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

В 1956 г. доцентом МИИГАиК А. С. Валуевым предложено-' дополнительное трансформирующее устройство к существую­

щим стереокомпараторам, состоящее из масштабно-конвергент­

ного устройства с дополнительной направляющей линейкой.

Идея этого устройства осуществлена на принципе переменного

фокусного расстояния.

Дополнительное устройство позволяет любые случаи съемки с отклонением оптических осей влево и вправо до 35°, но направ­ ленных горизонтально автоматически приводить к нормальному случаю.

Указанное устройство позволяет также вносить поправки в элементы внешнего и внутреннего ориентирования (скос, кон­

вергенция, неприжатие снимка к координатным меткам приклад­

ной рамки камеры и т. д.).

Таким образом, последующее графическое, построение плана'

всех трех пар снимков, полученных с одного базиса (одной нор­ мальной и двух с отклонением влево и вправо) без дополни­ тельных поправок в измеренные на, стереокомпараторе коорди­

наты х, z и р может осуществляться на фотограмметрическом чертежном приборе, как для нормального случая съемки.

Несмотря на значительное сокращение объема работ по>

сравнению с аналитическим способом, графический способ при­

меняется лишь при небольшом количестве обрабатываемых' то­

чек. При большом количестве точек графический способ стано­ вится нерентабельным и поэтому вместо него применяется гра­ фомеханический способ.

Графомеханический способ

Графомеханический способ основан на применении специаль­ ных приборов, называемых стереоавтографами, которые автома­

тически решают уравнения математической зависимости между пространственными фотограмметрическими координатами точек

местности и их координатами на снимке как для нормальной съемки, так и для съемки с равномерно отклоненными оптиче­ скими осями.

Нормальный случай съемки

Рассмотрим рис. 80, а, на котором Р\ и Р2 — снимки, полу­

ченные соответственно с двух концов базиса: Si — левого и S2— правого. Расстояние S]S2 — базис В/m в масштабе плана. Пусть точка No местности изобразится на первом снимке Р\ в точке:

а на втором — в точке п2. Чтобы получить по этим, изображе­

ниям фотограмметрические координаты искомой точки, кадо- со­ единить прямыми линиями точки Sj и П\, а также точки S? и. «2-

Если эти лучи продолжить, то они пересекутся в точке- Nq, ко1- торая и даст плановое положение определяемой точки в мас-

штабе плана. Кф и Хф будут фотограмметрическими координа­

тами точки No-

Эта .же задача может быть решена по-другому.

Рис. 80. Схема засечек на стереоавтографе

Переместим точку S2 до совпадения ее с точкой Зь сохранив

Рис, 81. Схема механической засечки на стереоавтографе

до тех пор, пока он точно не уляжется между проектирующими лучами и при этом останется перпендикулярным к оси SiOi, то опять получим засечкой плановое положение точки No и ее ко­ ординаты Уф и Хф. Этот вид засечки и используется в стерео-

лвтографах.

Разберем конструктивную схему стереоавтографа (рис. 81).

«80

Основной частью стереоавтографа является стереокомпара ­ тор. Каретка х стереокомпаратора при помощи тяг соединяется с коротким плечом линейки 1, а каретка горизонтальных парал­ лаксов— с коротким плечом линейки 2. Расстояние от линии гг до центра вращения линеек 1 и 2 равняется фокусному расстоя­ нию /к фотокамеры, которой выполнялась съемка.

Вдоль оси Уф перемещается линейка <3, на которой имеются

деления для установки величины базиса съемки в масштабе плана. Линейка 3 при своем движении остается все время пер­ пендикулярной оси Уф, но при этом она смещается параллельно’ самой себе вдоль оси Уф.

Рис. 82. Конструктивная схема стереоавтографа

Перемещением каретки х стереокомпаратора марка левого микроскопа бинокулярной системы наводится на точку п-. снимка. При этом соответствующая тяга поворачивает линейку / в положение Sift). Установим на линейке 3 необходимую ве­ личину базиса В/т и в точке N\' шарнирно скрепим линейку 3 с линейкой 2. Тогда линейка 2 установит каретку горизонталь­ ных параллаксов в произвольное положение.

Начнем передвигать линейку 3 вдоль неподвижной линейки I

до тех пор, пока линейка 3 через систему тяг не подведет под марку правого микроскопа бинокулярной системы точку «2 снимка Р2, установленного в каретке горизонтальных парал­ лаксов стереокомпаратора.

Этот момент будет сопровождаться пространственным совме­ щением марки стереокомпаратора с точкой No модели местно­ сти. При таком положении фотограмметрические координаты Уф и Уф точки /Vc определяются засечкой луча Sitij и линией базиса В/т.

Рассмотренная схема стереоавтографа не получила произ­ водственного осуществления из-за малости величины В/т и не­ возможности размещения линеек / и 2. Задача определения

1S1

■планового положения точек решается в стереоавтографах при помощи дополнительно вводимого в конструкцию стереоавто-

графа узла-параллелограмма (рис. 82).

Каретка х стереокомпаратора связана системой тяг с линей­

кой /, вращающейся в точке Si. Другим своим концом эта ли­

нейка шарнирно скреплена с кареткой отстояний 4, которая мо­ жет перемещаться по мостику отстояний 3. Последний пред­ ставляет собой линейку 3 (см. рис. 81), но оформленную кон­ структивно иначе.

"Рис. 83. Схема механической засечки на стереоавтографе при равномерно отклоненном случае съемки

Каретка параллаксов стереокомпаратора связана с линей­ кой 2, центр вращения которой S2 отнесен от точки Si вдоль

«оси Лф на некоторое расстояние.

В исходном положении линейки 1 и 2 параллельны.

Чтобы определить плановое положение точки М>, каретка от­ стояний 4 перемещается по мостику отстояний 3 до тех пор, пока

визирная марка левого микроскопа бинокулярной системы не

коснется точки п\ левого снимка (положение I—/). После этого, не изменяя положение линейки 1, ведущим роликом 5 линейки

_2 устанавливается базис В/m. Линейка 2 установят каретку

продольных параллаксов, а вместе с ней и правый снимок в про­

извольное положение. Правая марка бинокулярной системы подойдет к некоторой точке п2 правого снимка. Затем, переме­

щая мостик отстояний вдоль оси Уф , правая марка совмещается с точкой п2 снимка Р2 (положение II—II). При этом центр ве­

Ш

Случай съемки с равномерно отклоненными осями

При этом виде съемки задача определения планового поло­ жения точки также может решаться засечками двух видов (рис. 83). Однако в этом случае базис съемки располагается под углом а к линии Хф.

Эта задача решается в стереоавтографе путем разложения базиса В/т на оси Уф и Хф, причем на первую ось проекти­

руется величина В/т sin а, а на вторую величина ВIm cos и. Для этих целей в конструкцию стереоавтографа введена кресто­ образная система базисных салазок.

Установка выполняется следующим образом: вначале веду­

щий ролик 5 линейки 2 перемещается в положение 5' (см. рис. 82), чем и достигается установка проекции базиса на ось

Хф, а затем этот же ролик передвигается в положение 5", чем и достигается установка проекции базиса на ось Уф.

Все остальные операции по определению планового положе­ ния точки Nq остаются такими же, как и при нормальном слу­ чае съемки.

§ 43. УСТРОЙСТВО СТЕРЕОАВТОГРАФОВ

Стереоавтограф Орель—Цейсса

Немецкий стереоавтограф Орель—Цейсса (рис. 84), наряду

с отечественным стереоавтографом конструкции проф. Ф. В. Дро­ бышева, нашел себе применение для обработки снимков на­ земной стереосъемки. Стереоавтограф позволяет графо-механи­ ческим путем получать или пространственные координаты от­ дельных точек местности, или топографический план местности.

Стереоавтограф представляет собой соединение стереоком­ паратора с системой линеек.

По сравнению с обычным, стереокомпаратор стереоавто-

трафа несколько видоизменен. Так, например: в приборе отсут­ ствует винт горизонтальных параллаксов, а вместо него введена

параллактическая шкала, отсчеты по которой производятся по специальному микроскопу; винт вертикальных параллаксов соединен с ножным диском, вращением которого можно устра­ нить вертикальный параллакс; в приборе имеется возможность

■отсоединения основной каретки и бинокулярного микроскопа

стереокомпаратора от системы линеек.

Система линеек стереоавтографа состоит из линейки направ­ лений 1, параллаксов 2 и высот 3. Линейки 1 и 2 используются в приборе для определения плановых координат точек местно­ сти, 3 — для определения их высотных отметок.

Линейки / и 2 могут поворачиваться вокруг вертикальных

осей I и II. При этом вращении линейка 1 при помощи тяг

передает движение на основную каретку стереокомпаратора,

183

т. е. на левый снимок LP, а линейка 2— на каретку параллак ­ сов, т. е. на правый снимок РР. При необходимости тяги могут

быть отключены от стереокомпаратора и движение на снимки передаваться не будет.

Линейка параллаксов имеет около точки II перегиб, что поз­ воляет отклонять ее большой конец на тот или иной угол. Благо­ даря такому устройству представляется возможность исправлять, возникающую при фотосъемке ошибку конвергенции у, которая

Рис. 84. Стереоавтограф Орель — Цейсса

заключается в непараллельное™ оптических осей фотокамеры,

и обрабатывать снимки, полученные при отклонении оптических осей фотокамеры в ту или иную сторону от нормали к базису фотографирования в пределах от 0 до 10°.

Длинные концы линеек 1 и 2 лежат на каретке отстояний 4, которая может перемещаться по мостику отстояний 5 вдоль-

оси х прибора.

Связь между линейкой 1 и кареткой отстояний осуществ­ ляется при помощи вилкообразного шарнира и салазок, слу­ жащих для введения поправок в отстояния за наклон оптиче­

ской оси фотокамеры. Установка поправок выполняется по шкале и барабану микрометренного винта 6.

Линейка 2 связана с кареткой отстояний 4 тоже при помощи вилкообразного шарнира и крестообразных базисных салазок,

которые нужны для установки проекций базисов фотографиро­ вания на осях х и у прибора. Установка производится по шка­

184

прибора и перемещать в этом же направлении мостик отстоя­ ний. При этом движении каретка отстояний будет скользить вдоль линейки 1, не вызывая перемещения левого снимка. Если линейка 2 не параллельна линейке 1, что может иметь место при введении поправки в базис фотографирования, то при дви­ жении мостика 5 каретка отстояний будет действовать на ли­ нейку 2 и тем самым перемещать правый снимок относительно левого. Для перемещения мостика отстояний вдоль оси х при­ бора используется штурвал 11.

Меньшими своими плечами линейки 1 и 2 лежат на каретках фокусных расстояний 12 и 13, которые при помощи тяг взаимо­ действуют с основной кареткой и кареткой параллаксов стерео­ компаратора. Связь между каретками фокусных расстояний и

линейками выполняется через вилкообразные, шарниры и са­ лазки. При работе короткие плечи линеек устанавливаются на величину фокусного расстояния фотокамеры, которая использо­ валась при съемке. Длина фокусного расстояния определяется

отрезками между центрами ведущих роликов 14 и 30 шарниров и соответствующими центрами 11 и 1 вращений линеек 1 и 2. Установка выполняется при помощи микрометренных винтов 15 и 16, которые передвигают салазки, а вместе с ними и ве­ дущие ролики 14 и 30. Отсчет величины фокусного расстояния производится по специальным шкалам и барабанам с точно­ стью до 0,01 мм.

Каретки фокусных расстояний монтируются на мостике фо­ кусных расстояний 17 и могут передвигаться по нему вдоль оси х прибора.

Рукоятки 10, 11 и педаль 18 позволяют стереоскопически ви­ зировать на ту или иную точку негативов, установленных в кас­ сете стереокомпаратора. При наведении движение передается линейкам 1 и 2, которые засекают положение этой точки в го­

ризонтальной плоскости относительно левого конца базиса фо­ тографирования. В приборе левому концу базиса фотографиро­

вания соответствует центр 1 вертикальной оси вращения

линейки 1, определяемой точке — центр ведущего ролика' 19

длинного плеча этой же линейки. Чтобы зафиксировать поло­ жение засеченной точки или зарисовать рельеф и контуры мест­ ности, планшет надо было бы поместить в этой части стереоавто­ графа, что неудобно. Поэтому планшет 20 вынесен в сторону и помещается в стереоавтографе на специальном столе. При этом фиксирование точки или составление топографического плана местности производится через штангу каретки отстояний,

которая имеет на конце чертежное устройство 21. Точке стоя-

185

иия на планшете должен соответствовать центр лупы 22, уста­

новленной на кронштейне-держателе.

При необходимости можно взять отсчеты Хф и Уф засечен­

ной точки, для чего в стереоавтографе смонтированы соответ­

■скрепленных под прямым углом. В точке III перегиба линейка может вращаться. Точка III соответствует также левому концу

базиса фотографирования.

Рис. 85. Схема определения координаты 7фна стереоавтографе

Свободный конец малого плеча линейки высот лежит на ка­ ретке фокусного расстояния 23, которая связана с бинокулярной системой 29 стереокомпаратора. Ведущий ролик 24 вилкообраз­

ного шарнира скользит по короткому плечу линейки 3 и может устанавливаться винтом 25 на заданное фокусное расстояние.

Каретка 23 передвигается по мостику фокусного расстояния. Другой конец линейки высот лежит на каретке высот 26,

которая монтируется на мостике высот 27. Последний через са­

лазки 9 связан с мостиком отстояний.

Передвижение каретки высот производится штурвалом 32 - или ножной педалью 28.

Рассмотрим схему определения координаты 2ф на стерео­ автографе (рис. 85).

Предположим, что в стереоавтографе использовалась бы прямая линейка высот. В этом случае короткое ее плечо, уста­ новленное на величину фокусного расстояния, при повороте ли­ нейки около точки III отсекало бы отрезки, параллельные оси х снимков. Тогда бы и движение каретки высот соответствовало изменению координаты Хф.

186

При изгибе линейки высот на 90° ее малое плечо будет те­ перь при повороте линейки около точки III перемещать бино­

кулярную систему стереокомпаратора вдоль оси z снимков, а передвижение каретки высот будет соответствовать измене­ нию координаты 7ф. При этом, так как в обоих случаях вели­ чина малого плеча одинакова и равна fK, то отрезки, отсекае­ мые при повороте большого плеча линейки 3 на тот или иной угол, будут равны друг другу, т. е. пхох = п/о/.

При стереоскопическом наведении на точку модели местности в высотную часть стереоавтографа автоматически вводится от­ стояние Кф за счет движения мостика отстояний, а вместе с ним

и мостика высот.

Докажем, что отрезок оЗ' между нулевым положением ли­ нейки высот и ведущим роликом каретки высот 26 равен фото­ грамметрической координате Z$ в масштабе плана.

Рассмотрим два подобных треугольника ШоЗ' и П1пх'ох. Из них можно записать:

оЗ' __ n,'oL' ~оПГ~ Oi'/ll ■

Но

оП1= Уф,

oJII=fK,

Откуда

/к

Но

У ___ Hfv.

z<t>— р ’

тогда

Величина отметки в масштабе плдна при необходимости

может быть отсчитана по специальной шкале с точностью до

0,02 мм.

Обработка снимков на стереоавтографе

Перед началом работ проводятся поверки стереоавтографа,

которые выполняются с целью определения нульпунктов шкал, установки постоянных прибора и приведения стереоавтографа

в рабочее положение.

В7

Рисовка топографического плана ведется на планшете, на ко­ тором предварительно наносятся в заданном масштабе точки опоры, левые концы базисов фотографирования и направления оптических осей фотокамеры, которые они занимали в моменты съемок.

Начальным этапом обработки снимков является их ориенти­

ровка описанным ранее способом. Ориентировка снимков вы­

полняется при отключенных линейках прибора. После ориенти­ рования линейки подключаются к стереокомпаратору. Для этой цели они предварительно устанавливаются в нулевое положе­ ние, а марка наблюдательной системы стереокомпаратора визи­ руется на метки z обоих снимков. Затем по шкалам Вх и Ву:

устанавливается базис фотографирования, причем при съемке с равномерно отклоненными осями пользуются двумя винтами Вх и Ву, а при нормальном случае съемки — только одним

винтом Вх.

После установки базиса фотографирования на прибор по­ мещается шкала 2ф, вычерченная в масштабе изготовляемого

топографического плана. Перемещая эту шкалу относительно индекса, устанавливают высоту левого конца базиса фотографи­ рования. При этой установке нулевое положение линейки 3 не нарушается. Затем марка наблюдательной системы стереокомпа­

ратора наводится на метку х левого снимка и при этом по­ ложении производится подключение линейки 3 к бинокулярному

микроскопу.

Перед рисовкой также производится ориентировка план­ шета. Для контроля ориентировки снимков и планшета марка бинокулярного микроскопа стереокомпаратора стереоскопически наводится на геодезические точки, имеющиеся на снимках и на­ несенные на планшет. При правильной ориентировке острие карандаша 21 (см. рис. 84) будет покрывать точки опоры, на­ несенные на планшет.

После ориентировки планшета вычерчиваются вначале гори­ зонтали, а затем контуры местности.

Для проведения той или иной горизонтали ее отметка уста­ навливается на шкале 2ф при помощи штурвала 32. Затем, поль зуясь только лишь штурвалами 10 и 11 и иногда педалью 18 и

наблюдая за маркой бинокулярного микроскопа, которая все-

время должна скользить по модели местности, не уходя в землю и не поднимаясь в воздух, на планшете проводится горизон­ таль. После проведения первой горизонтали отсчет по шкале Z изменяется на величину сечения горизонтали и описанным выше способом проводится вторая горизонталь, а затем все последующие горизонтали и контуры сфотографированной местности, что позволяет получить полноценный топогра­ фический план с характеристикой рельефа и ситуации мест­ ности.

1S8