Составление топографического плана местности М 1:500

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Тюменский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра Геодезии и фотограмметрии

Курсовая работа

На тему: «Составление топографического плана местности М 1:500»

Работу выполнил:

ст. гр. ЗК08-2

Черникова А.С.

Работу проверил:

Касаткин Ю.В.

Тюмень, 2011 г.

Содержание

Введение

Глава 1. Требование к содержанию и точности топографического плана

М 1:500

1.1 Создание топографического плана М 1:500

1.2 Понятие о съемке топографического плана М 1:500

Глава 2. Аналитический метод создания топографических планов

2.1 Аэрофотосъемка

2.2 Планово-высотная подготовка снимков

2.2.1 Трансформирование снимков

2.2.2 Полевое дешифрирование

2.3 Фототриангуляция

2.3.1 Маршрутная фототриангуляция

2.3.2 Блочная фототриангуляция

2.4 Составление фотопланов и фотосхем

2.5 Ориентирование и обработка снимков на универсальных стереокомпараторах (СК 18х18)

2.5.1 Внутреннее ориентирование

2.5.2 Взаимное ориентирование

2.5.3 Внешнее ориентирование

2.6 Камеральное дешифрирование

Глава 3. Назначение, содержание и основные требования к выполнению

полевых и камеральных работ

3.1 Полевые работы

3.2 Камеральные работы

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Фотограмметрия - дисциплина, изучающая формы, размеры, положение, динамику и другие качественные и количественные характеристики объектов по их фотографическим изображениям. Фотограмметрические методы применяются в различных областях науки и техники: в топографии и геодезии, астрономии, архитектуре, строительстве, географии, океанологии, медицине, криминалистике, космических исследованиях и др.

Раздел фотограмметрии, в котором рассматриваются вопросы определения координат точек местности и создания по снимкам топографических карт, называется фототопографией. Комплекс процессов (фотографирование местности, полевые геодезические и камеральные фотограмметрические работы), позволяющий по снимкам местности создавать топографические карты, называется фототопографической съемкой. Раздел, занимающийся решением различного рода измерительных задач в гидротехнике, геологии, дорожном деле, при землеустроительных и лесоустроительных работах, в географических исследованиях, при охране природы и окружающей среды, съемке памятников истории и культуры, в архитектуре, медицине, военном деле и др. областях науки и техники, называют нетопографической или прикладной фотограмметрией. Раздел, занимающийся вопросами изысканий инженерных сооружений, архитектуры, гидротехники и другими научно-техническими измерениями, называют инженерной фотограмметрией, являющейся составной частью прикладной фотограмметрии.

Исторически научное и техническое развитие фотограмметрии связано с использованием фотоснимков для измерительных целей, однако в последнее время в связи с общим развитием науки и техники появились и другие средства для получения изображений, обладающих измерительными свойствами, поэтому определение фотограмметрии, как науки, изучающей способы определения форм, размеров и положения объектов по их фотографическому изображению (измерительная фотография), несколько устарело и уже не соответствует полностью и не раскрывает всех возможностей фотограмметрии как науки и технической дисциплины.

Главной целью данной курсовой работы является составление плана местности М 1:500 по снятым и обработанным координатам точек местности с использованием аэрофотоснимков.

Главная цель позволяет сформулировать основные задачи, которые будут решены в данной работе:

· снятие координат местности по аэрофотоснимкам с использованием стереокомпаратора;

· проведение камерального дешифрирования;

· обработка данных;

· создание и оформление плана местности М 1:500.

Глава 1 «Требования к содержанию и точности топографического плана М: 1:500»

1.1 Создание топографического плана М 1:500

Топографические планы масштаба 1:500 предназначаются для составления исполнительного, генерального плана участка строительства и рабочих чертежей многоэтажной капитальной застройки с густой сетью подземных коммуникаций, промышленных предприятий, для решения вертикальной планировки, составления планов существующих подземных сетей и сооружений и привязки зданий и сооружений к участкам строительства на застроенных территориях города.

Съемке и отображению на топографической карте подлежат все объекты и участки местности, предусмотренные для конкретных масштабов действующими условными знаками.

Создание топографического плана М 1:500 осуществляется двумя путями:

· проведение полевых съемочно-картографических работ (полевое картографирование);

· лабораторное составление карт по источникам (камеральное картографирование).

Полевое топографическое картографирование выполняют государственные топографо-геодезические службы силами. Топографические съемки во всех масштабах регламентируются стандартными положениями, руководствами и инструкциями. При всех видах полевого картографирования важнейшим этапом является топографическое и тематическое дешифрирование аэрокосмических снимков.

Камеральное картографирование состоит в обработке данных полевых съемок, сводке и обобщении крупномасштабных планов и материалов дешифрирования, синтезе экспериментальных наблюдений и других источников в соответствии с содержанием и назначением создаваемого плана.

Первый этап камеральной работы - проектирование плана, разработка его концепции, составление программы, подготовка всей необходимой документации. Этот этап завершается созданием проекта (программы) плана и включает следующие процессы:

Ш формулировка назначения и определение требований к плану;

Ш подбор, анализ и оценка источников для составления;

Ш изучение территории и особенностей картографируемых явлений;

Ш подготовка программы плана.

Следующий этап - составление плана, т.е. комплекс работ по изготовлению оригинала плана. Составление выполняют в избранной проекции, компоновке и масштабе, принятой системе условных знаков, с заданным уровнем генерализации. Данный этап включает такие процессы:

· подготовка и обработка источников;

· разработка математической основы карты;

· разработка содержания плана и легенды;

· техническое составление оригинала и проведение генерализации;

· оформление плана;

· редактирование плана и корректура на всех стадиях составления.

Завершающий этап - подготовка к изданию и издание плана.

1.2 Понятие о съемке топографического плана

Топографическая съемка плана М 1:500 состоит из комплекса полевых и камеральных работ. На топографических планах изображают все предметы и рельеф местности, подземные и наземные коммуникации. Изображаемые на плане точки условно делят на твердые и нетвердые. Твердыми являются стабильные объекты с четкими границами (углы зданий, построенных из кирпича, бетона и других прочных материалов и т.п.). Нетвердые контуры не имеют четких границ, например, граница леса, луга и т.п.

На топографическом плане изображают опорные плановые и высотные геодезические пункты, точки съемочного обоснования, с которых выполняют съемку.

При создании топографического плана в основном используют аэрофототопографические съемки, сущность которых сводится к фотографированию с самолета или другого носителя, включая и космические, участков местности. В зависимости от масштаба создаваемой карты используют специальные автоматизированные аэрофотоаппараты (АФА) с различным фокусным расстоянием и фотографирование выполняют с различных высот, при этом получают примерно горизонтальные снимки, масштаб которых определяют по формуле (рис. 1).

рис.1

где m - знаменатель масштаба снимка,

f - фокусное расстояние камер,

Н - высота фотографирования.

Комплекс процессов (фотографирование местности, полевые геодезические и камеральные фотограмметрические работы), позволяющий по снимкам местности создавать топографические планы, называют фототопографической съемкой. В зависимости от способов фотографирования местности имеются следующие виды фототопографической съемки:

· наземная, использующая снимки местности, полученные фототеодолитом с точек земной поверхности, ее называют также фототеодолитной;

· аэрофототопографическая, в которой снимки местности получают с самолета или другого носителя съемочной аппаратуры;

· комбинированная, представляющая собой сочетание аэрофототопографической и наземной фототопографической съемок; местность фотографируют дважды фототеодолитом с наземных станций и аэрофотоаппаратом с самолета - по наземным снимкам сгущают опорную геодезическую сеть, а по аэрофотоснимкам составляют топокарту;

· космическая, при которой снимки получают с космических кораблей и искусственных спутников.

Существуют два метода создания оригиналов плана:

· комбинированный, в котором для составления контурной части топокарты используют одиночные снимки, а рельеф рисуют по результатам полевых измерений;

· стереотопографический, позволяющий, используя свойства пары снимков, в камеральных условиях получать контурную и рельефную части топокарты. Этот метод дает возможность независимо от времени и погодных условий детально изучать местность, включая и малодоступную, по снимкам в камеральных условиях, механизировать и автоматизировать все процессы создания топокарт, обеспечивает высокое качество при минимальных затратах сил и средств и вследствие этого является основным методом картографирования.

В стереотопографическом методе топокарты создают универсальным и дифференцированным способом. Универсальный способ позволяет полностью составлять топокарту на одном приборе. Дифференцированный способ решает эту задачу на нескольких приборах: на фототрансформаторе снимки приводят к заданному масштабу и освобождают от искажений за углы наклона снимка и рельеф местности, на стереометре рисуют рельеф, на проекторе переносят контуры и горизонтали на планшет и т.д.

Глава 2. Аналитический метод создания топографических планов

2.1 Аэрофотосъемка

Аэрофотосъемкой называют совокупность работ для получения аэроснимков местности. Она состоит из аэрофотосъемочных, полевых фотолабораторных и полевых фотограмметрических работ.

Аэрофотосъемочные работы включают: задание технических условий полета и фотографирования, аэронавигационное руководство полетом и фотографирование согласно техническому проекту.

Полевые фотолабораторные работы содержат фотообработку экспонированных фильмов, печатание аэроснимков и изготовление репродукции накидного монтажа.

Полевые фотограмметрические работы заключаются в регистрации материалов аэрофотосъемки и оценке ее качества.

В зависимости от угла наклона 0 плоскости прикладной рамки аэрофотоаппарата (АФА), в котором находится экспонируемая пленка, аэрофотосъемку делят на плановую, когда 0<30, и перспективную, когда о>30. Из плановой в настоящее время выделяют стабилизированную съемку, которая производится с применением гиростабилизации АФА. При этом 0ср = 10-15'; 0пред=45-60'. Этот вид съемки в настоящее время является основным.

По количеству и расположению аэрофотоснимков аэрофотосъемка подразделяется на:

· кадровую (одинарную), при которой получают один или несколько не перекрывающихся между собой аэрофотоснимков;

· маршрутную, при которой получают взаимно перекрывающиеся аэрофотоснимки полосы местности вдоль линии полета летательного аппарата;

· многомаршрутную (площадную), при которой получают взаимно перекрывающиеся аэрофотоснимки местности путем прокладки прямолинейных перекрывающихся между собой маршрутов.

По масштабу аэрофотосъемка условно подразделяется на крупномасштабную (от 1:1000 до 1:10000), среднемасштабную (мельче 1:10000 до 1:50000), мелкомасштабную (мельче 1: 50000).

Аэрофотосъемка бывает черно-белая, дающая черно-белое изображение местности, цветная, при которой местность изображается в естественных или близких к ним цветах, спектрозональная, дающая изображение местности в условных цветах.

В настоящее время для аэрофотосъемки в основном используют самолеты АН-30, ИЛ-l4, АН-2 и вертолеты МИ-8, КА-8.

Аэрофотосъемку выполняют в ясные безоблачные дни при хороших атмосферных условиях. Маршруты должны иметь направление запад-восток или север-юг, быть непрерывными и параллельными границам съемочных участков, совпадающим с рамками трапеций топографических карт. Оси крайних маршрутов проектируют па границам съемочных участков. Маршруты должны продолжаться за границы съемочного участка на один базис фотографирования при Рх = 60 %, на два и четыре базиса при расчетном перекрытии 80 и 90 % соответственно.

Перед выполнением аэрофотосъемки подготавливают карту, на которую наносят границы участка и оси аэросъемочных маршрутов. На каждом маршруте выбирают характерные предметы местности, которые будут служить входными и выходными ориентирами при прокладывании аэрофотосъемочных маршрутов. Во время полета от аэродрома до участка самолет набирает расчетную высоту фотографирования, штурман-аэрофотосъемщик определяет путевую скорость самолета, направление ветра и другие аэронавигационные элементы. Рассчитывает выдержку, на командном приборе устанавливает расчетный интервал между экспозициями. После этого пилот выводит самолет на ось первого маршрута, штурман-аэрофотосъемщик за 1,5-2 базиса фотографирования да границы участка включает АФА, который далее работает автоматически. На расстоянии 1,5-2 базисов за границей участка штурман выключает АФА. Подобным образом прокладывают и другие маршруты. После возвращения самолёта на аэродром кассеты с экспонированной аэрофотопленкой сдают в фотолабораторию.

2.2. Планово-высотная подготовка снимков

Построение нормально ориентированной в пространстве стереоскопической модели местности определенного масштаба можно производить по известным элементам внешнего ориентирования аэроснимков или на основе планово-высотного обоснования, создаваемого в процессе привязки аэроснимков и фототриангуляционных работ.

Привязкой, или планово-высотной подготовкой, аэроснимков называется процесс определения координат опознаваемых на аэроснимках точек местности.

Планово-высотная подготовка снимков может осуществляться геодезическими инструментами в поле (полевая привязка), радиогеодезическими методами с самолета (воздушная привязка) и по опознанным в камеральных условиях на аэроснимках изображениям урезов воды, геодезических опорных пунктов или отдельных контурных точек карты (камеральная привязка).

Надежно опознанные на аэроснимках контурные точки местности с известными координатами называются опознаками. Опознаки образуют опорную сеть или планово-высотное обоснование аэрофотосъемки. Положение каждого опознака устанавливается тремя координатами: плановыми (х и у) и абсолютной или условной отметкой (А). Опознаки обычно размещают вблизи углов взаимного перекрытия аэроснимков. В качестве опознаков выбирают хорошо опознаваемые на снимке резко выраженные контурные точки местности, расположенные на ровных пологих склонах.

Полевые методы привязки аэроснимков имеют более высокую точность, чем воздушные и камеральные, однако они более трудоемки и дороги, занимают много времени и требуют определенного сезона года для своего производства. Поэтому их стремятся заменить более быстрыми и экономичными фототриангуляционными методами, которые дают возможность построить по аэроснимкам фотограмметрическими методами свободно ориентированную в пространстве модель местности, обладающую определенным масштабом и точностью. В связи с этим полевое геодезическое обоснование аэросъемки можно использовать только для внешнего ориентирования такой модели, для ее ориентирования относительно геодезической системы координат или для более строгого масштабирования и горизонтирования модели относительно исходной уровенной поверхности. Такое сочетание полевого геодезического обоснования с камеральными фотограмметрическими работами позволяет построить нормально ориентированную в пространстве модель местности на всю территорию аэросъемки.

Так как основная топографическая и проектно-изыскательская работа на модели ведется отдельными участками (стереопарами), а обработка и преобразование фотоизображений - отдельными аэроснимками, то одновременно с построением общей модели местности на ней образуют довольно густую сеть ориентирующих, связующих и контрольных точек, обеспечивающих восстановление модели местности в пределах каждой стереопары и позволяющих вести обработку фотоизображения каждого аэроснимка. Точки такой фотограмметрической опорной сети должны иметь свои координаты в той же системе геодезических координат, что и опознаки.

В связи с тем, что при построении фотограмметрических сетей между опознаками геодезического обоснования накапливаются ошибки, развитие таких сетей по протяжению имеет ограничения, связанные с необходимой точностью построения модели, условиями местности и с характером предстоящих основных фотограмметрических работ. Возникающие при этом прогибы фотограмметрических сетей могут быть в определенной мере уменьшены за счет учета колебаний в высотах полета при аэросъемке, полученных из показаний статоскопа, или вставкой высотного опознака в середине сети.

2.2.1 Трансформирование снимков

Изображение плоской горизонтальной местности на аэрофотоснимках, имеющих углы наклона, не является планом. Чтобы получить по таким снимкам план, нужно их преобразовать из наклонных в горизонтальные. Кроме того, из-за изменения высоты полета меняется и масштаб аэрофотоснимков, поэтому их еще нужно привести к единому масштабу составляемого плана.

Процесс преобразования наклонного аэрофотоснимка в горизонтальный с одновременным приведением его к заданному масштабу называется трансформированием аэрофотоснимка.

рис.2. Трансформирование аэрофотоснимка

Сущность трансформирования аэрофотоснимка состоит в следующем. Пусть известны элементы внутреннего и внешнего ориентирования наклонного снимка Р (рис.2), на котором сфотографирован участок плоской горизонтальной местности Е. Расположим снимок Р относительно плоскости Е так, как это было в момент фотографирования, и осветим его источником света L.

Другими словами, восстановим связку проектирующих лучей с центром S, существовавший при съемке. Если снимок имеет угол наклона, то изображение, например, квадрата ABCD местности на снимке получится в виде фигуры abcd, не подобной квадрату. Теперь поместим между центром проекции и местностью Е горизонтальную плоскость Pt. Следы at, bt, ct, dt проектирующих лучей на этой плоскости составят квадрат, т. е. фигуру, подобную той, которая имеется на местности, но в определенном масштабе. Масштаб изображения можно изменять, перемещая поступательно горизонтальную плоскость Pt относительно центра проекции S. Таким образом, в плоскости Pt мы получим трансформированное изображение, какое должно было получиться на горизонтальном снимке. Расположив на плоскости Pt, например, лист фотобумаги, мы получим снимок, не имеющий искажений за наклон, приведенный к заданному масштабу.

Существует несколько способов трансформирования снимков: графический, оптический, фотомеханический, аналитический.

Графический способ состоит в построении на снимке и на планшете взаимно проективных сеток и перенесении по ним контуров с аэрофотоснимка на план. Способ очень трудоемок и в настоящее время практически не применяется.

Оптический (или оптико-графический) способ трансформирования производят с помощью проекционной камеры (типа оптического проектора или фотоувеличителя). После построения на экране прибора трансформированного изображения его обводят на планшете и получают графический план.

Фотомеханический способ основан на применении специальных проектирующих приборов - фототрансформаторов. При этом спроектированное на экран прибора трансформированное изображение экспонируют на фотобумаге, получая трансформированный аэрофотоснимок. Фотомеханическое трансформирование, или фототрансформирование, является наиболее распространенным способом получения трансформированных изображений, из которых затем составляют фотоплан местности в заданном масштабе.

Аналитический способ основан на вычислении координат точек горизонтального снимка по измеренным координатам точек наклонного аэрофотоснимка на основании формул трансформирования координат:

(1)

В последние годы в связи с широким внедрением электронно-вычислительной техники аналитический способ находит все большее применение в фотограмметрии.

2.2.2 Полевое дешифрирование

Дешифрирование фотоснимков есть выявление, распознавание и определение характеристик объектов, изображающихся на фотоснимке. Отдешифрированные объекты обозначаются соответствующими условными знаками.

В зависимости от назначения различают топографическое и специальное дешифрирование. К специальным видам дешифрирования относят геологическое, сельскохозяйственное, лесотаксационное, почвенное, геоботаническое, гидрографическое и др.

Полевое дешифрирование осуществляется путем непосредственного сличения снимков с местностью на земле или с летящего самолета или вертолета (аэровизуальный способ). Полевое дешифрирование отличается максимально возможной полнотой и достоверностью результатов. В процессе полевого дешифрирования могут быть опознаны все заданные объекты и определены все их характеристики, в том числе и не изобразившиеся на снимках (например, глубины рек, названия населенных пунктов, административные границы и др.).

Полевое дешифрирование может быть сплошным, по разреженным маршрутам или выборочным на ключевых участках. При сплошном полевом дешифрировании маршруты обхода территории намечают таким образом, чтобы при их наименьшей длине дешифровщик обследовал каждый контур и распознал все объекты путем прямого сопоставления снимка с натурой.

Самым распространенным способом является полевое дешифрирование по разреженным маршрутам. Протяженность и направление маршрутов выбирают так, чтобы обеспечить знакомство со всеми характерными объектами на территории. Вместе с тем маршруты намечают экономно. Они не должны пересекаться, проходить несколько раз по одному и тому же участку или по однотипной местности.

Недостатками полевого дешифрирования являются его низкая производительность, высокая трудоемкость. В связи с этим полевое дешифрирование применяют при картографировании, а также при обновлении планов и карт, прежде всего на районы с интенсивным развитием промышленности и сельского хозяйства, с высокой плотностью застройки и на районы, имеющие важное народнохозяйственное и оборонное значение.

2.3 Фототриангуляция

Фототриангуляцией называется камеральное определение планового или пространственного положения точек местности при помощи нескольких перекрывающихся аэронегативов. Фототриангуляция производится для трансформирования аэроснимков и стереоскопического сгущения основы.

Фототриангуляция бывает двух основных видов:

1) плоскостная, в результате которой определяют положение точек только в плоскости плана, т. е. координаты х и у;

2) пространственная, в результате которой определяют положение точек в пространстве, т. е. х, у и z.

По геометрической форме построений различают фототриангуляционные ряды, когда строят вытянутую в одном направлении систему треугольников, четырехугольников или других фигур, и фототриангуляционные сети, когда строят многомаршрутную систему различных фигур, распространяющуюся в продольном и поперечном направлениях.

В зависимости от техники выполнения работ, плоскостную фототриангуляцию делят на графическую, графоаналитическую, аналитическую, механическую и оптико-графическую.

При графической фототриангуляции отмечают на нескольких смежных аэронегативах практически неискаженные центральные направления на избранные контурные точки, изображенные на перекрытиях. Эти направления копируют с каждого аэронегатива на отдельные листки восковки. При помощи таких копий производят графические построения одномасштабных систем треугольников и других фигур, а в результате получают положение искомых точек на плане. Графическая фототриангуляция - наиболее распространенная благодаря своей простоте и высокой производительности.

При графоаналитической фототриангуляции звенья фототриангуляционного ряда или сети строят графически независимо одно от другого, но при условии наличия минимум двух общих точек для смежных звеньев. Затем элементы этих звеньев измеряют тем или иным прибором. Результаты измерений подвергают аналитической обработке, в итоге которой получают координаты х и у каждой точки в единой геодезической системе. Этот способ обладает хорошей точностью, но несколько сложнее графического способа, поэтому производственного значения не получил.

При плоскостной аналитической фототриангуляции центральные углы, изображенные на аэронегативе, измеряют при помощи особых приборов. Из этих углов образуют системы треугольников и других фигур. В результате аналитической обработки составленных систем получают геодезические координаты х и у заданных точек.

Аналитическая фототриангуляция является наиболее точным, но и наиболее трудоемким и сложным способом. В настоящее время она быстро развивается как пространственная фототриангуляция, базирующаяся на использовании стереоскопических приборов и методов в сочетании с электронными счетно-решающими устройствами. Этот способ становится самым прогрессивным для камерального сгущения геодезической основы.

При механической («щелевой») фототриангуляции центральные направления копируют с каждого аэронегатива на отдельные листики плотной бумаги или целлулоида при помощи особого штамповального прибора. Каждая копия представляет собой систему радиально расположенных щелей стандартной ширины. Ось такой щели заменяет собой проштампованное центральное направление. Группу таких копий со смежных аэронегативов соединяют особыми скользящими кнопками, вставленными в одноименные щели - направления. Увязку и редуцирование соединенной группы копий в одну геодезическую систему производят механическим растягиванием или сжатием ее. Этот способ применяют за рубежом для обоснования мелкомасштабных съемок при работе на уменьшение, когда он обеспечивает достаточную точность при большой производительности.

Оптико-графическая фототриангуляция основана на использовании универсального стереоскопического прибора типа «мультиплекс».

В большинстве случаев фототриангуляционные ряды и сети развивают от произвольного по длине и ориентированию базиса. Такие ряды и сети условно называют свободными. При их построении используют принцип экстраполяции, что неизбежно приводит к быстрому накоплению ошибок и снижению точности. Принципиально возможно трансформирование аэроснимков и изготовление фотопланов или планов на основе свободной фототриангуляции, но с соответствующей точностью результатов.

Для увязки свободных фототриангуляционных рядов и введения их в единую геодезическую систему необходимо, чтобы каждый ряд опирался минимум на две геодезические точки. Очевидно, что общее количество геодезических точек потребуется тем меньшее, чем больше будут допустимые размеры фототриангуляционных рядов. Эти размеры зависят от точности применяемого способа фототриангуляции и условий производства ее (формат аэронегатива, главное расстояние аэрофотоаппарата, рельеф местности и т. п.).

Правильный учет всех факторов должен привести к разрешению основной задачи фототриангуляции: определить необходимые для трансформирования ориентирующие точки с достаточной точностью при минимальном количестве пунктов геодезической основы и наибольшей экономичности применяемого способа фототриангуляции.

В настоящей главе излагаются только аналитические методы фототриангуляции, которые соответствую задачам данной курсовой работы.

2.3.1 Маршрутная фототриангуляция

Если модель строится в пределах оного маршрута, то такую фототриангуляцию называют маршрутной (одномаршрутной).

Существуют следующие основные способы фототриангуляции:

· последовательное построение по стереопарам частично зависимых моделей, соединение их в общую модель и внешнее ориентирование ее по опорным точкам (способ частично зависимых моделей);

· построение по стереопарам независимых моделей, соединение их в общую модель и внешнее ориентирование ее по опорным точкам (способ независимых моделей);

· построение общей модели по всем снимкам маршрута, уравнивание ее и внешнее ориентирование (способ связок).

рис.3

Способ частично зависимых моделей состоит в следующем. При построении первого звена произвольно выбирают элементы внешнего ориентирования левого снимка первой стереопары. Определяют элементы взаимного ориентирования в системе левого снимка. Длину базиса проектирования выбирают произвольно. Вычисляют дирекционный угол и угол наклона базиса, а также элементы внешнего ориентирования второго снимка, которые определяют по элементам внешнего ориентирования левого снимка и элементам взаимного ориентирования. Зная координаты соответственных точек стереопары и элементы внешнего ориентирования снимков, решением прямых фотограмметрических засечек определяют координаты точек модели.

Аналогично создают вторую модель при произвольно выбранном базисе проектирования. В качестве элементов внешнего ориентирования левого снимка второй стереопары принимают вычисленные ранее элементы внешнего ориентирования правого снимка первой стереопары. Таким образом, вторая модель создается в той же системе координат, что принята для первой модели. Для третьей и всех, последующих моделей в маршруте в качестве элементов внешнего ориентирования левых снимков принимают элементы внешнего ориентирования правых снимков предыдущих моделей. Таким образом, вторая и все последующие модели маршрута создаются в единой системе пространственных фотограмметрических координат, которая была принята при построении первой модели.

Следовательно, все построенные модели в маршруте являются частично связанными (зависимыми) друг с другом, причем масштабы отдельных моделей неодинаковы. Последующая модель приводится к масштабу предыдущей по связующим точкам. Масштабный коэффициент определяют обычно по центральной N2 и двум боковым А и В связующим точкам (см. рис.3). В качестве вероятнейшего значения масштабного коэффициента берется среднее весовое значение.

Аналогично строят все последующие модели в аэрофотосъемочном маршруте. Полученную таким образом общую модель геодезически ориентируют по опорным точкам, устраняя одновременно ее деформацию, возникающую вследствие погрешностей снимков, их измерений и соединения отдельных моделей в общую. Кроме того, вводят поправки за кривизну Земли, если сеть фототриангуляции имеет большую протяженность.

Способ независимых моделей основан на построении по стереопарам отдельных моделей и последующем соединении их в общую модель.

Каждая отдельная модель строится независимо от других в своей пространственной фотограмметрической системе координат, ось абсцисс которой Х совмещают с базисом фотографирования, а плоскость XZ - с главной базисной плоскостью левого снимка. Измеряют на стереокомпараторе координаты всех точек стереопары, включаемые в фототриангуляционную сеть.

Определяют элементы взаимного ориентирования в базисной системе. Вычисляют координаты точек местности в системе координат модели.

Созданные таким образом отдельные независимые модели соединяют затем в общую модель при помощи связующих точек, определяя элементы ориентирования последующей модели относительно предыдущей. На основании полученных элементов ориентирования перевычисляют координаты точек последующей модели в систему координат первой модели. Таким образом, общая модель строится в единой системе координат, принятой при построении первого звена.

Общая модель ориентируется по геодезическим опорным точкам относительно геодезической системы координат.

Особенностью способа независимых моделей является то, что в процессе построения моделей не требуется знание элементов внешнего ориентирования снимков.

Способ связок отличается от первых двух способов тем, что вся сеть строится и уравнивается одновременно по всем аэрофотоснимкам маршрута.

Для каждой точки снимка, которая включается в фотограмметрическую сеть, составляют два уравнения вида:

(2)

Их число соответственно будет в два раза больше числа взятых точек. Для каждой из связующих точек, находящихся в зонах тройных продольных перекрытий, можно составить шесть уравнений (по два уравнения для каждого из трех перекрывающихся снимков). С целью упрощения решения задачи обычно используют уравнения (2), приведенные к линейному виду и содержащие в качестве неизвестных поправки приближенные значения элементов внешнего ориентирования и приближенные координаты определяемых точек.

Полученная система уравнений поправок решается по методу наименьших квадратов. С этой целью от уравнений поправок переходят к нормальным уравнениям, из решения которых находят элементы внешнего ориентирования и пространственные координаты точек сети в первом приближении.

Затем используют полученные значения элементов внешнего ориентирования и координат точек сети для составления и решения уравнений поправок во втором приближении. Так же выполняют все последующие приближения до тех пор, пока разности значений неизвестных, полученных из двух последних приближений, не окажутся меньше установленных допусков.

При составлении уравнений поправок принимается, что координаты опорных геодезических точек известны с пренебрегаемо малыми погрешностями, элементы внутреннего ориентирования снимков известны с достаточной точностью, а погрешностями измерения фотокоординат точек на снимках можно пренебречь. Для ускорения и уточнения решения задачи в качестве приближенных значений элементов внешнего ориентирования используют их значения, зафиксированные в полете в результате бортовых измерений.

Способ связок характерен тем, что позволяет построить сеть пространственной фототриангуляции без определения элементов взаимного ориентирования снимков, поэтому он является наиболее перспективным для маркшейдерских съемок. Этот способ позволяет получить координаты точек сети непосредственно в пространственной условной системе геодезических координат, принятой для данного горного предприятия.

Точность маршрутной фототриангуляции. Если рассматривать общую закономерность накопления погрешности при построении свободной сети фототриангуляции в целом, то средняя квадратическая ошибка для конечной точки маршрута равна:

(3)

(4)

(5)

2.3.2 Блочная фототриангуляция

Если модель строится из снимков нескольких смежных маршрутов, то фототриангуляцию называют блочной (многомаршрутной).

В блочной (многомаршрутной) фототриангуляции возникают дополнительные геометрические связи между смежными маршрутами, что позволяет одновременно строить и уравнивать всю сеть. Все многообразие вариантов аналитической блочной фототриангуляции можно свести к трем основным: 1) построение и уравнивание сети одновременно по результатам измерений на всех снимках, входящих в блок (способ связок);

2) построение независимых моделей с последующим соединением их в блок (способ независимых моделей);

3) построение одномаршрутных сетей и соединение их в блок (способ независимых маршрутов).

Способ связок. Он является развитием способа связок в маршрутной фототриангуляции. На снимках измеряют координаты входящих в сеть точек, определяют приближенные значения элементов внешнего ориентирования снимков и координат определяемых точек сети, составляют уравнения поправок, т. е. получают систему уравнений для всего блока, которую решают последовательными приближениями. Способ связок является наиболее строгим вариантом многомаршрутной фототриангуляции.

Совместное уравнивание всей фотограмметрической сети приводит к большим системам уравнений поправок и нормальных уравнений, вызывает затруднения в программировании для ЭВМ из-за ограниченного объема памяти. Использование итеративного метода с последовательной вставкой неизвестных позволяет в десятки раз сократить объем промежуточной информации и решать задачи, ограничиваясь объемом оперативной памяти ЭВМ.

Способ независимых моделей. Отдельные независимые модели строят и соединяют в блок так же, как и в способе независимых моделей в аналитической маршрутной фототриангуляции. Полученный свободный блок ориентируют и уравнивают, используя опорные точки.

Способ независимых маршрутов. Он заключается в построении отдельных маршрутных сетей одним из рассмотренных выше способов. После этого свободные маршрутные сети по общим связующим точкам соединяют в свободную многомаршрутную сеть, которую ориентируют и уравнивают по опорным точкам.

Точность блочной фототриангуляции можно подсчитать по формулам Ф. Ф. Лысенко:

(6)

где 0,75 и 0,25 - коэффициенты, мм; t - знаменатель масштаба снимков; n - число снимков в блоке; s - количество снимков, на которых изобразилась каждая точка сети (количество изображенной точки); m - число точек сети на каждом снимке; r - число опорных точек в блоке; Н - высота фотографирования; р - среднее значение продольного параллакса.

Формулы получены для случая, когда средняя квадратическая погрешность измерений снимков mx,y = 0,035 мм, mp,q = 0,017 мм.

Анализ формулы (6) показывает, что с увеличением числа снимков n в блоке точность аналитической фототриангуляции снижается мало. Так, при увеличении числа снимков от 10 до 100 точность снижается только на 6-7%. Точность построения сети повышается с увеличением числа точек на снимке от 5 до 12 примерно в полтора раза. Дальнейшее увеличение числа точек мало сказывается на повышении точности. Значительно повысить точность можно путем увеличения числа изображений точки на снимках. Поэтому при блочной фототриангуляции целесообразно выполнять аэрофотосъемку с 60% поперечным перекрытием, тогда точность блочной фототриангуляции может повыситься почти в два раза по сравнению с элементарным звеном (одной стереопары).

2.4 Составление фотопланов и фотосхем

Фотопланом называется фотографическое изображение местности, отвечающее всем геометрическим требованиям контурного плана. Фотопланы составляют из трансформированных аэрофотоснимков по опорным точкам в пределах рамок трапеций требуемого масштаба. Монтаж фотопланов осуществляют на жесткой основе.

Не уступая по точности графическим контурным планам, фотопланы значительно превосходят их в детальности и объективности отображения объектов и контуров местности. Фотопланы часто применяют в качестве основы при составлении топографических или маркшейдерских планов. Иногда по фотоплану проводят горизонтали и вычерчивают в условных знаках ситуацию. Такой документ, сочетающий элементы карты и фотоплана называют фотокартой.

До начала работы по монтажу фотоплана на трансформированных аэрофотоснимках пробивают пуансоном ориентирующие (трансформационные) и центральные точки. Диаметр отверстий должен быть порядка 1мм. Для проверки правильности трансформирования каждый аэрофотоснимок укладывают на подготовленную основу так, чтобы в отверстиях были видны соответствующие точки основы. Тогда расхождения точек снимков и основы не будут превосходить допустимой для плана величины 0,5 мм. Аэрофотоснимки, не удовлетворяющие этому требованию, подлежат повторному фототрансформированию.

Монтаж фотоплана начинают с укладки крайнего снимка верхнего маршрута. Совместив точки снимка с точками основы, закрепляют его грузиками. Затем укладывают смежный снимок и производят совместную обрезку примерно по середине продольного перекрытия. Разрезав все снимки первого маршрута, подклеивают резиновым клеем их центральные части.

Аналогичным путем осуществляют монтаж аэрофотоснимков смежного маршрута, средние их части также подклеивают. Далее совместно обрезают по средней линии поперечного перекрытия снимки смежных маршрутов и переходят к монтажу снимков последующих маршрутов.

По окончании монтажа снимки подклеивают полностью, обрезают вдоль границ трапеций и выполняют за рамочное оформление.

Монтаж фотоплана рельефной местности ведут из аэрофотоснимков, трансформированных по зонам. На каждом аэроснимке откладывают поправки за рельеф в положении трансформационных точек, рассчитывая их относительно средней плоскости соответствующей зоны и меняя знак поправок, вычисленных по формуле:

(7)

Полученные точки пробивают на снимках пуансоном. На планшет по трансформационным точкам укладывают аэрофотоснимок первой зоны, затем по тем же точкам укладывают аэрофотоснимок второй зоны. Прижимают оба снимка грузиками и острым скальпелем разрезают оба снимка совместно по границе между первой и второй зонами. Эту границу целесообразно заранее нанести на второй снимок.

От нижнего аэрофотоснимка оставляют участок первой зоны, а второй приклеивают к основе. Аналогично производят монтаж аэрофотоснимков и последующих зон.

Затем производят совместное разрезание смежных снимков в маршруте и снимков смежных маршрутов.

По завершении монтажа фотоплана проверяют его точность по порезам снимков так же, как это делается при оценке точности фотосхем. Величины расхождений на одноименных контурах не должны превышать 0,7 мм, а при фототрансформировании по зонам - 1 мм.

Оценивают точность фотоплана также и по точкам основы. Смещения на них не должны превышать для равнинных районов 0,5 мм, а для горных 0,7 мм.

Помимо контроля по точности проверяют и фотографическое качество фотоплана: разнотонность фотоизображения по всей площади и, особенно по линиям порезов снимков, проработку деталей и резкость изображения. В процессе оформления фотоплана на него наносится координатная сетка, условными знаками вычерчиваются все опорные геодезические точки, наносятся границы рамок трапеций и все за рамочные подписи.

Фотосхемой называется единое фотографическое изображение местности, полученное путем соединения (монтажа) отдельных плановых снимков. В зависимости от вида снимков, из которых монтируют фотосхемы, их делят на контактные, монтируемые из контактных отпечатков нетрансформированных снимков, и приведенные - из аэрофотоснимков, предварительно приведенных приблизительно к одному масштабу.

Фотосхемы используют как приближенный плановый материал, так как им присущи все искажения плановых снимков. Однако применение фотосхем на практике обусловливается быстротой их составления, не требующей к тому же никаких сложных и дорогостоящих приборов. Следует отметить также, что фотосхемы на равнинные участки местности, изготовленные из гиростабилизированных снимков, по точности приближаются к плану. Фотосхемы применяют в процессе рекогносцировочных работ, а также при некоторых видах геологических и географических работ, когда не требуется высокая точность измерений по аэрофотоснимкам.

Наиболее простым и оперативным способом является составление (монтаж) контактной фотосхемы по контурам. Для монтажа смежных снимков применяют обычно так называемый способ миганий (мельканий), который заключается в накладывании одного аэроснимка на другой и быстром приподнимании и опускании перекрывающегося края верхнего снимка с одновременным наблюдением расхождения между одноименными точками обоих снимков. Перемещая верхний снимок, добиваются такого положения, чтобы не совмещения контуров распределялись симметрично относительно обоих снимков.

рис.4 Порез снимков

Далее, закрепив совмещенные снимки грузиками, острым скальпелем одновременно разрезают оба снимка по средней части их продольного перекрытия. Разрез делают кривой (рис. 4), причем избегают разрезать снимки по наиболее ответственным контурам (по строениям, населенным пунктами пр.), а реки, дороги и другие четкие линейные объекты стараются разрезать перпендикулярно к продольной оси контура.

Монтаж одномаршрутной фотосхемы начинают со средней пары аэрофотоснимков маршрута, присоединяя затем к ней слева и справа последующие снимки. После разрезания всех снимков маршрута их наклеивают на картонную основу так, чтобы снимки по линиям порезов плотно подходили друг к другу без наползаний и зазоров. Края снимков ровно обрезают, делают необходимые зарамочные подписи. Далее выполняют оценку точности составленной фотосхемы по порезам снимков.

Для этого обрезки снимков прикладывают точно к линиям разрезов и вдоль них делают по два-три прокола четких контуров. Величины уклонений д контуров на смежных снимках измеряют с точностью 0,1 мм. Оценку точности производят по формуле:

(8)

где - измеренные уклонения; n - число взятых измерений.

Для надежного определения средней квадратической погрешности построения фотосхемы число измерений m не должно быть менее десяти. Величина m не должна превосходить 1 мм, а предельные расхождения на контурах - 2 мм. После этого определяют средний масштаб смонтированной фотосхемы путем сравнения расстояний между отдельными точками на фотосхеме и на местности или на карте, если она имеется на данный участок местности. Для более уверенного определения масштаба, выбираемые отрезки должны быть по возможности длиннее. За окончательный масштаб фотосхемы принимают среднее значение, полученное не менее чем по двум отрезкам.

При монтаже фотосхемы по начальным направлениям смежные аэрофотоснимки совмещают на монтажном столе так, чтобы вдоль начальных направлений получить наименьшие уклонения контуров. Этот способ монтажа трудоемок, но дает более точные результаты, чем способ монтажа по контурам.

Изготовление многомаршрутных фотосхем начинают со среднего маршрута, а затем присоединяют к нему аэрофотоснимки смежных маршрутов, добиваясь при этом максимального совмещения общих контуров способом миганий, как по продольным, так и по поперечным перекрытиям. Аэрофотоснимки разрезают сначала по продольным перекрытиям, а затем по поперечным, причем в совместной обрезке должно участвовать только по два снимка одновременно.

2.5 Ориентирование и обработка снимков на универсальных стереокомпараторах (стереокомпаратор 18х18)

Для построения в определенном масштабе ориентированной в пространстве стереомодели местности и выполнения на аэроснимках измерительных работ необходимо знать положение аэроснимков в момент аэрофотографирования - их элементы ориентирования. Зная элементы ориентирования можно определить пространственные координаты точек сфотографированного объекта

Последовательность такова: измеряют фотокоординаты и параллаксы точек стереопары снимков, и затем определяют пространственные фотограмметрические координаты заданных точек объекта, далее перевычисляют пространственные фотограмметрические координаты в геодезические по соответствующим формулам. Таким образом, по стереопаре снимков, полученных с базиса, определяются пространственные координаты точек объекта.

Делают все перечисленные операции с использованием специального прибора - стереокомпаратора.

Стереокомпаратор - высокоточный стереофотограмметрический прибор, предназначенный для измерения фотокоординат и параллаксов точек на фотоснимках способом мнимой марки.

Принципиальная схема прибора представлена на рис. 5. На массивной станине 1 при помощи штурвала Шх вдоль оси хх прибора перемещается общая (главная) каретка 2, на которой помещены снимкодержатели со снимками L и R. Правый снимкодержатель R, в свою очередь, расположен на параллактической (дифференциальной) каретке, которая при помощи винтов продольных р и поперечных q параллаксов может перемещать правый снимок относительно левого соответственно вдоль осей хх и zz прибора. Каждый из снимкодержателей может вращаться в своей плоскости на углы 1 и 2.



рис.5 Схема стереокомпаратора

Измерения снимков на стереокомпараторе осуществляют стереоскопически по способу мнимой марки (имеющей вид точки, кружка, перекрестия и т. п.), изображения М1 и М2 которой вводятся в левую и правую ветви бинокулярной оптической системы, состоящей из подвижной части 3 и неподвижной 4.

Штурвал Шz служит для перемещения подвижной части бинокулярной системы относительно снимков вдоль оси zz прибора, которая перпендикулярна направляющим xx общей каретки.

рис.6 Стереокомпаратор СК 18х18

При измерении снимков левая измерительная марка М1 штурвалами Шх и Шz вначале приближенно совмещается с точкой левого снимка, а правая марка М винтами р и q - с соответственной точкой правого снимка. Далее оба снимка совместно рассматривают через бинокулярную систему стереокомпаратора и наблюдают стереоскопическую модель сфотографированного объекта, а также одно пространственное изображение марки. Дополнительными вращениями штурвалов Шх и Шz добиваются совмещения пространственной марки с заданной точкой стереомодели. По шкалам стереокомпаратора берут отсчет абсциссы Х1' и аппликаты ZI' точки на левом снимке, а также продольный р и поперечный q параллаксы с точностью 0,01-0,001мм в зависимости от класса точности прибора.

В соответствии с рассмотренной принципиальной схемой в разных странах выпущен ряд моделей стереокомпараторов, различающихся только конструктивными особенностями.

Широкое распространение имеет стереокомпаратор СК 18х18, на котором можно измерять фотоснимки размеров до 18х18 см (рис. 6). Прибор отличается тем, что его бинокулярная система 1 состоит из двух частей - окулярной неподвижной и объективной подвижной, причем последняя расположена внутри прибора - под снимкодержателями. Все направляющие прибора и ходовые винты скрыты в корпусе и защищены от механических повреждений и пыли. Снимки освещаются сверху лампами дневного света 4 и 7. Цена наименьших делений шкал 3 (х') и 2 (z') составляют 10 мкм; продольного параллакса 6 (р') - 1 мкм; поперечного параллакса 5 (q') - 2мкм. Увеличение наблюдательной системы 8х. Масса прибора 132 кг. Этот стереокомпаратор относится к неавтоматизированным.

2.5.1 Внутреннее ориентирование

Внутреннее ориентирование снимков заключается в установке снимков в проектирующих камерах универсального стереокомпаратора по элементам внутреннего ориентирования. В результате этого главная точка снимка совпадает с главной точкой проектирующей камеры, а фокусное расстояние проектирующей камеры станет равно фокусному расстоянию снимка. Следует иметь в виду, что фокусное расстояние снимка и АФА могут отличаться из-за деформации снимка после фотообработки и хранения. Если главные точки снимка и проектирующей камеры достаточно точно совпадают с пересечением линий, соединяющих координатные метки, то внутреннее ориентирование снимков сводится к его установке по координатным меткам (центрированию) и к установке фокусного расстояния проектирующей камеры, равного фокусному расстоянию снимка. В результате внутреннего ориентирования восстанавливается связка проектирующих лучей, подобная связке, существовавшей при съемке.

Если внутреннее ориентирование выполнено не достаточно точно, то связка проектирующих лучей исказится, в результате этого стереомодель деформируется и, следовательно, координаты и отметки точек получают с определенными ошибками, зависящими от ошибок установки снимков в проектирующих камерах стереоприбора. Очевидно, что снимки в проектирующих камерах следует устанавливать с такой точностью, чтобы погрешность определения координат стереомодели не превышала определенного допуска, который устанавливается или исходя из возможной точности измерений, или из допуска к определению пространственных координат Х, У, Z.

...