Система автоматизованого аерофотознімання ASCOT

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Вінницький коледж будівництва і архітектури

Київського національного університету будівництва і архітектури

РЕФЕРАТ

на тему: «Система автоматизованого аерофотознімання ASCOT»

з практики: «Присвоєння робітничої спеціальності»

Виконали: Ільчук С.В., Сокольвяк Р.О.

Перевірила: Булейко О.І.

Вінниця 2014 рік

Зміст

Вступ

1. Технічні засоби системи ASCOT

2. Аерофотокамера RC-30

3. Маршрути

4. Топографічна аерофотозйомка

5. Розрахунок параметрів планової аерофотозйомки

Висновок

Список використаних джерел

Вступ

Аерофотознімання за допомогою системи ASCOT (Leica)

Поняття про аерофотознімання

Аерофотознімання (АФЗ) - це фотографування земної поверхні з літального апарату (літака,гелікоптера). Якщо АФЗ проводять для отримання топографічних матеріалів, то його називають топографічним аерофотозніманням. В інших випадках - спеціальним аерофотозніманням.

Залежно від кута нахилу аерофотокамери під час знімання розрізняють:

- горизонтальне, кут нахилу дорівнює нулю (? = 0);

- планове, якщо кут нахилу не перевищує 3° (|?| < 3°);

- перспективне, при куті нахилу більшим від 3° (|?| > 3).

Залежно від масштабу 1:m аерофотознімків розрізняють:

- дрібномасштабне АФЗ, масштаб знімків 1:50000 i дрібніше;

- середньомасштабне АФЗ, масштаб знімків знаходиться в межах від 1:50000 до 1:10000;

- великомасштабне АФЗ, масштаб більший від 1:10000.

Рис. 1.1. Загальна схема системи ASCOT

Лінію, що є траєкторією польоту літака під час фотографування називають маршрутом. Якщо ця лінія пряма, то маємо прямолінійний маршрут; також існують криволінійний та комбінований маршрути. Якщо фотографування велось у межах одного маршруту, то це маршрутне аерофотознімання. Якщо фотографують певну територію з кількох паралельних маршрутів, то маємо багатомаршрутне АФЗ.

Аерофотознімання проводять з використанням фотоплівки чорно-білої, спектрозональної або кольорової. Для топографічних цілей доцільно застосовувати кольорову плівку, бо такі знімки значно інформативніші. Спектрозональна плівка використовується для розв'язання задач нетопографічного призначення, наприклад, виявлення захворювання лісів, забруднення територій або акваторій.

Рис. 1.2. Поздовжне, поперечне перекриття знімків та геометрія “ялинки”: 1,2 - знімки одного маршруту; 3,103 - знімки двох сусідніх маршрутів;к- кут “ялинки”.

До топографічного АФЗ ставлять певні технічні вимоги стосовно таких параметрів польоту літака як прямолінійність маршрутів, горизонтальність тpaєктopiї, витримування поздовжнього перекриття між знімками одного маршруту (найчастіше 60 %) та поперечного перекриття між сусідніми маршрутами (здебільшого 20-40 %).

Аерофотокамера, а значить i знімок, повинна бути правильно зорієнтована стосовно траєкторії польоту, тобто кут скосу k (рис. 1.2) повинен бути встановлений з точністю до 3° , інакше при накладанні знімків виникне т.зв. «ялинка», що зробить надалі фотограмметричне опрацювання утрудненим i неефективним.

Для виконання АФЗ потрібна аерофотокамера та спеціальна допоміжна апаратура, яка дозволяє витримувати всі параметри та вимоги до АФЗ. Чому автоматично? Політ літака відбувається дуже швидко i людина не завжди встигає вносити відповідні корективи як в траєкторію польоту, так i в положення камери. Сучасний стан розвитку електроніки, радіотехніки, супутникової навігації дозволив повністю автоматизувати процес аерофотознімання. Для прикладу подамо розроблену фірмою Leica (Швейцарія) аерофотознімальну систему ASCOT (Aerial Survey Control Tool) - дослівно «засіб для контролю за аерофотозніманням». Це багатофункціональна система, що дозволяє проектувати АФЗ, виконувати знімання згідно з проектом, автоматично витримувати навігаційні параметри АФЗ, фіксувати просторові координати аерофотокамери в момент фотографування. Технічні засоби системи показані на рис. 1.3 (взято з проспекту фірми Leica).

1. GPS антена

2. Комп'ютер з GPS приймачем

3. Місце оператора

4. Дисплей пілота

5. Аерофотокамера RC-30

6. GPS передавач

Рис. 1.3. Технічні засоби системи ASCOT

На рисунку 1.3 показано обладнання місця для оператора системи ASCOT. Воно складається з дисплею, який демонструє маршрут та положення літака в реальному часі, аерофотокамери та приладу, який дозволяє спостерігати в окуляр поточне зображення з аерофотокамери.

Рис. 1.3. Місце оператора

1. Технічні засоби системи ASCOT

Приймач GPS

GPS приймач , який забезпечує навігаційну інформацію високої точності і сирі реєстраційні дані, безпосередньо інтегровані в навігаційний комп'ютер ASCOT. Техніка пропрієтарного носія і запатентована технологія дозволяє вимірювання псевдодальності з вкрай низькими похибками.

Програмне забезпечення ASCOT бере на себе управління приймачем під час всієї місії, тому оператор може зосередитися на іншій роботі, не турбуючись про GPS. Leica Geosystems пропонує також базову станцію GPS, щоб забезпечити зручний засіб отримання даних для високоточної пост-обробки. Компанія розробила особливо ефективний робочий процес, за допомогою якого дані передаються від ASCOT (і наземної базової станції за наявності), до Leica Flykin Suite, а також до комп'юиерної програми тріангуляції Leica ORIMА.

Навігаційний комп'ютер

Комп'ютер ASCOT базується на потужному промисловому комп'ютері спеціально призначеному для роботи в вимогливому бортовому середовищі. Вибір комп'ютерних компонентів і комп'ютерного дизайну здіснювався під впливом таких факторів як системи і надійності, безпеки та електромагнітної толерантності. Міцний стенд, з пасивним електромагнітним екрануванням, ударо- і вібраційно захищених слотів і кріплення для запам'ятовуючих пристроїв, дозволяє безпечне зберігання даних навіть в умовах турбулентності і в негерметичному середовищі літака на великих висотах. Він має комунікаційні інтерфейси для двох фотограмметричних камер, два гіроскопа-стабілізатора і зовнішній приймач GPS (за бажанням). Порти інтерфейсу мають доступ до всіх підключених датчиків в літаку безпосередньо з місця оператора.

Термінал оператора

Термінал оператора являє собою інтерфейс між оператором і датчиками, які обробляються в системі Ascot. Він може бути встановлений безпосередньо на аерофотокамеру Leica RC30 (RC20, RC10A) і дозволяє контролювати політ з місця оператора.

Дисплей пілота

Дисплей пілота може бути встановлений в будь-якому місці в кабіні щоб надавати графічну інформацію про управління польотом.

2.Аерофотокамера RC-30

Камера RC-30 має прямий інтерфейс із бортовою навігаційною системою, дозволяє автоматично анотувати кадри в процесі зйомки і проводити корекцію. Сама камера є модульною. Необхідні компоненти - пристрій транспортування фільму і пристрій компенсації смаза зображення - входять у центральний керуючий блок. Змінні модулі: об'єктиви і касети для фільму. У процесі зйомки камерою керують мікропроцесор і програмне забезпечення. Діапазон перекриття кадрів регулюється від 1% до 99 % із кроком 1%. Автоматичний вимірник експозиції PEM-F спеціально розроблений і оптимізований для аерофотознімання і забезпечує коректну експозицію при польотах над будь-яким типом місцевості, на різних висотах носія і з будь-яким типом плівки. У процесі зйомки в негатив можна вводити будь-які 200 символів на вибір користувача, наприклад: масштаб, координати центра фотографування, дата, час, що триває експозиція, тип плівки і т.д.

Змінні об'єктиви для камери RC-30 виготовляються з найвищою швейцарською якістю, що властиво всій оптиці від Leica. Досить сказати, що якщо в 1961 році дисторсія об'єктива з фокусною відстанню при максимальній апертурі складала 12 мкм, то сьогоднішній рівень - 2 мкм по всьому полю зору об'єктива. В об'єктивів доступна роздільна здатність 110-115 dpi.



Рис. 1.4. Зовнішній вигляд аерофотокамери RC-30.

Основні характеристики об'єктивів:

фокусна відстань - 153 мм (6”) для об'єктива 15/4 UAG-S;

303 мм (12”) для об'єктива 30/4 NAT-S;

кількість міток внутрішнього орієнтування на склі - 8;

діапазон витримок затвора - 1/100 - 1/1000 сек.;

діапазон діафрагми - f/4 - f/22.

Наземний GPS передавач

Наземна базова станція Leica Geosystems це компактний пристрій, заснований на основі нових технологій. Він гарантує автономний і надійний збір даних за будь-яких умов. Головною особливістю є його простота: лише кілька кабелів і міцна конструкція, що дозволяє легко вимірювати після швидкого налаштування. Рисунок 1.5 показує зовнішній вигляд GPS передавачів, які працюють в подвійній та одиночній частотах.

Рис. 1.5. Зовнішній вигляд GPS передавача Leica

3. Маршрути

топографічний аерофотозйомка програмний маршрут

Маршрут (йому. Marschrute, від франц.(французький) marche -- хід, рух вперед і route -- дорога, дорога), заздалегідь намічена або встановлена дорога дотримання, напрям, порядок дороги. Вказано початковий і кінцевий пункт. Вказується перед початком руху.

В системі ASCOT є в наявності спеціальне програмне забезпечення для складання маршрутів, просте в освоєнні.

Рис. 1.6 та 1.7 демонструє навігацію польоту i показує як виглядає дисплей штурмана чи пілота із фактично прокладеними маршрутами АФЗ та положенням літака в момент фотографування (білі кружечки).

Рис. 1.6. Маршрути аерофотознімання на дисплеї

Рис. 1.7. Маршрути аерофотознімання на дисплеї

При тoпoгpaфiчнoмy АФЗ необхідно виконати розрахунки параметрів та запроектувати знімання. Спочатку вибирають тип аерофотокамери стосовно величини фокусної віддалі. На підставі практичного досвіду та деяких теоретичних обгрунтувань вважається доцільним у гірській місцевості або забудованій високими будівлями (для великомасштабних карт) використовувати довгофокусні аерокамери з фокусною відаллю 200, 350 або 500 мм. При картографуванні рівнинних територій використовують короткофокусні або середньофокусні камери з фокусною віддаллю 70, 100, 140, 150 мм.

Проектування осей маршрутів здійснюється на тих дрібномасштабних топографічних картах, які використовує штурман-аерофотознімальник під час АФЗ. У разі використання системи типу ASCOT попередньо карту оцифровують, а точніше для кожного маршруту з карти знімають координати його початку та кінця. Ці дані вносять в бортовий комп'ютер, який надалі автоматично (за допомогою програми) відслідковує аерознімальні маршрути, оптимізує захід на кожний наступний маршрут та виконує інші операції з керування аерофотозніманням.

4. Топографічна аерофотозйомка

Район фотографування вивчається під керівництвом штурмана, по картах, схемах, описах і інших довідкових матеріалах з метою з'ясування:

- фізико-географічних і кліматичних умов;

- наявності основних майданних і лінійних орієнтирів, їхніх характерних ознак і можливостей використання для візуального орієнтування;

- орієнтованих дат початку і кінця безсніжного періоду, закінчення паводків і появи рослинного покриву, часу доби, коли висота Сонця більш 20°, а при фотографуванні на кольорову або спектрозональну плівку більш 25°;

- значень магнітних схилень і аномалій;

- проходження державного кордону;

- розташування повітряних трас, місцевих повітряних ліній, зон з особливим режимом польотів, аеродромів і їх даних відповідно до Регламенту аеронавігаційної інформації з повітряних трас України і Перелікові аеронавігаційної інформації з аеродромів (трасовим і позатрасовим);

-наявності основних і запасних аеродромів, їхнього устаткування радіосвітлочутливими засобами, схеми побудови маневру на посадку й інші питання.

При отриманні додаткових даних про район робіт уточнюються границі аерофотозйомочних участків, їх середня площина фотографування і висота аерофотозйомки,а також година для початку та кінця фотографування. При цьому враховується, що аерофотозйомку різних районів необхідно проводити:

- у пісчаних пустелях, степних районах і засніжених рівнинах;

- у ранні ранкові часи, коли довгі тіні сприяють виявленню на аерофотознімках дрібних нерівностей місцевості;

- гірських районів- близько полудня коли тіні найбільш короткі і не заважають розрізняти на аерофотознімках деталі місцевості в щілинах і глибоких долинах;

- ділянок з великою поверхнею до початку туманів.

Під час проведення топографічної аерофотозйомки повинні виконуватися такі умови:

1. Має бути забезпечена загальна стійкість польоту літака. Кути нахилу не повинні перевищувати 3°, а при використанні стабілізуючого пристрою - 1°

2. Коливання висоти польоту над середньою площиною ділянки місцевості не повинні перевищувати 3% від розрахованих значень для рівнинних ділянок. Контролюється цей показник за допомогою барометричного висотоміра.

3. Непрямолінійність маршрутові не повинна перевищувати 3% від довжини маршруту для масштабу 1:5000 i крупніше.

4. Маршрутна аерозйомка виконується з обов'язковим поздовжнім перекриванням.

5. Поздовжнє перекривання в середньому повинно дорівнювати приблизно 60%, зона потрійного поздовжнього перекривання - не менше 12%. Поперечне перекривання в середньому повинно бути 30-40%, але не менше 20%.

Непаралельність базису фотографування стороні знімка не повинна перевищувати 5°.

Аерофотознімки маютъ бути різкими, рівномірно освітленими. На них не повинні бути відображені хмари, сонячні відблиски, а також механічні ушкодження. Тому аерофотозйомку треба проводити при відсутності хмар i висоті Сонця над обрієм не менше 20°. Оцінка якості зйомочних робіт виконується по накидному монтажі, складеному з ycix знімків.

Аерофотозйомку умовно класифікують на дрібномасштабну: 1:50000 і дрібніше, середньомасштабну 1:50000 - 1:10000 і великомасштабну більше 1:10000. Аерофотозйомку виконують прямолінійними маршрутами із захода на схід або на південь.

5. Розрахунок параметрів планової аерофотозйомки

Аерофотознімання роблять не раніше чим за один рік до початку камеральних робіт з відновлення карти.

Аерофотозйомка виконується відповідно до основних положень по аерофотозніманню для створення і відновлення топографічних карт і планів з урахуванням масштабу карти , що створюється, фізико-географічні умови району зйомки,а також на можливості універсальних приладів.

Керуючись Редакційно-технічними вказівками по створенню оригіналів складання карт масштабу 1:10000 на заданий район, визначимо параметри аерофотозйомки.

Вважаючи, що місцевість на якій буде проводитись аерозйомка, переважно рівнинна з невеликими балками та ярами, але забудована невисокими житловими масивами та елементами промислового комплексу, доцільно використовувати середньофокусні аерофотокамери.

Для запланованої зйомки була вибрана аерофотокамера з фокусною віддалю 153мм (камера RC30. Leica , виробництво Швейцарія, формат знімка 23х23 см.). Інструкцією регламентована зйомка в рівнинній та забудованій місцевості виконувати АФА з фокусною відстанню від 100 до 150 мм.

При такій фокусній відстані досягається найбільш оптимальна висота фотографування і масштаб знімання не виходить за дозволені інструкцією масштаби.

Камера RC-30 має прямий інтерфейс із бортовою навігаційною системою, дозволяє автоматично анотувати кадри в процесі зйомки і проводити корекцію. Сама камера є модульною. Необхідні компоненти - пристрій транспортування плівки і пристрій компенсації розмивання зображення - входять у центральний керуючий блок. Змінні модулі: об'єктиви і касети для плівки. У процесі зйомки камерою керують мікропроцесор і програмне забезпечення. Діапазон перекриття кадрів регулюється від 1% до 99 % із кроком 1%. Автоматичний вимірник експозиції PEM-F спеціально розроблений і оптимізований для аерофотознімання і забезпечує коректну експозицію при польотах над будь-яким типом місцевості, на різних висотах носія і з будь-яким типом плівки. У процесі зйомки в негатив можна вводити будь-які 200 символів на вибір користувача, наприклад: масштаб, координати центра фотографування, дата, час, що триває експозиція, тип плівки і т.д.

Крім того, об'єктиви можуть комплектуватися різними світлофільтрами для підвищення контрасту зображення в умовах серпанка і проведення спеціальних видів зйомки.

Задаючись масштабом АФЗ вираховують висоту фотографування,яка відповідає заданій точності визначення висот точок, розраховують за формулою:

 ,

де p - поздовжній паралакс (max припустимий 70 мм);

_h - середня погрішність, припустима при визначенні висот точок, що підписуються на карті, дорівнює 1/3 перетину рельєфу (для рівнинного);

_p - середня погрішність виміру поздовжніх паралаксів;

Якщо знімки обробляють на аналітичних стереоприладах, то.

;

Тоді: ;

- знаменник масштабу аерофотозйомки

Масштаб зйомки буде ?1:15000

Розраховується висота фотографування відносно середньої поверхні ділянки, що знімається, враховуючи, що максимальна висота поверхні

ділянки а мінімальна

Поздовжнє і поперечне перекривання, в залежності від перевищення на ділянці, що знімається і висоти фотографування, для масштабу 1:10000 і крупніше, уточнюються за формулами:

;

 ;

де - максимальне перевищення над середньою площино;

- задане поздовжнє перекриття аерознимків(60%)

- задане поперечне перекриття аерознимків(30%)

;

;

.

Базис фотографування - це відстань між двома послідовними центрами фотографування. Базис фотографування розраховується за формулою:

,

де - формат кадру аерофотоапарата.

.

Відстань між маршрутами вимірюється між осями двох сусідніх маршрутів і розраховується за формулою:

;

.

Кількість знімків в одному маршруті залежить від довжини ділянки, що знімається , і базиса фотографування

.

За планом робіт, складаннян потрібно виконати в рамках топографічних карт масштабу 1:10000 на двух номенклатурних аркушах. Тому розміри ділянки фотографування розраховуються за розмірами рамок трапеції номенклатурного аркуша масштабу 1:10000.

,

де - довжина довжина південої рамки трапеції в кілометрах (4,282).

.

Тоді: .

Кількість маршрутів на ділянці, яка знімається, залежить від ії ширини і відстані між маршрутами

.

де - бічна сторона рамки трапеції в кілометрах (4,638)

.

Загальну кількість аерознимків визначають як

.

.

Інтервал між експозиціями обчислюється за формулою:

,

де- швидкість літака (приймаємо дійсну швидкість літака 120 м/cек).

.

Обчислюємо погонні кілометри зйомки

,

.

Час зйомки підраховуємо за формулою

,

Схема аерофотозйомки представлена на рис.1.8.

Дx

Рис. 1.8. Схема аерофотозйомки

Розрахунок параметрів аерофотозйомки дає уяву про трудові та матеріальні затрати при виконанні таких робіт.

Аерофотознімання виконується прямолінійними і рівнобіжними маршрутами з напрямками захід-схід або півн.-півд.

Аерофотознімання повинне виконуватися при відсутності хмарності.

Аеронегативи, їхні контактні відображення на фотопапері і діапозитиві на скляних пластинах повинні мати чітке і добре пророблене зображення по всьому полю.

Висновок

При виконанні практики: «Присвоєння робітничої спеціальності» я поглибив свої знання про автоматизоване аерофотознімання за допомогою системи ASCOT, вивчив її складові частини. Я зробив висновки що за такими технологіями майбутнє, тому що вони дозволяють проводити зручне, якісне та ефективне аерофотознімання, витрачаючи мінімум людських зусиль, а також запобігати похибкам, тому що в процес створення аерофотознімка не втручається в повній мірі людина.

У аерофотозйомки є такі недоліки як складність визначення перевищень точок на земній поверхні та неможливість дослідити об'єкти що приховані від літального засобу. Але система ASCOT у порівнянні зі звичайними методами аерофотозйомки має більше переваг ніж недоліків.

Список використаних джерел

1. Ascot Brochure/Leica Geosystems USA GIS & Mapping Division, - 9 c.

www.leica-geosystems.com/downloads123/zz/airborne/ascot/brochures/ASCOT_brochure

2. Бурштинська Х.В. Аерофотографія. - Львів: Видавництво НУ"Львівська політехніка", 1999. - 356 с.

Размещено на Allbest.ru

...