Составление топографического плана М 1:500

2.2. Планово-высотная подготовка  снимков

Построение нормально  ориентированной в пространстве стереоскопической модели местности определенного масштаба можно производить по известным элементам внешнего ориентирования аэроснимков или на основе планово-высотного обоснования, создаваемого в процессе привязки аэроснимков и фототриангуляционных работ.

Привязкой, или планово-высотной подготовкой, аэроснимков называется процесс определения координат опознаваемых на аэроснимках точек местности.

Планово-высотная подготовка снимков может осуществляться геодезическими инструментами в поле (полевая привязка), радиогеодезическими методами с самолета (воздушная привязка) и по опознанным в камеральных условиях на аэроснимках изображениям урезов воды, геодезических опорных пунктов или отдельных контурных точек карты (камеральная привязка).

Надежно опознанные на аэроснимках контурные точки местности с известными координатами называются опознаками. Опознаки образуют опорную сеть или планово-высотное обоснование аэрофотосъемки. Положение каждого опознака устанавливается тремя координатами: плановыми (х и у) и абсолютной или условной отметкой (А). Опознаки обычно размещают вблизи углов взаимного перекрытия аэроснимков. В качестве опознаков выбирают хорошо опознаваемые на снимке резко выраженные контурные точки местности, расположенные на ровных пологих склонах.

Полевые методы привязки аэроснимков имеют более высокую точность, чем воздушные и камеральные, однако они более трудоемки и дороги, занимают много времени и требуют определенного сезона года для своего производства. Поэтому их стремятся заменить более быстрыми и экономичными фототриангуляционными методами, которые дают возможность построить по аэроснимкам фотограмметрическими методами свободно ориентированную в пространстве модель местности, обладающую определенным масштабом и точностью. В связи с этим полевое геодезическое обоснование аэросъемки можно использовать только для внешнего ориентирования такой модели, для ее ориентирования относительно геодезической системы координат или для более строгого масштабирования и горизонтирования модели относительно исходной уровенной поверхности. Такое сочетание полевого геодезического обоснования с камеральными фотограмметрическими работами позволяет построить нормально ориентированную в пространстве модель местности на всю территорию аэросъемки.

Так как основная топографическая и проектно-изыскательская работа на модели ведется отдельными участками (стереопарами), а обработка и преобразование фотоизображений – отдельными аэроснимками, то одновременно с построением общей модели местности на ней образуют довольно густую сеть ориентирующих, связующих и контрольных точек, обеспечивающих восстановление модели местности в пределах каждой стереопары и позволяющих вести обработку фотоизображения каждого аэроснимка. Точки такой фотограмметрической опорной сети должны иметь свои координаты в той же системе геодезических координат, что и опознаки.

В связи с тем, что  при построении фотограмметрических  сетей между опознаками геодезического обоснования накапливаются ошибки, развитие таких сетей по протяжению имеет ограничения, связанные с необходимой точностью построения модели, условиями местности и с характером предстоящих основных фотограмметрических работ. Возникающие при этом прогибы фотограмметрических сетей могут быть в определенной мере уменьшены за счет учета колебаний в высотах полета при аэросъемке, полученных из показаний статоскопа, или вставкой высотного опознака в середине сети.

2.2.1. Трансформирование  снимков

Изображение плоской  горизонтальной местности на аэрофотоснимках, имеющих углы наклона, не является планом. Чтобы получить по таким снимкам план, нужно их преобразовать из наклонных в горизонтальные. Кроме того, из-за изменения высоты полета меняется и масштаб аэрофотоснимков, поэтому их еще нужно привести к единому масштабу составляемого плана.

Процесс преобразования наклонного аэрофотоснимка в горизонтальный с одновременным приведением его к заданному масштабу называется трансформированием аэрофотоснимка.

 

рис.2. Трансформирование аэрофотоснимка

Сущность трансформирования аэрофотоснимка состоит в следующем. Пусть известны элементы внутреннего и внешнего ориентирования наклонного снимка Р (рис.2), на котором сфотографирован участок плоской горизонтальной местности Е. Расположим снимок Р относительно плоскости Е так, как это было в момент фотографирования, и осветим его источником света L.

Другими словами, восстановим  связку проектирующих лучей с  центром S, существовавший при съемке. Если снимок имеет угол наклона, то изображение, например, квадрата ABCD местности на снимке получится в виде фигуры abcd, не подобной квадрату. Теперь поместим между центром проекции и местностью Е горизонтальную плоскость P_t. Следы at, b_t, c_t, d_t проектирующих лучей на этой плоскости составят квадрат, т. е. фигуру, подобную той, которая имеется на местности, но в определенном масштабе. Масштаб изображения можно изменять, перемещая поступательно горизонтальную плоскость P_t относительно центра проекции S. Таким образом, в плоскости P_t мы получим трансформированное изображение, какое должно было получиться на горизонтальном снимке. Расположив на плоскости P_t, например, лист фотобумаги, мы получим снимок, не имеющий искажений за наклон, приведенный к заданному масштабу.

Существует несколько способов трансформирования снимков: графический, оптический, фотомеханический, аналитический.

Графический способ состоит в построении на снимке и на планшете взаимно проективных сеток и перенесении по ним контуров с аэрофотоснимка на план. Способ очень трудоемок и в настоящее время практически не применяется.

Оптический (или оптико-графический) способ трансформирования производят с помощью проекционной камеры (типа оптического проектора или фотоувеличителя). После построения на экране прибора трансформированного изображения его обводят на планшете и получают графический план.

Фотомеханический способ основан на применении специальных проектирующих приборов – фототрансформаторов. При этом спроектированное на экран прибора трансформированное изображение экспонируют на фотобумаге, получая трансформированный аэрофотоснимок. Фотомеханическое трансформирование, или фототрансформирование, является наиболее распространенным способом получения трансформированных изображений, из которых затем составляют фотоплан.

Аналитический способ основан на вычислении координат точек горизонтального снимка по измеренным координатам точек наклонного аэрофотоснимка на основании формул трансформирования координат:

 

     (1)

В последние годы в  связи с широким внедрением электронно-вычислительной техники аналитический способ находит  все большее применение в фотограмметрии.

2.2.2. Полевое  дешифрирование

Дешифрирование фотоснимков есть выявление, распознавание и определение характеристик объектов, изображающихся на фотоснимке. Отдешифрированные объекты обозначаются соответствующими условными знаками.

В зависимости от назначения различают топографическое и  специальное дешифрирование. К специальным  видам дешифрирования относят геологическое, сельскохозяйственное, лесотаксационное, почвенное, геоботаническое, гидрографическое и др.

Полевое дешифрирование осуществляется путем непосредственного сличения снимков с местностью на земле или с летящего самолета или вертолета (аэровизуальный способ). Полевое дешифрирование отличается максимально возможной полнотой и достоверностью результатов. В процессе полевого дешифрирования могут быть опознаны все заданные объекты и определены все их характеристики, в том числе и не изобразившиеся на снимках (например, глубины рек, названия населенных пунктов, административные границы и др.).

Полевое дешифрирование может быть сплошным, по разреженным маршрутам или выборочным на ключевых участках. При сплошном полевом дешифрировании маршруты обхода территории намечают таким образом, чтобы при их наименьшей длине дешифровщик обследовал каждый контур и распознал все объекты путем прямого сопоставления снимка с натурой.

Самым распространенным способом является полевое дешифрирование по разреженным маршрутам. Протяженность  и направление маршрутов выбирают так, чтобы обеспечить знакомство со всеми характерными объектами на территории. Вместе с тем маршруты намечают экономно. Они не должны пересекаться, проходить несколько раз по одному и тому же участку или по однотипной местности.

Недостатками полевого дешифрирования являются его низкая производительность, высокая трудоемкость. В связи с этим полевое дешифрирование применяют при картографировании, а также при обновлении планов и карт, прежде всего на районы с интенсивным развитием промышленности и сельского хозяйства, с высокой плотностью застройки и на районы, имеющие важное народнохозяйственное и оборонное значение.

2.3. Фототриангуляция

Фототриангуляция – камеральное определение планового или пространственного положения точек местности при помощи нескольких перекрывающихся аэронегативов. Фототриангуляция производится для трансформирования аэроснимков и стереоскопического сгущения основы.

Фототриангуляция бывает двух основных видов:

1) плоскостная, в результате которой определяют положение точек только в плоскости плана, т. е. координаты х и у;

2) пространственная, в результате которой определяют положение точек в пространстве, т. е. х, у и z.

По геометрической форме  построений различают фототриангуляционные ряды, когда строят вытянутую в  одном направлении систему треугольников, четырехугольников или других фигур, и фототриангуляционные сети, когда строят многомаршрутную систему различных фигур, распространяющуюся в продольном и поперечном направлениях.

В зависимости от техники  выполнения работ, плоскостную фототриангуляцию делят на графическую, графоаналитическую, аналитическую, механическую и оптико-графическую.

При графической фототриангуляции отмечают на нескольких смежных аэронегативах  практически неискаженные центральные  направления на избранные контурные  точки, изображенные на перекрытиях. Эти  направления копируют с каждого аэронегатива на отдельные листки восковки. При помощи таких копий производят графические построения одномасштабных систем треугольников и других фигур, а в результате получают положение искомых точек на плане. Графическая фототриангуляция – наиболее распространенная благодаря своей простоте и высокой производительности.

При графоаналитической фототриангуляции звенья фототриангуляционного ряда или сети строят графически независимо одно от другого, но при условии наличия минимум двух общих точек для смежных звеньев. Затем элементы этих звеньев измеряют тем или иным прибором. Результаты измерений подвергают аналитической обработке, в итоге которой получают координаты х и у каждой точки в единой геодезической системе. Этот способ обладает хорошей точностью, но несколько сложнее графического способа, поэтому производственного значения не получил.

При плоскостной аналитической  фототриангуляции центральные углы, изображенные на аэронегативе, измеряют при помощи особых приборов. Из этих углов образуют системы треугольников и других фигур. В результате аналитической обработки составленных систем получают геодезические координаты х и у заданных точек.

Аналитическая фототриангуляция является наиболее точным, но и наиболее трудоемким и сложным способом. В  настоящее время она быстро развивается как пространственная фототриангуляция, базирующаяся на использовании стереоскопических приборов и методов в сочетании с электронными счетно-решающими устройствами. Этот способ становится самым прогрессивным для камерального сгущения геодезической основы.

При механической («щелевой») фототриангуляции центральные направления  копируют с каждого аэронегатива на отдельные листики плотной  бумаги или целлулоида при помощи особого штамповального прибора. Каждая копия представляет собой систему радиально расположенных щелей стандартной ширины. Ось такой щели заменяет собой проштампованное центральное направление. Группу таких копий со смежных аэронегативов соединяют особыми скользящими кнопками, вставленными в одноименные щели – направления. Увязку и редуцирование соединенной группы копий в одну геодезическую систему производят механическим растягиванием или сжатием ее. Этот способ применяют за рубежом для обоснования мелкомасштабных съемок при работе на уменьшение, когда он обеспечивает достаточную точность при большой производительности.

Оптико-графическая фототриангуляция основана на использовании универсального стереоскопического прибора типа «мультиплекс».

В большинстве случаев  фототриангуляционные ряды и сети развивают  от произвольного по длине и ориентированию базиса. Такие ряды и сети условно называют свободными. При их построении используют принцип экстраполяции, что неизбежно приводит к быстрому накоплению ошибок и снижению точности. Принципиально возможно трансформирование аэроснимков и изготовление фотопланов или планов на основе свободной фототриангуляции, но с соответствующей точностью результатов.

Для увязки свободных  фототриангуляционных рядов и введения их в единую геодезическую систему  необходимо, чтобы каждый ряд опирался минимум на две геодезические точки. Очевидно, что общее количество геодезических точек потребуется тем меньшее, чем больше будут допустимые размеры фототриангуляционных рядов. Эти размеры зависят от точности применяемого способа фототриангуляции и условий производства ее (главное расстояние аэрофотоаппарата, рельеф местности и т. п.).