными. При включении GARMIN GPS 12 определяет местоположение в течение нескольких десятков секунд. Средняя квадратическая погрешность позиционирования равна 15 м. Приемник имеет компас, предоставляет текущие трехмерные координаты и позволяет сохранять в памяти до 500 путевых точек, а также другие данные. Сервисные функции обеспечивают проложение прямолинейных маршрутов и применение построителя карты. Используя GARMIN GPS 12, можно определять координаты важных объектов, выполняя съемку второстепенных объектов на глаз.
Стремительное развитие спутникового приборостроения и использование достижений географических информационных систем (ГИС) обусловили создание принципиально новых спутниковых приемников, работающих с геоинформацией и обеспечивающих точность определения координат меньше 1 м.
На рис. 12.9, б показан 12-канальный GPS-приемник Mobile Mapper французской компании Thales Navigation, выполняющий измерения в абсолютном и относительном режимах наблюдений. Погрешность определения местоположения составляет около 0,6 м в системе координат WGS-84 или местной и не зависит от удаления подвижной станции от базовой в пределах 15 км. GPS-приемник имеет собственное программное обеспечение, в него можно загружать цифровые карты в ГИС-форматах программ ArcView, Maplnfo, AutoCad. Офисная программа позволяет создавать библиотеки характеристик объектов и пояснений, которые могут быть загружены в приемник.
а) б)
Рис. 12.9. GPS-приемники: а - GARMIN 12; б - Mobile Mapper
Объекты съемки в процессе работы отображаются на экране приемника. Прибор может измерять и отображать как отдельные точки, линии, замкнутые контуры, так и сеть равномерно распределенных пунктов. Объекты с одинаковыми характеристиками могут сниматься с помощью специальной функции повторной записи, предусмотренной для экономии времени. В случае недоступности объекта съемки имеется функция "offset", предоставляющая возможность измерить его с учетом сдвига.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание принципа тригонометрического (геодезического) нивелирования. Характеристики места нуля. Использование зависимости между атмосферным давлением и высотой точек местности. Изучение областей применения приборов барометрического нивелирования.
презентация [45,9 K], добавлен 22.08.2015Ознакомление с геодезическими приборами. Конструктивные особенности теодолита 4Т30, нивелира 3Н-5Л и электронного тахеометра 3Та5. Геометрическое, тригонометрическое, гидростатическое, барометрическое нивелирование. Автоматизация тахеометрической съемки.
отчет по практике [3,2 M], добавлен 16.02.2011Проведение комплекса полевых и камеральных работ по определению координат точек относительно государственной геодезической сети. Предназначение теодолита как угломерного прибора. Изучение его конструктивных особенностей. Качество и удобства измерений.
презентация [93,9 K], добавлен 22.08.2015Характеристика и применение основных видов измерительных приборов, способы измерения высот и расстояния на участке местности. Изучение геодезии как науки о производстве измерений. Роль, сущность и значение измерений на местности в различных сферах жизни.
курсовая работа [819,5 K], добавлен 30.03.2018Закрепление точек теодолитного хода. Геометрическое и тригонометрическое нивелирование. Вычисление координат точек замкнутого теодолитного хода. Перенесение осей запроектированного здания на местность, линии с заданным уклоном, отметок чистого пола.
отчет по практике [1,3 M], добавлен 20.07.2012Поверки и исследования геодезических приборов. Рекогносцировка местности, закрепление точек планово-высотной основы. Методика построения плана тахеометрической съемки. Камеральное трассирование автодороги. Вычисление координат точек теодолитного хода.
отчет по практике [996,1 K], добавлен 12.01.2014Последовательность работ при теодолитной и тахеометрической съемке, составление плана участка. Рекогносцировка участка местности. Ведение записей полевых измерений в журнале, их обработка и принципы контроля. Техническое нивелирование поверхности.
отчет по практике [50,4 K], добавлен 20.10.2015Использование теодолитов для определения координат и высот точек. Классификация тахеометров по диапазону измерения: электронно-оптический, отражательный и безотражательный. Виды тахеометров по конструкции: модульные, интегрированные и неповторительные.
презентация [260,5 K], добавлен 05.03.2014Геодезические приборы и их поверки. Технические условия и допуски. Создание планового и высотного съёмочного обоснования. Рекогносцировка местности, закрепление точек теодолитного хода. Вычисление координат вершин. Нивелирная и горизонтальная съемки.
отчет по практике [116,2 K], добавлен 22.03.2015Физико-географические условия работ: рельеф, климат, геология местности, растительность, животный мир и гидрография. Топографо-геодезическая изученность района. Триангуляция, полигонометрия, нивелирование. Уравнивание геодезического четырехугольника.
курсовая работа [138,0 K], добавлен 28.10.2013Вычисление дирекционных углов линий и координатных точек. Расчет границ участка и построение топографического плана. Геометрическое нивелирование трассы дороги. Определение румба по истинному азимуту. Особенности прокладки и измерения теодолитных ходов.
контрольная работа [517,0 K], добавлен 14.02.2014Использование аэрофотосъёмки для создания топографических карт. Элементы внутреннего и внешнего ориентирования снимка в базисной системе. Составление технического проекта построения одиночной модели местности и измерения координат запроектированных точек.
курсовая работа [481,5 K], добавлен 23.07.2013Теодолит - прибор для измерения горизонтальных и вертикальных углов. Особенности проведения теодолитной съемки, конструкция теодолитов и подготовка их к работе. Съемка ситуации местности. Теодолитный ход. Создание рабочего геодезического обоснования.
презентация [716,1 K], добавлен 19.04.2017Общеземные системы координат. Системы картографических координат. Местные системы, история их введения и особенности применения. Основные национальные системы высот. Недостатки использующихся систем высот. Балтийская система высот в Республике Беларусь.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 01.03.2015Проложение замкнутого теодолитного хода и тахеометрическая съемка. Разработка проекта вертикальной планировки местности. Нивелирование и составление профиля трассы и поперечного профиля данной дороги на втором пикете; обработка полученной информации.
отчет по практике [9,0 M], добавлен 26.02.2012Создание геодезических сетей методами триангуляции, полигонометрии, трилатерации, геометрического и тригонометрического нивелирования. Построение на местности системы ходов в виде ломаных линий. Определение координат и азимута базисной стороны.
лекция [152,1 K], добавлен 22.08.2015Провешивание прямой на местности с помощью вехи - вертикальной прямой жерди, которая становится для обозначения точки на местности и имеет длину около 2 м. Прием "проведения" длинных отрезков прямых на местности, применяемые геодезические приборы.
презентация [1,9 M], добавлен 02.03.2016Устройство теодолита - наиболее распространенного угломерного инструмента. Типы теодолитов. Рельеф местности и его изображение на картах и планах. Условные обозначения. Полигонометрия – метод построения геодезических сетей. Вынос пикета на кривую.
контрольная работа [39,0 K], добавлен 15.03.2010Обзор состояния топографической аэросъемки с использованием беспилотных летательных аппаратов. Измерение координат контрольных точек на ортофотопланах и цифровой модели местности автодороги. Анализ безопасности оператора при проведении камеральных работ.
дипломная работа [5,5 M], добавлен 27.07.2015Формулы связи координат точек местности и координат их изображений на стереопаре снимков идеального случая съемки. Условие, уравнения и элементы взаимного ориентирования снимков. Построение фотограмметрической модели и ее внешнее ориентирование.
реферат [276,9 K], добавлен 22.05.2009
