книги из ГПНТБ / Бугаец Е.А. Фотограмметрия в горном деле

ГЛАВА VI

НАЗЕМНАЯ СТЕРЕОФОТОГРАММЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА ОТКРЫТЫХ РАЗРАБОТОК

§ 35. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

За последние годы наземная стереофотограмметрическая съемка стала внедряться в маркшейдерскую практику при съемке открытых разработок, а также при создании планово-высотного

обоснования на участках со сложным рельефом местности при проведении геологоразведочных работ, проектировании, строи­ тельстве и эксплуатации горнорудных предприятий в горных и высокогорных районах.

Маркшейдерская съемка открытых разработок (карьеров)

обычными методами имеет ряд недостатков, к числу которых

относятся:

1)большая трудоемкость полевых работ, что особенно за­ трудняет текущую съемку в зимнее время;

2)необходимость установки рейки на бровках и откосах

уступов, что часто связано с риском для работающих;

3)неполнота первичной документации съемки и отсутствие полевого контроля работ;

4)недостаточная точность и объективность съемки.

Топографическая (тахеометрическая и мензульная) съемка

в условиях резко пересеченной местности не обеспечивает необ­ ходимой точности, требует большой затраты времени и средств и очень часто является узким местом в успешном проведении геологоразведочных, проектных, строительных и горных работ, а в. отдельных случаях вообще не может быть применена из-за

весьма сложного рельефа местности.

В указанных условиях наземная стереофотограмметрическая съемка является наиболее целесообразной, ибо она помимо полу­ чения плана в любых крупных масштабах (от 1 : 10 000 до

1 : 500 и крупнее) позволяет, как показывает опыт, использовать стереоскопические снимки для самых различных целей: проекти­

140

и удобно хранимыми полевыми документами, объективно отра­ жающими топографию местности, геологию и горные работы карьера на определенный момент времени.

•5 36. СХЕМА НАЗЕМНОЙ СТЕРЕОФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ

Наземный стереофотограмметрический метод создания топо­

с двух концов базиса. Съемка выполняется так, что каждая пара снимков имеет перекрывающееся изображение, т. е. один и тот же участок местности фотографируется на каждом из двух сним­ ков. Такая пара снимков, как известно, называется стереопарой.

При съемке оптические оси фотокамеры могут быть перпен­ дикулярны к базису или расположены под некоторым углом

к нему, лежать в горизонтальной или наклонной плоскости. Однако отметим сразу, что последний случай расположения осей ввиду сложности последующей обработки снимков не получил применения на производстве.

На снимках, полученных в результате съемки, кроме перспек­

тивного изображения местности, фиксируются координатные

метки прикладной рамки фотокамеры, что позволяет на каждом

-снимке провести две взаимно-перпендикулярные линии — прямо­ угольную систему координат. Горизонтальная линия этой си­ стемы является осью х, а вертикальная — осью z снимка. Поэтому изображение любой точки местности может быть определено на каждом снимке стереопары двумя координатами х и г, которые называются прямоугольными координатами точки.

Камеральные работы рассматриваемого метода съемки сво­ дятся к фотограмметрической обработке снимков на стереоком­ параторах, позволяющих восстановить пространственную модель местности. С любой точкой этой модели можно совместить про­ странственную марку, которая имеется в стереокомпараторе, и по отсчетным шкалам прибора получить координаты х и z измеряе­

мой точки на левом снимке и величину горизонтального парал­ лакса р.

По измеренным величинам в дальнейшем вычисляются фото­ грамметрические координаты характерных точек сфотографиро­ ванной местности. Пользуясь этими координатами, затем на бу­ маге при помощи чертежных приборов рисуют полноценный топо­

графический план.

Этот план может быть также получен при помощи специаль­ ного стереофотограмметрического прибора — стереоавтографа.

141

§37. ЭЛЕМЕНТЫ ОРИЕНТИРОВАНИЯ СНИМКОВ

Кэлементам внутреннего ориентирования снимков относятся:

1)фокусное расстояние фотокамеры /к—величина перпенди­ куляра, опущенного из задней узловой точки объектива фотока­ меры на плоскость.прикладной рамки;

2)координаты и оZ. — основания этого перпендикуляра

относительно прямоугольной системы координат снимка (рис. 59, а).

В идеальном случае основание перпендикуляра (главная точка снимка о') должно совпадать с точкой о — точкой пересе­ чения прямых, проведенных через координатные метки снимка

(начало координат), Элементы внутреннего ориентирования определяют проекти­

рующий пучок лучей, существовавший в момент съемки. К элементам внешнего ориентирования относятся:

2) абсолютная высотная отметка Zo * центра проекции в ле­ вой точке базиса;

3)величина В базиса фотографирования (горизонтальная его проекция);

4)дирекционный угол базиса о;

5)превышение центра проекций Sn правой точки базиса над центром проекции 5Л левой точки— h ;*

6)углы наклона оптической оси в левой и правой точках сто­

яния фотокамеры — <»л * и ип*;

* На рис. 59, б не показано.

142

7) углы в горизонтальной плоскости, составленные оптической осью фотокамеры в левой и правой точках стояния с линией ба­

осей фотокамеры; величина этого угла может быть определена как разность:

и *п .*

Элементы внешнего ориентирования определяют положение

проектирующего пучка лучей в пространстве относительно мест­

ности.

Из элементов внешнего ориентирования геодезическими изме­ рениями определяют Xs, Ys, Zo , В, о и h. Углы ?л и <рп устана­

вливаются при съемке на заданную величину при помощи ориен­ тирующего устройства фототеодолита, углы <»Л1 о>п, хл и *п при­ водят к нулю путем установки фотокамеры в рабочее положение при помощи цилиндрических уровней.

Элементы внутреннего ориентирования определяются из ла­ бораторных исследований или из полевых измерений.

§ 38. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ НАЗЕМНОЙ СТЕРЕОФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ СЪЕМКИ

При фотографировании местности.оптические оси фотокамеры могут быть расположены:

1)перпендикулярно базису и лежать в одной горизонтальной

плоскости (случай нормальных осей);

2)перпендикулярно базису, но лежать в наклонной плоскости;.

3)отклоняться влево или вправо и при этом быть параллель­ ны друг другу и лежать в горизонтальной плоскости (случай равномерно отклоненных осей);

4)отклоняться влево или вправо и при этом быть параллель­ ными друг другу, но лежать в наклонной к горизонту плоскости.

Обычно с целью облегчения камеральной фотограмметриче­

ской обработки снимков фотографирование производится одной парой снимков с нормальными осями к базису и двумя парами снимков с осями, равномерно отклоненными влево и вправо без наклона оптической оси фотокамеры к горизонту.

Случай нормальных осей

На рис. 60 Sn и 8Л обозначают положения узловых точек объектива фототеодолита при съемках; 5П5Л = В — базис фото­

графирования; Snon —направление оптической оси фотокамеры

при установке фототеодолита в правой точке базиса; Зяол —

* На рис. 59, б не показано.

143

направление оптической оси фотокамеры при установке фототео­ долита в левой точке базиса; А — точка местности; ал — изобра­

жение этой точки на левом снимке, ап—изображение точки А на правом снимке; —отстояние точки А от базиса фотографи­ рования; Хф — абсцисса точки А; 2Ф— высота точки А над узло­

вой точкой объектива фотокамеры в левом конце базиса (на рисунке нет).

Для определения всех трех фотограмметрических координат точки А местности по снимкам одной стереопары поступим сле­ дующим образом.

Рис. 60. Нормальный случай наземной стереофито! рам.метрической съемки

За начало координат примем левую точку 5Л стояния фото­

за ось 2ф— линию, перпендикулярную к двум первым осям.

На правом снимке точка А местности изобразится в ап и будет иметь координаты хп и zn; на левом снимке — в ал и будет иметь координаты хл и z„.

144

стояние фотокамеры фототеодолита, величину В и измерить по снимкам горизонтальный параллакс точки, координаты которой определяют.

Если между левым и правым концами базиса имеется пре­ вышение Лф, то возникает вертикальный параллакс q=zJt —z„.

Для определения величины q найдем координаты 2Ф для ле­ вого и правого снимков:

^фл— J ф-д ,

7 _ у гп

^Фп — гф 77-

Но

^Фл 2фп = Аф,

откуда

^фт1 = yr- (2Л — z„) = Аф

вертикальный параллакс будет зависеть только от Уф, т. е. па­ раллакс будет изменяться при переходе от одной точки к дру­

гой.

Случай равномерно отклоненных осей

Для того чтобы увеличить производительность наземной сте-

реофотограмметрической съемки при фотографировании местно­ сти, оптическая ось фотокамеры отклоняется влево, а затем на такой же угол — вправо. Площадь захвата местности камерой с одного базиса при такой последовательности фотографирова­ ния значительно увеличивается, чем и достигается понижение себестоимости создаваемого топографического плана и сокра­ щаются сроки его изготовления.

Рис. 61. Случай равномерно отклоненных осей при наземной стереофотограмметрической съемке

Допустим, что для фотографирования местности оптические оси фотокамер отклонены от нормального положения на угол а

(рис. 61).

За начало фотограмметрической системы координат примем левую точку базиса 5Л, за ось Уф — направление оптической оси

Здол фототеодолита в левой точке стояния базиса, за ось %ф —

прямую, перпендикулярную к Уф.

Чтобы определить зависимость между координатами снимка и фотограмметрическими координатами, необходимо преобразовать случай равномерно отклоненной съемки в нормальный случай.

Рассмотрим три способа таких преобразований: 1) способ переменного базиса; 2) способ переменного фокусного расстоя­ ния и 3) способ переменных горизонтальных параллаксов.

Способ переменного базиса. Выполним некоторые дополни­ тельные построения на рис. 61. Перенесем точку Sn по направле­ нию луча 5ПЛ на ось Хф фотограмметрической системы коорди-

146

нат в точку 5П'. Сохранив около этой точки направление оптиче­ ской оси фототеодолита, имевшее место на правой точке стояния базиса, и значение фокусного расстояния, получим нормальный случай съемки, но уже с некоторого фиктивного базиса В'.

В соответствии с формулами (96), (99) и (100) можно запи­ сать формулы нормального случая съемки относительно ба­

зиса В':

Формулы (104) служат для вычисления фотограмметрических координат для случая съемки с равномерно отклоненными осями.

Способ переменного фокусного расстояния. Вынесем в форму­

лах (104) за скобку выражение -х-■ Тогда получим:

/к

В (/к COS а 4- Л'п sin а)

р

Вхл cos а 4 х„ sin а)

(105)

д/к

Bz„ (A COS а 4 х„ sin а)

pf«

В формулах (105) заменим значение fKcos а 4- xnsin a = f', ко­ торое называется переменным фокусным расстоянием:

_ Bf

р

PfK

•£ф _ Bznf

Р/к

Чтобы подсчитать значения Уф, Хф и 2Ф, надо вычислить f'.

Оно состоит из постоянной величины fKcosa и переменной вели­

чины xnsin а, зависящей от х„. Следовательно, для каждой точки снимка будет свое f'. Подставив в формулы (106) значения f', fK, В, р, хд и гл, можно получить значения фотограмметрических координат любой точки снимка при съемке с равномерно откло­

ненными осями.

Способ переменных горизонтальных параллаксов. Этот способ

'был предложен в 1953 г. Р. Р. Синаняном.

Если в первом способе преобразования формул постоянными величинами оставались фокусное расстояние и горизонтальный параллакс, а во втором — базис фотографирования и горизон­ тальный параллакс, то в своем способе преобразования Р. Р. Си-

«нанян принял за постоянные величины базис фотографирования ■и фокусное расстояние, сделав переменным горизонтальный па­

раллакс.

Развернем базис фотографирования В (рис. 62) вокруг точки до тех пор, пока он не займет положение, перпендикулярное лучу 5лол. Тогда правый конец базиса Sn переместится в точку S/. Сохранив около этой точки направление оптической оси фототеодолита, имевшее место на правом Sn конце базиса, и фо­ кусное расстояние, получим нормальный случай съемки. Но при этом фотографическое изображение точки А местности на правом

снимке Р2' переместится из точки а/ в точку на величину Дхп. За счет этого на снимке Р/ появится горизонтальный парал-

448