Аэрофотограмметрия

Аэрофотограмметрия

АЭРОФОТОГРАММЕТРИЯ, имеет задачей получение планов местности по фотографическим снимкам с самолета или аэростата (см. Аэрофотосъемка). Методы аэрофотограмметрии можно разделить на две основные группы. К первой группе относятся методы, в которых главной основой камеральных работ над снимками служат проективная геометрия и основанные на правилах последней специальные оптические и механические приборы (фототрансформаторы, пантографы-трансформаторы). Ко второй группе можно отнести метод стереофотограмметрический, при котором пользуются двумя снимками местности, полученными с разных пунктов пространства и обрабатываемыми в специальных оптико-механических приборах, основанных на эффекте стереоскопического зрения (стереопланиграф, автокартограф и др.). Первый метод, проективный, применяется гл. обр. при контурной аэросъемке (без нанесения рельефа).

Если в момент экспозиции с самолета фотопластинка была строго горизонтальна (оптическая ось фотокамеры - вертикальна), то аэроснимок при равнинной местности представит фотоплан местности с численным масштабом M = f/H, где f - фокусное расстояние фотокамеры и Н - высота полета (фиг. 1).

Аэрофотограмметрия

На практике, вследствие колебаний самолета, оптическая ось фотокамеры б. или м. отклоняется от вертикали, причем величина угла wэтого отклонения равна 3—4°. В результате такого отклонения огромное большинство аэроснимков теряет свойство плана; масштаб в разных точках такого снимка будет различен, и подобно между контурами местности и их изображением на снимках нарушается. Если все же допустить предел для разницы в масштабе в 0,4%, то имеем следующее условие, при выполнении которого снимок можно принимать за план:

aerofotogrammetrija f

Здесь w- допустимый угол отклонения оптической оси от вертикали, 2α - угол зрения фотоаппарата (фиг. 2).

Аэрофотограмметрия

Фиг. 3 дает согласно этой формуле зависимость между α и w. Для возможности получения плана по искаженному из-за наклона снимку необходимо знать «элементы его внешнего ориентирования», которые определяют точное положение негатива относительно поверхности земли в момент экспозиции.

Аэрофотограмметрия

Таких элементов три: 1) высота Н съемки, 2) угол наклона w плоскости пластинки по отношению к горизонтальной плоскости и 3) угол крена β фотокамеры, характеризующийся на пластинке углом между осью иксов последней и линией сечения горизонтальной плоскостью (фиг. 4).

Аэрофотограмметрия

Знание этих элементов позволяет методами, разбираемыми в теории центральной перспективы, получить графически исправленное изображение контуров снимка в требуемом масштабе, т. е. план местности. Так как до сих пор не существует достаточно точных приборов, регистрирующих для каждого снимка элементы его внешнего ориентирования, то пользуются обратным путем, а именно - элементы эти определяются по геодезическим данным для 3 или 4 пунктов (опорных), изображения которых видны на снимке. Эта задача аналогична известной в геодезии задаче обратной засечки. Решается она аналитическим, графическим или, наконец, оптико-механическим способами. Применение методов проективной геометрии позволяет решить задачу построения плана по 4 опорным пунктам даже непосредственно, без определения элементов внешнего ориентирования. Это определение в процессе работы как бы исключается. Способ графический основан на теоремах коллинеации (соответствия) фигур. Соответствие между изображениями на снимке (перспектива) и на плане вполне устанавливается четырьмя парами точек. Пусть М и N (фиг. 5) изображают снимок и план, на которых даны по 4 соответственных «опорных» точки (а, А), (b, В), (с, С) и (d, D).

Аэрофотограмметрия

Чтобы нанести графически на план точку (x), изображение которой имеется на снимке, поступают так. Проводят из любой данной опорной точки (А, а) лучи на другие точки, а на снимке, кроме того, и на точку (x) - искомую. Пучок лучей снимка пересекают прямой pq и отмечают на ней точки пересечения. Перенеся затем эту прямую на пучок лучей плана и наложив так, чтобы точки перенесенной прямой оказались на соответственных лучах, проводят луч из полюса А на 4-ю свободную точку (x') прямой. Этот луч дает на плане направление из точки А на искомую точку (X).

Повторив такое же построение из другой опорной точки (В), получим второе направление. Т. о. искомая точка (X) найдется методом засечки. Для облегчения графической «развертки» в план аэроснимков со сложными контурами пользуются взаимно-перспективными сетками, построение которых основано на только что указанном принципе. При массовой обработке снимков графический метод является громоздким, и заменяется, поэтому, обработкой их на т. н. фототрансформаторах. Фототрансформатор представляет не что иное, как особой конструкции проекционный фонарь, и состоит из собственно проекционного фонаря Ф (фиг. 6) и экрана Е.

Фототрансформатор представляет не что иное, как особой конструкции проекционный фонарь, и состоит из собственно проекционного фонаря и экрана

В общем случае негатив, экран и объектив могут наклоняться, вращаясь около параллельных осей. Процесс трансформации снимка состоит в следующем. На экране прикрепляется планшетик с нанесенными четырьмя (или тремя) опорными пунктами, соответствующими данному негативу. Затем, осветив негатив, добиваются такого взаимного положения плоскостей негатива, экрана и объектива, при котором на экране получается резкое изображение, и 4 (или 3) опорных пункта этого изображения совпадут с соответственными пунктами, нанесенными на планшете. Заменив после этого планшетик светочувствительной бумагой, экспонируют и проявляют изображение. Из трансформированных отпечатков составляют по геодезической основе монтажи и получают таким образом фотопланы.

Трансформатор вертикальный - системы Цейса

Трансформаторы бывают различных конструкций. На фиг. 7 и 8 изображены трансформаторы: вертикальный - системы Цейса и горизонтальный - системы П. П. Соколова.

Трансформатор горизонтальный - системы Соколова

Если местность сильно пересеченная, холмистая, то на снимках получается сдвиг точек из-за рельефа. Высотная точка А (фиг. 9), план которой А0, получается на снимке в точке а вместо а0.

Если местность сильно пересеченная, холмистая, то на снимках получается сдвиг точек из-за рельефа

Сдвиг этот Δr на снимке выражается: Δr = r·h/H, где h - высота точки А над нулевой плоскостью, r - расстояние изображения точки а от центра снимка. Если принять во внимание окончательный масштаб после обработки снимка, то, обозначая последний через М, а сдвиг на плане - через ΔR, получаем следующее выражение: ΔR = M·h·tg γ. Чтобы точки фотоплана были в пределах графической точности, необходимо, чтобы сдвиг ΔR не превосходил 0,2 мм. Отсюда условие: M·h·tg γ ≤ 0,0002, где h выражено в м. Зная колебания рельефа в данной местности, можно подобрать такое перекрытие (угол γ) снимков, при котором влияние рельефа будет исключено. Если местность настолько гориста, что влияния рельефа избежать нельзя, то указанные здесь методы для обработки аэроснимков будут непригодны. В таком случае применяется указанный ранее стереофотограмметрический метод, дающий сразу и контуры, и высоты в виде горизонталей.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 2 - 1928 г.

Избранное