Вопрос 1 – Фотограмметрическое нивелирование трассы

Фотограмметрическое нивелирование и разбивка пикетажа на трассе состоят из:

- предварительных работ по определению исходных данных и ориентированию аэроснимков на приборах;

- фотограмметрических измерений высот или параллаксов переломных точек трассы и поперечников;

- определения отметок;

- установления масштабов изображений этих точек;

- измерения длин линий и углов поворота трассы на аэроснимках или планшете прибора;

- определения расстояний, расчета и разбивки пикетажа;

- оформления результатов фотограмметрических нивелирных работ.

Работы по нивелированию могут проводиться на различных фотограмметрических приборах: стереокомпараторах и ПЭВМ, стереометрах, стереопроекторах, стереографах, стереометрографах и т.д.

Наиболее высокой точностью обладает нивелирование на стереокомпараторах и ПЭВМ и на универсальных приборах с ориентированием аэроснимков по высотам стандартных точек, полученных из фототриангуляции или фотограмметрического сгущения высот на основе камеральной или полевой привязки аэроснимков.

Нивелирование трасс автомобильных дорог, линий электропередач и радиорелейной связи можно выполнять без полевого геодезического планово-высотного обоснования аэросъемки. Ориентирование аэроснимков на фотограмметрических приборах при этом может производиться как по предварительным установочным элементам коррекционных устройств приборов, так и по высотам стандартно расположенных точек стереопар.

Для нивелирования основных осевых линий таких инженерных сооружений, как аэродромы, каналы и др., должны предусматриваться полевая привязка аэроснимков, фототриангуляция и ориентирование аэроснимков на стереоприборах лишь по высотам ориентирующих точек.

Независимо от методов производства работ, фотограмметрическое нивелирование трассы вдоль аэрофотосъемочных маршрутов должно выполняться дважды (в прямом и обратном направлениях), а расхождение в превышениях должны соответствовать установленной для них предельной точности работ.

К нивелированию трассы и поперечников приступают после окончания ориентирования аэроснимков, при наличии допустимых расхождений в отметках связующих точек. В процессе нивелирования, постепенно двигаясь по трассе, дважды наводят нить или марку прибора на каждую определяемую точку, допуская расхождения в таких отсчетах в соответствии с точностью прибора. Среднее из полученных отсчетов записывают в журнал нивелирования. При нивелировании на стереометрах после определения продольных параллаксов всех наблюдаемых точек приступают к вычислению превышений и высот. Нивелирование на универсальных фотограмметрических приборах аналогично указанному выше. Передача высот производится по связующим точкам трассы, общим для смежных стереопар. Подбор проектной линии трассы производится непосредственно по стереомодели местности специальным наклонением ее поверхности относительно горизонта в направлении трассы на величину проектного уклона или путем автоматизированной установки движения марки фотограмметрического прибора вдоль проектной линии трассы с учетом ее уклона и кривизны. Фотограмметрические высоты точек и продольный профиль трассы могут быть получены через рабочие отметки. В этом случае рабочие отметки во всех переломных точках определяют сразу по стереомодели, без предварительного нахождения отметок, прямо по отсчету на шкале высот прибора величин отстояний проектной линии от линии профиля местности с учетом масштаба модели.

Найденные таким путем значения проектных уклонов и рабочих отметок используются для вычерчивания профильной линии трассы несколько иным методом, чем обычно. Вначале относительно горизонтальной плоскости (плоскости горизонтирования) по абсолютным или условным отметкам крайних точек проектных участков строят проектную линию трассы, а затем от нее по рабочим отметкам всех переломных точек – профильную линию местности. Следует отметить, что при таком начертании профильной линии ее конфигурация будет полностью соответствовать существующей в натуре, независимо от величин назначения проектных уклонов.

В продольном профиле такого нивелирования устраняются некоторые излишние данные и показываются лишь величины, действительно необходимые производству: черные и красные отметки переломных точек проектной линии, элементы горизонтальных и вертикальных кривых, рабочие отметки и расстояния между точками по пикетажу во всех переломах профильной линии, уклоны проектных участков и их длина, характеристики грунтов, изображение ситуации притрассовой полосы и элементов плана трассы.

Разбивка пикетажа состоит из измерений по снимкам расстояний между переломными точками трассы и поперечников, расчета масштаба изображений таких отрезков на аэроснимках, определения длин линий и величин углов поворота трассы, определения положения главных точек горизонтальных и вертикальных кривых, расстановки километров и вычисления пикетного значения всех точек трассы.

Пикетаж разбивают одновременно с фотограмметрическим нивелированием или после него. Поперечные точки и характерные поперечники назначают на стереомодели, сообразуясь с изменением рельефа местности по трассе.

Масштаб изображения отдельных точек или отрезков 1/m_i устанавливается в пределах каждого аэроснимка по фокусному расстоянию аэрофотоаппарата f_k и высоте фотографирования над определенным отрезком Н_i.

, (8)

По измеренному на аэроснимке отрезку l_i между смежными переломными точками трассы и масштабу его изображения 1/m_i находят расстояние между точками:

L_i = l_i ^. m_i ,

Суммируя найденные расстояния и выделяя пикеты, устанавливают пикетажное значение каждой точки.

При развитии трассы с предельным уклоном перед измерением углов поворота рекомендуется в положение их вершин вводить поправки за рельеф местности. Поправки получают, используя таблицы, номограммы или формулы.

Пикетаж на кривых рассчитывают общепринятыми методами. Углы поворота трассы измеряют на фотосхемах и плановой фототриангуляционной основе транспортиром.

2 - Аналитико-фотограмметрическое нивелирование

на стереокомпараторах и ЭВМ

Основные элементы плана и профиля трассы на ЭВМ определяют по специальной программе, которая состоит из ряда алгоритмов, соединенных вместе. В процессе расчета преобразуют исходные данные и результаты аэрорадионивелирования, определяют превышения между главными точками снимков, устанавливают элементы взаимного и внешнего ориентирования снимков, находят фотограмметрические и геодезические координаты точек трассы и поперечников, рассчитывают углы поворота трассы, основные элементы кривых и пикетаж, определяют расстояния между точками трассы.

В качестве исходных величин для расчетов принимают показания радиовысотомера D и статоскопа l, геодезические координаты опознавательных знаков X_оп, Y_оп, Z_оп, отсчеты координат и параллаксов x, y, p, q по шкалам стереокомпаратора на всех стандартных точках стереопар, опознавательных знаках, переломных точках трассы и ее поперечниках.

Вводимые в ЭВМ данные должны иметь свой характерный признак в виде определенного кода.

Геодезические координаты точек трассы и связующих точек смежных маршрутов определяют в процессе производства аналитической пространственной фототриангуляции. Так как полученные координаты выражены в условной системе координат каждого маршрута, то для определения основных элементов дорожной трассы необходимо привести координаты точек всех маршрутов в координатную систему первого маршрута. Такое приведение осуществляется поворотом на угол _i системы координат каждого последующего маршрута относительно координат первого маршрута по координатам связующих точек смежных маршрутов а и b.

Полученные геодезические координаты точек являются исходными для определения значений углов поворота трассы, основных элементов кривых, расчета координат и пикетажа главных точек дорожных закруглений, расчета пикетажа всех переломных точек трассы и расчета расстояний между точками поперечников. Расчеты могут производиться как по клотоидной трассе, так и по трассе с круговыми и переходными кривыми. Найденные значения позволяют составить ведомость углов поворота, продольный профиль и план трассы.

По полученному продольному профилю трассы можно на той же ЭВМ запроектировать проектную линию, исходя из минимума приведенных затрат или другого критерия, с определением продольных уклонов, подобранных радиусов вертикальных кривых, проектных и рабочих отметок, суммарных участковых и пикетных объемов земляных работ и т.д.

3 - Перенесение проектов трассы с материалов аэросъемки в натуру

В настоящее время имеется два основных метода перенесения проекта трассы в натуру: метод опознавания контуров и вешения створов и метод прокладки магистрального хода. В первом методе вблизи ортогонального следа запроектированной трассы опознают в натуре резко выраженные контурные точки местности и провешивают между ними створы. Затем вдоль полученных створов откладывают расстояния до точек или линий трассы.

Наиболее просто и быстро направление прямолинейных элементов трассы может быть найдено в тех случаях, когда опознаваемые контурные точки разместились непосредственно на ортогональных следах фотоизображений этих элементов трассы или на их продолжениях. Также быстро и просто находит направления прямолинейных элементов трассы, когда опознаваемые контурные точки размещены вблизи трассы или находятся на контурах, пересекающих трассу. В таких случаях, провешив створы между опознанными контурными точками, вдоль них откладывают ранее определенные по аэроснимкам расстояния до линии трассы. Во многих случаях для определения точек трассы используют способ перпендикуляров, способ полярных координат или способы угловых, линейных и комбинированных засечек.

Метод опознавания контуров и вешения створов применяется в условиях открытой контурной местности, когда проект трассы представлен на аэроснимках, фотосхемах или фотоплане.

Положение контурных точек, расположенных сбоку от трассы, определяют с учетом поправок за рельеф (относительно горизонтальной плоскости, где размещена точка ортогонального следа трассы).

Перенесение трассы с аэроснимков в натуру осуществляется на стереомодели. В процессе перенесения вначале опознают все наиболее характерные контурные точки местности, лежащие на ортогональном следе прямолинейных проектных участков трассы, и устанавливают в них створные вехи. Затем вдоль каждого створа с помощью бинокля, зрительной трубы или глазомерно провешивают линию.

Вершины углов поворотов трассы находят на пересечении смежных створов, провешенных вдоль сторон угла. Положение главных точек горизонтальных кривых устанавливают отложением тангенсов кривых от углов поворота трассы. Расположение отдельных плюсовых и пикетных точек определяется отложением по трассе соответствующих проектных расстояний от опознанных в натуре контурных точек.

Длины откладывают с учетом значений поправок за рельеф местности. Просеки прорубают от опушек, инструментально продолжая створ через опознанные точки, выявленные в открытой части проектного участка.

В целях упрощения переноса проекта трассы с аэроснимков в натуру створные точки на трассе желательно определить в наиболее характерных выпуклых и вогнутых формах рельефа с хорошей видимостью между ними.

Все контурные точки, по которым производится перенесение трассы с аэроснимков на местность, следует подбирать на линиях ортогональных следов прямолинейных участков трассы и только, когда они на этих линиях отсутствуют, использовать для этих целей положения других контурных точек, расположенных сбоку от трассы.

Как правило, каждый переносимый с аэроснимков в натуру участок трассы должен иметь не менее трех хорошо выраженных створных контурных точек. На длинных прямых в пересеченной местности следует устанавливать хорошо видимые створные вехи высотой 5…6 м.

Способы перенесения проекта трассы в натуру следует подбирать в соответствии с обстановкой и наличием подсобных средств. Лучшими способами следует считать те, в которых направление каждого прямолинейного участка трассы находят опознаванием непосредственно находящихся на нем контурных точек местности. При сильной залесенности теодолит поднимают вверх над опознанной точкой и со специально устроенного помоста ведут наблюдения. Все створы, пересекающие трассу, следует подбирать с таким расчетом, чтобы они были направлены вдоль центральных направлений аэроснимка.

Исходные контурные точки должны быть опознаны в натуре. Вешение створов между контурными точками, расположенными на трассе в лесу, рекомендуется вести по световым сигналам, по привязному шару-зонду или по радиопеленгу. Для получения таких створов с прорубкой просек могут быть использован лазерный визир или прибор управления лучом ПУЛ.

В положение контурных точек, расположенных на участках трассы с глубокими выемками или высокими насыпями, вводят поправку за рельеф (за величину рабочей отметки).

Отдельные проектные данные для перенесения трассы в натуру можно определять по результатам измерений их изображений на снимке или чертеже и путем аналитических вычислений. К измерениям на аэроснимках и чертеже следует прибегать лишь в тех случаях, когда в проекте трассы отсутствуют более точные данные, с помощью которых можно установить искомую величину, необходимую для работ. Так как точность таких измерений ограничена масштабом аэроснимка или плановой основы фотосхемы и в значительной степени зависит от качества чертежных работ, состояния проектного документа и деформации бумаги.

Проектные отрезки и координаты измеряют по поперечному масштабу, а проектные углы – геодезическим транспортиром.

Прокладка магистрального хода для перенесения трассы в натуру облегчается в результате использования сети опорных точек, развиваемой в зоне трассирования для планово-высотного обоснования аэрофото-топографических работ.

4 - Составление фронтальных планов на универсальных

стереофотограмметрических приборах

Обработка снимков сложных архитектурных сооружений, имеющих значительное количество деталей, аналитическим методом практически неосуществима и может быть выполнена только на универсальных стереофото-грамметрических приборах.

Наиболее целесообразно для этой цели использовать универсальные стереофотограмметрические приборы, предназначенные для обработки аэроснимков (стереопроектор, стереограф, стереопланиграф, стереометрограф и др.). Если проектируется обработка снимков на универсальных приборах, то при съемке следует разбивать базис и ориентировать фотокамеру таким образом, чтобы углы наклона снимков не превышали допустимые.

Количество и расположение опорных точек устанавливают в зависимости от сложности сооружения и заданной точности работ. При составлении фронтальных планов в масштабе 1:100 и 1:200 достаточно на сооружении иметь две точки, между которыми измерено расстояние в натуре.

Базис съемки измеряют приближенно, поскольку масштабирование модели выполняют по опорным точкам. При съемке сооружений в масштабах 1:10 и 1:50 и съемке с наклонными оптическими осями необходимо иметь на здании четыре опорные точки.

При съемке сложных сооружений может возникнуть необходимость в дополнительных точках. Во всех случаях целесообразно опорные точки располагать по так называемой геометрической (стандартной) схеме, когда точки располагаются строго по горизонтали или вертикали одна относительно другой. Это в значительной степени ускоряет и уточняет ориентирование снимков на универсальном приборе. Обработка фототеодолитных снимков сооружений на универсальных приборах выполняется аналогично обработке аэроснимков. Однако имеются особенности, связанные с выполнением съемки со смещенным положением объектива, другим форматом кадра (13 х 18 см вместо 18 х 18 см), а также с возможностью использования геометрических форм сооружения. Обработка снимков на универсальных стереофото-грамметрических приборах выполняется в такой последовательности: подготовительные работы; взаимное ориентирование снимков; внешнее ориентирование модели; составление фронтального плана и выполнение аналогоаналитических измерений.

Подготовительные работы заключаются в поверках и юстировках приборов, подготовке основы, подборе снимков, расчете установочных данных и т.д. Расчет установочных данных выполняется так же, как при обработке аэроснимков.

На снимке по металлической линейке, соединяя координатные метки снимка, прочерчивают тонкой иглой крест, которым отмечают начало координат снимка. Снимок ориентируется по координатным меткам таким образом, чтобы линии, соединяющие метки, были направлены параллельно соответствующим осям прибора. Главную точку накалывают иглой под проекцией визирной марки. При наколке главной точки нужно учитывать элементы внутреннего и внешнего ориентирования.

После взаимного ориентирования снимков и горизонтирования модели проверяют масштаб модели. Учитывая, что при съемке измеряют базис фотографирования и что на приборе устанавливают соответствующие значение базиса проектирования в масштабе модели, то окончательное масштабирование будет выполняться незначительным изменением базиса проектирования. Причем это изменение возникает в связи с возможными погрешностями установки снимков в кассетах, погрешностями юстировки прибора и т.д.

Для повышения точности масштабирования при наведении на контрольные точки следует использовать отсчет по шкалам счетчиков х или z в зависимости от положения контрольного отрезка.

Если фронтальный план сооружения строится по нескольким стереопарам, то масштабирование последующей стереопары нужно контролировать по контурам чертежа, полученного из обработки предыдущей стереопары.

Ориентирование фототеодолитных снимков сооружений, полученных при наклонных оптических осях, выполняется несколько сложнее. Для ускорения ориентирования целесообразно при съемке измерять углы и использовать их для предварительной установки снимков на стереоприборе. При ориентировании таких снимков следует убедиться в отсутствии поперечных параллаксов и искажений модели.

Сравнительный анализ фронтальных планов, полученных стереофотограмметрическим методом на универсальных приборах, и планов, полученных натурными архитектурными обмерами, показал, что составленные стереофотограмметрическим методом фронтальные планы по точности, детальности и полноте изображения намного превосходят планы, полученные по натурным обмерам.

СОДЕРЖАНИЕ :

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………….. 4

ЛЕКЦИЯ № 1 . Тема: Общие сведения об аэрогеодезии ………………… 5

ЛЕКЦИЯ № 2. Тема: Общие сведения об аэрогеодезии …………………. 8

ЛЕКЦИЯ № 3. Тема: Производство аэрофотосъемочных работ ……….12

ЛЕКЦИЯ № 4. Тема: Ориентирование аэроснимков …………………….18

ЛЕКЦИЯ № 5 Тема: Смещение изображений точек на аэроснимках

за рельеф местности и за углы наклона,

искажение направлений .…………………..……………. 23

ЛЕКЦИЯ № 6. Тема: Основы фотограмметрии ..……………………….30

ЛЕКЦИЯ № 7. Тема: Дешифрирование аэроснимков .………………….35

ЛЕКЦИЯ № 8. Тема: Характерные черты аэрофотоизображений

отдельных топографических объектов местности ….38

ЛЕКЦИЯ № 9. Тема: Получение пространственного изображения

точек (линий) на универсальной модели местности (УММ)

и создание топографических карт .……………………..43

ЛЕКЦИЯ № 10. Тема: Фотограмметрическое нивелирование,

перенесение проектов с материалов аэросъемки

в натуру …………………………………………………… 56

УДК 528.038

Левкович Т.И., Левкович Ф.Н. Основы аэрогеодезии и инженерно-геодезические работы. Курс лекций для студентов 3 курса дневного и 4 курса заочного отделений. Учебное пособие для студентов специальности 291000 – «Автомобильные дороги и аэродромы». – Брянск, БГИТА, 2002. - 68 с.

В оформлении рисунков принимал участие студент СФ БГИТА

Кузьминов А.М.

Лицензия ЛР № 021039 от 13.02.96 г.

Формат 60х84 1/16. Объем 4,25 п.л. Тираж 50 экз.

Брянская государственная инженерно-технологическая академия,