Подставляя это значение в общее уравнение связи, получим:
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
s.sin( ) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
EP |
= bGA + AGS |
|
|
|
(11.15) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
( |
– bSA ). |
|||||||||||
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
s.cos( ) |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
На основании этого уравнения выполняется расчет всех коорди- |
|||||||||||||||||||
нат лазерных точек. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
11.5.2. Методы выполнения развертки |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|||||
Основные схемы выполнения развертки, используемые в совре- |
|||||||||||||||||||
менных лазерных локаторах, и характерные рисунки распределения |
|||||||||||||||||||
лазерных точек по поверхности сцены изображены на рис. 11.9. Пока |
|||||||||||||||||||
используются только механические методы развертки. |
|
||||||||||||||||||
В качестве основного оп- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
тического |
элемента |
развертки |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
используются: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
• качающееся зеркало; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
• |
вращающаяся призма; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
• |
оптический клин. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Рассмотрим достоинства и |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
недостатки |
указанных |
|
методов |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
орган |
зац |
развертки. Для это- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|||||||
го выдел м несколько кр тери- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
ев, по которым |
|
удем оцен вать |
Рис. 11. 9. Основные схемы |
||||||||||||||||
эти досто нства |
недостатки, а |
||||||||||||||||||
организации развёртки |
|||||||||||||||||||
менно: |
|
б |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
простота техн |
ческой реализации; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
• |
возможность настройки (программирования) режимов скани- |
||||||||||||||||||
рования; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
беспечение• о максимальной равномерности распределения ла- |
|||||||||||||||||||
зерных точек по поверхности сцены; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
• |
другие. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Что касается простоты технической реализации, то все рассмат- |
|||||||||||||||||||
риваемые схемы сканирования не представляют никаких проблем по |
|||||||||||||||||||
Сэтой позиции. Везде используется единственный движущийся опти- |
|||||||||||||||||||
ческий элемент, который в первом случае совершает колебания, а во
142
втором и третьем вращается с постоянной угловой скоростью. Это обстоятельство облегчает юстировку и в значительной степени способствует стабильности и надежности работы оптической системы.
Наибольшие возможности по части гибкости и возможности программирования режимов сканирования обеспечивает схема с качающимся зеркалом. При использовании такой схемы имеется возможность регулировать все три главных параметра, характеризующих
воздушную лазерно-локационную съемку: ширину полосы захвата S (регулируется значением амплитуды колебаний), частоту сканирования f, т.е. количество линий сканирования в секунду (регулируется
управления параметрами разверткиАв процессеДвыполнения аэросъемочных работ. Благодаря этой возможности удается, например, в лидарах типа ALTM реализовать режим компенсации бокового крена, которой гарантирует покрытие заданной полосы съемки, что в значительной степени о легчает пилотирование.
значением частоты колебаний). Третий важнейший параметр лазерно-
локационной съемки – плотность сканирования d, т.е. количество лазерных точек на единицу поверхности, – однозначно определяется по значениям S и f. Схемы развертки с использованием призмы и опти-
ческого клина без применения дополнительных элементов не позво- |
|
ляет регулировать ширину полосы захвата, что на практике оказыва- |
|
ется существенным недостатком. |
И |
|
|
Дополнительным преимуществом схемы развертки с использо- |
|
ванием качающегося зеркала является возможность динамического |
|
В случае спользован я качающегося зеркала за счет изменения закона коле ан й можно получить различные траектории сканирова- н я, как, напр мер, с нусо дальную либо пилообразную.
На большая равномерность распределения лазерных точек по по-
верхности сцены |
|
вается при использовании призмы в качестве |
|
|
обеспеч |
||
скан рующего элемента. В этом случае рисунок сканирования состоит |
|||
з набора прямых л н й, параллельных друг другу. Легко показать, что |
|||
при заданной |
|
движения носителя V, высоте съемки H и ши- |
|
рине полосы захвата S можно подобрать такое значение частоты скани- |
|||
скорости |
|
||
С |
|
|
|
рования f, что будет обеспечено равенство продольного и поперечного расстояний между соседними лазерными точками.
Развертка с использованием оптического клина также не отличается особой гибкостью. Кроме того, при использовании этого метода наблюдается наибольшая неравномерность распределения лазерных точек, причем минимальная плотность приходится как раз на се-
143
редину полосы захвата, т.е. на ту область, которая и представляет наибольший интерес. Однако сканирование с использованием оптического клина имеет одно важное преимущество. При реализации этого метода каждый участок полосы съемки сканируется дважды – при подлете и при отлете от этого участка. Такая особенность, вопервых, позволяет получать отклики от вертикальноИрасположенных объектов, таких как стены здания, стволы деревьев или опоры ЛЭП, во-вторых, создает исключительно благоприятные условия для самокалибровки лидара.
Так, в лидарах типа ALTM, использующих метод качающегося зеркала, предусмотрена возможность установки сканерного блока в наклонное положение до 30° от надира. Такое положение используется наиболее часто при съемке ЛЭП.
Возможность получения откликов от вертикально расположенных объектов имеется и при реализацииДдругих схем сканирования.
11.6. ЛазерноеАсканирование и цифровая
аэрофотосъёмка г. Омска
Для лазерногобсканирования и цифровой фотосъёмки г. Омска использовалась комплексная система компании Leica Geosystems, в которую входили воздушный лазерный сканер ALS50-II и цифровая
аэрофотокамера LEICA RCD 39 Mпикс.
наличиеПри планировании ра от по о ъекту были учтены следующие факторы:
• сжатые сроки проведения ра от;
• протяженность форма границ объекта; С• сложная ав ац онная обстановка, наличие зон, запретных для
полетов д фференц рованных высотных коридоров;
• погодные услов я, характерные для осеннего периода: частая облачность пер од ческ е осадки;
• перепад высот рельефа на объекте (до 200 м);
• в районе проведения работ сети постоянно действующих GPS-станций.
Полевая часть работ по воздушному лазерному сканированию и цифровой аэрофотосъемке на площади 430 км2 выполнена за 15 дней.
На борту воздушного судна совместно с воздушным лазерным сканером ALS50-II, цифровой аэрофотокамерой 39 Mpix в комплексе с инерциальной системой использовался спутниковый двухчастотный
144
GPS-приемник фирмы Novatel модель OEM4 с частотой регистрации измерений 2 Гц (2 измерения в секунду).
Для дифференциальной коррекции GPS-траекторий полета воз-
душного судна при проведении ВЛС и АФС необходимым условием является наличие наземного геодезического GNSS-сопровождения. Рекомендуемое удаление воздушного судна от наземных GNSS-станций при проведении ВЛС и АФС составляет 30 км (технология компании Leica Geosystems). Этому условию удовлетворяло расположение сети референцных станций ВИСХАГИ. Характеристика фактической точности сети референцных станций ВИСХАГИ дана в главе 13.
Вычисление координат опознаков ДвыполнялосьИс использованием программного обеспечения SkiPro, система координат МСК-55-2008, система высот Балтийская 1977 г. СКО положения опознаков в местной системе координат составила 3 см в плане и 5 см по высоте.
Обрабатывались два набора измерений:
• статические – GNSS-измерения опознаков;
• кинематические – GNSS-измерения траекторий полета воз-
душного судна во время выполнения ВЛС и АФС.
Дифференциальная коррекция траектории выполнялась с использованием измерений, полученных GNSS-приемниками сети референцных станций в программном о еспечении GrafNav7.80 фирмы Waypoint Group. СКО положения траекторий полета воздушного судна при проведении ВЛС и ФС не превышала 10 см (Estimated Position Accuracy). При расчете траекторий были использованы изме-
|
рен я с пяти референцных станций |
. Съемка производи- |
||||
|
|
|
|
ВИСХАГИ |
|
|
|
лась с высоты 600 м. Расчетная точность и параметры ВЛС и АФС |
|||||
|
представлены в та л. 11.1 |
11.2. |
|
|
||
|
|
Характер ст ка факт ческой точности рельефа ЦТП (сечение |
||||
|
0,5 м), полученногобпо результатам лазерного сканирования, приводится |
|||||
|
в главе 13. |
|
|
|
|
|
|
|
Блок-схема технолог |
создания и обновления ЦТП по матери- |
|||
|
алам |
|
ВЛС приведена в прил. 2. |
|
|
|
|
|
и |
|
|
Таблица 11.1 |
|
|
|
|
Расчеты на аэросъёмку и лазерную локацию г. Омска |
|||
|
|
для выпуска топографического плана М 1:500. Площадь 430 кв. км |
||||
|
|
Носитель-самолёт Ан-2, комплексная система компании Leica Geosystems: |
||||
|
|
|
Лазер ALS50-II, Фотокамера LEICA RCD 39 Mпикс |
|||
|
Максимальная расчетная путевая скорость, км/ч |
|
140 |
|||
|
ЦАФС |
|
|
|
|
|
145
Продолжение табл. 11.2
Среднестатистическая скорость аэросъемки, км/ч с учетом подлета |
80 |
|
Заданная площадь аэросъемки (Длина, км х Шир, м) |
25 |
17 000 |
Расчетная точность пилотирования по заходу, ± м |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
Требуемая относительная плановая точность лазера, м |
|
|
|
0,25 |
|||||
|
Требуемое разрешение в пикселе по фото, м |
|
|
|
|
0,10 |
||||
|
Расчетная высота аэросъемки по плановой точности лазера |
|
625 |
|||||||
|
Расчетная высота аэросъемки по разрешению ФОТО Midipix CH-39 |
882 |
||||||||
|
Требуемая полоса лазерной аэросъемки с учетом точности |
|
|
17 100 |
||||||
|
пилотирования |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Принятая высота аэросъемки, м |
|
|
|
|
|
|
600 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Принятый половинный угол сканирования,о (макс. 35о) |
|
|
|
28 |
|||||
|
Расчетная относительная плановая точность лазера, м |
3δ |
|
0,24 |
||||||
|
Расчетная относительная высотная точность лазера, м |
3δ |
|
0,12 |
||||||
|
|
|
Лазерное сканирование ALS50-II |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Половинный угол сканирования (0 – 35 |
о |
) |
|
|
|
|
28 |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Заданная частота зондирования (0 – 150 000 Гц) |
|
|
|
150 000 |
|||||
|
|
|
|
|
||||||
|
Максимальная расчетная частота сканирования (0 – 90 Гц) |
|
|
54 |
||||||
|
|
б |
|
Д |
50 |
|||||
|
Заданная частота сканирования (F<макс F) |
|||||||||
|
Расчетный угол сноса, |
|
|
|
|
|
20 |
|||
|
Расчетное поперечное перекрытие между заходами, % |
|
|
|
30 |
|||||
|
|
|
Результат |
|
|
|
|
|
||
|
Полная поперечная полоса захвата на земле, по оси Y, м |
|
ШТИЛЬ |
СНОС |
||||||
|
|
|
А |
|
|
638 |
559 |
|||
|
Поперечное перекрыт е по оси Y, м ≥Точн. пил. |
|
ШТИЛЬ |
СНОС |
||||||
|
|
|
191 |
168 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Поперечный рабоч й захват по оси Y,м |
|
|
|
|
447 |
391 |
|||
|
. плотность точек на 1 кв.м поверхности |
|
|
зад Fск |
6,05 |
|||||
|
|
|
|
|||||||
|
Разрешен е по |
X, м |
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
|
Разрешен е по оси Y, м |
|
|
|
|
|
|
|
0,21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ФотокамераосиLeica MIDIPix RCD 109 39Mпикс |
|
|
|
По полету |
|||||
|
|
Широкая |
Узкая |
|||||||
|
Размер матрицы, мм |
|
|
|
|
|
|
49,07 |
37,2 |
|
|
Размер матрицы, пиксел |
|
|
|
|
|
|
7216 |
5472 |
|
|
Фокусное расстояние объектива, мм (35, 60 мм) |
|
|
|
60 |
|||||
|
Заданное продольное перекрытие, % |
|
|
|
|
|
|
60 |
||
|
Заданное поперечное перекрытие между заходами % |
|
|
|
20 |
|||||
|
Ср |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Результат |
|
|
|
|
|
|||
|
Поперечная полоса захвата на земле по Y,м |
|
|
|
490,7 |
372,0 |
||||
|
Продольная полоса захвата на земле по X,м |
|
|
|
372,0 |
490,7 |
||||
146
Окончание табл. 11.2
|
Продольное перекрытие по X,м |
|
|
223,2 |
294,4 |
||||
|
Поперечное перекрытие по Y,м |
|
|
98,1 |
74,4 |
||||
|
Продольный рабочий захват по X,м |
|
|
148,8 |
196,3 |
||||
|
Поперечный рабочий захват по Y,м |
|
|
392,6 |
297,6 |
||||
|
Разрешение в пикселе, м |
|
|
|
0,068 |
0,068 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
Рабочий интервал аэросъемки, с |
|
|
4,5 |
5,9 |
||||
|
Численный масштаб аэрофотосъемки |
|
|
1 |
10 000 |
||||
|
Линейный масштаб аэрофотоснимка, см/м |
|
|
1 |
100 |
||||
|
|
|
|
Контрольные вопросы и задания |
|
||||
|
|
|
|
|
|
Д |
|
||
|
|
1. |
Что является основой комплексной технологии лазерной ло- |
||||||
|
кации и цифровой аэрофотосъёмки? |
|
|
|
|
||||
|
|
2. |
Перечислите |
основные этапы |
выполнения |
лазерно- |
|||
|
локационных аэросъёмочных работ. |
|
|
|
|
||||
|
|
3. |
Что входит в комплект аэрофотосъёмочного оборудования |
||||||
|
при выполнении комплекса работ по ЛЛ и |
? |
|
|
|||||
|
|
4. |
В чём заключается геодезическое обеспечение аэросъёмоч- |
||||||
|
ных работ для выполнения ЛЛ? |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
блоков |
|
|
|
|
|
|
|
5. |
Из каких двух |
состоит система лазерного локатора? |
|||||
|
|
6. |
Какая информация используется для вычисления точных ко- |
||||||
|
ординат отражения импульсов лазерного излучения? |
|
|||||||
|
|
7. |
Что лежит в основе синхронизации лазерного сканирования |
||||||
|
|
аэрофотосъёмки |
|
|
|
|
|
||
|
и цифровой аэрофотосъёмки? |
|
|
|
|
||||
|
|
8. |
Перечислите элементы полевого контроля выполнения ЛЛ и ЦА. |
||||||
|
|
9. |
Назов те состав процессовЦАкамеральной обработки ЛЛ и ЦА. |
||||||
|
|
10. Какую о ра отку аэросъёмочной информации позволяет |
|||||||
|
выполн ть программный комплекс ALTEXIS? |
|
|
||||||
С |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
11. Как е параметры необходимо определить для калибровки |
|||||||
|
комплексной аэросъёмочной системы ЛЛ и ЦА? |
|
|
||||||
|
|
12. Что выполняется в ходе калибровочной процедуры? |
|
||||||
|
|
13. В каких наиболее неблагоприятных условиях (с точки зре- |
|||||||
|
ния |
|
|
) достигается наибольшая экономическая эффек- |
|||||
|
тивность ЛЛ? |
|
|
|
|
|
|
||
14.Какую дополнительную информацию позволяет получать регистрация до четырёх откликов для каждого зондирующего импульса лазера, кроме картографирования объекта?
15.Перечислите достоинства и недостатки ЛЛ метода съёмки.
147
16. |
Какие векторные пространства и вектора представляют об- |
||||
щую схему компоновки бортового аэросъёмочного комплекса? |
|||||
17. |
Каким образом определяются пространственные координа- |
||||
ты сканерного блока? |
|
|
|
||
18. |
С помощью какого устройства определяется угловая ориен- |
||||
тация сканерного блока? |
|
|
И |
||
|
|
|
|||
19. В какой системе координат работает навигационный компьютер? |
|||||
20. |
Какие параметры необходимо определить для перехода от |
||||
вектора, определяющего положение антенны, к вектору, который |
|||||
определяет положение точки центра сканирования в СК объекта? |
|||||
|
|
|
|
Д |
|
21. |
Что определяет параметр «фаза сканирования»? |
||||
22. |
В результате постобработки какими пространственными |
||||
данными обеспечивается каждое первичное лазерно-локационное из- |
|||||
мерение? |
|
|
|
|
|
23. |
Перечислите компоненты, входящие в уравнение связи, по |
||||
|
|
|
А |
|
|
которому выполняется расчёт координат всех лазерных точек. |
|||||
24. |
Какие структурные компоненты входят в бортовой навига- |
||||
ционный комплекс лазерного локатора? |
|
||||
25. |
Какова длина волны лазерного излучения? Каково обоснова- |
||||
|
|
б |
|
|
|
ние такого выбора? |
|
|
|
||
26. |
Что используется в современных лазерных локаторах в каче- |
||||
стве основного оптического элемента развёртки? |
|
||||
27. |
В чём преимущества развертки с качающимся зеркалом? |
||||
и |
|
|
|
||
С |
|
|
|
|
|
148