IV.3.1. Виконання аерофотознімання

Аерофотознімання вважається одним із головних методів складання та оновлення великомасштабних планів та карт. Хоча в наш час підвищується зацікавленість космічними знімками високої роздільної здатності, проте ще недавно не було сумніву щодо того, що в найближчі роки аерофотознімання залишиться головним методом великомасштабного картографування. Сьогодні можна стверджувати, що перспективнішим є цифрове аерофотознімання. Стосовно космічного фотознімання, згідно з оцінками американських спеціалістів, станом на 2002 рік частка космічних даних становила 6 %, аерофотознімання - 94 %.

Найпершу серійну аерофотознімальну камеру С2 випускала з 1925 року швейцарська фірма Wild (тепер це фірма Leica).

Аерофотознімання (АФЗ) - це фотографування земної поверхні з літаль­ного апарата (літака, гелікоптера, повітряної кулі тощо). Якщо АФЗ виконують для отримання топографічних матеріалів, тоді його називають топографічним аерофотозніманням. В інших випадках його називають спеціальним АФЗ.

Лінію, що є траєкторією польоту літака під час фотографування, називають маршрутом. Якщо ця лінія пряма, то маємо прямолінійний маршрут; існують також криволінійні та ламані маршрути. Якщо фотографування виконувалося у межах одного маршруту, тоді це одномаршрутне АФЗ. Якщо фотографують певну територію з кількох паралельних маршрутів, то маємо багатомаршрутне АФЗ. Залежно від кута нахилу аерофотокамери а під час знімання розрізняють такі аерознімання:

• горизонтальні (кут нахилу а = 0);

• планові (кут нахилу а не перевищує ± 3°);

• перспективні (кут нахилу | а | > 3°).

Масштаб знімання залежить від висоти літального апарата над земною поверхнею Н та фокусної віддалі аерофотокамери f_K (рис. IV.3.1).

468

Розділ IV

Залежно від масштабу аерознімків розрізняють:

• дрібномасштабне АФЗ, масштаб знімків 1:50000 і дрібніший;

• середньомасштабне АФЗ, масштаб знімків - у межах від 1:50000 до 1:10000;

• великомасштабне АФЗ, масштаб більший від 1:10000.

Рис. IV.3.1. До визначення масштабу знімання

Аерофотознімання виконують із використанням фотоплівок: чорно-білої, спектрозональної або кольорової. Нині для топографічних цілей найчастіше застосовують кольорову плівку, тому що такі знімки значно інформативніше

Для виконання АФЗ потрібна аерофотокамера та інша спеціальна апаратура, яка забезпечує всі вимоги до АФЗ.

Аерофотокамера, розріз якої показано на рис. IV.3.2 - це складний автоматичний прилад з дистанційним керуванням. Камера має металевий корпус 1, у який вмонтовано оптичну систему 2, касету 3 для фотоплівки. Момент фотографування (відкривання затвора) визначається поданим ім­пульсом від керуючого блока, так званого командного приладу. У цей час відбувається автоматичне вирівнювання аерофотоплівки у площину з використанням механічної плити або пневматичним способом (вакуум або надування повітря). Затвор (відкривач) пропускає світловий потік від земної поверхні до плівки, тобто відбувається експонування фотоматеріалу. Автоматично відбувається перемотування фотоплівки. Час відкриття затвора (витримка) дуже короткий - 1/70, 1/100, 1/500 або 1/1000 секунди залежно від

469

Великомасштабне топографічне знімання

чутливості фотоматеріалів. Важливими параметрами фотокамер є кут поля зору

та фокусна відстань f_K .

Камери поділяють на:

• вузькокутні, довгофокусні (10-20°, / = 610-950 мм);

• нормальнокутні, середньофокусні (50-70°, f = 210-300 мм);

• надширококутні, короткофокусні (110-130°, / = 88 мм і менше). Чому аерофотокамера та інша спеціальна апаратура працюють

автоматично? Політ літака відбувається дуже швидко і людина не завжди встигає вносити відповідні корективи як у траєкторію польоту, так і в роботу камер. Сучасний стан розвитку електроніки, радіотехніки дає змогу повністю автоматизувати АФЗ. Фірма Leica, яка створила першу аерокамеру, розробила аерофотознімальну систему ASCOT (Aerial Survey Control Tool - дослівно "засіб для контролю за аерофотозніманням"). Ця система складається з декількох складових:

• аерокамера RC-30;

• змінні об'єктиви з / = 153 мм та / = 303 мм;

• гіростабілізувальна платформа PAV-30;

• система керування й контролю знімання (власне ASCOT з антеною GPS на літаку);

• наземна опорна станція GPS;

• програмне забезпечення постопрацювання.

Камера RC-30, одна з найкращих у світі, має прямий інтерфейс із бортовою навігаційною системою. Діапазон поздовжнього перекриття регулю-

470

Розділ IV

ється від 1 % до 99 % із кроком 1 %. Під час знімання в негатив можна вдрукувати до 200 символів (наприклад, масштаб, координати центра проекції кадру, дату, час, поточний номер експозиції, тип плівки тощо). Змінні об'єктиви для камери RC-30 виготовляються зі швейцарською точністю, яка притаманна всій оптиці фірми Leica. Достатньо сказати, що якщо в 1961 р. дисторсія об'єктива з / = 15 см становила 12 мкм, то сьогодні 2 мкм. У цих об'єктивах

досягнута роздільна здатність 110-115 ліній на мм. Крім того, об'єктиви комплектуються світлофільтрами для підвищення контрасту зображення та для виконання спеціальних видів знімання.

Одним із найважливіших елементів є гіростабілізувальна платформа PAV-30, призначена для компенсації кутових коливань носія фотокамери. Сама платформа - складна прецизійна система з гіроскопами, із серводвигунами, давачами рівня, компенсаторами руху й електронікою. Завдяки платформі кути знесення не перевищують 0,3°, а максимальне відхилення осі фотографування від надира менше за 0,2° (маса платформи 34 кг).

На рис. IV.3.3 показано зовнішній вигляд маршруту з використанням гіроплатформи та без неї.

Система ASCOT - засіб для контролю за аерофотозніманням, що дає змогу виконувати АФЗ відповідно до проекту, витримувати навігаційні параметри АФЗ, а також фіксувати координати центра аерофотознімка у момент відкриття затвора. Технічні засоби системи показано на рис. IV.3.4, а на рис. IV.3.5 - дія системи разом з GPS.

Саме методом GPS визначаються просторові координати центра проекції у момент фотографування.

471

Великомасштабне топографічне знімання

До топографічного фотознімання ставлять певні вимоги стосовно параметрів польоту, які виконує ASCOT, а саме:

• прямолінійність маршруту;

• горизонтальність траєкторії;

• витримування поздовжнього перекриття: між знімками одного маршруту (найчастіше 60 %);

• витримування поперечного перекриття між сусідніми маршрутами (здебільшого 20^Ю %).

Аерофотокамера, а, отже, і знімок повинні бути правильно зорієнтовані щодо траєкторії польоту, тобто кут скосу К (рис. F/.3.6) не повинен перевищувати 3°, інакше під час накладання знімків виникне так звана "ялинка", що зробить подальше фотограмметричне опрацювання ускладненим і неефективним. Значну частину цих вимог задовольняє гіроплатформа. Для великомасштабного картографування рекомендується у гірській місцевості або на території, забудованій високими будівлями, використовувати камери з f_K = 200, 350 або 500 мм. Під час картографування рівнинних територій застосо­вують короткофокусні камери з f_K = 70, 100, 140, 150 мм.

Розділ IV

Рис. IV.3.5. Дія системи ASCOT разом з GPS

Рис, IV.3.6. Поздовжнє, поперечне перекриття знімків та геометрія "ялинки": 1,2- знімки одного маршруту; 3, 103 - знімки двох сусідніх маршрутів;

к - кут "ялинки"

Задаючись масштабом знімання (зазвичай масштаб знімання в 6-10 разів мілкіший, ніж масштаб плану чи карти, складання яких проектується), розраховують за (IV.3.1) висоту фотографування Н над середньою висотою

473

Великомасштабне топографічне знімання

ділянки знімання. Середню висоту на території, що піддягає аерофотозніманню, прийнято позначати А_абс. Знаючи Н та А_абс, знайдемо висоту польоту над рів­нем моря Н_абс:

Н_абс=Н + А_абс. (IV.3.2)

Оскільки наперед задаються поздовжнім та поперечним перекриттям знімків, то можна розрахувати базис фотографування (віддаль між суміжними точками відкриття затвора)

(IV.3.3)

та віддаль між суміжними аерофотознімальними маршрутами

В= £-./ (IV.3.4)

У inn У ^ч '

100-Р„

Too"

де І_х, І_у - розмір кадру, тобто знімка; зазвичай І_х =І_у. Розміри найчастіше

бувають 18x18 см, 30x30 см.

Кількість знімків у маршруті п визначається його довжиною d_x та базисом В_х:

(IV.3.5)

а кількість маршрутів - розміром ділянки в поперечному до маршрутів на­прямку d та віддаллю між маршрутами В :

(IV.3.6)

Загальна кількість знімків:

(IV.3.7)

Звідси можна знайти потребу в аероплівці для АФЗ цієї території.

Обчислюють також інтервал фотографування т - час прольоту літака від моменту виконання попереднього знімка до моменту виконання наступного знімка:

(IV.3.8)

V - швидкість літака.

Знімання можна виконувати тільки в ясну безхмарну погоду, або коли хмари вище від висоти Н - висоти літака над середньою висотою цієї території.

474

і

Розділ IV

Якщо під час АФЗ не використовуються GPS-приймачі, тоді пілотування літака та подальше опрацювання матеріалів знімання для складання планів та карт ускладнюються.

Під час знімання забудованих територій (для дво- і більше поверхових будинків), для яких основою топографічного плану буде фотоплан, фотографування місцевості необхідно виконувати двічі:

• довгофокусними АФА для виготовлення фотопланів;

• короткофокусними або нормальними камерами для рисування рельєфу.

Знімання довгофокусними камерами виконується у мілкішому масштабі, ніж короткофокусними.

Аерофотознімання рівнинних, незабудованих територій із переважно одноповерховою забудовою можна виконувати в одному масштабі -короткофокусними АФА для виготовлення фотопланів та рисування рельєфу. Детально вибір масштабів АФЗ описано в інструкції з топознімання [5].

Напрямки маршрутів під час фотографування повинні бути за напрямком "захід-схід", хоча допускається й інше орієнтування маршрутів. Знімання міст та заселених районів потрібно виконувати ранньою весною, після того, як зійде сніг та до того, як розпуститься листя. Такі території рекомендується фотографувати на кольорову плівку, а території з різноманітною рослинністю та надмірною вологістю - на спектрозональну аероплівку.