§ 33.7 Аэрофотопографические съемки
В результате фотосъемок получают фотоснимки объектов и отдельных элементов местности. Фотографирование может выполняться с земли или с летательных аппаратов, чаще всего - с самолетов. Соответственно этому различают наземную фотосъемку, аэрофотосъемку и космосъемку.
Наземная фотосъемка выполняется при помощи фототеодолитов, представляющих собой сочетание теодолита и фотоаппарата. Аэрофотосъемка выполняется при помощи аэрофотоаппарата (АФА), установленного на борту самолета.
На основе фотоснимков местности и предварительно созданного съемочного обоснования получают карты и планы. Процессом построения карт и планов занимается фотограмметрия.
Фотограмметрия определяет формы, размеры и положение предметов по их фотографическим изображениям. При этом рассматриваются формы и размеры сфотографированных объектов, предметов на плоскости (фотограмметрия), а также форма и размеры сфотографированных объектов в пространстве (стереофотограмметрия).
Стереофотограмметрический способ предполагает использование двух фотоснимков одной и той же местности, полученных с разных точек фотографирования. Такие два снимка называются стереопарой.
Одновременное рассматривание стереопары дает возможность воспроизводить пространственную (стереоскопическую) модель местности.
При фотограмметрических работах измерения по фотоснимкам ведут в камеральных условиях, что позволяет применять для составления топографических карт и планов приборы стационарного типа.
При аэросъемке снимки местности получают аэрофотоаппаратами, принципиальная схема устройства которых приведена на рис.86.
Рис. 86
Основными частями аэрофотоаппарата являются: объектив 1, камера 2, кассета 3, и прикладная рамка 4.
С фокальной плоскостью объектива совмещен светочувствительный слой фотопленки. Размеры аэроснимков соответствуют внутреннему формату прикладной рамки, имеющей форму четырехугольника. Чаще всего применяют снимки размером 18 ґ 18, 18 ґ 24 и 30 ґ 30 см.
Большинство современных аэрофотоаппаратов являются приборами автоматического действия. В таких конструкциях предусмотрено автоматическое перематывание пленки, экспонирование и сохранение заданного интервала между экспозициями. Управление АФА производится при помощи командного прибора.
Для фотограмметрических работ, которые следуют за аэрофотосъемкой местности, необходимо знать положение главной точки снимка (положение основания перпендикуляра, опущенного из оптического центра объектива на плоскость аэроснимка - рис. 88а). С этой целью прикладная рамка имеет четыре координатные метки, изображение которых получается при экспонировании на негативе и в дальнейшем на контактном отпечатке.
Главная точка “О” снимка должна находится на пересечении прямых, соединяющих противоположные метки снимка, в точке “О׳” (рис. 86б).
По техническим причинам точного совпадения этих точек, как правило, не бывает, а потому главная точка снимка определяется координатами Х0,У0.
Координаты Х0,У0 главной точки “О” снимка и значение фокусного расстояния fk фотокамеры являются элементами внутреннего ориентирования снимка.
Аэрофотосъемка называется плановой, если она производится при отвесном положении оптической оси фотоаппарата. Соответственно этому аэроснимки называют плановыми или горизонтальными. Для фотографических работ это наиболее благоприятный случай. Практически при плановой съемке угол отклонения оси фотоаппарата от вертикали не должен быть более 3°.
При углах отклонения больше 3° съемку называют перспективной, а снимки наклонными или перспективными.
Различают аэрофотосъемку, выполненную одиночными снимками (например для военных целей), маршрутами (для целей изыскания трасс линейных сооружений) и аэрофотосъемку площадей.
При аэросъемке маршрута соседние снимки должны перекрываться на величину не менее 60% от площади снимка (рис.87).
Рис. 87
Перекрытие снимков вдоль маршрута называется продольным.
Перекрытие двух соседних маршрутов при аэросъемке площадей называется поперечным. Величина поперечного перекрытия - 30-40% (рис.87).
После выполнения аэрофотосъемки пленку обрабатывают и с полученных после проявления и закрепления негативов путем контактной печати изготавливают аэроснимки.
Для проверки качества аэросъемочных работ выполняют накидной монтаж, представляющий собой приближенное соединение аэроснимков по их одноименным контурам в одну сплошную картину заснятой местности. Выявленные недостатки аэрофотосъемки устраняются. Накидной монтаж фотографируют в мелком масштабе (получают репродукцию накидного монтажа).
Для фотограмметрической обработки снимков с целью получения плана местности производят их привязку. Целью привязки снимков является нанесение на них координат контурных точек в количестве, необходимом для получения плана. Точки для привязки снимков называют опознаками и выбирают их на наиболее четких контурах местности, изобразившихся на аэроснимках. Такими точками являются пересечения дорог, углы тротуаров, заборов и т.п. Опознаки закрепляют на местности, накалывают на снимке и на его обороте рисуют абрис расположения таких точек.
Опознаки должны располагаться в зонах продольного и поперечного перекрытий аэроснимков. Проект расположения опознаков составляют на накидном монтаже. Закрепленные на местности опознаки привязывают к пунктам геодезической основы путем прокладки теодолитно-высотных ходов, вычисляя в конечном итоге координаты и их высоты.
Аэроснимок представляет собой центральную проекцию участка местности. На рис. 88 точка S является центром проекции (центр объектива аэрофотоаппарата), Р - предметная плоскость, K - картинная плоскость (плоскость аэроснимка), ASa, BSb, OSo - проектирующие (световые) лучи.
Рис. 88
Предметная плоскость предполагается проведенной по средней отметке участка местности.
Из сущности центральной проекции следует одно из геометрических свойств аэроснимка - оптическая обратимость, т.е. возможность восстанавливать связку проектирующих лучей, существовавшую в момент фотографирования.
Свойство оптической обратимости используется при обработке аэроснимков для преобразования их наклонных (перспективных) в горизонтальные и приведения снимков к одному масштабу.
План местности есть ортогональная проекция, которая получается в результате проектирования точек местности линиями, перпендикулярными к плоскости проекции. В том случае, когда местность представляет собой горизонтальную плоскость, а аэроснимок получен при вертикальном положении оптической оси аэрофотоаппарата, центральная и ортогональная проекции совпадают и снимок является планом местности.
Следовательно, в общем случае при наличии рельефа и при наклоне оси фотокамеры снимок не дает ортогонального изображения местности.
Масштаб планового аэроснимка плоской горизонтальной местности может быть определен из рассмотрения рис.77, где произвольно расположенному отрезку ab аэроснимка соответствует на местности отрезок AB. So = fk - фокусное расстояние аэрофотокамеры и SO = H - высота полета самолета над средней плоскостью.
Так как плоскости Р и К параллельны, то из подобия треугольников ABS и abS следует:
ab / AB = fk / H (129)
Отношение ab / AB есть масштаб изображения, а поэтому:
1 / М = fk / H, (130)
где М - знаменатель масштаба аэроснимка.
Поскольку положение отрезка ab взято произвольно, то очевидно, масштаб аэроснимка будет одинаков.
Из формулы (130) видно, что масштаб аэроснимка равен отношению фокусного расстояния аэрофотоаппарата, к высоте полета самолета. Если высота фотографирования неизвестна, то масштаб аэроснимка может быть определен как частное от деления расстояния между двумя известными точками, измеренного на аэроснимке (в сантиметрах), на соответствующее расстояние (в см) на местности (левая часть ф.129) между этими же точками.
Более подробно об аэрофотосъемке и отображении ее результатов можно почитать в литературе [10].