Лобанов А.Н. Фотограмметрия

Подождите немного. Документ загружается.

В результате камерального дешифрирования и исправления

карты на каждый лист обновляемой карты получают следующие

материалы:

исправленный и вычерченный оригинал карты;

комплект снимков для полевого обследования карты;

тиражный оттиск карты или восковку с отмеченными элемен-

тами, подлежащими проверке на местности.

В формуляре кроме сведений о методике и технологии создания

карты приводятся данные о выполненных работах по камеральному

исправлению оригинала карты: результаты проверки точности

карты; планово-высотная основа; характеристика основных и вспо-

могательных материалов, использованных при исправлении карты;

способ и точность нанесения новых контуров и объектов мест-

ности; результаты проверки и оценки качества камеральных ра-

бот и сводок по рамкам оригинала карты; заключение о пригод-

ности оригинала карты для издания или необходимости полевого

обследования.

В случае когда полевое обследование исправленного в камераль-

ных условиях оригинала карты не требуется, его передают для

издания.

§ 172. Полевое обследование обновленной карты

Полевое обследование исправленных в камеральных условиях

оригиналов обновляемой карты выполняется путем сличения их

с местностью и включает:

проверку исправленных оригиналов карты и нанесение объ-

ектов, появившихся после аэрофотосъемки, а также объектов,

не изобразившихся на снимках;

проверку имеющихся и сбор недостающих на карте географиче-

ских названий, пояснительных подписей, количественных и каче-

ственных характеристик объектов местности;

обследование пунктов геодезической сети.

В зависимости от количества и характера изменений, перенесен-

ных на оригинал карты, и физико-географических особенностей

местности производят полное полевое обследование или частичное—

по отдельным маршрутам.

При полном полевом обследовании проверяются все элементы

содержания карты. Маршрутное полевое обследование выполняется

по дорогам, населенным пунктам, рекам и другим важным направ-

лениям, где необходимо проверить наличие и правильность изоб-

ражения на карте объектов местности и собрать их недостающие ха-

рактеристики.

Если изменений в контурах много, то их сначала дешифрируют

на снимках, а затем переносят на оригинал карты способами, из-

ложенными выше. Отдельные объекты местности, не изобразив-

шиеся на снимках, наносят на оригинал карты инструментально

приемами мензульной съемки с точек съемочной сети или с пере-

ходных точек, специально определенных для этой цели.

504.

Точность исправленного оригинала карты проверяется, как

правило, на участках полного полевого обследования обновляемой

карты. Проверка выполняется инструментально с точек планово-

высотной основы карты.

На этих же точках проверяется или определяется склонение

магнитной стрелки. Количество точек, на которых определено

склонение магнитной стрелки, должно быть не менее четырех.

Среднее значение склонения подписывается на оригинале карты.

Собранные в процессе полевого обследования названия населен-

ных пунктов и других объектов местности подписываются на ори-

гинале обновляемой карты.

При определении недостающих и проверке показанных на карте

количественных и качественных характеристик объектов местности

особое внимание обращается на объекты, характеризующие прохо-

димость, защитные и маскировочные свойства местности (дороги,

мосты, переправы, реки, болота, гидротехнические сооружения,

овраги, древесная растительность, подземные сооружения и т. п.).

На местности обследуются пункты государственной геодезиче-

ской сети, отображенные на обновляемой карте и появившиеся

после ее создания. При этом устанавливаются сохранность наруж-

ного знака, верхнего центра, окопки и ориентирных пунктов и при-

годность знака для наблюдений.

Пункты, на которых не сохранился наружный знак и верхний

центр, потеряли значение ориентиров на местности. Они показы-

ваются на оригиналах обновляемой карты своим условным знаком.

Результаты обследования пунктов геодезической сети от-

ражаются в формулярах.

На основании результатов полевого обследования оригиналов

карты делается вывод о качестве ее обновления и пригодности

оригиналов для подготовки к изданию. Этот вывод записывается

в каждом формуляре [24].

ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ

КОСМИЧЕСКАЯ ФОТОГРАММЕТРИЯ

Глава 26

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОСМИЧЕСКОЙ

ИНФОРМАЦИИ

§ 173. Задачи космической фотограмметрии

и бортовая аппаратура для картографических целей

Космическая фотограмметрия — новое научное направление,

возникшее в результате развития космических исследований.

Основной задачей космической фотограмметрии является изу-

чение Земли и других планет и их спутников по снимкам, получен-

ным из космоса.

Применение космической техники позволяет изучать природную

среду и природные ресурсы в глобальных масштабах.

Одной из весьма важных проблем, успешно решаемых при по-

мощи космической техники, является картографирование планет

и других небесных тел по снимкам, полученным с искусственных

спутников и космических кораблей.

Наиболее существенными достоинствами космических съемок,

получившими общее признание, считаются:

возможность фотографирования любых районов Земли и других

планет;

большая производительность, можно получить снимки всей по-

верхности Земли за несколько суток;

высокая точность и полная объективность, так как снимки по-

лучаются прецизионной аппаратурой и обрабатываются на высоко-

точных измерительных приборах с применением электронных циф-

ровых вычислительных машин;

территориальная интеграция, позволяющая получить на од-

ном снимке изображение обширной территории;

факторная интеграция: можно наблюдать один и тот же участок

поверхности в разных участках спектра, в том числе в видимом

и инфракрасном;

динамическая интеграция, позволяющая прослеживать отдель-

ные природные явления в разные промежутки времени по последо-

вательно полученным изображениям одних и тех же территорий.

К фотографической аппаратуре, устанавливаемой на искусствен-

ном спутнике Земли или на космическом корабле с целью карто-

графирования, предъявляются высокие требования:

геометрическое качество снимков должно обеспечивать необхо-

димую точность построения или сгущения опорной сети и состав-

ления карт, фотокарт и фотопланов;

506.

фотографическое качество и масштаб снимков должны обеспе-

чивать возможность дешифрирования объектов, подлежащих ото-

бражению на картах и фотодокументах;

в процессе фотографирования необходимо определять элементы

внешнего ориентирования снимков.

На рис. 300 представлен вариант съемочной аппаратуры, удов-

летворяющей этим требованиям и предназначенной для установки

на космических носителях, возвращаемых на Землю.

В комплект этой аппаратуры входят: короткофокусная широко-

угольная фотокамера, позволяющая получать мелкомасштабные

снимки Р

для построения и

сгущения опорных фотограм-

метрических сетей и составле-

ния карт; три длиннофокусные

фотокамеры, дающие крупно-

масштабные снимки Р

, Р

и Р

для дешифрирования и состав-

ления фотопланов; панорамная

камера, производящая панорам-

ные снимки Р

; звездная камера

для фотографирования звездного

неба (снимок Р

) и четыре гори-

зонтные камеры для фотографи-

рования линии горизонта в четы-

рех взаимно перпендикулярных

1 / >

РдРт

Рис. 300

направлениях (снимки Р

—^ю)-

Все камеры жестко связаны и работают синхронно. Таким об-

разом, одновременно получаются 10 снимков. Можно считать, что

центры проекции этих снимков находятся в одной точке 5, так как

высота орбиты носителя велика по сравнению с расстояниями ме-

жду объективами фотокамер.

Поле зрения панорамной камеры больше 180°. Поэтому на па-

норамном снимке изображаются линии горизонта, наблюдаемые

в двух направлениях, перпендикулярных к орбите, а также терри-

тория, ограниченная этими линиями и полем зрения камеры в на-

правлении полета.

Панорамный снимок отличается высокой разрешающей способ-

ностью. Это позволяет использовать его для дешифрирования. Од-

нако масштаб панорамного снимка быстро уменьшается от центра

до изображения линии горизонта. Поэтому для дешифрирования

полезна только центральная часть снимка.

Панорамные снимки можно использовать и для измерительных

целей. При этом необходимо учитывать, что панорамный снимок

не имеет единого центра проекции вследствие перемещения носителя

в момент экспозиции. Каждой элементарной полоске панорамного

снимка, параллельной направлению полета, соответствуют свой центр

проекции и свои угловые элементы внешнего ориентирования.

Звездные и горизонтные снимки служат для определения

угловых элементов внешнего ориентирования мелкомасштабных

507.

снимков. Линейные элементы внешнего ориентирования этих сним-

ков находятся из орбитальных измерений.

Если имеется достаточное количество опорных точек, то эле-

менты внешнего ориентирования мелкомасштабного снимка можно

получить путем решения обратной фотограмметрической засечки.

Угловые элементы внешнего ориентирования крупномасштаб-

ных снимков являются функциями угловых элементов мелкомас-

штабного снимка и параметров, определяющих взаимное положе-

ние короткофокусной и длиннофокусной фотокамер.

Общее поле зрения трех длиннофокусных фотокамер равно полю

зрения короткофокусной фотокамеры. Масштаб снимка, получен-

ного центральной длиннофокусной фотокамерой, в 5 раз крупнее

масштаба снимка, сделанного короткофокусной фотокамерой.

Комплект бортовой аппаратуры должен содержать еще лазер-

ный высотомер с фиксацией точки отраженного импульса и службу

времени для регистрации моментов фотографирования и осущест-

вления синхронной работы составляющих этой системы.

Для исследования природных ресурсов на возвращаемых ис-

кусственных спутниках Земли устанавливается многозональная

космическая фотокамера МКФ-6, разработанная Институтом кос-

мических исследований АН СССР и Народным предприятием

«К. Цейсс», Йена (ГДР). Камера имеет 6 идентичных объективов

с фокусными расстояниями 125 мм и синхронно работающими за-

творами. Формат кадра 55 X 80 мм. Каждый объектив снабжен

светофильтром, который в сочетании с фотопленкой обеспечивает

съемку в узкой спектральной зоне. Для компенсации сдвига изоб-

ражения во время экспозиции камера автоматически наклоняется

на небольшой угол в направлении, противоположном движению

носителя.

Многозональные снимки расширяют возможности дешифриро-

вания и повышают его достоверность.

На космических носителях, не возвращаемых на Землю, уста-

навливается фототелевизионная аппаратура, позволяющая произ-

водить съемку, фотографическую обработку пленки и передавать

фотоизображения на Землю телевизионным способом.

Полученные таким образом фототелевизионные снимки имеют

значительную электронную дисторсию, вызванную ошибками пе-

редачи и приема изображения. Потому возникает необходимость

введения соответствующих поправок в процессе фотограмметриче-

ской обработки фототелевизионных снимков.

В космических исследованиях применяются и телевизионные

камеры. Основная часть телевизионной камеры — передающая

трубка, обычно видикон. Объектив камеры строит изображение на

светочувствительном экране видикона, который фиксирует его на

некоторое время. В интервале между экспозициями электронный

луч трубки, сканируя экран видикона, формирует электрический

видеосигнал, который передается по каналам космической связи

или записывается на магнитную пленку запоминающего устройства.

Телевизионная съемка имеет существенные преимущества перед

508.

фотографической: не требует возвращения пленки на Землю; дает

сигнал в форме, удобной для запоминания, хранения и автоматиче-

ской обработки; действует в течение длительного времени; отли-

чается простотой приема изображения.

Геометрические искажения телевизионных снимков значи-

тельны—около 1 %. По сравнению с фотографическими телеви-

зионные камеры менее пригодны для измерительных целей, но они

позволяют оперативно передавать изображения по каналам косми-

ческой связи.

Рис. 301

Для исследования природной среды имеют большое значение

радиолокационные съемки при помощи радиолокаторов бокового

обзора (для съемки местности), гидролокаторов (для съемки мор-

ского дна) и лазерных локаторов (лидаров).

При боковом обзоре зондирующие волны имеют узкую диаграмму

направленности. Они излучаются и принимаются в направлении,

перпендикулярном к траектории движения носителя. Поступатель-

ное движение носителя позволяет снимать полосу, параллельную

траектории. Ширина этой полосы определяется дальностью дейст-

вия локатора.

Двухстороннюю съемку территории радиолокатором бокового

обзора иллюстрирует рис. 301, а рис. 302 •—схему радиолокатора.

В результате развертки отраженного сигнала на экране элек-

тронно-лучевой трубки строится изображение элементарной по-

лосы местности. Изображения элементарных полос фотографи-

руются на движущуюся фотопленку, скорость протяжки которой

согласована с путевой скоростью носителя. Таким образом полу-

чается радиолокационный снимок в виде непрерывной ленты.

С геометрической точки зрения радиолокационный снимок яв-

ляется ортогональной проекцией в направление полета носителя

509.

и центральной — в направлении, перпендикулярном к полету.

Искажения за рельеф местности на таком снимке перпендикулярны

к траектории полета. Поэтому для стереоскопического наблюдения

радиолокационных снимков необходимо проложить не менее двух

параллельных и перекрывающихся маршрутов.

Важнейшее достоинство радиолокационной съемки — всепо-

годность. Радиолокационные снимки можно получать в любое

время суток и независимо от облачного покрова. Недостатками этого

вида съемки являются большая масса аппаратуры, высокое энерго-

потребление и пониженные геометрические и изобразительные свой-

ства радиолокационных снимков по сравнению с фотоснимками.

Кроме рассмотренных выше съемочных систем на практике хо-

рошо зарекомендовала себя и широко применяется сканирующая

аппаратура, позволяющая получать изображения во всех спектраль-

ных диапазонах. Особенно эффективна она для съемок в видимом

и инфракрасном диапазонах.

Схема сканера показана на рис. 303. Оптико-механическое ска-

нирующее устройство — качающееся зеркало последовательно про-

сматривает местность поперек траектории носителя, направляя

лучистый поток в объектив и далее на точечный фотоприемник,

который преобразует его в электрический сигнал, передаваемый

с носителя по каналам связи на Землю. Сканерный снимок полу-

чается в виде непрерывной ленты, состоящей из полос — сканов,

которые в отличие от радиолокационных снимков, в свою очередь,

состоят из отдельных элементов — пикселов. В пределах элемента

изображения происходит осреднение яркости объектов и детали

не различаются. На сканерных снимках, как и на телевизионных,

можно наблюдать полосы сканирования, отсутствующие на фото-

снимках.

510.

Сканер характеризуется углом сканирования или обзора и

мгновенным углом зрения, которые определяют ширину снимае-

мой полосы и линейное разрешение на местности. Точные сканеры

имеют угол сканирования до ± 5°, обзорные — до ± 50°. Соот-

ветственно этому мгновенный угол зрения таких сканеров нахо-

дится в пределах от десятых долей минуты до нескольких градусов.

По своим геометрическим свойствам сканерный снимок уступает

кадровому. Однако сканерная съемка позволяет быстро передать

Рис. 303

сигналы сканера и сравнительно просто представить снимок в циф-

ровом виде, удобном для машинной обработки. Кроме того, ска-

нерная съемка является непревзойденной по возможности исполь-

зования узких съемочных зон для получения изображения в любых

спектральных диапазонах. Поэтому сканерная съемка является

одним из основных видов космической съемки [5, 10, 22, 43].

§ 174. Точность определения координат точек местности

по кадровым космическим снимкам

Подсчитаем ожидаемую точность определения координат точек

местности по кадровым космическим снимкам, полученным фото-

камерами, представленными на рис. 300.

Пусть высота орбиты Н = 300 км, фокусное расстояние широко-

угольной камеры 200 мм, а узкоугольных камер — 1000 мм. Тогда

масштаб снимка, полученного короткофокусной камерой, равен

1 : 1 500 000, т. е. в 1 см 15 км, а масштаб снимка, сделанного цен-

тральной длиннофокусной камерой, 1 : 300 000 или в 1 см 3 км.

511.

Если формат снимков 30 X 30 см, а продольное перекрытие их

60 %, то базис фотографирования в масштабе снимка равен 12 см,

что соответствует 180 км в натуре.

Для решения задачи используем формулы (14.4) и (14.8):

= в^

]

У = в ;

р Р Р

где X и V — плановые координаты точки местности; к — превы-

шение этой точки над начальной горизонтальной плоскостью; В —

базис фотографирования; х

и у

— координаты изображения оп-

ределяемой точки на левом снимке стереопары; р — продольный

параллакс.

Из этих формул следует:

= ту=В —; т

= Н-^~. (26.1)

Р Р

Здесь т

, т

и — средние квадратические ошибки определе-

ния координат X и У и превышения к\ т — ошибка измерения

координат точки снимка; тд

— ошибка измерения разности про-

дольных параллаксов.

Применяя аналитический способ обработки снимков, можно

считать, что т = тд

= 10 мкм. Тогда при р = 12 см получим

Х —

У - 15 м; т/г = 25 м.

Таким образом, ТОЧНОСТЬ определения планового положения

точек местности по данным кадровым мелкомасштабным космиче-

ским снимкам соответствует требованиям создания контурных карт

масштабов 1 : 25 000 и мельче. Однако точность определения вы-

сот может удовлетворить требования, предъявляемые к картам

масштаба не крупнее 1 : 100 000 с сечением рельефа через 40 м.

Повысить точность определения высот можно путем увеличения

формата кадра. В этом случае возрастает значение продольного

параллакса, что ведет к уменьшению ошибки т

. Например, при

формате кадра 24 X 45 см р = 18 см, а т

= 17 м (длинная сто-

рона кадра параллельна направлению полета, продольное перекры-

тие снимков 60 %).

Другой путь повышения точности определения высот — сниже-

ние случайных ошибок построения снимков и ошибок измерения их.

Данные, необходимые для ориентирования одиночных стерео-

пар, можно получить в результате фототриангуляции по мелко-

масштабным снимкам с использованием зафиксированных в полете

элементов внешнего ориентирования и опорных точек [2, 36].

Крупномасштабные снимки, полученные длиннофокусными фо-

токамерами, позволяют составить фотопланы масштаба 1 : 25 000

и мельче. Для трансформирования этих снимков и монтажа фото-

плана можно использовать -пункты фототриангуляции, построен-

ной по мелкомасштабным снимкам.

512.

§ 175. Геометрические свойства фототелевизионных

снимков

В космических исследованиях планет и их спутников большую

роль играют телевизионные системы. Например, снимки Марса

с советских межпланетных кораблей получены с помощью фото-

телевизионных устройств.

Фототелевизионные снимки имеют оптическую и электронную

дисторсии, которые необходимо учитывать при использовании этих

снимков для картографических целей.

Совместное влияние этих ошибок можно определить путем ка-

либровки этих снимков по опорным точкам, т. е. в результате ре-

шения обратной фотограмметрической засечки. Однако оптическая

дисторсия мала по сравнению с электронной и может быть опреде-

лена известными лабораторными или полевыми способами. Часто

оптической дисторсией можно пренебречь и калибровку фототеле-

визионных снимков выполнять не по опорным точкам, а по пере-

крестиям контрольной сетки, нанесенной на стеклянной пластинке,

в плоскости которой получается изображение на борту носителя.

Сущность калибровки снимка по контрольной сетке заключается

в следующем. Измеренные на снимке координаты перекрестий срав-

ниваются с их теоретическими значениями. Если х, у — измерен-

ные координаты перекрестия, а х', у' — их теоретические значе-

ния, то разности

Дх = х — х'\ Ау = у — у' (26.2

характеризуют искажения снимка, вызванные передачей и прие-

мом изображения, полученного на борту носителя. Эти разности

содержат систематические ошибки, обусловленные в основном элек-

тронной дисторсией, и случайные ошибки, например, ошибки из-

мерений и случайную деформацию материала, на котором зафикси-

ровано переданное с борта носителя изображение.

С целью выявления и учета систематических ошибок произве-

дем аналитическое трансформирование фототелевизионных снимков

с применением полиномов различных степеней.

1. Конформное трансформирование по полиномам первой сте-

пени

х' = х+а

+а

х + а

у; |

У'=

+ Ь

+^у— а

х. ]

Эти уравнения содержат четыре параметра преобразования,

для определения которых требуется не менее двух перекрестий

контрольной сети.

2. Аффинное трансформирование по полиномам первой степени

X' = х + а

+ а

х + а

у\ |

У' =У + Ь

+ Ь

х + Ь

у. (

В этих уравнениях шесть параметров преобразования, для на-

хождения которых необходимо не менее трех перекрестий контроль-

ной сетки.

513.