Лабораторна робота №5 Універсальні стереофотограмметричні прилади (усп) та цифрові фотограмметричні станції (цфс)

Завдання. Вивчити будову універсальних стереофотограмметричних приладів і ЦФС та роботи з опрацювання знімків.

1. Вивчити будову приладів УСП: СПР, СД, стереометрографа і ін.

2. Вивчити будову ЦФС та її програмне забезпечення.

3. Вивчити процеси опрацювання знімків на УСП: підготовчі роботи; взаємне орієнтування стереопари знімків; зовнішнє орієнтування знімків; складання плану (карти).

Перед виконанням лабораторної роботи необхідно ознайомитися з теорією приладів та роботами з опрацювання знімків (зображень).

1. Стереопроектор Романовського СПР-3М – високоточний аналоговий УСП механічного типу, призначений як для створення топографічних карт та планів будь-яких масштабів, так i для розвитку просторової фототріангуляції. Прилад працює з перетвореними зв’язками і формою засічки „трикутник плюс паралелограм“. Обробляються аерофотознiмки форматом 18 х 18 см, отримані камерою з фокусною відстанню від 35 до 350 мм. Співвідношення масштабу аерознімка до масштабу плану, що створюється, може бути від 0,5-2,0 до 10. Загальний вид та кінематична схема наведені на рис. 5.1.

Стереопроектор має корекційні механізми 1, вимірювальну систему 2, блок живлення 3. Умовно прилад можна поділити на такі системи: моделюючу, яка дозволяє створити i звести до певного масштабу стереомодель; корекцiйну, яка використовується для трансформування знімків; вимірювальну, яка дає змогу вимірювання стереомоделі; оптичну, яка служить для спостереження стереомоделi.

а б

Рис. 5.1. Стереопроектор СПР-3М:

а – загальний вид; б – кiнематична схема приладу

Спостереження знімків ведеться прямовисними променями за допомогою нерухомої бінокулярної оптичної системи. Знімки в касетах приладу знаходяться у горизонтальному положенні i мають тільки один рух – поворот у своїй площині ( ). Рухи поздовжнього ( ) i поперечного ( ) нахилів знімків замінені введенням відповідних поправок за допомогою корекційних пристроїв.

На станині приладу розташовані циліндричні напрямні , по яких пересувається каретка . У верхній частині каретки розташовані напрямні , по яких переміщується каретка . На станині під кареткою знаходиться планшет, над яким закріплено пристрій для олівця або голки.

Базисна каретка пересувається по прямовисним напрямим, які встановлені на каретці . Базисна каретка має супорти , за допомогою яких на приладі встановлюється базис проектування.

Каретка фокусних відстаней пересувається вздовж вісі приладу. У верхній частині станини по напрямним, які паралельні до основних напрямних , пересувається каретка знімків, на який встановлені напрямні , паралельні до основних напрямних . По цих напрямних пересуваються ліва i права каретки зі знiмкотримачами.

Лічильники i дозволяють визначати величини зміщень відповідних кареток з точністю 0,01 мм. На базисній каретці встановлено лічильник висот, який дозволяє відліковувати висоти у метрах з точністю 1/7000 від висоти фотографування.

Проектуючі стержні закріплені у приладі трьома парами шарнірів. Середні шарніри розташовані на каретці фокусних відстаней, а верхні зв’язані з каретками аерознімків. Точки перетину осей нижніх шарнірів і визначають положення точки моделі у координатній системі приладу, точки перетину осей середніх шарнірів і визначають центри проектування, а точки перетину осей верхніх шарнірів i відповідають точкам знімків, на які наведені вимірювальні марки.

Відстані по прямовисним лініям від точок i до точок i дорівнюють висотам проектування i , а до точок i – фокусним відстаням лівої i правої проектуючих камер універсального стереоприладу.

Окулярні насадки приладу дозволяють встановлювати збільшення системи спостереження шестикратне i десятикратне. Система спостереження складається з двох симетричних гілок.

Стереограф – це аналоговий УСП механічного типу, призначений для створення карт великих i середніх масштабів та згущення планово-висотної геодезичної основи. Прилад має змогу обробляти знімки форматом 18 х 18 см з фокусними відстанями від 55 до 350 мм. На рис. 5.2 показано загальний вид приладу та його схема.

На приладі обробляються знімки, для яких перевищення у межах стереопари не більше 0,35 . Точність вимірювання планових координат 15 мкм, висотних – 1:5000 від висоти проектування.

Проектуючі камери стереографа мають фокусну відстань 130 мм. Спостереження стереомоделі ведеться прямовисними променями за допомогою бінокулярної оптичної системи.

Основними частинами приладу є: проектуюча камера зі знімкотримачами; проектуючі важелі; колекційні механізми; базисна каретка; вимірювальна система; оптична і освітлювальна системи; координатограф. На станині (1) встановлені напрямні, по яким пересувається каретка (2). По напрямним, встановленим на каретці , пересувається каретка (3), на якій встановлені вертикальні напрямні 4. По цим напрямним пересувається каретка (5). На каретці знаходяться напрямні диференційних кареток , (6), на яких встановлено напрямні диференційних кареток та .

На останніх знаходяться знімкотримачі (7). До диференційних кареток прикріплені вертикальні напрямні кареток встановлення фокусних відстаней (8). У нижній частині цих кареток знаходяться корекційні механізми (9). До приладу може підключатися координатограф.

а	б

Рис. 5.2. Стереограф Дробишева СД-3:

а – загальний вид; б – його схема

Стереограф СЦ-1 є модифікацією стереографа СД-3 і належить до високоточних аналогових стереофотограмметричних приладів механічного типу. СЦ-1 працює з перетвореними зв’язками.

Співвідношення масштабів моделі і карти складає від 0,3 до 6,0. СЦ-2 відрізняється від СЦ-1 конструкцією координатографа і зв’язком зі стереографом. Він має автоматичний пристрій для реєстрування у цифровому вигляді координат , i точок моделі.

Одним з німецьких приладів, який широко використовувався у нашій країні, є стереометрограф, призначений для графічної та аналітичної обробки аеро- та наземних знімків. Прилад може використовуватися з метою складання топографічних карт i планів, створення просторової фототріангуляції за методом незалежних моделей.

На стереометрографi обробляються знімки розміром не більше 23 23 см з кутами нахилу до 5^о та з фокусними відстанями знімків від 85 до 310 мм. Збільшення системи спостереження – 7^х, співвідношення масштабу моделі до масштабу знімка – від 1,3 до 3, а співвідношення масштабу карти до масштабу моделі – від 0,1 до 5.

Топокарт – універсальний стереоприлад, який працює з подібними зв’язками проектуючих променів, призначений для складання топографічних карт, побудови фототріангуляційних мереж методом незалежних моделей або методом перестановки знімків як за наземними так і за аерофотознімками. На топокарті можна отримати ортофотознімки. На приладі передбачено роздільне встановлення фокусних відстаней i , що дає можливість враховувати нерівномірну деформацію знімків, а також обробляти знімки з різними фокусними відстанями.

Топофлекс – подвійний проектор, прилад оптико-механічного проектування для складання та оновлення карт у масштабах від 1:10 000 до 1:100 000. На цьому приладі можна працювати як з чорно-білими, так і з кольоровими знімками. Зображення кожного знімка проектується на свій вимірювальний стіл, на якому знаходиться вимірювальна марка. На топофлексі обробляються знімки форматом до 30х30 см.

Стереопланiграф – високоточний стереоприлад, призначений для складання карт i просторової фототріангуляції. В приладі передбачено встановлення від’ємного базису i перемикання оптичних гілок системи спостереження. На приладі можлива обробка наземних фототеодолітних знімків. Прилад має три комплекти камер i загальне збільшення масштабу карти до масштабу знімка від 0,1 до 20. При цьому знімки можуть мати нахили до 25^о.

У Швейцарії фірмою „Вiльд“ випускалася серія автографів. Найбільш досконалою моделлю є автограф А-10, який призначений для складання планів i карт за наземними та аерофотознімками, розвитку фототріангуляції, побудови профілів, отримання цифрових моделей місцевості, а також для вирішення інших спеціальних задач.

Останнім часом розроблена велика кількість аналітичних універсальних стереоприладів. Вони призначені не тільки для складання планів i карт, а i для створення аналітичної фототріангуляції та ортофотопроектування. Інструментальна точність аналітичних УСП складає від одного до кількох мікрон. В приладах автоматично виконуються процеси обробки знімків.

Стереоанаграф – автоматизований стереофотограмметричний прилад для створення топографічних i кадастрових планів, геоінформаційних банків даних i для вирішення різних інженерних задач. Прилад виготовляється заводом „Аерогеоприлад“ у Вінниці.

Високоточний стереокомпаратор стереоанаграфа дозволяє обробляти знімки форматом до 25 х 25 см з точністю вимірювання координат точок 3 мкм. Система для спостережень має збільшення від 7^х до 21^х. Стереоанаграф оснащений комп’ютером з програмним забезпеченням.

2. „Аерогеоприладом“ розроблена ЦФС (цифрова фотограмметрична станція) „Дельта“ (рис. 5.3), яка складається з високоточного фотограмметричного сканера, декількох робочих місць для стереоцифрування та ортофототрансформування, пристрою запису інформації для довгострокового збереження i пристрою виводу інформації. Мінімальний розмір елемента сканування фотограмметричним сканером 14 мкм, а час сканування одного знімка розміром 18 х 18 см складає до 20 хвилин. Цифрові фотограмметричні станції (ЦФС) складають самостійну групу фотограмметричних приладів – цифрову.

Цифровий прилад відрізняється від аналітичного тим, що перетворює фотознімки у цифрову форму шляхом сканування з високою роздільною здатністю та геометричною точністю. Такі прилади ефективно використовувати для складання цифрових моделей місцевості та рельєфу, тому що вони значно знижують потреби у ручній праці.

Планiкомп С-100 (С-120, С-130) випускається Німеччиною i складається з оптико-механічного блоку, керуючої панелі, електронного керуючого блоку, комп’ютера з програмним забезпеченням та координатографа. Інструментальні погрішності приладу 3 мкм.

Трастер – аналітичний універсальний 25терео прилад фірми «Матра» (Франція). Він складається з оптичної системи, блоку встановлення знімків, ЕОМ, дисплея з контрольною панеллю та автоматичного координатографа.

Концерном «Лайка» випускається фотограмметрична робоча станція SD 2000, яка може використовуватися для картографії, наземної фотограмметрії, геоінформаційних систем. У якості контрольного процесора є персональний комп’ютер для обробки даних у реальному масштабі часу. Сканер має геометричну точність 1 мкм i середню квадратичну помилку 3 мкм.

Рис. 5.3. Цифрова фотограмметрична станція «Дельта»

3. Обробка стереопари знімків на УСП складається з таких процесів:

– підготовчі роботи;

– взаємне орієнтування знімків;

– зовнішнє орієнтування моделі;

– зйомка рельєфу i ситуації.

Підготовчі роботи полягають у збиранні необхідної інформації, підготовці приладу та визначенні необхідних установок. Для обробки окремої стереопари необхідно мати знімки, контактні відбитки з розпізнавальними знаками, каталог з їхніми координати i матеріали польового дешифрування.

Підготовка приладу включає виконання необхідних перевірок, визначення місць нулів та сталих величин і встановлення їх на відповідних шкалах.

У результаті розрахунків визначаються горизонтальний i вертикальний масштаби моделі, базис проеціювання, фокусна відстань приладу i пари шестерень для координатографа та лічильника висот.