Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Реферат

Ашомок Н.В. Особенности технологии фотограмметрических работ при инвентаризации автодорог

Место дипломирования - СГГА, руководитель - Гук П.Д.

2005 г., 92 стр., 20 таблиц, 17 источников, 7 приложения.

ФОТОТРИАНГУЛЯЦИЯ, ПЛАНОВО-ВЫСОТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ, ЦИФРОВАЯ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ ФОТОМОД, ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ, АЭРОФОТОСЪЁМКА.

В работе рассмотрены особенности фотограмметрических работ при инвентаризации автодорог на примере федеральной автомобильной дороги М-52 «Чуйский тракт». Проанализированы точности построения фототриангуляционных сетей при разных вариантах планово-высотного обоснования. Фотограмметрические работы выполнялись в программном комплексе Фотомод.

Содержание

Введение

1. Особенности фототопографической технологии, используемой при инвентаризации автодорог

1.1Краткая характеристика фототопографических технологий

1.2Аэрофотосъёмка при решении задач автодорожной службы

1.3Особенности планово-высотного обоснования, дешифрирования и фотограмметрического сгущения

1.4Документация при инвентаризации автодорог

2. Пространственная фототриангуляция для сгущения планово-высотного обоснования при создании планов автодорог

2.1 Обзор современных способов фототриангулирования

2.2Теоретические основы алгоритма программы Фотомод

2.3Технология фототриангулирования на цифровой фотограмметрической станции Фотомод

3. Экспериментальные работы

3.1Цель и программа эксперимента

3.2Анализ результатов производственной фототриангуляции

3.3Анализ результатов разных вариантов планово-высотного обоснования

3.4Выводы и предложения по результатам экспериментальных исследований

4. Расчет экономической эффективности аэрофототопографических технологий

5. Обеспечение безопасности жизнедеятельности и охраны труда

5.1 Обеспечение безопасности жизнедеятельности при работе с ПЭВМ

5.2 Обеспечение комфортных условий на рабочем месте (микроклимат, пыль)

5.3 Особенности охраны труда женщин и молодёжи

Заключение

Список используемых источников

Приложение В Результаты геодезического ориентирования для первого варианта планово-высотного обоснования

Приложение Г Результаты геодезического ориентирования для второго варианта планово- высотного обоснования

Приложение Д Результаты геодезического ориентирования для третьего варианта планово высотного обоснования

Приложение Е Результаты геодезического ориентирования для четвёртого варианта планово высотного обоснования

Приложение Ж Результаты геодезического ориентирования для пятого варианта планово высотного обоснования

Введение

фототопографический инвеантаризация фототриангуляция автодорога

Фотограмметрические методы находят широкое применение в лесном и сельском хозяйстве, использовании природных ресурсов и охране окружающей среды при линейных изысканиях и проектировании.

При дорожных изысканиях, проектировании и строительстве часто отдают предпочтение геодезическим методам. Однако, как показала практика, в труднодоступных районах (горные, заболоченные) более эффективен аэрофототопографический метод. Однако следует отметить, что на небольших объектах фотограмметрические методы не всегда рациональны из-за удорожания аэрофотосъёмочных работ.

Фотограмметрические методы, безусловно, имеют преимущества перед геодезическими. Главные из них - высокая информативность и достоверность, данные о местности, быстрое получение информации на большие территории и до 70 % процессов автоматизировано.

Учитывая это ОАО НФ «ИркутскгипродорНИИ» внедряет в своём производстве фототопографические методы при автодорожных изысканиях, проектировании, строительстве и инвентаризации дорог с использованием цифровых технологий. В дипломной работе поставлена цель, проанализировать особенности фототопографической технологии для решения автодорожных задач на конкретном объекте, федеральная автомобильная дорога М-52 «Чуйский тракт» протяжённостью 538,7 м в границах Республики Алтай.

Автор дипломной работы занималась обработкой аэрофотосъёмочных материалов в течение года (на производственной практике и в период дипломирования), получила производственный опыт и разобралась с технологическими положениями и особенностями отдельных процессов. Результаты производственных работ и исследований положены в основу дипломной работы. Наибольшее внимание уделено процессу пространственной фототриангуляции.

Дипломная работа состоит из пяти глав:

1)особенности фототопографической технологии, используемой при инвентаризации автодорог;

2)пространственная фототриангуляция для сгущения планово-высотного обоснования при создании планов автодорог;

3)экспериментальные работы;

расчёт экономической эффективности аэрофототопографический технологий;

обеспечение безопасности жизнедеятельности и охраны труда.

1. Особенности фототопографической технологии, используемой при инвентаризации автодорог

1.1 Краткая характеристика фототопографических технологий

При изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог используют планы, фотопланы, ортофотопланы, цифровые карты, одиночные снимки и др.

Принципиально структура фототопографических технологий при проектировании, изыскании, строительстве и инвентаризации автодорог не отличается от технологии создания топографических карт и планов, хотя и имеются особенности.

Для получения топографических карт и планов выполняется технологическое проектирование, которое производится в два этапа. На первом этапе разрабатывается общая технология создания карты и плана, определяются основные параметры аэрофотосъёмки, метод съёмки, определяются объёмы работ и их стоимость. Следующая стадия включает рабочее проектирование отдельных процессов. При рабочем проектировании детализируется технология по всем этапам создания топографических карт и планов.

В настоящее время в основном используют фототопографические способы создания карт.

Рассмотрим технологические схемы стереотопографического и комбинированного методов создания топографических карт и планов, так как данные виды съёмок считаются самыми универсальными и экономически выгодными.

Каждый вид применяемой технологии зависит от многих факторов: рельефа и характера застройки картографируемой территории, наличия фотограмметрических приборов, сроков выполнения работ и других.

Как правило, на первом этапе выбирается один из вышеприведенных вариантов технологии, а уже затем проектируются полевые или камеральные процессы.

Основным вариантом создания топографических карт и планов является стереотопографический метод. Этот метод наиболее совершенный из всех видов съёмок; обладает большой гибкостью, наиболее механизирован и культура производства этой технологии отвечает современному уровню научно-технического прогресса. Поэтому, этот способ должен использоваться всегда, если он экономически целесообразен и обеспечивает требуемую точность. Ниже приведена технологическая схема - создания карт стереотопографическим методом.



или

или

Рисунок 1 Технологическая схема создания карт стереотопографическим методом

Комбинированный аэрофототопографический способ используется тогда, когда стереотопографический способ не обеспечивает точность отображения рельефа. Такие условия возникают в следующих случаях:

земная поверхность покрыта сплошным лесом или кустарником, причём колебания высоты растительности превышает допустимую ошибку приведения горизонталей (отображения рельефа);

при крупномасштабных съёмках, когда травостой (летняя съёмка), старая трава (весенняя съёмка) или другие помехи не позволяют определить стереоскопически отметки земной поверхности с требуемой точностью;

при съёмках в масштабе 1:500, когда минимально допустимая высота фотографирования не обеспечивает требуемой точности определения отметок на стереоприборах.

Ниже приведена технологическая схема, используемая при создании топографических карт и планов комбинированным методом (рисунок 2).

Приведённые технологии действительны и для автодорожных изысканий.

Однако при использовании этих технологий для решения автодорожных задач отдельные процессы технологий имеют свою специфику. Свои особенности имеют аэрофотосъёмочные работы, процессы планово-высотного обоснования, фототриангуляции и создания графической документации.

В ОАО НФ «ИркутскгипродорНИИ» топогрфическую съёмку выполняли стереотопографическим методом. Следовательно, далее все процессы будут рассматриваться исходя из этого метода.



Рисунок 2 Технологическая схема создания карт комбинированным методом

1.2 Аэрофотосъёмка для решения автодорожных задач

Основные требования к аэрофотосъёмке для создания карт и специальных целей в основном одинаковые, но имеются некоторые отличия. Сначала рассмотрим общие требования.

Перед выполнением аэрофотосъёмки на какую-либо местность необходимо рассчитать её параметры: фокусное расстояние, высота фотографирования, масштаб съёмки, продольное и поперечное перекрытия. Для этих параметров существуют требования, рекомендации, наставления, которые указаны в инструкции по топографической съёмке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500.

Масштабы фотографирования, типы аэрофотоаппаратов, особенности требования к материалам аэрофотосъёмки предусматривается в техническом задании на выполнение аэрофотосъёмочных работ. Техническое задание на аэрофотосъёмку разрабатывается с учётом характера снимаемой территории и масштабов составляемых планов, требований к виду конечных топографических материалов, сроков выполнения работ и дополнительных требований к топографическим материалам, проектируемой технологии аэрофототопографической съёмки.

Фотографирование местности для стереотопографической съёмки рельефа в равнинных районах должно, как правило, выполняться аэрофотоаппаратами (АФА) с =70 мм, во всхолмлённых и горных районах - с =100 мм. Для застроенных территорий, если один и тот же залёт используется и для составления плана, и для стереоскопической рисовки рельефа, фотографирование местности следует выполнять АФА с =100 мм.

При выборе АФА для стереоскопической съёмки контуров следует учитывать, что ширина «стереоскопической мёртвой зоны», образуемой смещением изображений высоких объектов (зданий, деревьев и др.) в направлении от точки надира составляет:

При =100 мм - 0,7 высоты объекта

При =140 мм - 0.5 » »

При =200 мм - 0,35 » »

Для того чтобы не было необходимости учитывать разномасштабность изображений крыш и оснований построек при составлении фотопланов, фокусные расстояния АФА выбираются с учётом следующего:

Для фотопланов масштаба 1:5000 мм Lh/20;

1:2000 мм Lh/3,2:

1:1000 мм Lh/0,8;

1:500 мм Lh/0,2;

где h - преобладающая высота построек в м,

L - преобладающая протяжённость построек в метрах.

АФА, используемые для стереоскопической съёмки, должны обладать высокими метрическими свойствами.

Аэрофотосъёмка для стереоскопической рисовки рельефа при крупномасштабной съёмке должна выполняться только проверенными АФА, объективы которых исследованы в отношении дисторсии, оказывающей наибольшее влияние на точность определения высот.

Для съёмки используются чёрно-белые, цветные и спектрозональные аэроплёнки с противоореольной защитой на полиэфирной (лавсановой) и триацетатной основах.

Обеспечение аэроснимками границ объекта съёмки и съёмочных участков должно соответствовать действующим техническим требованиям к аэрофотосъёмке для топографических целей, которые оговариваются при заключении договора на выполнение аэрофотосъёмочных работ.

Направление маршрутов аэрофотосъёмки при фотографировании значительных по площади объектов, как правило, должно быть «запад-восток» или «восток-запад». При съёмке для целей изыскания допускается прокладка аэрофотосъёмочных маршрутов и по другим направлениям.

При выборе масштаба фотографирования для стереофотограмметрических работ учитывают заданную точность стереоскопической рисовки рельефа (или высот, подписываемых на плане), точность нанесения контуров и допустимые коэффициенты величены R (отношение масштаба плана к масштабу снимков) используемых стереофотограмметрических приборов.

Значения масштаба фотографирования (относительно точек местности с минимальными высотами) для стереотопографической съёмки, в зависимости от высоты сечения рельефа и применяемых АФА, должны быть не мельче указанных в таблице

Таблица 1

Рекомендуемые параметры аэрофотосъёмки

Высота сечения рельефа, м	Фокусное расстояние АФА, мм	Масштаб фотографиро вания	Высотная подготовка	Территория: 1 - незастр. 2 - застр.
Масштаб плана 1:5000
0,5	70 100	1:6500 1:5500	Спл. разр.	1 1, 2
1,0	70 100	1:12000 1:10000	То же	1 1, 2
2,0	70, 100 70, 100 140	1:20000 1:18000 1:15000	» »	1, 2 1, 2 2
5,0	70, 100 100,140 100,140	1:20000 1:20000 1:15000	» »	1 2 1, 2
Масштаб плана 1:2000
0,25	70 100	1:3500 1:3000	Спл. То же	1 2
0,5	70 100	1:6500 1:5500	Спл. или разр. То же	1 1, 2
1,0	70 100 70, 100	1:10000 1:10000 1:7000	» »	1 2 1, 2
2,0	70, 100 100,140	1:10000 1:7000	Разр. То же	1, 2 1, 2
Масштаб плана 1:1000
0,25	70 100	1:3500 1:3000	Спл. »	1 1, 2
0,5	70 100, 140	1:5000 1:3500	Спл. или разр. Разр.	1 1, 2
1,0	100, 140 140, 200	1:5000 1:3500	»	1, 2 1, 2
Масштаб плана 1:500
0,25	100 100, 140	1:3500 1:1750	Спл. »	1, 2 1, 2
0,5; 1,0	100, 140, 200 100, 140, 200	1:3000 1:1750	Спл. или разр. »	1, 2 1, 2

Значения масштабов фотографирования при изготовлении фотопланов определяемые в зависимости от заданного масштаба плана, фокусного расстояния АФА, даны в таблице 2.

Таблица 2

Значения масштабов при изготовлении фотопланов

Масштаб плана	Масштаб Фотографирования	Фокусное расстояние АФА, мм
1:5000	1:20000 1:15000 1:10000	200, 100 350 350, 200, 100
1:2000	1:8000 1:4500	500, 350, 200 500, 350, 200
1:1000	1:5000 1:2400	500, 350, 200 500, 350, 200
1:500	1:3000 1:1200	500, 350, 200 500, 350, 200

При аэрофотосъёмке городов для топографических съёмок в масштабах 1:1000 и 1:500целесообразно поперечное перекрытие задавать равным 60%, чтобы имелась возможность стереоскопически рассматривать детали построек минимум с двух сторон.

Аэрофотосъёмка площади участка может выполняться одним аэрофотоаппаратом или двумя одновременно.

Аэрофотосъёмка одновременно двумя АФА с получением дополнительным АФА крупномасштабных аэрофотоснимков для целей дешифрирования проектируется в тех случаях, когда фотограмметрические работы производятся по аэрофотоснимкам мелкого масштаба (полученных основным аэрофотоаппаратом), не позволяющим выполнить дешифрирование с необходимой полнотой и подробностью.

Аэрофотосъёмку с большим количеством древесной растительности следует выполнять в период отсутствия листвы.

Аэрофотосъёмка крупных речных долин выполняется в период меженного уровня воды в реках. В зоне водохранилищ аэрофотосъёмку следует выполнять при нормальном подпорном горизонте, который может приходиться на разные сезоны года. На прибрежных участках с выраженными приливно-отливными явлениями рекомендуется выполнять при одном из предельных уровней [16].

Все перечисленные требования, определённые настоящими инструкциями и наставлениями по топографической съёмке параметров аэрофотосъёмки, действительны и для автодорожных задач.

Для уточнения можно руководствоваться рекомендациями, изложенными в публикации А.Н. Лобанова, И.Т. Антипова и П.Д. Гука.

Рассмотрим выбор параметров аэрофотосъёмки для стереотопографической технологии с учётом различных рекомендаций.

Точность определения элементов ориентирования снимков зависит от способа взаимного ориентирования связок (условие коллинеарности или компланарности), а также выбранной системы координат, но пропорциональность меры точности от фокусного расстояния остаётся во всех случаях.

Производственный опыт свидетельствует о целесообразности использования АФА с в основном для стереотопографической съёмки плоскоравнинных открытых районов, где возникают трудности с отображением слабо выраженных форм рельефа.

Однако следует иметь в виду, что при больших перепадах высот на местности в пределах одной стереопары может оказаться, что разность продольных параллаксов

(1)

будет слишком большой. Если P 15 мм, то стереоэффект становится неустойчивым, а точность стереоизмерений низкой. Поэтому следует определить , при котором P 15 мм. Преобразовав известную формулу

(2)

(умножим её на f/f и примем H/f = m), получим рабочую формулудля расчёта :

, (3)

где b - базис в масштабе снимка;

m - масштаб съёмки.

Более мелкий масштаб получается не только за счёт уменьшения фокусного расстояния, но и за счёт увеличения высоты фотографирования. Поэтому стремятся выбрать максимально допустимую высоту фотографирования. Критерием допустимости является точность, которая должна быть обеспечена выбранными параметрами аэрофотосъёмки (f и H).

Для определения параметров, обеспечивающих заданную точность, пользуются формулами, полученными дифференцированием формул прямой фотограмметрической засечки. Для высот точек Z (h) в одиночной модели средняя квадратическая ошибка выражается формулой:

(4)

или

(5)

для плановых координат x, y

(6)

или, полагая , получим

. (7)

Общая ошибка в плане () выразится формулой

(8)

В формуле (6), (7), (8) , - средние квадратические ошибки трансформированных значений продольных параллаксов и координат точек снимков.

Для определения из (8) получим

, (9)

где - допустимая средняя квадратическая ошибка отображения рельефа на карте (плане), заданная нормативными допусками по топосъёмке соответствующего масштаба;

b - базис в масштабе снимка, вычисляемый по формуле

, (10)

где Px - продольное перекрытие аэрофотоснимков;

- средняя квадратическая ошибка трансформированного продольного параллакса.

Значения определяется ошибками измерения продольных и поперечных параллаксов и вычисляются по формуле:

. (11)

Величины определяются по статистическим данным производства по точности определения высот точек местности и одиночной модели, т.е. при рисовке рельефа на универсальных приборах [9].

По данным формулам получены следующие параметры аэрофотосъёмки: 44 мм, у используемой камеры RC-30 303,223 мм, 0,46 м, 0,28 м, 920 м, =3000.

Рассмотрим выбор параметров аэрофотосъёмки, предложенный автодорожниками.

Параметры аэрофотосъёмки выбирают в зависимости от масштаба создаваемого плана (таблица 3) [4].

Таблица 3

Рекомендуемые параметры аэрофотосъёмки

Параметры	Масштабы планов
	1:500	1:1000	1:2000	1:5000	1:10000
Фокусное расстояние АФА f, мм	100 - 200	70-200	70-200	70-200	70-200
Масштаб аэрофото съёмки	1:1000 -1:3000	1:3500 - -1:6000	1:5000- -1:12000	1:5000- -1:20000	1:10000- -1:40000

Сравнивая расчётные параметры и рекомендации автодорожников видно, что они мало отличаются. В расчётах масштаб аэрофотосъёмки получился крупнее, за счёт того, что использовались аэрофотоаппараты с большим фокусным расстоянием. Высота фотографирования практически одинаковая.

Основные параметры аэрофотосъёмки получают по следующим формулам:

высота фотографирования

; (12)

продольное Px и поперечное Py перекрытия

, (13)

где h - максимальный перепад высот точек местности в пределах снимка;

базис фотографирования

, (14)

где =60%.

4) расстояние между смежными маршрутами

, (15)

где , - формат снимка (23*23 см),

=30% [3].

Для используемых в дипломной работе материалов получим следующие параметры, вычисленные по рекомендациям автодорожников: = 2120 м, 54%, 38%, 740,6 м, 998,2 м.

Особенностью аэрофотосъёмки при решении автодорожных задач является следующее: при создании топографических карт и планов выполняется площадная аэрофотосъёмка по параллелям, в автодорожных же работах выполняется маршрутная аэрофотосъёмка. Вдоль трассы автодороги прокладываются одиночные или спаренные аэрофотосъёмочные маршруты. Спаренные маршруты прокладываются для уменьшения числа секций съёмочных маршрутов.

1.3 Особенности планово-высотного обоснования, дешифрирования и фотограмметрического сгущения

Прослеживая порядок технологии создания карт и планов, следующими этапами будут планово-высотное обоснование, дешифрирование и фотограмметрическое сгущение. Эти процессы почти не отличаются от технологии топографических задач. Но имеются некоторые особенности при автодорожных изысканиях.

Планово-высотное обоснование выполняется по той же технологии что при создании карт и планов. Особенностью является то, что при инвентаризации автодороги опознаки размещают по линии трассы автодороги, то есть близко к оси аэрофотосъёмочного маршрута, и ставят достаточное количество опознаков по краям маршрутов, так как отсутствует контроль на стыках маршрутов, для того, чтобы обеспечить надёжную стыковку со смежными маршрутами. По нашему мнению, необходимо делать планово-высотное обоснование по краям маршрута ещё и для того, чтобы избежать кручения маршрута, а по дороге геодезические работы выполнялись для конкретных автодорожных задач.

Особенности дешифрирования автодорожников в том, что они опознают необходимые для автодорожных задач объекты.

При дешифрировании автомобильной дороги М-52 «Чуйский тракт» особое внимание уделялось объектам:

-дорожные знаки, а также делились по типам;

-коммуникации (трубы, мосты, ограждения);

-выемки и насыпи.

Также при дешифрировании используется паспорт автодороги с характеристиками труб, мостов, видами и количеством дорожных знаков, отображаются все съезды и примыкающие дороги разных классов. Производится выноска характеристики автодороги (ширина покрытия, общая ширина) и подпись километража.

Особенности аэрофотосъёмки и планово-высотного обоснования влияют на технологию фотограмметрического сгущения.

Фотограмметрическое сгущение для автодорожных целей имело свои особенности в том, что точки сгущения наносились в основном вдоль линии трассы автодороги, а остальные распределялись равномерно по всей модели.

Так как аэрофотосъёмка, как правило, маршрутная (редко двухмаршрутная), при планово-высотном обосновании необходимо особое внимание обращать на края маршрутов и обеспечить надёжный контроль конечной точности фототриангуляции в этих местах.

1.4 Документация при инвентаризации автодорог

Выполнив в определённом порядке все процессы топографической технологии, создаётся документация необходимая при инвентаризации федеральной автомобильной дороги М-52 «Чуйский тракт». В АО НФ «ИркутскгипродорНИИ» следующий перечень предоставляемой ими документации:

-утверждённые в установленном порядке цифровые инженерно-топографические ортофотопланы земельных участков в масштабе 1:2000 на машинных носителях в формате данных.SXF (ГИС «Панорама»);

-утверждённые в установленном порядке цифровые инженерно-топографические ортофотопланы земельных участков в масштабе 1:2000 в графическом виде;

-ортофотопланы масштаба 1:2000 в системе координат 1963 года на обрабатываемую территорию на машинных носителях в формате данных.TIFF;

-каталоги координат и кроки (абрисы) межевых знаков;

-утверждённые акты установления и согласования границ земельных участков со смежными землепользователями;

-технические отчёты о выполнении инженерно-геодезических изысканий на район работ (промежуточных - по этапам выполнения работ и итоговый);

-другие отчётные материалы в соответствии с требованиями строительных норм и нормативных технических документов, указанных технических документов.

2. Пространственная фототриангуляция для сгущения планово-высотного обоснования при создании планов автодорог

2.1 Обзор современных способов фототриангулирования

При создании проектировании, изыскании и строительстве инженерных сооружений приходится определять качественные и количественные характеристики различных объектов.

Существует много различных способов решения этих задач, большинство из них основано на непосредственном контакте с объектом, исключение составляет фотограмметрический метод. Достоинством этого метода является бесконтактность; объективность, оперативность и высокая точность полученных данных; высокая информативность и максимально возможная степень автоматизации выполняемых процессов.

Выполнить вышеперечисленные виды работ геодезическим способом дорого, а зачастую просто невозможно. Были разработаны фотограмметрические методы выполнения этих работ.

Одним из основных процессов фотограмметрической технологии является сгущение съёмочного обоснования способом фототриангуляции.

Фототриангуляция это процесс построения трёхметных моделей объекта, по группе снимков принадлежащих одному или нескольким съёмочным маршрутам. Как и при построении одиночной модели для внешнего ориентирования фототриангуляционной сети используют опорные пункты.Число опорных пунктов обратно пропорционально точности и жёсткости самой сети. Другой путь уменьшения полевых работ заключается в определения элементов внешнего ориентирования снимков в процессе аэрофотосъёмки. Главным вопросом дипломной работы является фототриангуляция, выполняемая для решения задач возникающих при автодорожных изысканиях, проектировании, строительстве и инвентаризации. В связи с этим вопросу развития фототриангуляции, её современного состояния и перспективах уделено большое внимание.

Первые способы фототриангулирования были графическими, основанными на свойстве планового аэроснимка. На основе опытных работ по пространственной фототриангуляции на стереопланиграфе А. С. Скиридов изобрёл прибор стереоуниверсал и разработал аналитический способ фототриангулирования с применением этого прибора.

В Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэросъёмки и картографии (ЦНИИГАиК) Г. П. Жуков и Г. В. Романовский разработали дифференциальный способ пространственной фототриангуляции, включающий графическую радиальную фототриангуляцию с аналитическим определением высот по исправленным разностям продольного параллакса.

Дальнейшее развитие фототриангуляции показало, что радиальная фототриангуляция позволяет определить не только плановое положение точек местности, но и их высоты.

Затем возникла и начала развиваться пространственная фототриангуляция на универсальных приборах.

Широкое и эффективное применение аналитической фототриангуляции в аэрофотогеодезическом производстве стало возможным после изобретения электронных ввычислительных машин [13].

В настоящее время имеется большое количество теоретических и практических разработок. В области аналитической фототриангуляциип предложены и успешно используются на производстве целый ряд способов фототриангулирования. Возникает необходимость в их классификации.

В основу классификации, предложенной М.И. Булушевым [15] положены: вид, назначение, форма сети; фотограмметрическое качество исходных материалов; порядок использования геодезической опоры; элемент уравнивания; размер элементарного звена; геометрические условия, используемые при уравнивании.

Пространственная фототриангуляция выполняется, в большинстве случаев, для определения геодезических координат точек местности. И в зависимости от вида конечных результатов фотограмметрические сети можно разделить на: плановые, высотные и пространственные. По назначеню фотограмметрические сети могут быть каркасными и заполняющими. По форме различают маршрутную, многомаршрутную или блочную фототрингуляцию.

Под фотограмметрическим качестврм, в данном случае, понимается величина продольного и поперечного перекрытия снимков. Обычно аэрофотосъёмка выполняется с 60% продольным и 30% поперечным перекрытиями, но иногда эти параметры изменяются.

В зависимости от порядка использования геодезической опоры фотограмметрическая сеть может быть: зависимой - при наличии тавномерно расположенных опознаков сеть строится сразу в геодезической системе координат; независимой - сеть строится без использования опознаков, в произвольной системе координат; частично-зависимой - если в процессе построения сети применяются дополнительные данные, полученные физическими методами (координаты точек фототриангулироования, показания высотомера, статаскопа и др.).

В качестве элемента уравнивания может использоваться либо связка проектирующих лучей, либо модель местности.

Размер элементарного звена сети зависит от числа входящих в него снимков, и может представлять из себя: связку проектирующих лучей - отдельный снимок; стереопару - одиночная модель; двойную модель; модель подблока; модель маршрута. Кроме своего размера, элементарные звенья отличаются друг от друга и видом определяемых велечин, а также порядком их соединения в единую цепь.

Изложенная классификация не является полной, она лишь отражает различные аспекты построения фотограмметрических сетей и является основной для следующих методов:

-способ независимых моделей;

-способ частично-зависимых моделей;

-способ зависимых моделей;

-способ совместного определения и уравнивания элементов внешнего ориентирования снимков и координат точек местности - способ связок;

-способ раздельного уравнивания элементов внешнего ориентирования снимков и координат точек местности;

-способ вставки «точка-снимок»;

-построение сетей без определения угловых элементов внешнего ориентирования снимков;

-построение сетей без определения линейных элементов внешнего ориентирования снимков;

-построение сети фототриангуляции на основе предварительно уравненных угловых элементов ориентирования снимков;

-построение сетей путём жёсткого подориентирования связок;

-комбинированный способ;

-построение блочной сети объединением независимых моделей;

-построение блочной сети объединением маршрутов;

-построение блочной сети объединением триплетов;

-построение блочной сети объединением подблоков;

-построение сетей с использованием квазиснимков;

-построение сетей на предельно разреженном геодезическом обосновании;

-построение блочной сети по материалам аэрофотосъёмки выполненной двумя камерами;

-построение блочной сети при увеличенных перекрытиях снимков;

-построение сетей без использования связующих точек.

И. В. Антиповым был разработан программный комплекс ФОТОКОМ-32. указанный комплекс представляет собой ряд взаимосвязанных программ, с помощью которых эффективно выполняется фотограмметрическое сгущение и решаются сопутствующие этому задачи. Комплекс позволяет: развивать пространственную аналитическую фототриангуляцию в виде маршрутных и блочных сетей разнообразной конфигурации, в том числе с каркасными и взаимно перекрёстными маршрутами; вставлять в уравненную фототриангуляционную сеть неограниченное количество дополнительных точек; выдавать каталоги координат и высот точек уравненной фототиангуляционной сети по маршрутам или листам карты [2] способом связок. Особенностью способа связок, разработанного профессором А. Н. Лобановым, является то, что фотограмметрическая сеть строится и уравнивается сразу по всем снимкам блока или маршрута. Для каждой точки снимка, включенной в фотограмметрическую сеть, записываются два уравнения коллинеарности связывающие координаты точки на местности и на снимке. Задав приближённые значения неизвестных - элементов внешнего ориентирования снимков и координат точек местности, и решив, под условие минимума суммы квадратов невязок, записанные для всех точек уравнения коллинеарности находят поправки к приближённым значениям неизвестных. Решение продолжается до тех пор пока поправки к приближённым значениям неизвестных не станут пренебрегаемо малы. Геометрическая сущность уравнений коллинеарности позволяет строить фотограмметрические сети непосредственно в геоцентрической системе координат или в системе координат Гаусса-Крюгера без определения элементов взаимного ориентирования снимков. Конечно, не исключается и случай построения свободной маршрутной сети с последующим внешним ориентированием её по опорным точкам [14].

Главным достоинством описываемого метода является его полное соответствие теории наименьших квадратов. Это обусловлено тем, что уравниваются непосредственно измеренные величины, а не их функции. Способ связок универсален и позволяет совместно с решением уравнений коллинеарности решать, с учётом весов, практически любые уравнения описывающие геометрические связи между элементами уравниваемой сети [13].

Если при построении сети способом связок кроме условия коллинеарности использовать условие компланарности векторов, то за счёт увеличения числа уравнений при том же количестве неизвестных, можно несколько улучшить обусловленность матрицы нормальных уравнений. Порядок совместного использования уравнений коллинеарности и компланарности приводится пример в работе профессора А. Г. Чибуничева.

При построении сети по способу связок необходимо соблюдать условия Гаусса-Маркова: в измерениях должны отсутствовать грубые ошибки, а систематические ошибки должны быть на порядок меньше случайных. Исходя из изложенного, способ связок применяют только для уравнивания сети, используя в качестве приближённых значения неизвестных, полученных при построении сетей иным способом [16].

Также программный комплекс Фотоком-32 позволяет выдавать ведомости элементов стереофотограмметрических приборов и фототрансформаторов; осуществлять калибровку аэрофотосъёмочных или измерительных приборов, составлять их паспорта и учитывать данные калибровки при вычислительной обработке результатов измерений снимков; создавать аналитические модели местности и снимков и решать по ним задачи технического проектирования и исследовательского характера [2].

Кроме названного комплекса И. Т. Антиповым завершён в 2002 г. и сразу же начал быстро внедряться в производство специализированный программный комплекс Фотоком для цифровой фотограмметрической станции ЦНИИГАиК. Вместе с основным программным обеспечением ЦФС этот компонент обеспечивает выполнение фототриангуляции в режиме on-line [2].

Из обзора аналитических способов фототриангуляции можно сделать следующие выводы. Все перечисленные способы сыграли определённую роль в развитии теории и практике аналитических построений.

В настоящее время математические положения аналитической фототриангуляции достигли совершенства и остаются неизменными при переходе на цифровую фототриангуляцию. Однако при переходе на цифровую фототриангуляцию появляется новое направление, связанное с автоматизацией процессов измерения, которые пока находятся в стадии развития.

С точки зрения алгоритма построения сетей фототриангуляции признаны способы, обеспечивающие использование всех связей, как вдоль маршрутов, так и между ними, предусматривающие уравнивание измеренных велечин строгими математическими методами, обеспечивающие максимально возможное исключение систематических и грубых ошибок.

По этим условиям наиболее современным следует признать комплекс программ, разработанный д.т.н. Антиповым И. Т., Фотоком.

В ОАО НФ «ИркутскгипродорНИИ» предпочтение отдали Фотомоду по той причине, что Фотоком в это время ещё не был переведён на цифровую обработку. Недостаток Фотомода заключается в том, что уравниваются не измеренные величины, а функции от них.

Далее Фотомоду будет уделено особое внимание, так как в работе использовался этот программный комплекс.

2.2 Теоретические основы программы Фотомод

Разработчики программы Фотомод считают алгоритм секретом фирмы. Однако, из анализа программы можно сделать вывод, что основу алгоритма взяты способы построения маршрутных и блочных сетей фототриангуляции объединением независимых моделей. Поэтому для изложения теоретической сущности использован классический способ, опубликованный в работе «Аналитическая фототриангуляция с применением ЭВМ», авторами которого являются А. Н. Лобанов, В. Б. Дубиновский, Р. П. Овсянников.

Конечно алгоритм, принятый в программе Фотомод, имеет свои особенности, но основные положения должны быть одинаковы. Ниже излагается сущность классического способа построения фототриангуляции объединением независимых моделей.

В способе построения блоков объединением независимых моделей вначале строят одиночные модели в фотограмметрической системе координат (без геодезического ориентирования). Для того, чтобы координаты всех моделей получить в единой системе координат, надо определить элементы внешнего ориентирования моделей Xo, Yo, Zo, е, з, н, t относительно геодезической системы координат.

Создавая блочную сеть, определяют эти элементы из совместного преобразования всех моделей. В качестве исходного условия примем равенство координат связующих точек.

Пусть связующая точки местности имеет координаты X, Y, Z в системе данной модели и , , - в системе соседней i-й модели. После соединения моделей получим равенства

. (16)

Допустим, что элементы ориентирования i-й модели известны точно, а элементы ориентирования данной модели - лишь приближённо. Обозначим эти приближённые значения через , , , , , , и поправки к ним - через , , , , , , .

Тогда вместо (16) напишем



. (17)

.

Введём обозначения коэффициентов

(18)

, (18)

и составим уравнения поправок



. (19)

Значения коэффициентов этих уравнений равны

;

; , (20)

; ;

;

где

; ;

.

По координатам одной связующей точки составляют три уравнения вида (19) с семью неизвестными. Для определения этих неизвестных, следовательно, надо брать не менее трёх точек. Центр проекции общего снимка двух моделей тоже считается связующей точкой, но с бо?льшим весом, чем другие точки моделей.

Решая уравнения (19) под условием [pvv] = min, находим поправки к приближённым значениям элементов ориентирования данной модели. Введя поправки, вновь перевычисляют коэффициенты (20) и свободные члены (20), составляют новые уравнения (19) и находят новые поправки к искомым неизвестным. Так действуют до тех пор, пока очередные поправки будут пренебрегаемо малыми.

Окончательные значения элементов преобразования координат точек данной модели в систему координат i-й модели будут равны

. (21)

По этим элементам, используя формулы

(22)

перевычисляют координаты всех точек данной модели. На этом заканчивается присоединение одной модели к другой.

Построение блочных сетей из независимых моделей производится по аналогичной схеме. Только исходными считаются все модели, имеющие общие точки с данной моделью.

Уравнения вида (19) составляют сразу по всем общим точкам. Элементы преобразования данной модели находят в зависимости от положения всех окружающих моделей. Уточнив положение данной модели, аналогично обрабатывают вторую и все последующие модели, входящие в блок. При этом ранее исправленные модели для последующих являются исходными.

Когда таким путём обработаны все модели, цикл повторяют. Приближения делают до тех пор, пока сеть не будет окончательно уравнена, т.е. когда поправки в очередной итерации по всем моделям станут меньше заданного допуска.

Затем по окончательно полученным элементам ориентирования моделей, используя формулы (22), вычисляют координаты всех точек каждой модели в единой системе. При этом для связующих точек получаются по два, три и более значений координат, хотя и мало отличающихся одно от другого. Точки, находящиеся «внутри» моделей, имеют единственные координаты. Эта разнородность уравнивания по площади блока в большинстве случаев практического значения не имеет.

Внешнее ориентирование сети выполняют с использованием полиномов, которые должны учитывать деформации по всем направлениям.

Чтобы построить сеть сразу в геодезической системе координат, надо к уравнениям (16), которые составляют по координатам связующих точек, добавить уравнения вида

, (23)

где Xг, Yг, Zг - геодезические координаты опорной точки, расположенной в пределах данной модели. Из (23) получаются уравнения поправок с теми же неизвестными, что и в уравнениях (19)

. (24)

Здесь

, (25)

где ,..., - вычисляют по формулам (20).

Если опорная точка имеет только плановые координаты, то для неё составляют только первые два уравнения (24), для высотной точки - только одно (третье) уравнение [12].

2.3 Технология фототриангулирования на цифровой фотограмметрической станции Фотомод

При инвентаризации автодорог в ОАО НФ «ИркутскгипродорНИИ» было принято решение выполнят фотограмметрические работы на цифровой фотограмметрической станции Фотомод.

Программный модуль Фотомод АТ служит для выполнения комплекса работ по построению маршрутных и блочных сетей фототриангуляции. В программе предусмотрена обработка исходных данных в модуле Фотомод АТ, внутреннее ориентирование, ввод координат и измерение опорных точек, измерение связующих точек в областях продольного и поперечного перекрытия. После обработки всех необходимых исходных данных происходит уравнивание блока фототриангуляции в модуле Фотомод Solver. Конечной целью по построению и уравниванию сетей фототриангуляции является определение значений элементов внешнего ориентирования снимков, которые используются при следующей фотограмметрической обработке стереопар снимков в программных модулях Фотомод DTM и Фотомод StereoDraw.

Так как преддипломная практика выполнялась в программном модуле Фотомод АТ, то внимание будет отведено именно этому модулю.

Работа в модуле Фотомод АТ организована как последовательность выполнения 5 этапов.

При работе с обработанным проектом рекомендуется последовательно проходить все этапы. В этом случае текущие изменения приводят к обновлению файлов данных измерений и результатов.

Фотомод АТ включает следующие этапы обработки:

данные о проекте (этап 0) - показывает текущее состояние проекта. В нём отображаются такие данные о проекте как его имя, тип и описание. Также есть функции удаления измерений координатных меток, удаления каталога и измерений опорных точек, удаления измерений связующих точек, удаления измерений всех точек.

б) внутреннее ориентирование (этап 1). Внутреннее ориентирование выполняется с целью вычисления значений параметров, определяющих положение и ориентацию системы координат снимка относительно системы координат исходного цифрового изображения, описывающие систематическую деформацию снимка.

Значения параметров, определённых в результате выполнения внутреннего ориентирования, используются для преобразования результатов измерений из системы координат исходного цифрового изображения в систему координат снимка.

В окне «внутреннее ориентирование» есть функции выполнения ориентирования, удаление измерения координатных меток снимка, добавления камеры, информация о камере.

Затем выбирается функция «выполнить ориентирование». При выполнении внутреннего ориентирования в нижней части окна показывается таблица с координатами координатных меток (x, y) значком измерена «+» или нет «-» данная метка и остаточные расхождения координат меток Ex и Ey, которые появляются в результате выполнения внутреннего ориентирования только для камер с известными координатами координатных меток.

Для измерения координатных меток следует выбрать координатную метку в таблице меток. Затем выбрать точное позиционирование маркера на выбранную метку.

После измерения двух новых меток при выборе третьей и последующих меток в списке происходит автоматическое позиционирование маркера в окрестности текущей метки.

После измерения координат меток необходимо произвести внутреннее ориентирование при помощи кнопки «вычислить».

В случае удовлетворительного результата следует сохранить измерения и перейти к следующему изображению, а если результаты внутреннего ориентирования не укладываются в допуски, то координаты меток перемеряются по той же схеме что и при измерении координатных меток, но при более крупном увеличении.

в)измерение опорных точек (этап 2) - ввод, опознавание и измерение опорных точек на отдельных снимках маршрута. Работа с опорными точками в модуле Фотомод АТ происходит в два этапа - ввод координат опорных точек и положение опорных точек на изображениях.

Вначале выбирается кнопка «каталог опорных точек». Для каждой точки вводится имя опорной точки, её X, Y, Z координаты и значения весов по каждой координате. Поле «Тип» используется для выбора типа той или иной точки - Опорная (по умолчанию) или Контрольная. Контрольные точки не участвуют в уравнивании сети фототриангуляции, а используются для контроля точности. Система Фотомод работает с планово-высотными, высотными и плановыми точками.

Помимо ручного ввода значений координат предусмотрен их импорт из текстового файла.

По завершении ввода координат опорных точек необходимо измерить (опознать) их на изображении. На закладке «Измерение опорных точек»расположены два списка: «Изображение» с именами снимков и маршрутов и «Опорные точки» с именами опорных точек и именами снимков, на которых каждая из них была измерена. В столбце «+/-» списка «Опорные точки» показано была ли измерена точка на снимке или нет. Если точка измерена, в этом столбце отображается имя соответствующего снимка, если нет - символ «-».

Чтобы измерить опорную точку на снимке, необходимо выбрать нужный снимок из списка и нажать кнопку «Измерить точку». Опорные точки должны быть точно опознаны и измерены только на одном из снимков. На других снимках опорные точки будут измерены при выполнении этапов 3 и 4.

Для измерения опорной точки на снимке необходимо:

выбрать её имя в списке левой кнопкой мыши или стрелками клавиатуры,

указать маркером её точное местоположение на снимке,

зафиксировать измерение нажатием соответствующей кнопкой.

Для перемещения измеренной точки в положение маркера необходимо:

выбрать точку в списке,

поместить маркер в новое место,

нажать кнопку «переместить в положение маркера».

Для удаления измеренной точки на снимке необходимо:

выбрать точку в списке,

нажать кнопку «удалить точку».

После измерения двух новых точек при выборе третьей и следующих точек в списке происходит автоматическое позиционирование маркера в окрестности текущей точки.

г)межмаршрутные связи (этап 3) - измерение опорных точек и связующих точек на перекрывающихся снимках соседних маршрутов (в области поперечного перекрытия). Для построения сети пространственной фототриангуляции на стереопарах, помимо опорных точек, необходимо измерить связующие точки, служащие для построения моделей по стереопарам смежных снимков маршрута для объединения их в маршрутные и блочные сети.

Стереоскопическое измерение может выполняться тремя способами:

Ручным позиционированием точки на каждом из изображений;

Ручным позиционированием точки на одном из изображений, с переносом её на другое изображение с помощью коррелятора;

Ручным позиционированием точки в трёхмерном пространстве в стереорежиме.

Примечание - После ввода точки, связующей маршруты,результаты взаимного ориентирования для снимков, содержащих введённую точку, сбрасываются, поэтому ввод межмаршрутных связей должен предшествовать ориентированию стереопар внутри маршрутов.

В окне закладки 3 содержится два списка изображений: «Маршрут 1» и «Маршрут 2». Выбор маршрутов производится после нажатия соответствующей кнопки, расположенной над каждым из списков.

Для ввода связующих точек выбираются два снимка соседних маршрутов, выбрав сначала маршруты, которым они принадлежат, а затем - сами снимки и нажать соответствующую кнопку.

Ввод и перенос межмаршрутных связующих точек, опорных точек и точек сгущения практически полностью аналогичен описанному в следующем пункте. Для ввода и переноса межмаршрутных связующих точек в стереорежиме используется режим стереокомпаратора.

Примечание - В отличие от описанного в следующем пункте измерения точек на соседних снимках маршрута в данном случае не проводится взаимное ориентирование и не вычисляются поперечные параллаксы.

д)измерение точек сети (этап 4) - измерение опорных и связующих точек на перекрывающихся снимках одного маршрута (в области продольного перекрытия). В окне «Измерение точек сети» знак «+» или «-» показывает, производились или нет измерения точек на данной стереопаре.

На этапе 4 имеются такие функции: выполние ориентирования, показ схемы, на которой отображены перенесённые на сосоедние стереопары опорные и связующие точки, перевычисление взаимного ориентирования.

При измерении опорных и связующих точек с помощью коррелятора выбирают точку из списка или в растровом окне. При этом измерительная марка точно позиционируется на снимке, на котором она была ранее измерена. На другом снимке стереопары позиционирование выполняется приближённо для первой точки. Затем используют кнопку «Перенести с корреляцией». Для перемещения точки в положение маркера используется кнопка «Переместить в положение маркера».

В программном модуле Фотомод АТ существует контроль точности взаимного ориентирования снимков и сравниваются расхождения измерений точек на соседних стереопарах.

В окне «Объединение моделей» появляется список всех связующих точек, находящихся в зоне тройного перекрытия с расхождениями координат в масштабе снимка или в «реальном масштабе». В процессе контроля точности измерения связующих точек можно исключить точку из процесса объединения моделей нажатием соответствующей кнопки в столбце +/-.

После измерений точек сети в программном модуле Фотомод АТ выполняется уравнивание фототриангуляционной сети измерений в модуле Фотомод Solver.

При нажатии определённой комбинации кнопок производится уравнивание сети, и в итоге выдаётся «отчёт». «Отчёт» содержит расхождения координат после уравнивания и номера точек, на которых имеются ошибки. В программе предусмотрен выбор метода уравнивания фототриангуляционной сети: метод независимых маршрутов используется для выявления грубых ошибок, таких как неверно заданные координаты опорных точек, ошибки позиционирования опорных точек и связующих точек и др., метод независимых стереопар используется для повышения точностей, достигнутых первым методом уравнивания [10].

3. Экспериментальные работы

3.1 Цель и программа эксперимента

При проведении экспериментальных работ были поставлены цель выполнить анализ производственной фототриангуляции, выполненной на объекте федеральной автомобильной дороги М-52 «Чуйский тракт», а также выполнить анализ точности фототриангуляции при разном количестве и размещении планово-высотных опознаков.

Используемые аэрофотосъёмочные материалы характеризуются следующими параметрами:

-камера RC-30;

-фокусное расстояние 303,223 мм;

-высота фотографирования над средней плоскостью 2100 м;

-формат снимка 23*23 см;

-масштаб съёмки 1:7000;

-базис фотографирования 500 м;

-длина данного маршрута 25410 м.

Работы выполнялись с целью создания ортофотоплана и карты в масштабе 1:2000, высотой сечения рельефа 1 м. Цифровые снимки получены с помощью сканера фирмы Microtek марки Scan 9800 XL с разрешением 20 мкм.

При выполнении первой части эксперимента главное внимание уделялось анализу исходных материалов и ошибкам сопровождавших построение сети фототриангуляции, а также соответствия полученных результатов нормативными требованиями.

При выполнении второй части исследований было выполнено фототриангулирование при разных вариантах планово-высотного обоснования. При этом преследовалась цель - определить оптимальный вариант количества и расположение опознаков, а также способы определения их координат и высот.

3.2 Анализ результатов производственной фототриангуляции

Для анализа точности производственной фототриангуляции, выполнено в ОАО НФ «ИркутскгипродорНИИ»был взят маршрут из 11 стереопар. Характеристика аэрофотосъёмочных параметров приведена выше, а схема планово-высотного обоснования приведена в приложении В.

Перед фототриангулированием были подобраны аэрофотоснимки нужного маршрута, а также снимки соседних маршрутов, т.е. предыдущий маршрут и последующий для того, чтобы найти перекрывающиеся снимки, а по ним уже найти опознаки с соседних маршрутов. Номера перекрывающихся снимков подбирались по репродукциям фотосхем. Из анализа материалов следует, что в целом фотограмметрическое качество удовлетворительное, однако имеются случаи отклонения от нормы. При выполнении аэрофотосъёмки на некоторых маршрутах присутствовала «ёлочка» до 20є, соответственно продольное и поперечное перекрытия также имели отклонение от нормы. Кроме того, в отдельных случаях наблюдается разномасштабность. Эти отклонения были вызваны удовлетворительным качеством аэрофотосъёмки.

...