Лобанов А.Н. Фотограмметрия

Подождите немного. Документ загружается.

фотокамеры. Ошибки координат точки снимка, вызванные укло-

нениями светочувствительного слоя от плоскости прикладной

рамки, не должны превышать ошибок измерения этих величин на

стереокомп ар аторе.

Фототеодолит завода «Геодезия». Этот фототеодолит относится

к фототеодолитам третьей группы.

Фотокамера (рис. 78, а, б) сделана из легкого металла. Для

прочности она имеет внутри ребра жесткости. В передней части

камеры находится объектив «Ортоанастигмат», снабженный тремя

Рис. 78

светофильтрами — желтым, оранжевым и красным и затвором,

состоящим из двух ламелей, которые приводятся в движение при

помощи спускового тросика.

В плоскости прикладной рамки фотокамеры установлены че-

тыре координатные метки и метки, указывающие средние линии

перекрытий на смежных снимках, полученных с одной и той же

точки стояния при направлениях оптической оси, пересекающихся

под углом 35®. По этим линиям снимки разрезают при составлении

фотопанорамы. В правой части прикладной рамки имеется счетчик,

который фиксирует на пластинке номер станции (от 0 до 99). Он

состоит из двух барабанов с прорезными цифрами и двух головок

для перевода цифр от руки. С левой стороны прикладной рамки

расположен фиксатор для маркировки положения оптической оси

камеры относительно базиса фотографирования. Он состоит из

барабана с прорезными буквами и головки для установки букв.

Буквами А я В отмечаются левый и правый снимки нормального

119

случая съемки. Буквами АЬ и ВЬ обозначают параллельный слу-

чай съемки с отклонением оптической оси влево от перпендикуляра

к базису (Ч^ШО

), а буквами АЯ и ВЯ — параллельный случай

съемки, когдаТ'сЮО

. В нижней части прикладной рамки имеется

счетчик для нумерации серий станций. Он состоит из вращающе-

гося барабана с прорезными цифрами от I до XII. К прикладной

рамке прикреплена металлическая пластинка с прорезными циф-

рами для фиксации на снимке фокусного расстояния фотокамеры.

К корпусу фотокамеры прикреплена кассетная рамка, в кото-

рую вставляется кассета с фотопластинкой. Фотопластинка плотно

прижимается эмульсионным слоем к прикладной рамке^при по-

мощи головок, расположенных на общем валике с эксцентриками.

Камера поворачивается вокруг вертикальной оси. Для приведе-

ния оси вращения камеры в вертикальное положение служат два

цилиндрических уровня и подъемные винты, а для закрепления

камеры и медленного вращения ее — закрепительный и микромет-

ренный винты.

Ориентирующее приспособление фотокамеры состоит из лимба,

визирной трубы и микроскопа. Лимб расположен на втулке, при-

крепленной к корпусу камеры. На посеребренном кольце лимба

нанесены четыре пары диаметрально противоположных штрихов.

Нулевой диаметр лимба параллелен оптической оси камеры; дру-

гие диаметры, проходящие через штрихи лимба, составляют с оп-

тической осью камеры углы, равные 35

и 100

. Внутри втулки,

к которой прикреплен лимб, вращается стальная ось с визирной

трубой и микроскопом. Так как визирная труба не наклоняется,

то для визирования на различно расположенные по высоте точки

перед объективом трубы установлены две призмы, одна из которых

вращается при помощи головки. Труба имеет зажимной и микро-

метренный винты.

На рис. 79 показана оптическая схема визирной трубы и микро-

скопа: 2 — объектив трубы, 1 — призмы, 5 — сетка. Микроскоп

Рис. 79

119

состоит из объектива 8 и системы призм 3,7 к 9, позволяющих по-

лучать изображение штрихов лимба на сетке визирной трубы. Ви-

зирная труба и микроскоп имеют общий окуляр 6. В верхней по-

ловине поля зрения окуляра наблюдают изображения штрихов

лимба 4, а в нижней — изображение местности, построенное объек-

тивом трубы. Если штрихи о' и о'и представляющие собой изобра-

жения противоположных штрихов о и о

лимба, совпадают, как

показано на рисунке, то визирная ось трубы параллельна соответст-

вующему диаметру лимба оо

. При совмещении штрихов лимба,

расположенных на диаметре 100

, визирная ось трубы устанавли-

вается перпендикулярно к оптической оси фотокамеры.

Теодолит, входящий в комплект фототеодолита «Геодезия», имеет

микрометренный винт особого устройства, который называется

тангенциальным винтом, и служит не только для точного наведения

трубы, но и для измерения параллактических углов.

Тангенциальный винт 2 (рис. 80) вращается в гайке 3, прикреп-

ленной к неподвижному во время измерений лимбу 6. К концу тан-

генциального винта прижимается пружиной водильце 4, прикреп-

ленное к алидаде 5. Таким образом, при вращении тангенциального

винта вместе с трубой поворачивается и алидада. Поступательное

движение тангенциального винта может быть измерено с высокой

точностью при помощи шкалы 7 и барабана 1, окружность кото-

рого разделена на 100 частей. Цена одного деления шкалы равна

шагу винта — 0,50 мм. Наименьшее расстояние от упора танген-

циального винта до вертикальной оси вращения трубы обозначим

через к. Это расстояние соответствует отсчету по шкале, равному

20. Величина к равна 100 мм, что составляет 200 делений шкалы

или 20 000 делений барабана.

Пусть в левой точке базиса фотографирования 5

установлен

теодолит, а в правой 5

— горизонтальная рейка перпендикулярно

119

Рис. 80

к направлению базиса. Длину рейки обозначим через I. Горизон-

тальный лимб теодолита ориентируем так, чтобы ось тангенциаль-

ного винта была параллельна рейке. Для этого достаточно устано-

вить отсчет по шкале, равный 20, и, вращая лимб, навести трубу

на середину рейки. Затем, вращая только тангенциальный винт,

последовательно наведем трубу на марки т

и т

, установленные

на концах рейки. После каждого наведения отсчитаем по шкале

и барабану. Разность отсчетов равна отрезку п = р

и представ-

ляет собой значение параллактического угла а, выраженное в де-

лениях барабана. Как следует из рисунка, горизонтальное про-

ложение базиса

= (Шл). (7.1)

Величина Ы называется постоянной фототеодо-

лита, ее можно найти, если измерить величину п для базиса,

длина которого известна.

Основные характеристики фототеодолита завода «Геодезия»

Формат снимков

Относительное отверстие объектива фотокамеры

Фокусное расстояние фотокамеры

Состав комплекта — фотокамера, теодолит, две рейки, два

штатива, 48 кассет, три подставки, визирная марка,, котиро-

вочное приспособление, рекогносцировочная призма

Масса комплекта

13Х 18 см

1 : 25

190 мм

75 кг

Фототеодолит РЬоШео 19/1318 разработан фирмой «К. Цейсс»

(ГДР). Он состоит из двух самостоятельных частей — фотокамеры

и теодолита и относится к фототеодолитам третьей группы.

Фотокамера (рис. 81) пред-

ставляет собой жесткую кон-

струкцию. Она снабжена объ-

ективом, который можно пере-

мещать параллельно вертикаль-

ной оси вращения фотокамеры.

Вместе с объективом переме-

щается оптическая трубка,

проектирующая на плоскость

прикладной рамки штрих, от-

мечающий главную горизон-

таль. В плоскости прикладной

рамки имеются две координат-

ные метки, фиксирующие глав-

ную вертикаль, и две коор-

динатные метки, отмечающие

главную горизонталь при на-

чальной установке объектива.

Эти метки определяют положе-

ние координатной системы на

снимке. Около плоскости при-

кладной рамки находятся: пла-

Рис. 81

119

Таблица 3

Название

прибора

Страна

и фирма

Формат

кадра,

см

Объектив;

1, мм; мак-

симальная

дисторсия,

мкм

Относитель-

ное

отверстие

объектива

Положе-

ние осп

камеры *

Фототеодолит

СССР, завод

«Геодезия»

13X18

190

1 : 25

Фототеодолит

РЬоИтео

ГДР, «Цейсс» 13X18

Ог1Ьорго1аг

190

1 : 25

Фототеодолит

Р 30

Швейцария,

«Вильд»

10X15

165

1 : 12

Наземная

универсальная

камера Р 31

Швейцария,

«Вильд»

10X13

200

1 : 8

Наземная из-

ФРГ, «Оптон»

9X12

51егсо(аг

мерительная

камера

ТМК 12

120

1 : 8 в

Фототеодолит Италия, «Га-

лилео»

13X18

Тег§оп

150

1 : 6,3

•г — горизонтальное, в — вертикальное, н — наклонное.

стинка с пробитыми цифрами, показывающими фокусное расстоя-

ние фотокамеры; счетчик станций — от 0 до 99, состоящий из двух

вращающихся барабанов с пробитыми цифрами, и вращающийся

барабан с пробитыми буквами для маркировки основных случаев

съемки. Кроме того, в плоскости прикладной рамки имеются че-

тыре метки, отмечающие линии, по которым разрезаются снимки

при монтаже фотопанорамы. Ось вращения фотокамеры приводится

в вертикальное положение при помощи подъемных винтов и цилин-

дрических уровней.

На фотокамере находится ориентирующее приспособление, ко-

торое служит для установки оптической оси фотокамеры под за-

данным углом относительно базиса фотографирования. Оно состоит

из визирной трубы, лимба и микроскопа. Визирная труба и микро-

скоп вращаются вокруг вертикальной оси, совпадающей с осью

вращения фотокамеры и проходящей через центр лимба. Наклон

визирного луча производится при помощи призмы, установленной

перед объективом трубы. На кожухе ориентирующего приспособле-

ния нанесены штрих и буквы, соответствующие нормальному слу-

чаю съемки — Л и В и двум параллельным с отклонением оптиче-

ской оси фотокамеры влево — АЬ и В! и вправо — АН. и

Ориентирующее приспособление можно использовать и для изме-

рения горизонтальных и вертикальных углов.

119

Теодолит служит для выполнения геодезических работ, связан

ных с определением положения точек фотографирования, контроль"

ных точек и контрольных направлений, а также для измерения

параллактических углов при определении длины базиса по гори-

зонтальной рейке.

Основные характеристики фототеодолита 19/1318

Формат снимков

Относительное отверстие объектива фотокамеры

Фокусное расстояние фотокамеры

Перемещение объектива относительно начального положе-

ния — вниз на 45 мм, вверх на 30 мм

Увеличение зрительной трубы теодолита . .

Точность отсчета по горизонтальному лимбу теодолита . . .

Состав комплекта — фотокамера, теодолит, рейка, три шта-

тива, 24 кассеты, три подставки с визирными марками, юсти-

ровочное приспособление

Основные сведения о фототеодолитах, созданных в Швейцарии,

ФРГ и Италии, приведены в табл. 9 [44].

§ 40. Определение элементов внутреннего ориентирования

В гл. 5 изложен способ определения элементов внешнего и внут-

реннего ориентирования по опорным точкам. Часто элементы внут-

реннего ориентирования находят не по опорным точкам, а по го-

ризонтальным и вертикальным уг-

лам, измеренным в точке фотогра-

фирования.

Пусть при заданном горизон-

тальном положении оптической оси

фотокамеры и координатной оси ^

х плоскости прикладной рамки

^со = х = 0) получен снимок Р,

на котором изобразились хорошо

видимые местные предметы, напри-

мер геодезические знаки (рис. 82).

Измерим в точке фотографи-

рования горизонтальные и верти-

кальные углы, делая наведения на

эти предметы. С целью упроще-

ния обработки результатов измерений углы измерим по возмож-

ности точнее, чтобы их можно было считать безошибочными.

На рис. 82 представлены: — начальный пункт на местности,

— начальное направление из серии измеренных направле-

ний, а

и — измеренные горизонтальный и вертикальный углы.

Угол а определяет направление оптической оси в серии измеренных

направлений.

Координаты точки т снимка

* = /*§ («ш-а);;

* = / зес (а

—

а)

13X18 см

1 : 25

190 мм

30"

(7.2)

119

Пусть известно приближенное значение фокусного расстояния

/о фотокамеры. Вычислим по формуле (7.2) координаты точки т

*в = /о *§(«т —а); 1

} (7.3)

2в

/о

вес

(<х

—

а) (5. )

Необходимый для этого угол а найдем по формуле а = х

//,

где Ху — координата точки т

Теперь измерим координаты точки т и обозначим их через

и г

. Очевидно, что вычисленные координаты не будут равны

измеренным:

— *В = Д*; г

— г

= Дг. (а)

При этом, пренебрегая ошибками измерений, можно считать, что

разности Ах и Аг обусловлены элементами внутреннего ориенти-

рования х

и 2

, ошибками элементов внешнего ориентирования а,

а>, и, а также несоответствием двух значений фокусного расстоя-

ния — принятого при вычислениях и действительного.

Дифференцируя выражение (7.2) по /, найдем, что изменения

х и г, вызванные Д/, будут

(®т

—

а) А/ и зес (а

—

а) Рт

/ или

(х//)Д/ и (г//)Д/.

Таким образом, влияние элементов внутреннего ориентирова-

ния на координаты х и г можно представить так:

Ах = *

(хЦ)

Д/; Дг = г

+ (г//) А/. (б)

Совместное влияние ошибок элементов внутреннего и внешнего

ориентирования получим, если сложим правые части равенств (<5)

и (6.5), учитывая при этом, что ДТ = — Да,

Дх = х„ -1- — А/ — (} -4- —^ Да — — Дю 4- г Дх;

/ V / ) Г

Аг = г

+ — А/ — Г/ + ~~^Д

—

——

Д® — •

/ V /) !

(7.4)

Подставим Дх и Дг в (а) и, полагая, что имеются избыточные

измерения, напишем эти уравнения в виде

X / х^ \ Х2

-У

— М — у!

Да

у А®+гДх + х

—

= о';

г хг / г

+ у Д/ — Д« — + —^ Дш — хДх + г

— г„

(7.5)

Итак, две точки снимка позволяют составить два уравнения

с шестью неизвестными. Каждая следующая точка дает два новых

уравнения. Поэтому для определения элементов внутреннего ори-

ентирования данным способом необходимо иметь не менее четырех

точек. Если число точек больше четырех, то задача может быть

решена по методу наименьших квадратов с оценкой точности ре-

зультата.

119

На снимке равнинной местности наблюденные точки находятся

близко к оси х, вследствие чего координата г является малой ве-

личиной и члены уравнений (7.5), имеющие коэффициенты г, при-

нимают значения членов второго порядка, а влияние их становится

незначительным. В этом случае уравнения (7.5) принимают вид

—

Да + *

— *и

= и';

/ V / ) (7.6)

— /'Дш —

хДх + г

—

= о".

Эти уравнения содержат разные неизвестные, а поэтому воз

можно раздельное решение задачи: уравнения, составленные по

типу первого уравнения, позволяют найти х

, Д/, Да, а из уравне-

ний, составленных по типу второго уравнения, можно найти 2„,

Дсо, Дх. Разделить неизвестные г

и /Дсо в данном случае невоз-

можно, так как коэффициенты при них пропорциональные.

Следовательно, при расположении точек вблизи оси х величину

можно определить только тогда, когда Дсо известно.

Для вычислений полезно все размеры выразить в десятых долях

миллиметра и ввести следующие обозначения:

— *

+ /Да = *, *

1000

Ь;

•

= С

Да

~ЙГ

ЮООДх = л;

10х»

-х

= I",

2в 2н

•

= с;

(7.7)

й>' !

Тогда уравнения (7.6) можно написать так:

— ! + аД/-сС+Г=о'; ц + Ьц + 1'^0% (7.8)

Рассмотренный здесь способ определения элементов внутреннего

ориентирования предложен Н. А. Урмаевым и относится к поле-

вым способам. Параметры фотокамеры можно найти и другими по-

левыми способами, например по перекрывающимся снимкам, по-

лученным с одной и той же станции (способ предложен А. Н. Ло-

бановым, М. Н. Ютановым) или по снимку звездного неба (автор

Я. Л. Зиман).

Кроме полевых способов для определения параметров фотока-

меры имеются камеральные, основанные на применении оптической

скамьи или системы коллиматоров. Эти способы изложены в курсе

аэрофотосъемки. Одновременно с определением элементов ориенти-

рования можно найти и дисторсию объектива фотокамеры

(М. Д. Коншин, В. Г. Афремов).

§41. Полевые работы

К полевым работам, выполняемым при фототеодолитной съемке,

относятся: подготовительные работы, рекогносцировка, фотогра-

фирование местности, геодезические и фотолабораторные работы.

107

В подготовительные работы входят: сбор и

анализ картографических и геодезических материалов на район

съемки, составление технического проекта на производство поле-

вых и камеральных работ и поверки фототеодолитов. Технический

проект оформляется на карте, на которой показываются геодези-

ческие пункты, новые пункты опорной сети, фототеодолитные стан-

ции и контрольные точки.

Задача рекогносцировк и— установить на местности

наличие пунктов триангуляции и уточнить расположение новых

пунктов опорной сети, фототеодолитных станций и контрольных

точек. Кроме того, в результате рекогносцировки выбираются

наиболее эффективные для данных условий способы определения

новых пунктов, станций и контрольных точек. Густота опорной

геодезической сети должна обеспечивать возможность определения

левых или правых точек базисов фотографирования и контрольных

точек. Пункты опорной сети обозначают знаками, изготовленными

из материала, имеющегося на участке работ. Эти пункты и концы

базисов фотографирования, на которых установлены знаки, могут

служить контрольными точками. Чтобы знаки были отчетливо

видны на снимках, их окрашивают в белый или черный цвет, в за-

висимости от фона, на который они проектируются. В качестве

контрольных точек можно использовать и отдельные выдающиеся

вершины гор, отдельно стоящие деревья, местные предметы.

Выбирая фототеодолитные станции, стремятся к тому, чтобы

количество их было минимальным и обеспечивалась возможность

фотографирования всей территории, подлежащей съемке. С целью

уменьшения количества станций выгодно фотографировать на боль-

шие расстояния. Предельное расстояние, на которое можно фото-

графировать, зависит от масштаба съемки, рельефа местности, ка-

чества фотоматериалов и условий видимости. Опыт показывает,

что при наличии фотоматериалов хорошего качества можно допу-

скать дальности съемки 1, 2 и 5 км для масштабов карты 1 : 2000,

1 : 5000 и 1 : 10 000 соответственно. Если дальность съемки выхо-

дит за эти пределы, то на снимках не изобразятся подробности»

которые должны быть отражены на карте.

Чтобы заснять возможно большую область, на каждой станции

получают обычно три стереопары: одну при нормальном положении

оптической оси фотокамеры относительно базиса и две при равно-

мерном отклонении этой оси влево и вправо. Направление базиса

фотографирования следует выбирать так, чтобы на стереопаре,

соответствующей нормальному случаю съемки, изобразилась се-

редина области, подлежащей фотографированию.

Концы базиса фотографирования должны располагаться при-

близительно на одной и той же высоте. Согласно формуле (4.33)

разность высот концов базиса вызывает на снимках поперечный

параллакс, который служит причиной зрительного параллакса,

возникающего при наблюдении стереопары. В стереоавтографе

1318 фирмы «К. Цейсс» (ГДР) этот параллакс исключается автома-

тически при помощи второй линейки высот. Все же не следует до-

119

пускать углы наклона базиса больше 10°. В противном случае бу-

дут затруднены стереоскопические наблюдения снимков.

Для определения необходимой длины базиса фотографирования

используем формулу

У = ь (!/Р).

Отсюда

Ь = (Ур/[) (а)

Здесь У

•—

максимальное отстояние. Потребуем, чтобы значе-

ние продольного параллакса р соответствовало заданной точности

карты. Известно, что точность определения точек дальнего плана

зависит в основном от ошибки продольного параллакса. Поэтому

можно написать

Отсюда

р = (У/т

) т

Подставив это значение р в равенство (а), найдем

[

По этой формуле подсчитывают необходимую длину базиса, пола-

гая, что т

— ошибка на местности, соответствующая допустимой

ошибке на карте.

Пусть масштаб карты 1 : 10 ООО; т

= 0,01 мм; т

= 4 м;

/ = 200 мм. Тогда, выражая У в километрах, айв метрах, найдем

= 12У

. (7.10)

Если максимальное отстояние У = 5 км, то необходимая длина

базиса в этом случае равна 300 м.

Контрольные точки необходимы, как известно из гл. 6, для

исключения влияния ошибок элементов внешнего ориентирования.

Чтобы найти ошибки наклона и отклонения оси камеры и ошибку

базиса, требуется не менее трех контрольных точек (см. рис. 77).

Если измерение базиса фотографирования проконтролировано,

можно ограничиться двумя контрольными точками, расположен-

ными на дальнем плане.

Фотографирование местности производят по направ-

лению освещения: утром — на запад, вечером — на восток, в пол-

день — в любую сторону. Не рекомендуется фотографировать при

переменной облачности, так как переменное освещение местности

затрудняет расчет выдержки и снижает качество негатива. В этом

случае можно фотографировать только в ту сторону, где нет теней

от облаков. Если небо равномерно затянуто облаками, то снимать

можно в любое время и в любом направлении.

Перед фотографированием в фотокамере устанавливают номер

станции и условное обозначение направления оптической оси. За-

109