Проектирование и расчет задания на плановую аэрофотосъемку участка

Для создания топографических карт по аэроснимкам и космическим фотоснимкам существует два способа: комбинированный и стереотопографический. Выбор того или другого способа съемки предъявляет определенные требования к проектированию и производству летносъемочных работ. На основании технического задания и договора составляется технический проект на выполнение аэрофотосъемки, определяются масштабы аэросъемки и создаваемой топографической карты, тип и фокусное расстояние АФА, применение спецприборов (статоскопа, радиовысотомера и др.), календарные сроки производства аэросъемки и состояние местности района работ.

Технический проект имеет такие основные разделы: исходные данные, картограмма объекта и графический проект на карте, расчет съемочных элементов, пояснительная записка. Он является основным документом, определяющим экономические показатели: объем работ, затраты летного времени, производительность аэросъемки, потребность в основным материалах, стоимость аэросъемочных работ. Проект составляется на рабочей карте, масштаб которой в 3-5 раз мельче масштаба аэросъемки. На карту наносят границы объекта и оси аэросъемочных маршрутов.

Объект съемки на карте разделяется на съемочные трапеции и наименьшие съемочные участки. Границы наименьших съемочных участков обязательно должны совпадать с рамками трапеций топографических карт. Наименьшие съемочные участки объединяются в один съемочный участок, если разность отметок высот их средних плоскостей не более 0,1Н – для равнинной и не более 0,2Н – для горной местности (Н – высота полета над средней плоскостью съемочного участка). После разбивки на съемочные участки производится расчет всех необходимых элементов по этим участкам. По результатам вычислений составляют специальную таблицу, в которой для каждого участка выписывают его номер, номенклатуру трапеции, площадь участка S, дину L_x, ширину L_y. С карты в таблицу заносятся высотные характеристики участков – A_max, A_min, по которым определяются высоты средних плоскостей где A_max и A_min, - максимальная и минимальная высотные отметки местности на участке. Высотные характеристики наносят на специальную схему трапеций или участков – картограмму.

Определяют наибольшие превышения h над средней плоскостью

(3)

В зависимости от имеющихся фотограмметрических и стереофотограмметрических приборов выбирают коэффициент увеличения K_t – соотношение масштабов создаваемой карты и аэроснимков.

(4)

Зная масштаб создаваемой карты, получают значение масштаба аэрофотосъемки. В зависимости от конкретного назначения аэросъемки выбирают фокусное расстояние аэрофотоаппарата.

При аэросъемке, предназначенной для составления фотоплана, необходимо, чтобы на аэроснимка получились минимальные искажения из-за рельефа, для этого используют длиннофокусные АФА. Приближенные значения минимальной величины фокусного расстояния АФА в мм можно вычислить по формуле

(5)

где h_max – максимальное превышение рельефа на участке в м; δ – средняя погрешность положения четких контуров на создаваемой карте в мм; r_cp – среднее значение радиуса полезной площади аэроснимка.

Окончательное значение фокусного расстояния f выбирают из табл. 1.

Чтобы обеспечить достаточную точность изображения рельефа на стереофотограмметрических приборах, следует использовать короткофокусные (широкоугольные) АФА. В этом случае наибольшее значение фокусного расстояния АФА можно вычислить по формуле

(6)

где b – средняя величина базиса на аэрофотоснимках при заданном продольном перекрытии, мм; h_c – выбранная высота сечения рельефа, м; m_cn – знаменатель масштаба аэроснимков; m_Δp – средняя погрешность стереоприборов при определении превышений по аэроснимкам (точность приборов).

Предполагается, что средняя погрешность изображения рельефа на карте может достигать ⅓ высоты сечения рельефа. При значительных превышениях рельефа местности для составления фотопланов и для съемки рельефа приходится проектировать две аэрофотосъемки разными АФА.

После выбора масштаба аэросъемки и фокусного расстояния АФА вычисляют высоту фотографирования (м) над средней плоскостью по формуле

(7)

Высотой фотографирования называют расстояние по отвесной линии от центра проекции до уровенной поверхности, проходящей через точку местности. В зависимости от положения уровенной поверхности, относительно которой определяют высоты фотографирования, их подразделяют:

• абсолютные Н_а, определяемые относительно основной уровенной поверхности;

• относительные Н_о, определяемые относительно уровня аэродрома;

• средние Н, определяемые относительно средней уровенной поверхности участка съемки;

• истинные Н_i, определяемые относительно уровенной поверхности, проходящей через точку i.

Далее определяют высоту полета над уровнем моря (абсолютную высоту фотографирования)

(8)

и высоту полета над аэродромом

(9)

где А_А – отметка аэродрома.

Плановую аэрофотосъемку больших участков местности производят в виде ряда маршрутов, в которых аэроснимки располагаются обычно вдоль параллелей с таким расчетом, чтобы на каждом последующем аэроснимке изобразилась часть местности, сфотографированная на предыдущем аэроснимке. Таким образом, смежные аэроснимки одного маршрута образуют перекрытие, называемое продольным, а смежные маршруты аналогично образуют перекрытие, называемое поперечным. Величины продольного и поперечного перекрытий выражают в процентах от размера стороны аэроснимка и задают при производстве аэросъемки в зависимости от принятого способа последующей фотограмметрической обработки аэроснимков и от характера участка съемки. Поэтому после производства аэрофотосъемки и необходимых фотолабораторных работ определяют выдержанность заданного процента перекрытия для установления возможности дальнейшей фотограмметрической обработки аэроснимков.

Фактическое перекрытие определяют с помощью накидного монтажа, который осуществляется путем накладывания последующего аэроснимка на предыдущий с приближенным совмещением одноименных контуров. Накидной монтаж выполняют обычно на большом деревянном щите, на котором снимки закрепляют кнопками. Чтобы не закрывать номеров снимков смежными снимками, следует начинать монтаж с самого северного маршрута, укладывая их справа налево. При хорошем качестве аэросъемки в случае равнинной местности накидной монтаж выполняется легко и быстро; нетрудно добиться, чтобы расхождения между одинаковыми контурами смежных снимков не превышали 1 мм.

Аэросъемку площади выполняют с заданными величинами продольного p и поперечного q перекрытий. Для получения значения р рассчитывают интервал между экспозициями; оно может задаваться (в %) в следующих пределах:

Заданное	60	80	90
Минимальное	56	78	89
Максимальное при:
h/H ≤ 0.2	66	83	92
h/H > 0.2	70	85	93

Здесь h – наибольшее превышение точек местности над средней уровенной поверхностью съемочного участка; Н – средняя высота фотографирования. Отметка средней уровенной поверхности определяется как среднее из наибольшей и наименьшей отметок точек местности, взятых с топографической карты. Число стереопар с максимальным продольным перекрытием не должно превышать 5% от общего числа стереопар на съемочном участке.

Поперечное перекрытие (в %) определяется в зависимости от масштаба аэросъемки:

	Мельче 1:25 000	1:25 000 – 1:10 000	Крупнее 1:10 000
Расчетное	30 + 70 h/H	35 + 65 h/H	40 + 60 h/H
Максимальное	40 + 70 h/H	50 + 65 h/H	60 + 60 h/H

Минимальное поперечное перекрытие составляет 20%.

Определив величины p и q, вычисляют базис фотографирования В_х и расстояние между маршрутами В_у. Учитывая, что продольное перекрытие выражается в процентах, находим

	(10)
где l – сторона аэроснимка, см.
Аналогичным образом получим
	(11)

Обычно из всей площади снимка используют его центральную часть – рабочую площадь, ограниченную линиями, проходящими через середины перекрывающихся частей снимков. Рабочая площадь является прямоугольником со сторонами b_x и b_y

(12)

Площадь снимаемого участка определяется по формуле

	(13)
а площадь, покрываемая рабочей площадью одного аэроснимка
	(14)

Число аэроснимков L в данном маршруте можно вычислить по формуле

(15)

Три аэроснимка прибавляются, чтобы маршруты продолжились за границы участка не менее чем на один базис фотографирования.

Число маршрутов K на участке

(16)

Один маршрут прибавляют для того, чтобы обеспечить снимками северные и южные границы участка.

Общее число аэроснимков на весь участок съемки находят по формуле

(17)

Фактическое количество маршрутов и аэроснимков сравнивают с расчетным, что позволяет судить об общей выдержанности перекрытий и об экономичности выполненных съемочных работ.

К аэросъемочным расчетам относят определения числа погонных метров аэропленки l_an = 0.19N. Здесь 0,19 – размер кадра с межкадровым промежутком, выраженный в м. На каждую катушку аэропленки предусматривается 4 м технологических отходов. Зная длину катушки аэропленки l_k, можно определить необходимое число катушек

(18)

где l_k выражено в метрах. Обычно используются катушки аэропленки длиной 60 или 120 м.

Время работы на участке съемки (съемочное время)

,

(19)

где - длина всех маршрутов с учетом обеспечения границ.

Различают летное и съемочное время. В летное время, кроме съемочного, входит время долетов от аэродрома до участков, включая время набора высоты, время, затрачиваемое на аэросъемочные промеры, время возвращения с участков, время на рекогносцировку объекта съемки и время на разведку погоды.

Средняя продолжительность съемочного дня принимается равной: 3 ч – в равнинных районах южнее 58º северной широты; 2,5 ч – в равнинных районах севернее 58º северной широты; в горных районах с высотами до 3000 м – 2 ч, свыше 3000 м – 1,5 ч.

Определение интервалов фотографирования выполняют после подбора курса следования уже в полете. Ориентировочно интервал Т можно определить в секундах по формуле

(20)

где W – путевая скорость самолета в м/с; В – воздушный базис фотографирования в м.

Скорость самолета выбирается такой, чтобы при максимально допустимых выдержках τ величина линейного сдвига (смаза) изображения Δ_Ф не превышала 0,05 мм.

Величина линейного сдвига определяется по формуле

(21)

а максимальная выдержка при Δ_Ф = 0,05 мм будет

(22)

Так как выдержка выражается дробью с единицей в числителе, то удобнее находить знаменатель

(23)

Аэросъемку выполняют в ясные безоблачные дни при хороших атмосферных условиях. Маршруты должны иметь направление запад – восток или север – юг, быть непрерывными и параллельными границам съемочных участков, совпадающим с рамками трапеций топографических карт. Оси крайних маршрутов проектируют по границам съемочных участков. Маршруты должны продолжаться за границы съемочного участка на один базис фотографирования при р = 60%, на два и четыре базиса при расчетном перекрытии 80 и 90% соответственно.

Перед выполнением аэросъемки подготавливают карту, на которую наносят границы участка и оси аэросъемочных маршрутов. Расстояние между осями маршрутов на карте определяется по формуле

(24)

где М_к – знаменатель масштаба карты. На каждом маршруте выбирают характерные предметы местности, которые будут служить входными и выходными ориентирами при прокладывании аэросъемочных маршрутов.