Методи навігаційно-цифрової фотограмметрії при дослідженні кінематичних процесів

За експериментальними даними виконання польових робіт при спостереженні фасаду розміром 15x15 м з визначенням 9 опорних точок займає не більше однієї години.

Проаналізуємо камеральне опрацювання матеріалів знімання та розглянемо послідовно особливості процесів орієнтування та опрацювання цифрових зображень.

При орієнтуванні цифрових зображень, як відомо, непотрібно виконувати процес внутрішнього орієнтування. Окрім цього, немає необхідності виконувати і процес взаємного орієнтування, оскільки опрацьовуються наземні знімки. Отже, відразу переходимо до зовнішнього орієнтування знімків. За наявності елементів зовнішнього орієнтування їх вводять у відповідні вікна ЦФС. Процес виконано методом послідовних наближень, візуючи марку на відповідні точки, притримуючись класичної схеми.

Починаючи стереозбір, зручніше скласти шаблони шарів за кольорами (наприклад, штукатурне пофарбування, цегла червона, цегла біла тощо) та за елементами (наприклад, скульптури, капітелі, фризи, тощо); опрацювання різних фасадів одного будинку необхідно робити окремими файлами. Аналогічно окремими файлами ведуть збір складних елементів фасаду, а при завершенні виконують з'єднання цих файлів у загальний.

Стосовно відображення скульптур та елементів оздоблення, то ці деталі необхідно викреслювати у вигляді профільних ліній або фронталей.

Якщо окремі елементи фасаду повторюються, або повторюється група елементів, то можливе копіювання і перенесення цих елементів на аналог (однак ці дії повинні бути погоджені із замовником).

Для апробації технологічної схеми були складені фронтальні плани будинків на площі Ринок у Львові (номера будинків 3, 8, 10, 14, 15, 16, 17, 18, 21, 23, 28, 33, 34, 35, 38, 40, 41, 42) та на вулиці Вірменській № 21, які мають історичну цінність і підлягають реставрації (роботи виконувались на замовлення архітектурного управління м. Львова).

Оцінка точності проводилась відповідно за контрольними точками та лінійними промірами. Для будинку, що досліджувався (№ 23), СКП відповідно склали (при n=17): Порівнюючи ці значення з апріорною оцінкою необхідно зауважити, що значення похибки ординати вище, але знаходиться в межах допустимого (5 - 10 мм).

Однією з важливих задач, що виникає під час проведення архітектурних обмірів є складання планів інтер'єрів споруд при застосуванні цифрового фототеодолітного знімання, а саме розробка детальної технологічної схеми процесів, польових робіт і камерального опрацювання результатів знімання.

Безпосередньо польові роботи складалися з цифрового фототеодолітного знімання та визначення координат опорних точок шляхом прямої геодезичної засічки (на прикладі інтер'єру зали і сцени театру ім. Марії Заньковецької у м. Львова).

Цифрове фототеодолітне знімання було поділено на два етапи: попереднє, для визначення станцій та напрямків знімання і безпосередньо виконання знімання поверхні приміщення та елементів інтер'єру. Для цього зала була поділена умовно на дві частини (сцена та зала з партером та двома балконами); знімання проведене зі сцени - знімали фронтальну частину зали, а з першого балкону - сцену; із правої та лівої частини залу - знімання стелі, балконів, партеру. При цьому використані відповідні випадки знімання. Крім цього, проводилось знімання окремих деталей та „мертвих” просторів. Під час проведення знімання особливу увагу приділяли зніманню всіх фототеодолітних базисів, оскільки для орієнтування знімків необхідно знати наближені координати точок знімання. В нашому випадку базиси були нанесені на поверховий план зали.

Координати опорних точок для орієнтування стереопар визначені прямою геодезичною засічкою з двох базисів, яки були розташовані на сцені та на першому балконі.

В польові роботи, крім перерахованих вище, входили також обміри внутрішніх ніш лож, оскільки сфотографувати їх практично було неможливо.

Камеральні роботи поділялися також на два етапи: підготовчий, тобто обчислення координат опорних точок, орієнтування стереопар та власне стереоскопічний збір і редагування моделі зали.

Як кінцевий результат необхідно було створити об'ємну модель приміщення у програмі „Digitals”. Тому авторами розроблена відповідна методика обробки та редагування моделі, яка розповсюджується у версії „Digitals”, створеної після грудня 2004 року.

Результатом цієї роботи був створений загальний план приміщення та 3-D модель зали та сцени театру.

Для оцінки точності отриманого плану використовувалось 24 контрольних точки, що були визначені при геодезичних роботах. Середні квадратичні похибки відповідно склали: mХ = 3.4 мм, mY =5.1 мм, mZ =3.1 мм. Результати свідчать про тотожність апріорної та апостеріорної оцінки точності.

В третьому підрозділі висвітлюються питання застосування стереофотограмметричного методу у миротворчих та антитерористичних операціях. Підтримання миру в населених пунктах та районах проживання населення конфліктуючих сторін після закінчення бойових дій є важливим етапом (якщо не найважливішим) під час проведення миротворчих місій. Для попередження спалахів напруженості в зонах роз'єднання конфліктуючих сторін застосовуються в тому числі і створені стаціонарні спостережні пости (ССП), яким визначаються сектори спостереження, загрозливі напрямки в них та важливі об'єкти. Пости обладнують в інженерному відношенні та забезпечують технічними засобами спостереження (ТЗС) та розвідки. Як показує досвід, проблема полягає у необхідності вдосконалення технічних засобів ССП для виключення суб'єктивних факторів при спостереженні довкілля та автоматизації процесу обміну отриманою інформацією.

Комплекс, структурну схему якого зображено на рис. 5, складається з апаратури користувача супутникових радіонавігаційних систем SR-9500, сигнал з якої через модем надходить у блок спряження і в заданий момент часу приводить у дію засувач цифрової камери. Після експозиції інформація передається в базову ЕОМ (notebook), що встановлюється на металевий столик на одну із ніжок штатива цифрового фототеодоліта, який фіксується за допомогою струбцини.

Для стереоскопічного розглядання зображення на основі дзеркально-лінзового стереоскопа СПД-300Н виготовлена оптична система з кронштейнами-фіксаторами, яка дає змогу жорстко встановити стереоскоп на окантовку екрана. Відеокамера, оптична вісь якої спряжена з оптичною віссю цифрового фотоапарата працює в сталому режимі знімання.

Для максимального зменшення навантаження на вертикальний круг електронного тахеометра, що виникає під дією маси камери та відеокамери, нами запропоновано пристрій, що усуває цю паразитичну силу. Він складається з двох кутникових кронштейнів з віссю обертання, які кріпляться на місці переносної ручки приладу. На осі обертання закріплено Z- подібний тримач, на якому встановлюються камера та відеокамера. З метою контактування з зоровою трубою електронного тахеометра, над нею на Z-подібному кріпленні змонтовані на кронштейнах кулькопідшипники, які при нахилі труби переміщуються по кулачку. Конфігурація кулачка за профілем це два сегменти з радіусом обертання зорової труби на єдиній основі, що кріпиться на місце оптичного візиру. Таким чином, при нахилі зорової труби, основна маса приладів розподіляється на лагери електронного тахеометра, а лекальний інверсор дає змогу передавати обертовий момент на вісь, що в свою чергу нахиляє на той самий кут камеру та відеокамеру. Необхідно відзначити, що всі деталі та вузли можна виготовити без прецизійних та номенклатурних устаткувань.

Технологічна схема визначення координат цілей за допомогою запропонованого комплексу полягає в такому На відповідній точці базису встановлюють штатив з електронним тахеометром GTS-233. Прилад приводять в робоче положення. Закріпним гвинтом цифрову камеру фіксують на тахеометрі. На одній з ніжок штатива закріплюють столик і на ньому розташовують портативну ПЕОМ. На моніторі фіксують оптичну систему. Після цього виконують знімання з двох точок базису, а паралельно визначають за допомогою GPS координати точок базису. Після знімання зображення передають на комп'ютер та виконують опрацювання зображень для визначення координат орієнтирів та цілей.

Для об'єктів необхідно не тільки визначити їх координати, а й достовірно їх ототожнити. З цією метою був запропонований спосіб ототожнення об'єктів, що блимають (спалах пострілу стрілецької зброї тощо). Знімання ведуть в будь-який час доби, а зображення передається на польову ЦФС. Для ототожнення об'єктів, знятих у нічний час, у програмі “Models” у вікні “Взаємне орієнтування” виводять відповідно лівий (правий) знімок нічного знімання та лівий (правий) знімок - денного. Далі ототожнюється будь-яка точка місцевості, а потім шляхом візування марки відбувається процес дешифрування, причому для визначення місцеположення об'єкту переміщуються тільки два знімка разом; таким чином виконується однозначне ототожнення положення об'єкту що блимає. На відміну від опрацювання нічного знімка, опрацювання вечірнього (ранкового) знімків можна для зручності ототожнення освітити за допомогою зміни гамми кольорів, передбачених у цьому програмному забезпеченні. З метою підтвердження запропонованого способу була проведена серія експериментальних робіт.

При виконанні миротворчих операцій також виникає проблема картографування берегової смуги морського узбережжя, річок, заболоченої місцевості тощо. Нами запропонована технологічна схема знімання берегової смуги морського узбережжя. На палубі надводного судна була встановлена антена GPS, за допомогою якої можна приймати сигнали з супутників. При необхідності цифрову камеру можна тримати у закритому приміщенні. Визначають перекриття знімків, для чого на екрані дисплея камери роблять відповідну позначку. Оператор візуально ототожнює будь-який контур, який з'являється на краю кадрової рамки, і вмикає секундомір. Після відображення контуру оператор вимикає секундомір і визначає інтервал фотографування.

На контролері GPS виставляється епоха, тотожна інтервалу фотографування. Наближаючись до регіону знімання, оператор вмикає систему GPS, а проходячи повз територією, що підлягає картографуванню, вмикає живлення камери. Знімання ведеться в автоматичному режимі: при зміні епохи GPS камера здійснює експозицію потрібної ділянки. Процес триває до наступної межі ланки знімання, після чого цифрові зображення переписують на комп'ютер (можна зберігати також на CD - дисках тощо).

Під час експериментально-дослідних робіт на узбережжі було замарковано та визначено за допомогою GPS приймачів координати 18 контрольних точок, за якими оцінінена точність пропонованого способу. Середні квадратичні похибки становили відповідно: mX= 0,15 м, тY = 0,18 м, mZ= 0,24 м. Як бачимо, ці значення, за винятком mZ, не перевищують допустимих. Це пояснюється насамперед тим, що під час знімання з катера не було стабілізовано знімальну систему.

П'ятий розділ дисертаційної роботи присвячений розробкам засобів автоматизації навігаційно-аерознімальних процесів.

Запропонований автоматизований аерофотопристрій складається з трьох частин: механічної, електричної, електронної. Блок-схема пристрою зображена на рис. 6.

Давач вертикалі кріпиться на рамі встановлення АФА. При нахилі пристрою з давача вертикалі сигнал потрапляє на блок вхідних компараторів, де визначається нахил у цифровій формі. Цифрові сигнали по трьох каналах надходять в мікропроцесорний блок, де використовуються для визначення результуючого вектору. Вихідним результатом є сигнали з певною тривалістю, які надходять у відповідні канали електронних ключів. Електронні ключі, в залежності від поданого на них сигналу, вмикають живлення електродвигунів на проміжок часу, обумовлений тривалістю вхідного сигналу. Двигуни через редуктори і хробачні пари приводять в обертовий рух нівелювальні гвинти, які піднімають чи опускають кільце АФА. Алгоритм програми обробки про нахил розроблено так, що амортизаційна гайка, перемістившись в кінець напрямної, повертається на середину різьби.

Процес горизонтування продовжується доти, поки не починається цикл експозиції та транспортування плівки в АФА. Для цього мікропроцесорний пристрій блокується сигналом з КПТ.

Наступним процесом автоматизації є запропонований спосіб сполучення GPS із знімальною камерою.

Ідея підключення є такою. Інтервалометр АФА заміняється епохами контролера GPS. Як відомо інтервалометр епох можливо виставляти через кожну секунду з практично необмеженим інтервалом. Таким чином, сигнал при передачі з контролера на модем можна використати для спрацювання аерофотоапарата (експозиція та перемотка плівки). Блок - схема з'єднання зображена на рис. 7.

Експериментально-лабораторні та виробничі аерознімальні дослідження вищенаведених комплексів, що були проведені протягом 1999 - 2005 р.р., підтвердили експлуатаційну надійність запропонованих автоматизованих систем.

Використання координат центрів проекції аерофотокамер можливо не тільки при розв'язуванні фотограмметричних задач, і при врахуванні навігаційних елементів аерофотознімального польоту. Практично, елементи навігаційного трикутника визначити з відповідною точністю неможливо. Однак при застосуванні GPS-систем задача розв'язується. В роботі подано оригінальне аналітично-прикладне розв'язування цієї задачі.

Ще одна важлива задача - це визначення точності висоти при аерофотозніманні. Висота фотографування визначається та втримується екіпажем за барометричним висотоміром, шкала тиску якого встановлюється на відлік 760 мм.рт.ст. Залежність між висотою та статичним тиском визначається гіпсометричною формулою. З диференціювання цієї формули отримано середні квадратичні похибки висот фотографування. Підставляючи значення, отримані при виконанні аерофотознімання м. Львова у квітні 1999 р. в масштабі 1:8000 та параметрів: Р0=735 мм.рт.ст., РН=633 мм.рт.ст., tсер=16С, mt=0.5С; МРН=0.5 мм.рт.ст., отримаємо допустиму похибку висоти фотографування - 37м. На рис. 8 подано траєкторії польоту та рельєфу місцевості, що наглядно показує кореляційний зв'язок між цими величинами.

В період вищезгаданого аерофотознімання використана GPS SR9500, що дало можливість детально проаналізувати як втримувалася висота польоту гелікоптера на всіх дев'яти маршрутах. Порівняльний аналіз вертикальних профілів маршрутів показав, що максимальне відхилення за висотою складає 20 - 80м (як приклад, рис.8).

Такі великі границі пояснюються тим, що гелікоптер в певній мірі огинає рельєф місцевості на фоні фугоїдальних коливань, оскільки даний носій має невелику планерність. Таким чином, максимальні перепади висот фотографування (до 80 м) згідно з профілями носій змінює відповідно рельєфу місцевості (рис. 9).

Це, безумовно, є позитивною рисою при виконанні великомасштабного аерофотознімання, оскільки можна зменшити різномасштабність, що в першу чергу дозволяє отримувати більш якісні матеріали аерофотознімання.

Основне завдання літаководіння при аерофотозніманні - це забезпечення найбільшої точності отримання та витримування цих параметрів; їх аналіз та врахування дають можливість встановити відповідні допуски для цих елементів.

Одним з основних параметрів аерофотознімання є стабільність висоти фотографування. Під впливом турбулентності атмосфери та похибок пілотування порушується прямолінійний політ носія, внаслідок чого виникає похибка, що залежить від коливань повітряної швидкості V та періоду фугоідних коливань Т. Це означає, що носій, рухаючись по кривій, подібній до синусоїди, за цей час завершить цикл фугоіди та пролетить відстань

Однак період та коливання по висоті можна визначити тільки за формулами, в які входять відповідні емпіричні коефіцієнти, розраховані для літаків Ан-24ФМ та Ан-30.

Коли виконується аерофотознімання з борту гелікоптера Мі-8МТВ, то визначення раніше наведених величин практично неможливе. Розв'язання цієї задачі стало реальним лише при застосуванні GPS - систем .

Досліджуючи функціональну залежність між величинами V та (k - емпіричний коефіцієнт, S - цикл фугоїди, ДV - коливання повітряної швидкості, VI - істина швидкість), в результаті проведеного експерименту отримані відповідні значення, що подані на рис. 10.

З наведених даних залежностей від H можна зробити висновок, що в якості емпіричної формули для апроксимації функції: раціонально прийняти поліном третього ступеня:

Завдання полягає в тому, щоб визначити такі значення параметрів при яких емпірична формула дає добре наближення даної функції, значення яких в точках дорівнюють 47).

Параметри визначимо методом найменших квадратів, тобто з умови мінімуму функції:

Звідси отримаємо значення параметрів емпіричної формули (18)

Враховуючи дійсні значення коефіцієнтів, після перетворень отримаємо остаточну формулу коливань за висотою:

В нашому випадку, для S=1070 м, 160 км/год, 177 км/год отримаємо 2,7 м.

При апробації комплексу GPS - АФА виникла ще одна проблема: визначення взаємного положення GPS-антени та центра проекції аерофотокамери, тобто постала задача визначення положення точки S аерофотоапарата з допомогою однієї бортової системи GPS. На рис. 11 представлена схема розташування центра антени, точки S та перетину осей крену і тангажу.

Розглянемо спочатку фіксований перехід від координат центра антени до точки S АФА. Прирости координат відрізка SА в просторі позначимо ДX, ДY, ДZ. Окрім цього, система координат має нахил на кути ,,. Тоді формула переходу буде:

Практично величини X, Y, Z вимірювались безпосередньо на борту гелікоптера з допомогою рулетки, причому крон-балка відповідала осі X.

Як наслідок, з формули (21), окрім приростів, на точність визначення координат точки S будуть впливати і кути нахилу антени по відношенню до системи координат АФА. Враховуючи, що при встановленні антени поздовжній та поперечний кути наближено приводилися до горизонту, а кут розвороту не впливає на точність визначення параметрів, отримаємо ці співвідношення у спрощеному вигляді:

Підставивши значення в формулу (29), отримаємо m=5; m=6;

Аналізуючи отримані результати, необхідно відзначити, що цілком реально встановити горизонтальну площину антени GPS відповідно до площини прикладної рамки АФА з допомогою циліндричного рівня.

Аналіз зміни положення площини антени та камери в польоті, тобто при наявності крену та тангажу, показує, що допуски обчислені за формулою (24) будуть дійсні і в цьому випадку. Згідно з вимогами льотнознімальні носії повинні відповідати засадам аерофотознімального польоту, а саме: кути крену, тангажу та рискання не повинні перевищувати 1.

Таким чином, значення кутів та , що отримані, не перевищують допустимих величин.



ВИСНОВКИ

Теоретичними і експериментальними дослідженнями, виконаними у дисертаційній роботі вирішена важлива народногосподарські проблема дослідження моніторингу кінематичних процесів. Головні наукові і практичні результати цих досліджень можна сформулювати наступним чином:

Вперше запропоновано застосування лінійних операторів для визначення координат точок об'єктів, що досліджуються. Отриманий на основі кінематичного лінійного проектування алгоритм надає можливість аналітично опрацьовувати цифрові знімки без будь-яких обмежень, що накладаються на їх просторове положення.

На підставі детального аналізу цифрових неметричних камер встановлено можливості їх застосування у фотограмметричному виробництві. Запропоновано та апробовано декілька макетних зразків цифрових фототеодолітів та відеофототеодоліта (на базі неметричних знімальних цифрових відео-, фотокамер та теодолітів, електронних тахеометрів різних фірм), з використанням яких зроблені оригінальні дослідження у різних галузях науки та техніки. Необхідно відзначити, що конструкторською особливістю цих цифрових фототеодолітів є повна уніфікованість пристроїв та вузлів.

Проведено аналіз метричних властивостей цифрових неметричних знімальних камер стосовно різноманітних спотворень зображення та зміни елементів внутрішнього орієнтування. Встановлено відповідні межі щодо застосування систем при заданій точності.

Розроблено алгоритм та програмне забезпечення визначення дисторсійних спотворень цифрових неметричних камер як за напрямками, так і попіксельно. Це дало змогу цілком усунути дисторсійні спотворення цифрових неметричних камер, після чого відкрило можливість застосування цих приладів для розв'язання будь-яких народногосподарських та наукових задач.

Розроблено та апробовано спосіб орієнтування камери, який дозволяє визначити поправки в кутові елементи зовнішнього орієнтування при її встановленні на орієнтувальний пристрій з точністю Отримані робочі формули для визначення оптимального ракурсу знімання при відповідній крутизні схилів. Отримані робочі формули визначення території знімання при застосуванні нахиленого випадку. Визначено діапазон відстаней стосовно точності отримання координат при нахиленому випадку знімання.

Теоретичні та експериментально-дослідницькі роботи показали можливість застосування цифрового наземного фототеодолітного знімання для складання планів, визначення кількісних параметрів та моніторингу поверхні льодовиків. За результатами обрахунків виявлена суттєва динаміка змін поверхні льодовиків, що є підґрунтям для подальших метеорологічних та гляціологічних досліджень.

Застосування цифрових фотограмметричних методів дозволило автоматизувати процеси побудови топографічних карт і планів. Експериментально-дослідницькими роботами доведена можливість виконання знімання з подальшим опрацюванням та створенням великомасштабних планів з допомогою цифрового фототеодоліта. В результаті виконаних робіт були створені топографічні плани масштабу 1:1000 островів: Галіндез, Вінтер та Скуа, в регіоні Антарктичної станції Вернадського.

Доведена можливість застосування цифрового фототеодолітного знімання для оцінки кінематичних процесів, створення фронтальних та інтер'єрних планів, у миротворчих підрозділах.

Розроблено автоматизований аерофотопристрій та комплекс спряження GPS та знімальних камер які за своїми техніко-економічними характеристиками перевищує існуючі і дає можливість застосовувати їх на борту будь-якого носія не залежно від габаритів (Ан-2, Мі-8 МТВ, Вільга-35, мотодельтаплани, тощо).

Застосування запропонованого комплексу GPS - АФА дає можливість визначати елементи аерофотознімального польоту:

- наявність фугоїди та її вид;

- функціональну залежність між змінами швидкості та коливаннями висоти.

Це приводить до високоякісного проведення аерознімальних робіт.

Запропоновані методики та способи впроваджено у виробничі підрозділи, а саме: Національний антарктичний науковий центр, ВП “Рівненська АЕС”, ВАТ ЕК “Закарпаттяобленерго”, Львівське комунальне підприємство “Міський центр інформаційних технологій”, Західне оперативне командування, ДП “Західгеодезкартографія”.



СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бабій Л., Глотов В., Озгович А. Дослідження пристрою спряження GPS та знімальних камер // Збірн. наук. праць “Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва” Львів. - 2006(ІІ)р. - С. 161-166.

2. Бабій Л., Глотов В., Кінаш Р., Чижевський В. Технологія створення планів інтер'єрів приміщень цифровим стереофотограмметричним методом // Вісник національного університету водного господарства та природокористування. Частина 1. - 2005. Випуск 2 (30) С.229-242.

3. Бандура А.Л., Глотов В.М., Накалов Є.Ф. Розробка та дослідження автоматизованого аерофотопристрою // Наук.-техн. журнал „Вісник геодезії та картографії” - К., 1999. №2(13) - С. 34-37.

4. Волчко П.І., Глотов В.М., Чижевський В.В. Технологія створення великомасштабних планів локальних об'єктів цифровим стереофотограмметричним методом // Збірник матеріалів десятого науково-технічного симпозіуму ”Геоінформаційний моніторинг - навколишнього середовища - GPS і GIS -технології”.- Львів. - 2005 р. - С. 133 - 135.

5. Волчко П.І., Глотов В.М., Процик М.Т., Третяк К.Р. Особливості планово-висотної підготовки аерофотознімків з використанням GPS // Збірн. наук. праць "Сучасні досягнення геодезії, геодинаміки та геодезичного виробництва". - Львів. - 1999р. - С. 99-102.

6. Волчко П. І., Глотов В. М., Процик М. Т. Підстави до застосування технології аерофотознімання ділянок місцевості з борту гелікоптера // Наук.-техн. журн. „Вісник геодезії та картографії”. - Київ. - 1998 р. - С. 33 - 36.

7. Глотов В.М. Розробка та дослідження фототеодоліта на базі неметричної камери "Київ-6С" та оптичного теодоліта Theo-010B. // Наук.-техн. журн. “Вісник геодезії та картографії” - №1(8), - 1998р., - С. 27-29.

8. Глотов В.М. Аналіз та дослідження способу встановлення знімальних камер відносно орієнтирних пристроїв // Міжвідомч. наук. - техн. збірник “Геодезія картографія і аерофотознімання” - Л. - 2005. - №66.- С. 189-195.

9. Глотов В.М. Визначення дисторсії цифрових знімальних систем // Вісник національного університету водного господарства та природокористування. Частина 1. - 2004. - Випуск 4(28). - С. 207-213.

10. Глотов В.М. Визначення координат орієнтирів та цілей цифровим стереофотограмметричним методом // Збірн. наук. праць „Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва” - Львів. - 2001. - С. 118-121.

11. Глотов. В. Дослідження способу визначення просторових координат центру проекції знімальної камери // Збірн. наук. праць “Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва”. - Л. - 2005(ІІ). - С. 125-129.

12. Глотов В.М. Моніторинг острівних льодовиків Антарктичного узбережжя // Наук.-техн. журн. “Вісник геодезії та картографії”. - Київ. - 2006. - №1. - С. 31-34.

13. Глотов В. Особливості визначення фокусної відстані цифрових фототеодолітних камер // Міжвідомч. наук. - техн. збірник “Геодезія, картографія і аерофотознімання”.- 2003. - №63. - С. 112-127.

14. Глотов В.М. Особливості цифрового знімання при створенні великомасштабних планів Антарктичного узбережжя в районі станції „Академік Вернадський” // Наук.-техн. журн. „Вісник геодезії та картографії”. - Київ. - 2005 р. - № 3. - C.22-25.

15. Глотов В. Пристрій спряження GPS та знімальних камер // Збірн. наук. праць “Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. - Л. - 2002. - С. 346-348.

16. В. Глотов. Результати моніторингу островних льодовиків Антарктичного узбережжя // Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища - GPS i GIS технології.: Зб. наук. матер. IX Міжн. наук.-техн. симпозіум. (Алушта, вересень 2004).- Л.- 2004. - С. 20-23.

17. Глотов В.М., Розробка та дослідження фототеодоліта на базі цифрової камери Kodak DC260 та оптичного теодоліта Theo-010B // П'ятий міжнародний науково-технічний симпозіум "Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища-GPS і GIS-технології" Львівське астрономо-геодезичне товариство. - 2000. - С. 5-9.

18. Глотов В. Спосіб встановлення цифрових знімальних камер відносно орієнтувальних пристроїв // Збірн. наук. праць “Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва” - Львів, - 2005 (І). - С. 248-252.

19. Глотов В.М. Створення фронтальних планів льодовиків Антарктичного узбережжя // Збірн. наук. праць “Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва”. - Львів. - 2003р. - С. 264-268.

20. Глотов В. Технологія цифрового фототеодолітного знімання для складання топографічних планів у масштабі 1:1000 Антарктичної станції Вернадський // Збірн.наук. праць “Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва”. - Л. - 2004. - С. 264-268.

21. Глотов В.М., Галімський П.П. Стереофотограмметрична система розвідки переднього краю. Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища - GPS і GIS технології: // Збірник матер. VІІ Міжнар. наук.-техн. симпозіуму. - Львів, - 2002. - С. 106-113.

22. Глотов В.М, Каліновська О.П., Пулькевич І.Г., Смірнов Є.І. Визначення просторових координат точок панорамного знімання із застосуванням методів кінематичного проектування // Прикладна геометрія та інженерна графіка. - Вип. 59. - К. - 1996р. - С. 43-47.

23. Глотов В., Князев С. Точність витримування висоти при аерофотозніманні // Збірник наукових доповідей четвертого науково-технічного симпозіуму. "Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища - GPS і GIS -технології". - Львів. - 1999р. - С. 165-169.

24. Глотов В.М., Коваленок С.Б., Милиневский Г.П., Накалов Е.Ф., Фулитка Ю.Ф.. Мониторинг малых ледников как индикаторов изменений климата в районе Антарктического полуострова // Український Антарктичний журнал. - 2003. - №1. - С. 93-99.

25. Глотов В.М., Ковальонок С.Б., Міліневський Г.П., Чижевський В.В. Визначення динаміки поверхневих об'ємів острівних льодовиків як складова частина ГІС „Антарктида” // Збірн. наук. праць. Х - Міжнар. наук.-техн. симпозіум „Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища - GPS і GIS технології”. 6 - 10 вересня 2005р. - Алушта. - С.172-176.

26. Глотов В., Лялюк Д., Макаревич В. Дослідження точності визначення координат цілей та орієнтирів при застосуванні цифрового фототеодолітного комплексу // Збірн. матер. Х Міжнар. наук.-техн. симпозіуму. “Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища - GPS і GIS технології”. - Львів. - 2005. - С. 205-210.

27. Глотов В.М., Майоров Г.Є. Аналіз метричних властивостей цифрових знімальних систем // Міжвідомч. наук. - техн. збірник “Геодезія картографія і аерофотознімання” - Л. - 2000. - №60.- С. 102-106.

28. Глотов В.М., Майоров Г.Е. Метод калібрування цифрових камер // Матеріали 2-ї Міжн. Науково-практичної конференції. - Львів-Краків. - 2000. - С.163-169.

29. Глотов В., Макаревич В., Процик М. Аналіз точності визначення координат цілей при застосуванні цифрового фототеодолітного знімання в залежності від нахилу знімальної поверхні // Збірн. наук. праць. IX Міжнародного наук.-техн. симпозіуму “Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища CPS i GIS-технологій. - Львів. - 2004. - С. 26-32.

30. Глотов В., Пулькевич І. Визначення координат точок цифрового знімання із застосуванням методів кінематичного проектування // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. Зб. наук. пр. - Л. - 2006(І). - С. 176-183.

31. Глотов В.М., Третяк К.Р. Визначення деформації підпірної стінки дросельного затвору Теребля - Рікської ГЕС // Матеріали 3-ї Міжн. Науково-практичної конференції. - Львів-Краків. - 2001. - С.4-37 - 4-42.

32. Глотов В.М., Третяк К.Р. Оцінка впливу додаткового відбиття GPS-сигналів на точність визначення // Міжвідомч. наук. - техн. збірник “Геодезія картографія і аерофотознімання” - Л. - 2003. - №64. - С. 114-117.

33. Глотов В., Третяк К.., Яцинич Р. Застосування GPS-систем для аерофотознімання // Геоінформаційний моніторинг - навколишнього середовища - GPS і GIS -технології.- Львів. - 1999. - С.23-27.

34. Глотов В.М., Турук Д.М. Визначення метричних характеристик знімальної системи - камери Київ-6С // Міжвідомч. наук. - техн. збірник “Геодезія картографія і аерофотознімання”. - 1996. - №56. - С. 114-118.

35. Глотов В., Черногорова Т. Технологія складання топографічних планів берегової смуги військових об'єктів. // Збірник матер. VІІІ Міжнар. наук.-техн. симпозіуму. “Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища - GPS і GIS технології”. - Львів. - 2003. - С. 113-115.

36. Глотов В.М., ЧижевськийВ.В. Особливості технологічної схеми цифрового фототеодолітного знімання для складання фронтальних планів // Міжвідомч. наук. - техн. збірник “Геодезія, картографія і аерофотознімання” - Л. - 2003. - №64. - С. 114-117.

37. Глотов В.М., Чижевський В.В. Вдосконалений спосіб визначення дисторсії цифрових знімальних систем // Наук.-техн. журн. „Вісник геодезії та картографії”. - Київ. - 2005 р. - № 2. - С. 42 - 45.

38. Глотов В., Яцинич Р. Визначення взаємного положення GPS-антени та центру проекції аерофотокамери // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. Зб. наук. пр. - Л. - 2000. - С. 259-261.

39. Глотов В., Яцинич Р. Точність визначення висоти аерофотознімання. // Збірн. наук. праць “Геомоніторинг-99”.- Львів.: ЛАГТ, - 1999. - С. 145-148.

40. Dorozhynskyy O., Minilevskyy H., Glotov V. Photogrammetric research conducted at the Antarctic station “ Academican Vernadskyy” // XXth ISPRS-2004 Congress, 12-23 july 2004y. - Istambul, - Turkey. - P.642-644.

41. Glotov V.V., Chizgevsky V.V., Milinevsky G.P., Kovalonok S.D. Using of the digital stereo photogrammetric survey for the ice cap dynamic research (GS21) // Second Ukrainian Antarctic Meeting. -Kyiv. - 2004. - P. 37-38.

42. Glotov V.M., Chizhevsky V.V. Analysis of technological scheme of creation of topographical plans by digital stereophotogrammetric method as thebase of GIS of Vernadsky Station (GS17) // Second Ukrainian Antarctic Meeting. - Kyiv - 2004. - P. 33-34.

43. Glotov V., Kamisinski T., Kinasz R., Kulowski A. Pomiary akustychne sali widowiskowej teatru im. Marii Zankowieckej we Lwowe // Teka komisij architektury, urbanistyki I studiow krajobrazowych. Tom II. -Lublin -2006. - P. 249-256.



Глотов В.М. Методи навігаційно-цифрової фотограмметрії при дослідженні кінематичних процесів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.24.02 - Фотограмметрія та картографія. Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2006.

На підставі теорії лінійних операторів запропоновані формули для визначення просторових координат точок об'єктів, що досліджуються у кінематичному режимі при використанні комплексу “GPS - знімальна система” з надводного носія. Отриманий алгоритм на основі кінематичного лінійного проектування надає можливість аналітично опрацьовувати цифрові знімки без будь-яких обмежень. Аналіз цифрових неметричних камер дав можливість зробити відповідні висновки про їх застосування у фотограмметричному виробництві. Запропоновано та апробовано декілька макетних зразків цифрових фототеодолітів та відеофототеодоліта (на базі неметричних знімальних цифрових відео-, фотокамер та теодолітів, електронних тахеометрів різних фірм), з допомогою яких проведені відповідні дослідження у різноманітних галузях науки та техніки. Розроблені методики, алгоритм та програмне забезпечення визначення дисторсійних спотворень цифрових неметричних камер як за напрямками так і попіксельно. Це дало змогу цілком усунути дисторсійні спотворення даних знімальних систем та можливість застосування цих приладів для розв'язання будь-яких народногосподарських та наукових задач. Розроблено та апробовано спосіб орієнтування цифрової камери, який дозволяє визначити поправки до кутових елементів зовнішнього орієнтування при її встановлені на орієнтуючий пристрій, з точністю Отримані робочі формули для визначення оптимального ракурсу знімання для відповідної крутизни схилів та визначення території знімання при застосуванні нахиленого випадку. Встановлено діапазон відстаней стосовно точності отримання координат при нахиленому випадку знімання.

Розроблена комплексна технологія цифрового наземного фототеодолітного знімання для визначення кількісних параметрів острівних льодовиків Аргентинського архіпелагу та материкових льодовиків і складання планів цих островів і Антарктичного узбережжя, що знаходяться в регіоні Української антарктичної станції Академік Вернадський. За результатами обчислень спостерігається суттєва динаміка змін поверхні льодовиків, що є підґрунтям для подальших метеорологічних та гляціологічних досліджень. У результаті виконаних робіт були створені топографічні плани масштабу 1:1000 островів: Галіндез, Вінтер та Скуа, вищевказаного регіону. Розроблено методики та виконано відповідну апробацію визначення деформації інженерних та архітектурних споруд цифровим стереофотограмметричним методом (вентиляційної труби Рівненської АЕС, поверхні підпірної стінки Теребля - Рікської ГЕС, складання фронтальних та інтер'єрних планів архітектурних пам'яток). Розроблена методика та відповідні засоби для застосування цифрового стереофотограмметричного методу у антитерористичних та миротворчих операціях. Розроблений автоматизований аерофотопристрій, який за своїми техніко-економічними характеристиками перевищує існуючі і дає можливість застосовувати його на борту будь-якого носія не залежно від габаритів (Ан-2, Мі-8МТВ, Вільга-35, мотодельтаплани, тощо). Розроблений комплекс спряження GPS та знімальних камер значною мірою є дешевшим за собівартістю від існуючих, простий при виготовленні та експлуатації і може застосовуватись для будь-яких камер. Методика дослідження запропонованого способу дала можливість визначити систематичні похибки, а тим самим максимально підвищити точність визначення елементів орієнтування знімків. Застосування запропонованого комплексу GPS - АФА дозволяє точно визначити елементи аерофотознімального польоту.

Ключові слова: кінематична фотограмметрія, наземне цифрове фототеодолітне знімання, цифрова неметрична камера, цифровий фототеодоліт, автоматизований аерофотопристрій, комплекс GPS - знімальна камера.

Глотов В.М. Методы навигационно - цифровой фотограмметрии при исследовании кинематических процессов.? Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.24.02 ? Фотограмметрия и картография. Национальный университет “Львивська политехника”, Львов, 2006.

На основе теории линейных операторов предложены формулы для определения пространственных координат точек исследуемых объектов в кинематическом режиме при использовании комплекса “GPS ? съемочная система” с надводного носителя. Полученный алгоритм на основе кинематического линейного проектирования даёт возможность аналитически обрабатывать цифровые снимки, без каких-либо ограничений, которые накладываются на их пространственные положения.

Анализ цифровых неметрических камер дал возможность сделать соответствующие выводы про их применение в фотограмметрическом производстве. Предложено и апробировано несколько макетных образцов цифровых фототеодолитов и видеофототеодолита (на базе неметрических съемочных цифровых видео-, фотокамер и теодолитов, электронных тахеометров различных фирм), с помощью которых выполнены соответствующие исследования в различных областях науки и техники. Разработаны методики, алгоритмы и программное обеспечение определения дисторсионных искажений цифровых неметрических камер, как по направлениям, так и попиксельно. Это дало возможность полностью исключить дисторсионные искажения данных съемочных систем и таким образом открыло возможность применение этих приборов для решения каких-либо народнохозяйственных и научных задач. Разработан и апробирован способ ориентирования цифровой камеры, который позволяет определять поправки в угловые элементы внешнего ориентирования при её установке на ориентирующем устройстве, с точностью . Получены рабочие формулы для определения оптимального ракурса съемки при соответствующей крутизне склона и определения территории съемки при наклоненном случае. Определен диапазон отстояний, относительно точности получения координат при наклоненном случае съемки.

Разработана комплексная технология наземной цифровой фототеодолитной съемки для составления планов и определения количественных параметров ледников, расположенных на островах Аргентинского архипелага у Антарктического побережья в районе Украинской станции Академик Вернадский. Результаты вычислений показали, что наблюдается существенная динамика изменений поверхностей ледников, а это есть существенным основанием для дальнейших метеорологических и гляциологических исследований. Созданы топографические планы масштаба 1:1000 островов: Галиндез, Винтер, Скуа, данного региона.

Разработаны методики и выполнено соответствующую апробацию определения деформаций инженерных и архитектурно-исторических сооружений цифровым стереофотограмметрическим методом. Доказана возможность применения цифровой фототеодолитной съемки для оценки кинематических процессов, а именно, для определения наклона, искривления и колебания вентиляционной трубы атомных реакторов Ровенской АЭС. Построены цифровые модели рельефа поверхности подпорной стенки Теребля-Рикской ГЭС, что дало возможность более детально проводить анализ деформации данного объекта. Разработана и апробирована на реальном объекте методика и технологическая схема составления фронтальных планов строений на площади Рынок в г. Львове с использованием цифровой фототеодолитной съемки с целью реставрационных работ и исследований деформации строений. В результате проведенных экспериментально-исследовательских работ рекомендован метод фотограмметрического исследования интеръеров и создан план интеръера и 3-D модель помещения зала и сцены театра им. М.Занковецкой в г. Львове для дальнейших акустических и реставрационно-динамических исследований

Разработана методика и соответствующие способы для применения цифрового стереометрического метода в антитеррористических и миротворческих операций. Исследования этого комплекса (как лабораторные так и полевые) позволяют сделать вывод о том, что предложенный цифровой стереофотограмметрический комплекс компактен, не требует дополнительных устройств и элементов питания; время развертывания не превышает требований к какому-либо геодезическому прибору. Цифровой стереофотограмметрический комплекс позволяет, используя предложенную технологию, выявить объекты днем и ночью по прямым и косвенным дишифровочным признакам, определять их пространственные координаты, линейные размеры, отстояния до них и расстояния между объектами на переднем крае обороны противника. По анализам експериментальных работ, результаты точности определения пространственных координат объектов яваляются однопорядковыми с предрасчетными. Возможно задействовать цифровой стереофотограмметрический комплексв миротворческих операциях для документального подтверждения противоправных действий одной из сторон (снимок проишествия, выстрел т.п., с указанием времени и даты съемки, с возможностью определения координат места проишествия, объектов, которые находятся на спорной территории т.п.)

Разработана автоматизированная аэрофотоустановка, которая по своим технико - экономическим характеристикам превышает существующие и даёт возможность применять её на борту какого-либо носителя независимо от габаритов (Ан-2, Ми-8МТВ, Вильга-35, мотодельтапланы и т.п.).

Разработаный комплекс сопряжения GPS съёмочных камер в значительной мере дешевле по себестоимости относительно существующих, простой в изготовлении и эксплуатации; может применяться для любых камер. Методика исследования предложенного способа дала возможность определить систематические ошибки и таким образом максимально повысить точность определения элементов ориентирования снимков. Применение предложенного комплекса GPS ? АФА дало возможность точного определения элементов аэрофотосъемочного полёта.

Ключевые слова: кинематическая фотограмметрия, наземная цифровая фототеодолитная съемка, цифровая неметрическая камера, цифровой фототеодолит, автоматизированная аэрофотоустановка, комплекс GPS ? съемочная камера.



Glotov V.M. Methods of navigational-digital photogrammetry in investigation of cinematic processes. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the doctor of technical sciences on speciality 05.24.02 - Photogrammetry and cartography. National University “Lvivska Politechnika”, Lviv 2006.

On the base of theory of linear operators there were proposed the formulas for determination of spatial coordinates of object points which are investigated in cinematic mode using complex “GPS - surveying system” from surface vessel. On the base of cinematic linear projecting the obtained algorithm gives possibility of analytical processing of digital images without any restrictions concerning their spatial position. Implementation of analysis of digital non-metric cameras gives possibility to make corresponding conclusions about their application for photogrammetric production. There were proposed and tested several prototype samples of digital phototheodolites and videotheodolite (on the base of non-metric surveying digital cameras, video cameras and theodolites, electronic total stations of different firms). The proper investigations in some branches of science and technique have been implemented using these devices. There were developed the methodologies, algorithm and software for determination of distortion of digital non-metric cameras for both cases: on directions and pixel by pixel. It gives possibility to exclude totally distortions of digital non-metric cameras and therefore it opens possibility of applications of these devices for solving of any production and scientific tasks. There were developed and tested the method for camera orientation, that allows to determine corrections in angular elements of exterior orientation with precision 3'-30” when camera is fixed on orientation device. The working formulas for determination of optimal surveying perspective when corresponding slope steepness are obtained. The working formulas for determination of surveying territory applying the inclined case are obtained. There was determined the range of distances relating to accuracy of coordinates determination when inclined case of survey.

It was developed the complex technology of terrestrial phototheodolite surveying for mapping and determination of quantitative parameters of island glaciers of Argentinean archipelago and land glaciers of Antarctic coast located in the region of Antarctic station “Academic Vernadskyy”. According to results of calculations one can observe the essential dynamics of glaciers surface changes and that is reason for following meteorological and glaciological investigations. Additionally the technology of creation of large-scale plans using digital phototheodolite method was developed. In result of implemented works there were created topographical plans of scale 1: 1000 of following islands: Galindez, Winter and Squa of above mentioned region. It was developed the methodologies and implemented proper approbation for determination of engineer and architectural construction by the digital stereophotogrammetric method (ventiduct of AES in Rivne, surface of retaining wall of Tereblya-Rikska HES, creation of frontal and interior plans of architectural memorials). Methodology and related facilities for application of digital stereophotogrammetric method for anti-terrorist and peacekeeping actions were developed. Elaborated automated aerial photo device is better than existed devices according to its technical-economical characteristics and gives possibility to be applied on side of any aircraft independently on clearances (An-2, Mi-8, MTV, Vilga-35, motor hang-glider etc.). Created complex of conjugation of GPS and surveying cameras is considerably cost lower comparing with existed devices; is simple for construction and exploitation and can be used for any cameras. The methodology of investigation of proposed method gives possibility to determine totally systematic errors and so to increase to the limit the accuracy of image orientation elements. Application of proposed complex GPS - Aerial Photo Camera gives possibility to determine elements of aerial surveying flight.

Key words: cinematic photogrammetry, terrestrial digital phototheodolite survey, digital non-metric camera, digital phototheodolite, automated aerial photo device, complex GPS-surveying camera.

Размещено на Allbest.ru

...