§ 11. Специальное аэросъемочное оборудование

При топографической аэрофотосъемке кроме аэрофотоаппарата применяют вспомо­га­тельное оборудование, обеспечивающее ста­били­зацию съемочной камеры, контроль вы­соты, скорости, прямоли­нейно­сти полета, интервала между экспозициями, заход на оче­редной съе­мочный мар­шрут и определение данных для последующей фотограм­метрической обра­ботки – высоты фотографирования, превышений между центрами фотографирования, их коорди­наты и др. С этой це­лью на борту само­лета устанавливают статоскоп, радио­вы­сотомер, гиро­стаби­лизирую­щую установку и др.

Статоскоп представляет собой высокочувствительный диффе­рен­ци­альный баро­метр, позволяющий измерять изменение давления воздуха, возникающие при колебании вы­соты фотографирования. Спо­соб основан на известном положении, что при малых разностях вы­сот (порядка 50–100 м) ко­лебание высоты полета H связано с разностью давления p и баромет­рической ступенью Q_H простой ли­нейной зависимостью

H = Q_H p.

Поскольку барометрическая ступень для стандартной атмосферы из­вестна, для опре­деле­ния превышения между центрами фотографи­ро­ва­ния необходимо лишь измерить раз­ность давлений в точках съемки.

Д ифференциальный барометр представляет собой две U-образные трубки, частично за­полненные жидко­стью. Конец одной из трубок непо­сред­ственно перед началом фотогра­фи­рова­ния запирается, и по­сле этого изменения высоты полета выявляются в виде разности уров­ней жидкости в двух коленах. Изо­бражения обоих уровней непре­рывно фотографиру­ется на дви­жу­щуюся пленку, на которой в мо­мен­ты фотогра­фи­рова­ния делаются от­метки (рис. 1.11). Про­явленная пленка на­зывается стато­граммой и со­держит данные об из­мене­нии давления в точках фотогра­фирования, пред­став­ленные рас­стояниями p меж­ду точ­ками на сплош­ной и пре­рывистой ли­ниями, при­чем, точ­ки сплошной линии со­ответствуют мо­ментам фото­гра­фиро­вания. По­каза­ния не­ра­ботающего статоскопа изо­бража­ются прямыми линиями. Как только изменение высоты полета превысит 25 м, стато­скоп ав­то­матически пе­ре­ключается на вто­рую трубку, что фиксиру­ется на ста­тограмме отрезком П (переключе­ние), и обе кри­вые начи­наются с но­вой изобарической по­верхности.

В современном аэрофотосъемочном производстве применяются ста­тоскопы-авто­маты непрерывного действия С-51 и С-51М, обеспе­чи­ваю­щие определение превышений ме­жду центрами фотографирова­ния с точ­ностью около ±1 м.

Радиовысотомер представляет собой радиолокационную уста­нов­ку, предназна­чен­ную для измерения высоты полета в моменты фо­то­гра­фирования. Принцип его действия ос­нован на использовании им­пульс­ного метода измерения расстояний и измере­нии вре­мени про­хождения радиоволны, направленной к земной поверхно­сти и отра­женной об­ратно. Тогда пройденный радиовол­ной путь, со­ответст­вую­щий высоте фотографирования:

где v_c – скорость распространения радио­волн, равная 300 000 км/сек; t – вре­мя прохо­ждения ра­диоволной расстояния от само­лета до бли­жайшей точки ме­стности и обратно.

Принцип работы радиовысотомера заклю­чается в сле­дую­щем. В момент экс­понирования передатчик 1 (рис. 1.12) ге­нери­рует и через ан­тенну 2 излучает импульс, ко­то­рый, отра­зившись от земли, улавли­вается при­емной антенной 3 и че­рез прием­ник 4 переда­ется на экран ин­дика­тора 5. Изо­бражения на­прав­лен­ного и при­нятого радиоимпуль­сов строятся в виде развертки шкалы на эк­ране элек­тронно-лучевой трубки, ко­торая в мо­менты сра­ба­ты­вания за­твора фотокамеры фото­гра­фиру­ется на фото­пленку, называемую высото­граммой (рис. 1.13).

К адры высотограммы содержат изо­бражение ин­дикатора со шка­лой развертки от 0 до 500 м и два вы­ступа («выброса»), со­ответ­ст­вующие мо­ментам реги­страции на­чального и от­ражен­ного им­пульсов. Для опреде­ле­ния вы­соты фотогра­фирования к разности отсче­тов по высото­грамме при­бавля­ется произведение 500 м на целую часть ча­стного от деления най­денной по формуле (1.10) приближен­ной высоты фо­то­графи­рования на 500. Так, при m= 17000 и f=100 мм целая часть равна 0,117000/500=3, и от­счету по высото­грам­ме на рис. 1.13 соот­ветст­вует вы­сота фото­графиро­вания H = 175 + 3500 =1675 м.

Широкая направленность антенны (120) и вы­бран­ная длина волны (68 см) обеспечивают от­раже­ние радио­волн от точек зем­ной по­верх­но­сти (а не от раститель­но­сти), расположенных на различ­ных рас­стоя­ниях. После приема первого отра­женного им­пульса прием­ник ра­диоволн запи­рается, что исключает много­значность опреде­лений.

С увеличением рельефа местности показания радиовысото­мера на­чи­нают отличаться от ис­тинного значения высоты фотогра­фиро­вания и при­ближаются к наклон­ному расстоя­нию до ближай­шей точки. По­иск этих точек и введение со­ответствующих поправок в по­ка­зания ра­диовы­со­то­мера выполняют по фотограммет­рическим данным.

Применяемые при аэрофотосъемке радиовысотомеры РВТД и РВТД-А обеспечивают оп­ределение высоты фотографирования над равнинной местностью с точностью 1,2–1,5 м.

Гиростабилизирующая установка предназначена для ста­би­ли­за­ции в полете по­ложения съемочной камеры и уменьшения углов откло­нения ее главной оптической оси от отвесной линии. В ос­нове конст­рукции современных гироскопов лежит принцип волчка, стремя­щегося сохранить неизменным пространственное положение своей оси вращения при наклоне плоскости, на которой он установлен. Приме­няе­мые гироста­билизирующие уста­новки Н-55, ТАУ, ГУТ-9 и др. ис­поль­зует трехсте­пенные гироскопы, ста­били­зирующие положе­ние съемочной ка­меры с точностью 10–15 минут.

Системы определения координат центров фотогра­фиро­вания в про­цессе аэрофотосъемки применяют с 50-х гг. про­шло­го столетия. В начале это были радиотехнические системы, основан­ные на фазовых методах измерения расстояний от само­лета до двух на­зем­ных станций. Широко применяемые в то время ра­диогеоде­зическая станция ЦНИИГАиК (РГСЦ) и самолетный радиодальномер (РДС) обес­пе­чивали определе­ние координат центров с ошибкой 1–5 метров.

Системы глобального пози­ционирования GPS(Global Po­siti­o­ning Sys­tem), появившиеся в 90-х гг., заменили радиогеоде­зиче­ские системы. Они работают по принципу измерения дальностей (рас­стояний) от самолета до геодезических спутни­ков и скоростей их изме­нения (вследст­вие перемещения этих спутников). Определяемые с помощью системы простран­ственные ко­ор­ди­наты центров фотогра­фирования могут использоваться как для целей навига­ции, так и по­следующей фотограмметрической об­работки снимков. В обоих слу­чаях через заданный про­межуток времени опреде­ляются коор­динаты точки и заносятся на магнит­ный носи­тель вместе со временем их оп­ределения и временем срабатывания затвора фотокамеры (экспозиции).

Последующая обработка дан­ных позволяет вы­чис­лить про­странст­венные координаты центров фото­гра­фирования путем интерпо­ляции GPS‑измерений на моменты экспо­зи­ции и учесть по­ложение антенны прием­ника отно­си­тельно узловой точки объектива фотока­меры. Ошибка опре­деле­ния ко­ординат центров этим мето­дом не превышает 0,1 м.

Одним из примером исполь­зования GPS-аппаратуры для реше­ния задач навигации является комп­лекс «Вектор» с радиу­сом действия около 1000 км, разработанный АЗОТ «Ракурс» при учас­тии РосИМЗ и АО «ПРИН». Комплекс применяется с 1992 г. при аэро­­фотосъемке мелкого масштаба. Показания GPS регистрируются и используются для кор­рек­ции нави­гационных элементов и точного са­мо­летовождения (с оши­б­кой менее 200 м при высоте фото­графирования 10 000 м). Фактическое положение оси маршрута опре­деляется по коор­динатам точек, накла­ды­ва­ется на элект­ронную карту и выводится на экран компьютера.