Лобанов А.Н. Фотограмметрия

Подождите немного. Документ загружается.

Для стереоскопической съемки звездного мира существенное

значение имеет радиус стереоскопического восприятия. Чтобы уве-

личить этот радиус, фотографируют длиннофокусным аппаратом,

а снимки наблюдают при помощи приборов с большим увеличением.

Однако лучший эффект дает увеличение базиса фотографирования,

что достигается путем съемки звездного пространства в различное

время. В этом случае вследствие движения Земли два последова-

тельных снимка получаются с различных точек, находящихся на

значительном расстоянии одна от другой. Например, если проме-

жуток времени составляет полгода, то базис фотографирования

Рис. 92

равен диаметру земной орбиты. Если снимать с такого базиса ка-

мерой с фокусным расстоянием 3,4 м, а обработку снимков произ-

водить на стереокомпараторе, то радиус стереоскопического вос-

приятия равен 23 световым годам, что составляет 1,5 млн. солнеч-

ных расстояний.

По стереопарам Луны, полученным с Земли, измерены высоты

стен и глубины отдельных кратеров и составлены карты лунной

поверхности.

В 1966 г. советская автоматическая станция «Луна-9» совершила

мягкую посадку на Луну в районе Океана Бурь и по команде с

Земли выполнила обзор лунного ландшафта и передала его изоб-

ражение на Землю. По полученным таким образом панорамным

снимкам составлен план места посадки станции (рис. 91). Большое

количество снимков получил и передал на Землю первый советский

луноход. Эти снимки позволили детально изучить поверхность

Луны на участках, по которым перемещался луноход. На рис. 92

представлена часть панорамы лунной поверхности (снимок сделан

советским луноходом).

119

§ 45. Определение координат ориентиров и целей

В артиллерии наземная фотограмметрия успешно решает за-

дачу определения координат ориентиров и целей. Для этого при-

меняются фототеодолиты или фотодальномеры.

Когда используется фототеодолит, работа выполняется

следующим образом. С данного пункта производится стереоскопи-

ческая съемка, определяется положение базиса и измеряются кон-

трольные направления. Затем

на стереокомпараторе измеряют

координаты и продольные па-

раллаксы изображений ориен-

тиров и целей [на снимках, а

также координаты точек, соот-

ветствующих контрольным на-

правлениям. Результаты изме-

рений исправляют за ошибки

элементов внешнего ориентиро-

вания и используют для вычис-

ления геодезических координат

ориентиров и целей. Из сним-

ков составляют панораму, на

которой отмечают ориентиры и

цели, наносят угловую шкалу

в делениях угломера и приво-

дят список координат ориенти-

ров и целей с указанием рас-

стояний до них от данного

пункта и отсчетов по угловой

шкале. По фотопанораме можно

определить приближенно поло-

жение и других объектов, на-

ходящихся около выбранных

ориентиров и целей.

Для определения координат точек в полевых условиях созданы

фотодальномер и автоматический стереофотодальномер (авторы —

П. А. Мельников, А. Н. Лобанов, В. М. Казаков, А. М. Калев

и др.).

Комплект фотодальномера состоит из фотокамеры,

фотодальномера и счетного прибора. Фотокамера служит для фо-

тографирования местности на фотопленку. Она снабжена ориенти-

рующим приспособлением для установки заданных угловых эле-

ментов внешнего ориентирования. Для выравнивания фотопленки

применена плоскопараллельная стеклянная пластинка, на которой

награвирована угловая шкала, рассчитанная в соответствии с фо-

кусным расстоянием фотокамеры, равным 30 см. Шкала изобра-

жается на каждом снимке и позволяет определять горизонтальные

углы с точностью 10". Фотодальномер представляет собой полевой

119

Рис. 93

стереокомпаратор. Он состоит из снимкодержателей, бинокуляр-

ного микроскопа и перископа. После установки стереопары в при-

боре и наведения марки на какую-либо точку модели по снимкам

отсчитывают горизонтальные углы, составленные базисом фотогра-

фирования с направлениями из его концов на определяемую точку.

Затем на счетном приборе находят координаты точки местности.

Перископ используют для определения координат объектов, не

изобразившихся на снимках. Если фотодальномер находится слева

от базиса фотографирования, то и перископ устанавливается слева

относительно бинокулярного микроскопа. В этом случае стерео-

скопически рассматривают оптическое изображение местности, по-

лученное в перископе, и левый снимок. Марку перископа наводят

на точку местности, на которой находится определяемый объект.

Стереоскопически отождествляют соответствующую точку на

снимке. Для этого достаточно движениями только левого снимка

навести стереоскопическую марку на поверхность видимой моде-

ли. Аналогично находят идентичную точку на правом снимке

наблюдая стереоскопически левый и правый снимки и перемещая

только правый. Затем по снимкам отсчитывают горизонтальные

углы и решают прямую засечку.

В автоматическом стереофотодальномере (рис. 93) счетное уст-

ройство сопряжено с прибором и приводится в действие при изме-

нении положения снимков. Это освобождает наблюдателя от отсчи-

тывания по шкалам и вычислений.

§ 46. Наземная фотограмметрия в архитектуре

и строительстве

Фотограмметрический метод позволяет быстро произвести обмер

архитектурных сооружений и получить их проекции на горизон-

тальную или вертикальную плоскость. Применение этого метода

особенно эффективно для изучения труднодоступных и сложных

архитектурных сооружений [2, 16].

Большой вклад в архитектурную фотограмметрию сделал

А. М. Валуев. В 1935 г. он решил задачу точного обмера деталей

четырех башен Московского Кремля стереофотограмметрическим

методом. С 1946 г. этот метод систематически применяется для изу-

чения архитектурных и исторических памятников. Существенное

значение для внедрения его в практику имеют работы, выполненные

Академией архитектуры СССР совместно с Московским институтом

инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии.

На рис. 94 представлен чертеж фасада памятника Минину и По-

жарскому, составленный по фототеодолитным снимкам.

В строительстве фотограмметрия применяется для определения

деформаций инженерных сооружений, контроля точности монтажа

крупнопанельных зданий, исследования моделей инженерных со-

оружений, подсчета объема земляных работ и выбора оптимальной

трассы дороги, а также для решения других задач.

119

Рис. 94

Деформация инженерных сооружений происходит под действием

внешней силы — нагрузки. Если нагрузка не превышает предела,

установленного для данного материала, то после прекращения

действия нагрузки сооруже-

ние возвращается к перво-

начальной форме благодаря

взаимодействию частиц мате-

риала. При больших нагруз-

ках появляются остаточные

деформации. Может слу-

читься, что нагрузка очень

велика. Тогда частицы мате-

риала, перемещаясь, утратят

взаимную связь и сооружение

разрушится. В связи с этим

очень важно уметь опреде-

лять величины деформации

сооружений. Это позволяет

рассчитать и построить со-

оружения так, чтобы они

имели только заданные де-

формации и не разруша-

лись.

Для изучения деформации

инженерных сооружений

применяются фотограмметрический и стереофотограмметрический

методы [2, 29].

Фотограмметрический метод позволяет опреде-

лить деформации, возникающие в плоскости, и служит для иссле-

дования плоских объектов. Сущ-

ность метода состоит в том, что

с одной и той же неподвижной

точки получают несколько снимков

исследуемого объекта, например

первый до нагрузки, второй во

.у время нагрузки и третий после

нагрузки. При этом фотокамеру

устанавливают так, чтобы ;, плос-

кость прикладной рамки была па-

раллельна плоскости объекта и

элементы ориентирования снимков

сохранялись.

Пусть с неподвижной точки 5

(рис. 95) получены снимки Р и Р'

изучаемого объекта, например стены здания. М — положение точки

объекта до смещения, а М' — положение той же точки после сме-

щения, т и т' — изображения точек М и М' на снимках. Как сле-

дует из рисунка, смещение ММ' или деформацию вдоль оси 7. можно

найти по формуле

Рис. 95

119

А2=К(Дг//)

(8.1)

где У — расстояние от точки фотографирования до объекта; [ —

фокусное расстояние фотокамеры; Аг — разность координат г то-

чек т' и т. Аналогично получим деформацию вдоль оси X

АХ = У (Ах/1), (8.2)

где Ад: — разность координат х точек т и т. Величина У изме-

ряется при выполнении полевых работ, а разности Аг я Ах — на

стереокомпараторе при стереоскопическом наблюдении снимков

Р и Р'.

Стереофотограмметрический метод приме-

няется для определения деформации пространственных объектов.

С одного и того же неподвижного базиса получают несколько сте-

реопар изучаемого объекта, например первую до нагрузки, вто-

рую во время нагрузки и третью после снятия нагрузки. Обычно

применяют нормальный случай съемки и стремятся к тому, чтобы

элементы внешнего ориентирования стереопар были одинаковыми.

Пусть X, У, 2 — координаты точки объекта до нагрузки, а

X', У, 2' — координаты той же точки в момент нагрузки. Согласно

формулам (4.17)

Х = Ь(х

!р), х' =

(х\!р'у,

У =

(Цр), У' = Ь(Цр'у,

2 =

(г

!р), 2' = Ь(г[/р').

Отсюда получаем деформации

р' р )

—<Ц-тУ

,о.8)

Здесь Ь — базис фотографирования; х

и г

— координаты точки

на левом снимке первой стереопары; х[ и г[ — координаты точки

на левом снимке второй стереопары; р я р' — продольные парал-

лаксы на первой и второй стереопарах.

Если элементы внешнего ориентирования снимков не сохра-

няются, то результаты измерений исправляют, используя кон-

трольные точки или контрольные направления (гл. 6).

Для повышения точности определения деформации используют

специальные марки, которые прикрепляют к исследуемому объекту.

Удобна марка в виде двух взаимно перпендикулярных черных по-

лос на белом фоне. При этом ширина полосы

Т = У ((/!). (8.4)

119

где I — ширина полосы на негативе, которая должна быть в 2—3

раза больше ширины измерительной марки стереокомпаратора.

Ожидаемую точность определения деформации можно подсчи-

тать по формулам, выведенным в гл. 6.

Контроль точности монтажа крупнопанельных зданий является

частным случаем определения деформации сооружения. При этом

наиболее трудоемкой работой является определение уклонений

Рис. 96

углов панелей от вертикальной плоскости. Эта задача сводится к оп-

ределению отстояния У для каждого угла панели. Чтобы получить

полную характеристику монтажных работ и поведения сооружения

в процессе эксплуатации, определяют по снимкам точность монтажа

во время и после строительства, а затем находят деформации через

определенные промежутки времени.

Весьма существенной особенностью изучения моделей инженер-

ных сооружений методами фотограмметрии является фотографиро-

вание с коротких базисов и на небольшие расстояния. Кроме того,

если объект исследования подвижный, например модель гидротех-

нического сооружения, то съемка с концов базиса выполняется

синхронно. Для таких исследований наиболее подходят стереофо-

тограмметрические камеры.

На рис. 96 представлены результаты испытаний модели пневма-

тической опалубки, выполненных в Воронежском инженерно-

119

строительном институте А. И. Метелкиным с целью разработки

опалубки для строительных работ. Модель представляет собой кон-

верт размером 90 X 90 см, изготовленный из прорезиненной ткани

и укрепленный на металлической сварной раме. Масштаб модели

около 1 : 10. Задачей испытаний было определение зависимости

между внутренним давлением и формой опалубки. Получено не-

сколько стереопар с изображениями модели опалубки при раз-

личных значениях внутреннего давления. Рисунок иллюстрирует

результаты обработки одной стереопары. Горизонтали проведены

через 10 мм [16].

Другой пример применения фотограмметрии для испытания

моделей инженерных сооружений показан на рис. 97, на котором

изображен план поверхности водного потока модели гидротехниче-

ского сооружения. Рельеф водной поверхности зарисован способом

интерполирования высот пикетных точек. По каждой стереопаре

определены высоты 100—120 точек. Горизонтали проведены через

1 мм. Глубины потока определены по разностям высот, полученным

в результате наведения стереоскопической марки на поплавок и

донную марку. В измеренные глубины введеныпоправки за пре-

ломление света в водной среде. Скорости и траектории движения

отдельных струй потока получены по снимкам поплавков. При этом

съмка выполнялась способом многократного фотографирования на

одну пластинку при непрерывном освещении водной поверхности

(работа М. Н. Ютанова).

Для подсчета объема земляных работ и выбора оптимальной

трассы дороги фотографируют местность с концов одного или не-

скольких базисов и по стереопарам создают цифровые модели. Циф-

ровая модель представляет собой совокупность координат точек

объекта, например местности. Количество точек цифровой модели

зависит от сложности рельефа объекта и заданной точности реше-

ния инженерной задачи. Цифровая модель вводится в ЭВМ, которая

по соответствующей программе подсчитывает объем земляных ра-

бот и выбирает оптимальную трассу дороги. Однако трассирование

дорог более эффективно выполняется не по наземным снимкам,

а по аэрофотоснимкам.

Применению фотограмметрии в строительстве посвящены ра-

боты А. И. Бухгольца, Н. А. Блохина, М. И. Бурова, В. М. Сердю-

кова и др.

§ 47. Определение параметров динамических процессов

Кроме движения водного потока и деформации инженерных

сооружений фотограмметрия позволяет исследовать и другие ди-

намические процессы, протекающие быстро или медленно.

В баллистике и стрелковой технике фотограмметрия нашла при-

знание как точный метод определения траектории и скорости по-

лета снаряда. Для этого применяются спаренные фототеодолиты

и кинотеодолиты, позволяющие решить следующие задачи: а) фик-

сирование траектории полета снаряда с целью определения его па-

127

раметров и составления таблиц стрельбы для зенитных орудий;

б) определение положения целей; в) совершенствование техники

бомбометания; г) фиксирование процесса стрельбы по морским це-

лям посредством съемки водяных столбов, возникающих в резуль-

тате взрыва снаряда; д) испытание дальномеров при определении

положения высоколетящих объектов — самолетов и др.

Определение траектории и скорости снаряда спаренным фото-

теодолитом производится следующим образом. Летящий снаряд

фотографируется одновременно с концов базиса через равные про-

межутки времени. Съемка выполняется ночью, причем снаряд ос-

вещается прикрепленным к нему трассером. В результате этого на

каждом снимке получается изображение траектории в виде пунк-

тирной линии. Затем по снимкам определяют координаты отдель-

ных точек траектории, соответствующих сделанным во время

съемки экспозициям, и вычисляют расстояния между этими точ-

ками. Зная расстояния между соседними точками траектории и ин-

тервал времени между экспозициями, находят скорость снаряда

на различных участках траектории.

С целью составления таблиц стрельбы для зенитных орудий

применяется агрегат из четырех спаренных фототеодолитов и съемка

производится с двух параллельных базисов. При этом орудие уста-

навливается между обоими базисами. Такая организация работ

позволяет проконтролировать решение задачи и предохраняет от

грубых ошибок.

В некоторых случаях определить траекторию и скорость объекта

можно только одним фототеодолитом С-6 или топографическим фо-

тотеодолитом, который снабжен специальным затвором, позволяю-

щим производить выдержки через равные малые промежутки вре-

мени. Эта возможность предоставляется в случае, если исследуе-

мый объект перемещается в плоскости, а также в случае, когда оп-

ределяется только одна проекция траектории на заданную пло-

скость. Такие исследования были выполнены в 1945 г. с целью

определения траектории снаряда и испытания рабочего оборудова-

ния экскаватора (работы А. Н. Лобанова, М. П. Бордюкова,

А. Д. Дубяги).

На рис. 98 изображена траектория летящего объекта. Снимок

сделан ночью фототеодолитом «Геодезия». Прикладная рамка фото-

камеры перед съемкой была приведена в вертикальное положение

и установлена приблизительно параллельно плоскости, в которой

должен был находиться летящий объект с прикрепленным к нему

трассером. Объектив камеры был открыт в течение времени полета

объекта. Перед объективом находился вращающийся диск с равно-

мерно расположенными отверстиями. Поэтому траектория изобра-

зилась в виде пунктирной линии. По характеру изображения можно

судить о форме траектории и скорости движения объекта на раз-

личных участках ее. По снимку определены координаты отдельных

точек траектории и скорость полета объекта. Для решения этой

задачи использованы элементы ориентирования снимка и другие

параметры аппаратуры, а также результаты полевых промеров,

138

позволившие учесть влияние непараллельности плоскости приклад-

ной рамки и плоскости, в которой действительно находился летя-

щий объект.

Для исследования кинематики и динамики рабочего оборудова-

ния экскаватора необходимо: а) определить скорость и ускорение

точки ковша, б) произвести силовой анализ механизмов и опреде-

лить усилия резания в период экскавации грунта, в) определить

коэффициент полезного действия оборудования.

Эти задачи можно решить, если одновременно зафиксированы

траектория точки ковша и показания динамометров через известные,

желательно равные промежутки времени.

Рис. 98 • Рис. 99

Фотограмметрический метод оказался наиболее эффективным

для решения этих задач. Исследования выполнялись ночью. На

рабочем оборудовании экскаватора были укреплены пять электро-

лампочек (точек): три на стреле и две на рукояти. Во время работы

экскаватора через 1 с одновременно фотографировались лампочки

фототеодолитом «Геодезия» и динамометр обычным фотоаппаратом.

Одновременность съемки обеспечивалась посредством синхронного

включения лампочек, прикрепленных к экскаватору, и лампы,

освещавшей динамометр. На одну фотопластинку фототеодолитом

снимался полный цикл работы, состоящий из двух или трех зачер-

пываний грунта. Таким образом были получены снимки с изобра-

жениями неподвижных точек стрелы и траектории ковша в виде

отдельных точек, расстояния между которыми различны и зависят

от скорости движения ковша в грунте. Эти снимки и показания

динамометра, отсчитанные по другим снимкам, использованы для

решения указанных выше задач. На рис. 99 показана траектория

ковша экскаватора, построенная фотограмметрическим методом.

Кафедрой фотограмметрии МИИГАиК разработана аппаратура

для синхронной базисной съемки подвижных объектов через за-

данные интервалы времени и методика съемочных и камеральных

работ (М. И. Буров, В. В. Кислов, Б. А. Новаковский). Первый

5 Зак. 1505 129