Учебное пособие 800498

где – отметки соответственно последующей и предыдущей точек хода. Контролем является получение отметки начальной точки хода.

При составлении топографического плана работа ведется в такой последовательности:

а) построение координатной сетки; б) построение опорных ходов по координатам их вершин;

в) нанесение реечных точек с целью построения контуров и рельефа местности (по данным тахеометрического журнала и кроки); г) вычерчивание плана в условных знаках; д) оформление плана.

4.3.2. Фототопографические съемки

Фототопография – раздел фотограмметрии, обеспечивающий составление топографических планов и карт на основе измерительных и изобразительных свойств фотографических снимков.

Использование фотоснимков позволяет выполнить значительную часть задач полевого периода в камеральных условиях, что часто повышает качество работ, ускоряет их выполнение и повышает экономичность решения задачи.

Этот вид съемки основан на свойстве фотоснимка, являющимся центральной проекцией местности (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Центральная проекция точек местности

На рис. 4.4 точка S является центром проекции (центр объектива фотоаппарата), Р – картинная плоскость (плоскость фотоснимка), ASа, BSв, СSс – проектирующие лучи.

Фотографирование местности может выполняться с летательных аппаратов (самолетов, спутников Земли). Соответственно этому различают наземную фотосъемку, аэрофотосъемку и космическую фотосъемку.

Наземная съемка выполняется фототеодолитами, представляющими собой сочетание теодолита и фотокамеры. Аэрофотосъемка выполняется аэрофотоаппаратами, установленными на борт летательного аппарата (рис. 4.5).

73

Рис. 4.5. Схема аэрофотоаппарата: а - аэрофотоаппарат: 1 - объектив, 2 - камера, 3 - кассета, 4 - прикладная рамка, 5 - пленка, 6 - катушки для пленки; б - координатные оси

снимка: 1 - координатные метки, 0 - главная точка снимка

Форма, размеры и положение объектов местности могут проецироваться на плоскость (по одному снимку) и в пространстве (по стереопаре).

Стереопара – два снимка одного участка местности, полученные из разных точек фотографирования (рис.4.6). Расстояние между этими точками называется базисом фотографирования.

Одновременное наблюдение объекта по стереопаре с помощью стереофотограмметрических приборов дает возможность воспроизвести объемную (стереоскопическую) модель местности, по которой определяют пространственные координаты точек.

Определение пространственных характеристик объекта по одному снимку или по стереопаре производят путем фотограмметрических измерений (обработки снимков).

В результате обработки снимков получают координаты точек местности

(цифровую модель местности).

Определяется масштаб снимка по формуле

где f - фокусное расстояние объектива; Н - высота фотографирования.

Если высота фотографирования неизвестна, то масштаб аэрофотоснимка может быть определен как частное от деления расстояний между двумя точками снимка и соответствующими точками местности.

74

Рис. 4.6. Схема восстановления стереомодели: а) схема наземной стереоскопической съемки; б) схема воздушной стереоскопической съемки

При обработке снимков используют три основных системы координат: 1) плоская прямоугольная система о'ху при воздушной съемке и о'хz -при наземной (рис. 4.7);

Рис. 4.7. Плоские прямоугольные системы координат воздушной (а) и наземной (б) съемок

2) пространственные фотограмметрические координаты 0ХYZ при воздушной съемке и SХYZ - наземной (рис. 4.8);

75

Рис. 4.8. Пространственные системы координат воздушной (а) и наземной (б) съемок

3) пространственные геодезические координаты Or X rYr Zr (рис. 4.8).

Началом плоской системы координат служит пересечение осей снимка О, с которым совмещается главная точка снимка О - след от пересечения главного проектирующего луча с плоскостью снимка.

За начало координат фотограмметрической системы при воздушной съемке принимается пересечение осей О, при наземной съемке - узловая точка объектива S.

Между координатами точки на снимке и на местности существует следующая зависимость:

для аэрофотоснимков:

где х,у,z - координаты точки на снимках; Х,У,Z - координаты точки на местности, В - базис фотографирования, Р -разность абсцисс точки на левом и правом снимках (продольный параллакс)

Параметры, однозначно определяющие пространственное положение центра проекции (точки фотографирования) и картинной плоскости (снимка) в момент фотографирования, называются элементами ориентирования.

Различают элементы внутреннего, внешнего и взаимного ориентирования.

Элементы внутреннего ориентирования определяют положение центра проекции относительно снимка. Ими являются координаты главной точки х0,у0 или х0,z0, и фокусное расстояние камеры f (рис. 4.9).

76

Рис. 4.9. Элементы внутреннего ориентирования воздушного (а) и наземного (б) снимков

Элементы внешнего ориентирования определяют пространственное положение связки в момент фотографирования. Это координаты центра проекции X r ,s , Yr ,s , Zr ,s .продольный угол наклона , поперечный и угол поворота

снимка х (рис. 4.10). При наземной съемке - это координаты центра проекции X r ,s , Yr ,s , Zr ,s , дирекционный угол оптической оси или A , угол наклона и

поворота х (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Элементы внешнего ориентирования снимков

Элементы взаимного ориентирования определяют взаимное положение стереопары в момент фотографирования. При воздушной съемке - это пять угловых элементов , , x , , В (рис.4.11). При наземной съемке допол-

нительно определяют дирекционный угол Ав, образованный левым концом базиса и оптической осью , горизонтальную проекцию базиса В, превышение концов базиса hВ или наклон базиса В , угол между направлениями оптических осей , угол наклона оптической оси правого снимка 2 и угол поворота правого снимка х2 (рис. 4.11).

Выбор наиболее рациональной связи между объектом и его изображением на снимке зависит от применяемого случая (вида) съемки, определяемого угловыми элементами внешнего ориентирования.

77

Рис.4.11.Элементы взаимного ориентирования пары снимков

Различают два основных метода фототопографических съемок: фотограмметрический - съемка из одной точки фотографирования и стереофотограмметрический - из двух и более точек.

При составлении планов и карт основными методами являются стереофотограмметрические аэрофотосъемки.

Стереофотограмметрическая аэрофотосъемка должна обеспечивать перекрытие (рис. 4.12) снимков в маршруте не менее чем на 60 %. Перекрытие снимков вдоль маршрута называется продольным. Перекрытие снимков двух соседних маршрутов называется поперечным и составляет 30 - 40 %.

Рис. 4.12. Схема продольного и поперечного перекрытия снимков

При воздушном фотографировании в зависимости от направления оптической оси камеры различают горизонтальную съемку ( = 0) (рис.4.13, а), плановую ( = 3° ) (рис.4.13, б), перспективную ( > 3°) (рис.4.13, в), конвергентную (рис.4.13, г) и дивергентную (рис.4.13, д). Отдельным случаем является панорамная съемка (рис.4.13, е).

78

Рис. 4.13. Случай воздушной съемки

О - главная точка снимка, N - точка надира - след от пересечения отвесного проектирующего луча с плоскостью снимка.

При наземной съемке применяют общий (рис. 4.14, а) идеальный (рис. 4.14, б), конвергентный (рис. 4.14, в), параллельный (рис. 4.14, г), нормальный (рис. 4.14, д), продольно-совмещенный (рис. 4.14, е), нормальнонаклонный (рис. 4.14, ж) случаи.

Рис. 4.14. Случаи наземной съемки

После выполнения аэрофотосъемки обрабатывают фотопленку и с полученных негативов печатают аэрофотоснимки.

Для проверки качества летно-съемочных работ выполняют накидной монтаж, представляющий собой приближенное совмещение снимков по их одноименным контурам в одну сплошную картинку отснятой местности.

Затем выполняется оценка качества летно-съемочных работ по следующим критериям:

а) по уклонению от заданной высоты полета; б) по прямолинейности маршрута;

в) по величине продольного и поперечного перекрытий; г) по уклонению оси фотоаппарата от вертикали; д) по качеству фотоизображения.

Выявленные недостатки аэрофотосъемки устраняются. Накидной монтаж фотографируют в мелком масштабе (получают репродукцию накидного монтажа).

Для получения плана местности производят привязки аэрофотоснимком. Целью привязки является получение координат опорных точек. Точки для привязки

79

снимков выбирают на четких контурах местности (пересечения дорог, углы зданий и т. д.). Опознанные точки закрепляют на местности, накалывают на снимке и на его обороте рисуют абрис расположении опознака. Опознаки должны располагаться в зонах продольного и поперечного перекрытий.

Если в момент фотографирования горизонтального участка местности аэрофотоснимок занимал наклонное положение, то центральная проекция будет отличаться от ортогональной. В этом случае масштаб в различных частях снимка будет различным и точки будут смещены относительно их положения в ортогональной проекции.

Следовательно, для преобразования перспективного снимка в горизонтальный заданного масштаба нужно: 1) устранить линейные искажении снимков вследствие их наклона; 2) привести снимки к одному заданному масштабу.

Эти задачи решаются путем трансформирования, которое выполняется на специальных приборах - фототрансформаторах.

Трансформирование полностью устраняет смещение точек за наклон аэрофотоснимка, но не исключает смещения точек, вызванного влиянием рельефа местности (рис. 4.15).

Рис. 4.15. Искажение изображения на аэрофотоснимке вызванное рельефом местности

Согласно (рис. 4.15) на основании подобия треугольников для горизонтального снимка можно записать:

При трансформировании снимков в положение точек вводят поправку за рельеф по формуле (4.23).

Так как в полевых условиях производится разряженная привязка снимков, при которой определяются координаты двух-трех точек на маршруте, то для составления плана выполняют сгущение планово-высотного обоснования.

Процесс сгущения планового положения точек может выполняться путем построения специальных сетей фототриангуляции или фото-полигонометрии,

80