Составление топографического плана М 1:500

Правильный учет всех факторов должен привести к разрешению основной задачи фототриангуляции: определить необходимые для трансформирования ориентирующие точки с достаточной точностью при минимальном количестве пунктов геодезической основы и наибольшей экономичности применяемого способа фототриангуляции.

В настоящей главе  излагаются только аналитические методы фототриангуляции, которые соответствую задачам данной курсовой работы.

2.3.1. Маршрутная  фототриангуляция

Если модель строится в пределах оного маршрута, то такую  фототриангуляцию называют маршрутной (одномаршрутной).

Существуют  следующие основные способы фототриангуляции:

• последовательное построение по стереопарам частично зависимых моделей, соединение их в общую модель и внешнее ориентирование ее по опорным точкам (способ частично зависимых моделей);
• построение по стереопарам независимых моделей, соединение их в общую модель и внешнее ориентирование ее по опорным точкам (способ независимых моделей);
• построение общей модели по всем снимкам маршрута, уравнивание ее и внешнее ориентирование (способ связок).

рис.3

Способ частично зависимых  моделей состоит в следующем. При построении первого звена произвольно выбирают элементы внешнего ориентирования левого снимка первой стереопары. Определяют элементы взаимного ориентирования в системе левого снимка. Длину базиса проектирования выбирают произвольно. Вычисляют дирекционный угол и угол наклона базиса, а также элементы внешнего ориентирования второго снимка, которые определяют по элементам внешнего ориентирования левого снимка и элементам взаимного ориентирования. Зная координаты соответственных точек стереопары и элементы внешнего ориентирования снимков, решением прямых фотограмметрических засечек определяют координаты точек модели.

Аналогично создают  вторую модель при произвольно выбранном  базисе проектирования. В качестве элементов внешнего ориентирования левого снимка второй стереопары принимают  вычисленные ранее элементы внешнего ориентирования правого снимка первой стереопары. Таким образом, вторая модель создается в той же системе координат, что принята для первой модели. Для третьей и всех, последующих моделей в маршруте в качестве элементов внешнего ориентирования левых снимков принимают элементы внешнего ориентирования правых снимков предыдущих моделей. Таким образом, вторая и все последующие модели маршрута создаются в единой системе пространственных фотограмметрических координат, которая была принята при построении первой модели.

Следовательно, все построенные  модели в маршруте являются частично связанными (зависимыми) друг с другом, причем масштабы отдельных моделей  неодинаковы. Последующая модель приводится к масштабу предыдущей по связующим  точкам. Масштабный коэффициент определяют обычно по центральной N₂ и двум боковым А и В связующим точкам (см. рис.3). В качестве вероятнейшего значения масштабного коэффициента берется среднее весовое значение.

Аналогично строят все  последующие модели в аэрофотосъемочном  маршруте. Полученную таким образом общую модель геодезически ориентируют по опорным точкам, устраняя одновременно ее деформацию, возникающую вследствие погрешностей снимков, их измерений и соединения отдельных моделей в общую. Кроме того, вводят поправки за кривизну Земли, если сеть фототриангуляции имеет большую протяженность.

Способ независимых  моделей основан на построении по стереопарам отдельных моделей и последующем соединении их в общую модель.

Каждая отдельная модель строится независимо от других в своей  пространственной фотограмметрической системе координат, ось абсцисс которой Х совмещают с базисом фотографирования, а плоскость XZ – с главной базисной плоскостью левого снимка. Измеряют на стереокомпараторе координаты всех точек стереопары, включаемые в фототриангуляционную сеть.

Определяют элементы взаимного ориентирования в базисной системе. Вычисляют координаты точек  местности в системе координат модели.

Созданные таким образом  отдельные независимые модели соединяют  затем в общую модель при помощи связующих точек, определяя элементы ориентирования последующей модели относительно предыдущей. На основании полученных элементов ориентирования перевычисляют координаты точек последующей модели в систему координат первой модели. Таким образом, общая модель строится в единой системе координат, принятой при построении первого звена.

Общая модель ориентируется  по геодезическим опорным точкам относительно геодезической системы  координат.

Особенностью способа  независимых моделей является то, что в процессе построения моделей не требуется знание элементов внешнего ориентирования снимков.

Способ связок отличается от первых двух способов тем, что вся сеть строится и уравнивается одновременно по всем аэрофотоснимкам маршрута.

Для каждой точки снимка, которая включается в фотограмметрическую сеть, составляют два уравнения вида:

  

 

 (2)

Их число соответственно будет в два раза больше числа  взятых точек. Для каждой из связующих  точек, находящихся в зонах тройных  продольных перекрытий, можно составить шесть уравнений (по два уравнения для каждого из трех  перекрывающихся снимков). С целью упрощения решения задачи обычно используют уравнения (2), приведенные к линейному виду и содержащие в качестве неизвестных поправки приближенные значения элементов внешнего ориентирования и приближенные координаты определяемых точек.

Полученная система уравнений  поправок решается по методу наименьших квадратов. С этой целью от уравнений  поправок переходят к нормальным уравнениям, из решения которых находят элементы внешнего ориентирования и пространственные координаты точек сети в первом приближении.

Затем используют полученные значения элементов внешнего ориентирования и координат точек сети для  составления и решения уравнений  поправок во втором приближении. Так же выполняют все последующие приближения до тех пор, пока разности значений неизвестных, полученных из двух последних приближений, не окажутся меньше установленных допусков.

При составлении уравнений поправок принимается, что координаты опорных геодезических точек известны с малыми погрешностями, элементы внутреннего ориентирования снимков известны с достаточной точностью, а погрешностями измерения фотокоординат точек на снимках можно пренебречь. Для ускорения и уточнения решения задачи в качестве приближенных значений элементов внешнего ориентирования используют их значения, зафиксированные в полете в результате бортовых измерений.

Способ связок характерен тем, что  позволяет построить сеть пространственной фототриангуляции без определения  элементов взаимного ориентирования снимков, поэтому он является наиболее перспективным для маркшейдерских съемок. Этот способ позволяет получить координаты точек сети непосредственно в пространственной условной системе геодезических координат, принятой для данного горного предприятия.

Точность маршрутной фототриангуляции. Если рассматривать общую закономерность накопления погрешности при построении свободной сети фототриангуляции в целом, то  средняя квадратическая ошибка для конечной точки маршрута равна:

 (3)

     (4)

     (5)

2.3.2. Блочная фототриангуляция

Если модель строится из снимков нескольких смежных маршрутов, то фототриангуляцию называют блочной (многомаршрутной).

В блочной (многомаршрутной) фототриангуляции возникают дополнительные геометрические связи между смежными маршрутами, что позволяет одновременно строить и уравнивать всю сеть. Все многообразие вариантов аналитической блочной фототриангуляции можно свести к трем основным:

1) построение и уравнивание сети одновременно по результатам измерений на всех снимках, входящих в блок (способ связок);

2) построение независимых моделей с последующим соединением их в блок (способ независимых моделей);

3) построение одномаршрутных  сетей и соединение их в блок (способ независимых маршрутов).

Способ связок. Он является развитием способа связок в маршрутной фототриангуляции. На снимках измеряют координаты входящих в сеть точек, определяют приближенные значения элементов внешнего ориентирования снимков и координат определяемых точек сети, составляют уравнения поправок, т. е. получают систему уравнений для всего блока, которую решают последовательными приближениями. Способ связок является наиболее строгим вариантом многомаршрутной фототриангуляции.

Совместное уравнивание  всей фотограмметрической сети приводит к большим системам уравнений поправок и нормальных уравнений, вызывает затруднения в программировании для ЭВМ из-за ограниченного объема памяти. Использование итеративного метода с последовательной вставкой неизвестных позволяет в десятки раз сократить объем промежуточной информации и решать задачи, ограничиваясь объемом оперативной памяти ЭВМ.

Способ независимых  моделей. Отдельные независимые модели строят и соединяют в блок так же, как и в способе независимых моделей в аналитической маршрутной фототриангуляции. Полученный свободный блок ориентируют и уравнивают, используя опорные точки.

Способ независимых маршрутов. Он заключается в построении отдельных маршрутных сетей одним из рассмотренных выше способов. После этого свободные маршрутные сети по общим связующим точкам соединяют в свободную многомаршрутную сеть, которую ориентируют и уравнивают по опорным точкам.

Точность блочной фототриангуляции можно подсчитать по формулам Ф. Ф. Лысенко:

                        

  (6)

где 0,75 и 0,25 - коэффициенты, мм; t - знаменатель масштаба снимков; n - число снимков в блоке; s - количество снимков, на которых изобразилась каждая точка сети (количество изображенной точки); m - число точек сети на каждом снимке; r  - число опорных точек в блоке; Н - высота фотографирования; р - среднее значение продольного параллакса.

Формулы получены для случая, когда  средняя квадратическая погрешность  измерений снимков  m_x,y = 0,035 мм, m_p,q = 0,017 мм.

Анализ формулы (6) показывает, что  с увеличением числа снимков n в блоке точность аналитической  фототриангуляции снижается мало. Так, при увеличении числа снимков от 10 до 100 точность снижается только на 6-7%. Точность построения сети повышается с увеличением числа точек на снимке от 5 до 12 примерно в полтора раза. Дальнейшее увеличение числа точек мало сказывается на повышении точности. Значительно повысить точность можно путем увеличения числа изображений точки на снимках. Поэтому при блочной фототриангуляции целесообразно выполнять аэрофотосъемку с 60% поперечным перекрытием, тогда точность блочной фототриангуляции может повыситься почти в два раза по сравнению с элементарным звеном (одной стереопары).

2.4. Составление фотопланов и фотосхем

Фотопланом называется фотографическое изображение местности, отвечающее всем геометрическим требованиям контурного плана. Фотопланы составляют из трансформированных аэрофотоснимков по опорным точкам в пределах рамок трапеций требуемого масштаба. Монтаж фотопланов осуществляют на жесткой основе.

Не уступая по точности графическим  контурным планам, фотопланы значительно  превосходят их в детальности  и объективности отображения  объектов и контуров местности. Фотопланы  часто применяют в качестве основы при составлении топографических или маркшейдерских планов. Иногда по фотоплану проводят горизонтали и вычерчивают в условных знаках ситуацию. Такой документ, сочетающий элементы карты и фотоплана называют фотокартой.

До начала работы по монтажу фотоплана на трансформированных аэрофотоснимках пробивают пуансоном ориентирующие (трансформационные) и центральные точки. Диаметр отверстий должен быть порядка 1мм. Для проверки правильности трансформирования каждый аэрофотоснимок укладывают на подготовленную основу так, чтобы в отверстиях были видны соответствующие точки основы. Тогда расхождения точек снимков и основы не будут превосходить допустимой для плана величины 0,5 мм. Аэрофотоснимки, не удовлетворяющие этому требованию, подлежат повторному фототрансформированию.

Монтаж фотоплана начинают с укладки крайнего снимка верхнего маршрута. Совместив точки снимка с точками основы, закрепляют его  грузиками. Затем укладывают смежный снимок и производят совместную обрезку примерно по середине продольного перекрытия. Разрезав все снимки первого маршрута, подклеивают резиновым клеем их центральные части.

Аналогичным путем осуществляют монтаж аэрофотоснимков смежного маршрута, средние их части также подклеивают. Далее совместно обрезают по средней линии поперечного перекрытия снимки смежных маршрутов и переходят к монтажу снимков последующих маршрутов.

По окончании монтажа  снимки подклеивают полностью, обрезают вдоль границ трапеций и выполняют за рамочное оформление.

Монтаж фотоплана рельефной  местности ведут из аэрофотоснимков, трансформированных по зонам. На каждом аэроснимке откладывают поправки за рельеф в положении трансформационных  точек, рассчитывая их относительно средней плоскости соответствующей зоны и меняя знак поправок, вычисленных по формуле:

 (7)

Полученные точки пробивают  на снимках пуансоном. На планшет по трансформационным точкам укладывают аэрофотоснимок первой зоны, затем по тем же точкам укладывают аэрофотоснимок второй зоны. Прижимают оба снимка грузиками и острым скальпелем разрезают оба снимка совместно по границе между первой и второй зонами. Эту границу целесообразно заранее нанести на второй снимок.