Глава 10 стереометр

§ 62. Теория стереометра стд-2 и описание его устройства

При идеальном случае стереотопографической съемки превыше­ние каких-либо двух точек местности, изобразившихся на снимках, можно определить по формуле

если известна высота фотографирования H₁ над плоскостью, про­ходящей через начальную точку, и продольный параллакс р° на­чальной точки.

Для этого на стереокомпараторе необходимо измерить вели­чину Δр⁰ — разность параллаксов искомой и начальной точек.. Можно также решить и обратную задачу; например, определить на снимках разность параллаксов Δр⁰ двух точек с известными геодезическими отметками, использовав формулу

где h=A_Г —A₁ представляет собой превышение какой-либо гори­зонтали с отметкой A_Г относительно отметки начальной точки A₁.

Вычислив разность Δр⁰, можно сложить ее с параллаксом на­чальной точки и тем самым установить отсчет по винту продоль­ного параллакса стереокомпаратора, соответствующий отметке горизонтали. Далее, наблюдая стереомодель, отмечают на ней места совмещения стереомарки с моделью по всему полю стерео­скопического перекрытия, последовательно соединяя их непрерывной линией, которая и будет являться изображением гори­зонтали данного сечения.

Эта идея была положена в основу разработанного Ф. В. Дробышевым способа изображения рельефа местности по стереопа­рам планового случая стереотопографической съемки, отличаю­щегося от идеального тем, что они получены при наклонном ба­зисе и уклонении оптических осей от нормали на углы а, со и раз­вороте снимков в своих плоскостях на углы .

Для реализации этого способа Ф. В. Дробышевым в период с 1932 по 1952 г. были созданы различные виды стереометров и в том числе стереометр топографический (СТД-2) с дополнитель­ными механизмами, разработанными М. Д. Коншиным, повы­шающим точность работы прибора при обработке снимков со значительными разностями превышений.

В приборах используется компараторная схема измерений. Все они оснащены специальными коррекционными механизмами для автоматического введения поправок в измеренные по плано­вым снимкам разности продольных параллаксов в соответствии с теми искажениями, которые возникают вследствие отклонения их от идеального случая съемки.

Известно, что продольный параллакс есть разность абсцисс од­ноименных точек стереопары p = =x₁—х₂, следовательно, его иска­жение будет зависеть от искажения абсцисс, т. е. δр = δx₁—δх₂, которые можно найти, если воспользоваться приближенными фор­мулами, выведенными ранее: для левого снимка

для правого снимка

где член x₂ΔH/H₁ выражает поправку в абсциссу правого снимка за счет наклона базиса фотографирования.

Заменяя в поправочных членах этих формул x₁ на х₂+р и y₁ на у₂, получим

Найдем разности этих выражений

Принимая , запишем

Приняв за начальную точку главную точку правого снимка O₂ и обозначив ее параллакс через р₁, получим

Подставляя выражение (172) в (171), после преобразования будем иметь

Координаты начальной точки o₂ х₂ = y₂ = 0 и Δр = 0, тогда ее па­раллакс будет равен

Вычитая из выражения (173) выражение (174) и отбрасывая по малости член Δp²α₁/f, получим

Выражение (175) называется формулой СТД-2.

Общий вид топографического стереометра СТД-2 показан на рис. 91. На станине 1 укреплены попарно четыре шарикоподшипника, служащие направляющими оси хх прибора. Между ними с помощью кремальеры 2 перемещается в пределах от —85 до + 40 мм от нулевого значения общая каретка 3. На ней разме­щены направляющие параллактического и дифференциального суппортов.

Параллактический суппорт с помощью винта 4 перемещается параллельно оси х в пределах от 45 до 90 мм и позволяет изме­рять продольные параллаксы с точностью 0,01 мм. Дифференциальный суппорт связан с механизмом продольной коррекции. На этих суппортах с помощью осей вращения закреплены снимкодержатели под формат снимков 18 ×18 см, снабженные зажим­ными 5 и вращательными 6 винтами для ориентирования сним­ков по начальным направлениям.

Над обоими снимкодержателями вдоль оси уу' натянуты две тонкие нити, играющие роль измерительных марок. Они укреп­лены на двух нитедержателях 13, вращающихся вокруг верти­кальных осей, закрепленных под станиной прибора с помощью механизмов поперечной коррекции.

Наблюдательная система представляет собой систему зер­кально-линзового стереоскопа 9, которая с помощью кремальеры 8 перемещается по мостику у 7. Наблюдательная система имеет увеличение 2,5^х и поле зрения 55×55 мм. Правая линза укреп­лена неподвижно, а левая с помощью винта 10 может передви­гаться по направляющей 7 оси у прибора в пределах 5 мм для исправления поперечного параллакса наблюдаемых точек. Рас­стояние между внутренними зеркалами можно менять с помощью рычажка 11, чтобы установить соответствие с глазным базисом наблюдателя.

Аэроснимки освещаются с помощью электрических ламп, ус­тановленных сзади стереоскопа. Для удобства рисовки горизон­талей на снимке с правой етороны прибора прикреплена вращаю­щаяся площадка 12 для руки. Для введения поправок в изме­ренные разности продольных параллаксов, согласно формуле (175), служат коррекционные механизмы, схема устройства кото­рых показана на рис. 92.

Первое коррекционное устройство автоматизирует введение поправок δp₁,. Оно состоит из двух линеек 37 и 31, вращающихся вокруг общей оси 50, закрепленной на станине прибора. Нижние концы линеек связаны с круговым сектором 34, по шкале кото­рого можно установить и закрепить винтом 34' значение угла β = FΔα/f. При положительном значении β линейки должны быть раздвинуты, а при отрицательном значении сжаты. Внутренние ребра линеек 37 и 31 соприкасаются с роликами 35 и 30, уста­новленными соответственно на нижнем 36 и верхнем ползунках, которые могут быть сдвинуты по направляющим 39 и 32, уста­новленными перпендикулярно к оси x прибора. Направляющая 39 жестко связана с общей кареткой 3, а направляющая 32 — с дифференциальным суппортом 29. Под воздействием пружины 28, связывающей этот суппорт с кареткой 3, он всегда будет при­жимать ролики 35 и 30 к ребрам линеек 37 и 31. Если ролики на­ходятся на одном и том же отстоянии F от оси вращения 50, а линейки параллельны (β = 0), то при движении каретки 3 по оси х дифференциальный суппорт будет оставаться неподвижным (δp₁ = 0). Если линейки непараллельны (β 0), то при движе­нии каретки 3 дифференциальный суппорт 29 сместится на вели­чину δp₁ и тем самым изменит отсчет по параллактическому винту при стереоскопическом наведении марки на точку модели.

Второе коррекционное устройство автоматизирует введение поправки δp₂, учитывающей влияние разности высот фотографи­рования и продольного угла наклона левого снимка α₁ путем ус­тановки величины ΔF между роликами 35 и 30, с помощью ми-крометренного винта 33.

Если после этого осуществить перемещение каретки 3, то диф­ференциальный суппорт 29 сдвигается по оси х на величину па­раллакса наблюдаемой точки при наведении стереомарки на точку. В литературе эти два механизма продольной коррекции называют масштабно-конвергентным устройством стерео­метра.

Поперечная коррекция осуществляется двумя механизмами, работающими совместно.

Первый из них вводит поправку δp₃ в соответствии с форму­лой (175). Он состоит из линейки 20 и рычага 19. Линейка 20 с помощью оси 25 укреплена на фигурном плато, скрепленном с дифференциальным суппортом 29. Ее можно поворачивать на углы θ = Rω₂/f в пределах от —2,5 до +4° и закреплять в задан­ном положении винтом 27. Рычаг 19 длиной R₁ скреплен с пра­вым нитедержателем и имеет с ним общую ось вращения 18. На нем находится ролик 21, который с помощью пружины 17 всегда прижат к рабочему ребру линейки 20. Если ребро этой линейки установлено по шкале 26 под углом 6 и закреплено в этом положении винтом 27, то при перемещении каретки 3 на величину х ролик 21 начнет скользить по ребру линейки и пово­рачивать правую нить 16' на переменный угол ρ, величина кото­рого зависит от угла 8 и абсциссы х₂. При х₂ = 0 нить 16' будет проходить через ось вращения правого снимкодержателя, а ось вращения 25 линейки 20 и ось ролика 21 совпадут. Следовательно, поворот линейки 20 на угол 6 не вызовет поворота правой нити. Такой же эффект получится и в случае θ = 0. (Тогда линейка 20 будет находиться в положении параллельной оси х прибора и движение общей каретки 3 не вызовет поворота пра­вой нити 16'.

Изменение угла поворота правой нити вызовет изменение от­счета по винту р пропорционально у и тем самым исправит его величину на значение поправки δp₃.

Второй механизм поперечной коррекции у автоматизирует введение поправки δp₄, учитывающей влияние как Δх, опреде­ляющей разность углов между направлениями на главные точки и точки надиров снимков, составляющих стереопару, так и попе­речного угла наклона левого снимка ω₁. Он состоит из рычага 22, скрепленного с правым нитедержателем под углом 90°, вра­щающимся вместе с ним вокруг оси 18. Для приведения коррек­тора в действие нужно по шкале 23 с помощью микрометренного винта 24' установить между рычагами 19 и 22 угол у и скрепить их в этом положении винтом 24. Шкала 23 позволяет установить угол у в пределах от —4 до +8° с точностью ±2'. В результате поворота нити на постоянный угол можно изменить отсчет параллакса на величину δр₄ пропорционально ординате наблю­даемой точки y₂.

Для автоматизации введения поправки δр₅, учитывающей до­полнительное продольное горизонтирование модели на угол α₁, в связи с превышениями точек местности установлен корректор ν. Он устроен следующим образом. К параллактическому суппорту 49 прикреплен кронштейн 45, имеющий направляющую, установ­ленную параллельно оси х, на которой в небольших предела перемещается суппорт 46, если открепить зажим 42. На этом суппорте с помощью оси 44 закреплена линейка 41, которую можно повернуть на угол ν в пределах ±5° и закрепить в нуж­ном положении винтом 43. Линейка 41 имеет выступающую ра­бочую грань, которая прижимается к ролику 40, установленному на нижнем ползунке направляющей 39 масштабно-конвергентного устройства.

Если линейка 41 установлена параллельно оси х (ν = 0), то при перемещении параллактического суппорта 49 винтом 4 ролик 40 будет скользить по ребру линейки, не вызывая смещения ниж­него ползунка по направляющей 39. В этом случае поправки δр₅ = 0. Если же линейку 41 установить по шкале 48 на вычисленное зна­чение угла ν, то при перемещении параллактического суппорта микрометром 4 ребро линейки 41 будет давить на ролик 40 и ниж­ний ползунок переместится по направляющей 39, изменив тем самым длину линейки 37 конвергентного устройства β, что приве­дет к дополнительному изменению величины ΔF масштабного кор­ректора, а следовательно, и отсчета р по шкале продольных па­раллаксов 4.

Для установки корректора в исходное положение использу­ется фиксатор 38. Он позволяет при наведении стереоскопической марки на начальную точку модели винтом 4 закрепить суппорт 46 винтом 42 в такое положение, при котором ось вращения 44 ли­нейки 41 совпадет с осью ролика 40. После этого фиксатор 38 снова устанавливают в нейтральное положение во избежание по­ломки прибора. Учет поправки δр₆, связанной с дополнительным поперечным горизонтированием модели на угол ω₁, осуществляется коррекционным устройством μ, так как коррекционное устройство γ выполняет это недостаточно точно из-за неучета влияния пре­вышений точек местности.

Механизм дополнительной поперечной коррекции связан с од­ной стороны с поворотом левого нитедержателя 16, а с другой — с параллактическим суппортом. Он устроен следующим образом. На плато 47, связанное жестко с суппортом 49, укреплена направ­ляющая 14, ось которой параллельна оси х прибора. Ее положение относительно суппорта 49 можно зафиксировать винтом 15. На левом конце направляющей 14 находится ось вращения 8 ли­нейки 9. Ее можно установить с помощью шкалы 7 под углом μ к оси направляющей 14 в пределах ±5° и закрепить в нужном положении винтом 6. Рабочее ребро линейки 9 находится в каса­нии с роликом 10, установленным на толкателе 1, имеющем вертикальную и горизонтальную составляющие. Вертикальная состав­ляющая может перемещаться по оси у прибора по направляющей 2, закрепленной на основной каретке 3. К горизонтальной на­правляющей 12 с помощью пружины 17 прижат ролик 11, закреп­ленный на конце рычага 13, связанный под прямым углом с левым нитедержателем и вращающийся вместе с ним вокруг оси 51.

Для установки корректора в начальное положение использу­ется фиксатор 5, позволяющий при стереоскопическом наведении марки на исходную точку модели винтом 4 закрепить направляю­щую 14 винтом 15 в такое положение, при котором ось вращения 8 линейки 9 будет совпадать с центром ролика 10. Если после этого на шкале 7 поставить вычисленное значение угла μ и за­крепить линейку 9 винтом 6, освободить фиксатор 5, то при наве­дении марки на какую-либо точку винтом 4 линейка 9 через ро­лик 10 сместит толкатель 1 по оси у. В результате горизонталь­ная направляющая 12 через ролик 11 повернет рычаг 13, длина которого равна R_o, а вместе с ним и левую нить 16 на угол δу. Его величина будет зависеть от Δр = pi—p₁. Сама же поправка δp₆ будет изменяться пропорционально ординате у наблюдаемой точки.

Седьмая поправка δp₇ формулы (175) не автоматизируется, а вводится в измеренное значение Δрi аналитическим путем.