Лобанов А.Н. Фотограмметрия

Подождите немного. Документ загружается.

На точность определения углов наклона снимка по фотографиям

горизонта влияют атмосферная дымка, вызывающая размытость

изображения горизонта, и крупный рельеф в районе видимого го-

ризонта. Наиболее четко горизонт изображается на космических

снимках.

§ 143. Определение высот фотографирования

и их разностей

Высоты фотографирования над местностью определяют при по-

мощи радиовысотомера, который устанавливают на самолете.

Радиовысотомер основан на измерении времени прохождения

радиоволн от самолета до местности и обратно. В комплекте радио-

диоволн по направлению к местности. Достигнув земной

поверхности, импульсы отражаются от нее и поступают в при-

емопередатчик. Зная время I, прошедшее с момента излучения ра-

диоволн до их приема, можно определить расстояние от самолета

до местности по формуле

^ = V^: 2, (20.21)

где

— скорость распространения электромагнитных колебаний.

Для измерения времени прохождения радиоволн в радиовысо-

томере применен индикатор в виде электронно-лучевой трубки

с кольцевой разверткой (рис. 2о2). За 10 мкс электронный луч

трубки описывает три полные окружности, что при скорости рас-

пространения электромагнитных колебаний, равной 300 ООО км

в одну секунду, соответствует 3000 м расстояния или 1500 м высоты

фотографирование.

В момент посылки импульса радиоволн подается дополнитель-

ное напряжение на центральный электрод электронно-лучевой

трубки, которое отбрасывает электронный луч к краю экрана и об-

разует начальный импульс 1 на окружности. Через 0,5 мкс излу-

400

чгние радиоволн прекращается и электронный луч возвращается

к окружности. Промежуток между импульсами равен 10 мкс. Поэ-

тому начальный выступ получается всегда на одном и том же ме-

сте окружности.

В момент приема отраженных радиоволн на центральный элек-

трод трубки снова подается дополнительное напряжение, которое

образует отраженный выступ 2. Отраженный выступ может быть

и любом месте окружности, так как расстояние от самолета до мест-

ности не является постоянным.

На экране индикатора по окружности нанесена шкала, наимень-

шее деление ее составляет 5 м, а полная окружность соответствует

Г)00 м расстояния от самолета до местности. Если расстояние от са-

молета до местности больше 500 м, то электронный луч опишет по

ж рану одну или несколько окружностей и продолжит свое движе-

ние по окружности, пока не придут отраженные радиоволны. Сле-

довательно, расстояние от самолета до местности

О = г>' + 500п, (20.22)

где И' — расстояние, полученное по шкале как разность отсчетов

по двум выступам, а п — число окружностей, пройденных элек-

тронным лучом.

ху

Величина п может быть определена по показаниям барометри-

ческого высотомера.

В момент фотографирования местности показания радиовысото-

мера фиксируются фоторегистратором, установленным перед экра-

ном индикатора.

В случае плоской местности расстояние, измеренное радиовы-

сотомером, равно высоте фотографирования. В остальных случаях

измеряется наклонное расстояние (рис. 263), и для определения

пысоты фотографирования необходимо ввести поправку:

//=0+ ДО. (20.23)

»то объясняется тем, что радиоволнами облучается значительная

площадь и раньше всего поступают радиоволны, отраженные от

ближайших к самолету точек местности.

Поправка АИ определяется с помощью перспективных сеток

М. Д. Коншина, позволяющих при стереоскопическом рассматри-

вании снимков получить семейство сферических поверхностей раз-

личного радиуса с центром, находящимся в центре проекции. Наи-

меньший радиус сферы, которая касается какой-либо точки модели,

является кратчайшим расстоянием, измеренным радиовысотоме-

ром. Точка касания соответствует той точке местности, от которой

пришли к самолету первые отраженные радиоволны. Сферическая

поверхность другого радиуса проходит через точку стереомодели,

соответствующую точке надира. Следовательно, радиус этой сферы

ранен высоте фотографирования, а разность радиусов обеих сфер

представляет собой поправку Ай.

Перспективные сетки размещают над снимками, ориентирован-

ными в стереометре. Коррекционные механизмы стереометра уста-

401.

навливают в соответствии с элементами внешнего ориентирования

снимков.

Левая сетка представляет собой систему концентрических ок-

ружностей, а правая — систему эксцентрических окружностей,

центры которых имеют продольное смещение

бр =

В/ в[

О соз р й

2Ь зт

р/2

соз р

(20.24)

/77,

177^

Рис. 264]

а радиусы

г = (20.25)

Здесь В — базис фотографирования; / — фокусное расстояние фо-

токамеры; Ь — базис фотографирования в масштабе снимка; |3 —

угол отклонения направления на ближай-

шую точку отраженного импульса от вер-

М тикали.

Перспективные сетки изготовляют для

данных величин / и Ь.

Сетки в стереометре устанавливают

так, чтобы центр левой сетки совпал

с главной точкой левого снимка, а центр

правой сетки — с точкой правого снимка,

^ь—^ соответствующей главной точке левого

снимка. Обе сетки перемещаются вдоль

оси х совместно со снимками, но при

вращении параллактического винта оста-

ются неподвижными.

Наблюдая снимки, совмещают начало пространственной сетки

с точкой стереомодели, соответствующей главной точке левого

снимка, и отсчитывают по винту продольных параллаксов. Затем,

вращая параллактический винт, опускают модель относительно

сферы, чтобы сфера коснулась модели, и вновь отсчитывают по па-

раллактическому винту. По разности этих отсчетов Ар находят

поправку АО:

АО = ОАр;Ь. (20.26)

Точность определения высот фотографирования радиовысотоме-

ром существенно зависит от характера местности. Лучшие резуль-

таты получаются при съемке водной и открытой равнинной поверх-

ности. В этом случае ошибки определения высот фотографирования

равны 1—2 м. В горной пересеченной местности трудно находить

точки отраженного импульса и точность радиовысотомера сни-

жается

От этого недостатка свободны лазерные высотомеры, обладаю-

щие узкой направленностью излучения, мощными импульсами и

высокой точностью определения расстояний.

Разность высот фотографирования определяют с помощью ста-

тоскопа, показания которого фиксируют в момент фотографирова-

ния местности.

402.

В основе статоскопа лежит идея дифференциального барометра,

изобретенного великим русским ученым Д. И. Менделеевым.

Чувствительным элементом статоскопа служит манометрическая

трубка М (рис. 264), показывающая изменение давления атмос-

феры по сравнению с постоянным давлением в баллоне В, заданным

н начале маршрута.

Если самолет летит по линии равных давлений, то уровни т

п т

в манометрической трубке находятся на одной высоте. Пола-

гая, что изобарическая и уровенная поверхности параллельны,

можно считать, что высота фотографирования в этом случае не из-

меняется.

• Л)

м.

М-,

"I г

в,

в.

Рис. 265

Колебание высоты полета вызывает изменение положений уров-

ней т

и т

. Если высота увеличивается по сравнению с начальной,

то давление внешнего воздуха становится меньше давления внут-

реннего, вследствие чего уровень т

повышается, а уровень т

понижается. Наоборот, когда высота полета уменьшается, давле-

ние внешнего воздуха становится больше давления внутреннего

н уровень т

понижается, а уровень т

повышается.

Вследствие небольшого удельного веса жидкости, заполняющей

манометрическую трубку, статоскоп весьма чувствителен к изме-

нениям давления: изменение положения столба жидкости на 1 мм

соответствует разности высот приблизительно в 1 м.

Недостатком статоскопа с одной манометрической трубкой яв-

ляется ограниченный диапазон измеряемых разностей высот фото-

графирования.

В СССР применяются статоскопы с двумя манометрическими

трубками, созданные в ЦНИИГАиК Ю. С. Доброхотовым и

К. П. Бычковским и позволяющие измерять любые колебания вы-

сот (рис. 265, а) [12].

Если открыт клапан то работает трубка М

, а жидкость

п трубке М

находится на одном уровне. Когда уровень жидкости

и трубке М

будет предельным, клапан закрывается, а клапан

открывается, включается трубка М

и жидкость в трубке М

занимает начальное положение.

403.

Трубки подсвечиваются лампочками. Лампочки Л

и Л

горят

в полный накал между моментами фотографирования и гаснут,

когда производится съемка. Лампочки Л[ и Л'

горят вполнакала

между моментами фотографирования и вспыхивают при экспони-

ровании.

Показания трубок регистрируются с помощью фотоаппарата на

непрерывно движущуюся пленку. В результате получается стато-

грамма, представленная на рис. 265, б. Участок Я статограммы

соответствует переключению трубок.

Расстояние на статограмме между прерывистой и сплошной

линиями изображает разность уровней жидкости работающей

трубки в момент фотографирования. От величины I; переходят к

превышению АН' точки фотографирования I относительно изобари-

ческой поверхности, проходящей через точку, в которой данная

трубка статоскопа была включена в работу:

Д Я' = (?/,-, (20.27)

где

1991(1+«0

[йо (1

+ 0)5шВя]

(20.28)

Здесь I — температура воздуха на высоте полета, В

— давление

на высоте,

— коэффициент увеличения регистрационной камеры

статоскопа, а — коэффициент объемного расширения воздуха, р —

коэффициент объемного расширения заполняющей манометриче-

ские трубки жидкости (амилового спирта), кд — отношение удель-

ных весов амилового спирта и ртути, со — постоянная статоскопа,

связанная с изменением объема воздуха, возникающего при пере-

мещении жидкости в манометрической трубке.

Величины у и со указываются в паспорте статоскопа. Величины

а, (5 и к

известны как физические данные, а В

и I отсчитывают

на высоте полета и записывают в паспорт залета.

Превышение точки фотографирования I над начальной изобари-

ческой поверхностью получают по формуле

ДЯ = Я (I; + п1

), (20.29)

где п — число переключений статоскопа от момента его включения

до момента съемки в точке V, /

— расстояние между кривыми на

статограмме, соответствующее моменту переключения манометри-

ческих трубок.

Точность определения разности высот фотографирования при

помощи статоскопа зависит главным образом от состояния изоба-

рической поверхности. Состояние верхних слоев атмосферы более

устойчиво, чем нижних. Средние квадратические ошибки опреде-

ления АН по показаниям статоскопа колеблются в пределах 0,6—

1,5 м.

Высоты фотографирования и их разности, измеренные соответст-

венно радиовысотомером и статоскопом, используют для аэрора-

404.

дпонивелирования. По разностям высот фотографирования и эле-

ментам взаимного ориентирования находят продольные углы на-

клона плановых снимков.

§ 144. Аэрорадионивелирование

Высоты фотографирования, измеренные радиовысотомером, и

разности высот полета относительно уровенной поверхности, по-

лученные по показаниям статоскопа, позволяют найти высоты то-

чек местности, над которыми определены высоты полета. Для этого

достаточно знать высоту одной из точек, соответствующих данным

нысотам фотографирования,

например точки (рис. 266).

Как следует из рис. 266,

высота точки местности

21 = 2

+ Н

Н,

Барическая поверхность

"з

Мч-

Нг

Уровенная поверхность

Рис. 266

А + Д Н

{

—

(20.30)

При этом предполагается,

что барическая поверхность

параллельна уровенной.

В действительности же ба-

рическая поверхность накло-

нена относительно уровенной.

11оправкй к вычисленным по

формуле (20.30) высотам за наклон барической поверхности можно

найти, если известна геодезическая высота еще одной точки, на-

пример точки М

, в конце маршрута. Разность вычисленной и дан-

ной высот этой точки равна невязке высотного ход#. Невязку рас-

пределяют на все точки хода пропорционально удалению их от на-

чальной.

Исследования, выполненные в ЦНИИГАиК и ВТС, показали,

что благодаря независимому определению высот фотографирова-

ния и их разностей точность данного способа почти не зависит от

длины хода. Эта особенность, а также высокая производительность

являются существенными достоинствами аэрорадионивелирования.

За разработку аэрорадионивелирования и внедрение его в аэро-

фотогеодезическое производство М. Д. Коншину, Г. В. Романов-

скому, Н. П. Кожевникову, Н. А. Соколовой, Л. А. Лукашевичу

присуждена Государственная премия.

Аэронивелирование применяется при создании карт открытых

всхолмленных и песчаных районов. В закрытых и горных районах

тот способ не используется вследствие отсутствия большого числа

отраженных импульсов в показаниях радиовысотомера и недоста-

точной точности [12].

§ 145. Определение продольных углов наклона снимков

Пусть известны элементы взаимного ориентирования плановых

снимков и разности высот фотографирования. Найдем продольные

углы наклона снимков.

405.

При решении этой задачи можно считать, что точки фотографи

рования 5ц 5

, 5

. . . и главные лучи связок 5

. 5

•

• •

находятся в одной вертикальной плоскости (рис. 267). В этой же

плоскости лежат и надирные лучи 5

А/

, 5

. . .

Из рис. 267 следует, что продольный угол наклона первого

снимка

«г = 0—2)

-Ь -V

(20.31)

где а[

— элемент взаимного ориентирования стереопары 1—2;

V! — угол наклона первого базиса фотографирования, определяе-

мый по формуле

VI = ДЯ

/Вх. (20.32)

Здесь" В

— длина базиса, а АН^— разность высот точек 5

полученная по показаниям ста-

тоскопа.

Продольный угол наклона

второго снимка находят дваж-

ды:

2 =

2<1-2) + ^

= а,

Рйс. 267

1(2 — 3)

(20.33)

где а'

— элемент взаимного

ориентирования стереопары 1—

2\ а^

— элемент взаимного

ориентирования стереопары 2—

3\ V2—угол наклона второго

базиса фотографирования,

(20.34)

"Уэ

= ДЯ

/В

Длина базиса фотографирования

В = тЬ, (20.35)

где т — знаменатель масштаба снимка; Ь — продольный параллакс

главной точки.

Аналогично определяют продольные углы наклона других сним-

ков. Для каждого снимка кроме первого и последнего получают два

значения продольного угла наклона, среднее из которых прини-

мается как окончательное.

Ошибка определения продольного угла наклона снимка

V-

т! + тп1,

где

ГПу

(20.36)

(20.37)

, — ошибка элемента взаимного ориентирования снимков, вы-

числяемая по формуле (16.32); т

АН

— ошибка разности высот фо-

тографирования, измеренной при помощи статоскопа.

406.

§ 146. Определение координат точек фотографирования

Координаты точек фотографирования определяют с помощью

радиогеодезических систем, позволяющих измерять расстояния от

самолета до. наземных станций, положение которых известно.

Для решения этой задачи необходимо иметь не менее двух на-

земных станций и одну само-

летную.

Пусть А и Б — наземные

станции (рис. 268), координаты

которых известны; 5с — точка

фотографирования; И

и —

расстояния от самолета до на-

земных станций; Я,- — высота

фотографирования, измеренная

в полете; 8

{ — проекция точки

фотографирования на плоскость

XV\ й и й' — редуцированные

расстояния на плоскость XV;

В — расстояние между назем-

ными станциями.

Плановые координаты точки

фотографирования 5

(

- получают в результате решения треуголь-

ника Л5

г Б:

Х[ = Х

+ -Д^- (й

+ В

—

й'

) соз а

•

Рис. 268

2 В

= У А

2 В

(2<йГ

+ 2^

+ 2й'

— й* — <2'

—

)

1;2

зта,

(й

+ В

— <Г

) 51П

а +

2 В

(2 ач

г2

+ 2й

+ 2Л'

—

а*

—с

•

)

соз а,

(20.38)

где Х

и У

— координаты станции А; а—дирекционный угол

линии АБ.

В Советском Союзе для топографических целей применяется

самолетный радиодальномер, разработанный в ЦНИИГАиК под

руководством И. Л. Гилля.

В комплект самолетного радиодальномера входят одна само-

летная и три наземные станции. Одновременно работают две на-

земные станции, третья является резервной и включается для ох-

вата большей площади.

Самолетный радиодальномер позволяет определять плановые

координаты точек фотографирования с точностью не ниже 5 м, что

обеспечивает возможность использования их при составлении карт

в масштабе 1 : 10 ООО и мельче.

Дальность действия самолетного радиовысотомера до 350 км.

407.

Глава 21

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ФОТОТРИАНГУЛЯЦИЯ

§ 147. Назначение и классификация пространственной

фототриангуляции

Пространственная фототриангуляция позволяет определить по

снимкам плановое положение и высоты опорных точек, необходи-

мых для составления топографических карт, планов, фотопланов

и других документов о местности.

Основная цель пространственной фототриангуляции — макси-

мально сократить трудоемкие полевые геодезические работы, за-

менив их камеральными.

Пространственная фототриангуляция применяется и для реше-

ния нетопографических задач, например для изучения траектории,

скорости и других параметров, характеризующих поведение са-

молета и других летящих объектов.

Сущность пространственной фототриангуляции, как показано

во введении, состоит в построении модели местности по снимкам,

принадлежащим одному или нескольким маршрутам, и ориентиро-

вании ее относительно геодезической системы координат.

В зависимости от числа маршрутов, используемых для построе-

ния модели местности, пространственную фототриангуляцию раз-

деляют на одномаршрутную, или маршрутную, и многомаршрутную,

или блочную.

Маршрутная фототриангуляция строится по снимкам, принадле-

жащим одному маршруту. При этом маршрут должен иметь опорные

точки, необходимые для ориентирования модели относительно гео-

дезической системы координат.

Многомаршрутная, или блочная фототриангуляция развивается

по снимкам, принадлежащим двум маршрутам и более. Для по-

строения ее нет необходимости обеспечивать опорными точками

каждый маршрут, достаточно иметь несколько опорных точек на

весь блок. Поэтому блочная фототриангуляция позволяет в боль-

шей степени сократить полевые геодезические работы, чем маршрут-

ная, что имеет исключительно важное значение, особенно при кар-

тографировании труднодоступных и недоступных территорий.

В зависимости от применяемых технических средств различают

два вида пространственной фототриангуляции — аналитическую

и инструментальную, или аналоговую.

Аналитическая фототриангуляция вычисляется по измеренным

координатам точек каждой пары снимков. Современная аналитиче-

ская фототриангуляция основана на применении высокоточных

автоматизированных стереокомпараторов и электронных вычис-

лительных машин.

В основу аналоговой фототриангуляции положено использова-

ние универсальных стереоприборов, позволяющих строить оди-

ночные модели или общую модель в пределах каждого маршрута.

408

Различают еще фототриангуляцию без использования элементов

внешнего ориентирования снимков и фототриангуляцию с исполь-

зованием элементов внешнего ориентирования снимков, зареги-

стрированных в полете. Использование в фототриангуляции эле-

ментов внешнего ориентирования снимков и других дополнитель-

ных данных, например разностей высот фотографирования и ко-

ординат центров проекции, приводит к значительному сокращению

нолевых геодезических работ.

Наконец, в зависимости от назначения пространственную фо-

тотриангуляцию разделяют на каркасную и заполняющую.

Каркасная фототриангуляция развивается обычно по марш-

рутам, проложенным перпендикулярно к направлению заполняю-

щих маршрутов с целью обеспечения опорными точками, необхо-

димыми для фототриангуляции по заполняющим маршрутам. За-

полняющая фототриангуляция обеспечивает опорными точками

каждую стереопару для обработки ее при составлении топографи-

ческой карты.

Существенными преимуществами аналитической фототриангу-

ляции перед аналоговой являются:

более высокая точность, обусловленная использованием преци-

зионного стереокомпаратора для измерения снимков и строгих ме-

тодов обработки результатов измерений;

большая производительность, достигаемая благодаря примене-

нию электронных вычислительных машин, автоматизирующих все

вычислительные процессы;

универсальность — не накладываются ограничения на значе-

ния элементов ориентирования снимков и формат их.

Аналитическая фототриангуляция позволяет учитывать все

систематические ошибки, влияние которых можно выразить в ма-

тематической форме. К источникам таких ошибок относятся дистор-

сия объектива фотокамеры, кривизна Земли, атмосферная рефрак-

ция, равномерная и неравномерная деформации снимков и др.

В аналоговой фототриангуляции возможности учета системати-

ческих ошибок ограничены. Например, почти все универсальные

стереоприборы не позволяют исключить влияние неравномерной

деформации снимков.

В аналитической фототриангуляции удается уменьшить и воз-

действие случайной деформации снимков. Это достигается исполь-

зованием в аэрофотоаппарате контрольной сетки, нанесенной с ча-

стотой 1—2 см на стеклянной пластинке, к которой прилегает све-

точувствительный слой фотопленки. В момент экспозиции кон-

трольная сетка впечатывается в снимок. Координаты перекрестий

контрольной сетки известны с высокой точностью. На снимке из-

меряют приращения координат наблюдаемой точки относительно

ближайшего перекрестия, т. е. малые отрезки, практически свобод-

ные от влияния случайной деформации.

В отдельных случаях аналоговую фототриангуляцию сочетают

с аналитической: на универсальных стереоприборах создают неза-

409.