Островський А.Л., Мороз О.І., Тарнавський В.Л. Геодезія, частина II

Подождите немного. Документ загружается.

ОДМО^І (IV.2.44)

Р"

Тому формулі (IV.2.42) можна надати вигляду:

2 К

/(м) 0,23 ІО"

—— . (IV.2.45)

Підставивши в формулу (ІУ.2.45) числове значення радіуса Землі К

та число секунд в радіані отримаємо:

(м)

=(0,78-10-

-0,1М0-

)-5

. (IV.2.46)

Або, маємо:

/<м) =0,6749-10"

-5

(

). (ІУ.2.47)

Отримаємо (для контролю) формулу (IV.2.41) іншим шляхом: із

залежності між кутом рефракції 8 та коефіцієнтом рефракції к [27].

£ = •^2-. (ГУ.2.48)

р"8

Беручи до уваги, що к

=0,14, знайдемо кутову нормальну рефракції

з формули (ІУ.2.48):

0,14-/Л5 (ІУ.2.49)

2К

Підставляючи числове значення р" та К

, маємо:

8Г = 0,227 -10"

-5

<м)

. (IV.2.50)

Формули (ІУ.2.50) та (ІУ.2.41) фактично не відрізняються. Таким

чином, питання врахування нормальної рефракції можна вважати

розв'язаним.

Точність визначення /

(м)

за формулою (ІУ.2.47) достатня. Навіть для

8- 10 км похибка в/не перевищує 1-2 мм.

Вдень, між ранковими й вечірніми періодами нормальної стра-

тифікації повітря, установлюється термічна турбулентність атмосфери,

значні коливання зображень візирної цілі та аномальна рефракція, які

визначаються за формулами:

Р_

(IV.2.52)

" о

У формулах (ІУ.2.51) та (ІУ.2.52) найскладніше знайти аномальний

еквівалентний середній градієнт температури у

тхк с

. Для цього, як видно з

(ІУ.2.52), потрібно знати у

Ші

в багатьох нескінченно малих відрізках сії, в

точках віддалених від візирної цілі на /

(

(тобто, в точках інтегрування). Про

^=8,132 ^8у

шр

, (ІУ.2.51)

419

цей бар'єр вище була мова. Бар'єр вдалося подолати. Відомості зі всієї траси

5 про градієнт у

текар

несуть видимі коливання зображень візирної цілі

або, як зараз говорять, діє термічна турбулентність атмосфери.

В наш час доведена теорема [15]: максимальна амплітуда

коливань

зображень візирної цілі за час 1-2 секунди дорівнює середній аномальній

рефракції за

той самий проміжок

часу.

Таким чином, якщо виміряти розмах максимальних коливань

зображень (частота цих коливань 1-0,5 Гц), наводячи трубу на максимально

верхнє та нижнє розташування візирної цілі, що коливається, і супро- !

воджувати наведення труби двома відліками шкали мікрометра, то різниця :

цих відліків дає розмах (подвійну амплітуду) коливань а". Тоді

(ІУ.2.53)

Якщо кутова рефракція 5"

тсер

відома, поправка в перевищення за

аномальну рефракцію знаходиться за формулою:

+0,4848

•

10'

нсср

•

5. (ІУ.2.54)

Формула (ІУ.2.54) отримана на основі формули (ІУ.2.43) в якій

замінені нормальна рефракція 8" на аномальну 8"т та прийнято до уваги

число значення р'.

Поправка г

вдень, під час термічної турбулентності (коли вимі-

рюється кут V) завжди із плюсом. Зауважимо, що знаки поправок за ре-

фракцію вказані для випадку, коли вимірюються кути нахилу V. Для

випадку вимірювання зенітних кутів поправки будуть із протилежними

знаками. Дійсно, як видно з рис. ІУ.2.9, коли У

>У

- поправка в кут нахилу

буде з мінусом. Але 2

, тому поправка за зенітний кут буде з плюсом

(кривина кривої повернута випуклістю вверх). Під час аномальної рефракції

(нестійка стратифікація, день), кривина повернута випуклістю вниз. Тоді,

навпаки, у

<у

, а 2

. Змінюються й знаки поправок.

Аномальна рефракція під час нестійкої стратифікації й довжині лінії

візування 5 = 1000 м може досягти величини (якщо у

шасер

= 1 град/м)

= 97". г

складатиме 0,47 м. Навіть для у

анпсйр

= 0,5 град/м г

ан

= 0,24 м.

Для перерізу рельєфу 0,25 м, 0,5 м з такими поправками не можна не

рахуватися. Зауважимо, що коли 8 = 1000 м поправка за нормальну

рефракцію складатиме тільки г

= - 0,011 м = - 11 мм. Вкажемо, що існує

простіший метод врахування аномальної рефракції під час коливання

зображень візирної цілі. Можна відмовитися від вимірювання розмаху

коливань. Достатньо наводити зорову трубу не на середнє розташування

візирної цілі, що коливається, а на її максимально верхнє положення за 1-2

сек і брати відліки (якщо труба має обернене зображення - на максимально

нижнє розташування цієї ж цілі протягом 1-2 сек). У цьому випадку зенітні

420

кути будуть вільні від аномальної рефракції. Достатньо ввести поправку /

(м)

за формулою (ІУ.2.47).

Залишається зауважити, що протягом нічного періоду доби, а також в

години після сходу Сонця й години до його заходу, як правило, діє інверсія

температури, росте температура з висотою. У ці періоди, під час відсутності

вітру, коливання зображень також відсутні. Під час вітру (динамічна

турбулентність) діють коливання зображень, але вони зовсім інші, ніж під

час термічної турбулентності: коливання "ліниві", поривчасті, з малими

частотами. Досвідчений спостерігач легко відрізнить ці коливання від

термічних.

Під час інверсії існує значна додатня аномальна рефракція, яка

складається (додається) з нормальною рефракцією (кривина світлової кривої

повернута випуклістю вверх). Для інверсійного періоду поки що не створені

кардинальні методи врахування рефракції. Для визначення рефракції в нічні

години необхідно виконувати, наприклад, градієнтні вимірювання темпе-

ратури. Тому ми не рекомендуємо виконувати тригонометричне нівелю-

вання під час температурних інверсій. Для цього достатньо використовувати

денний період доби.

Зауважимо, що з появою приладів зарядного зв'язку (ПЗЗ), які вбудо-

вані в деякі електронні теодоліти, тахеометри, нівеліри, створені методи

автоматизованого врахування вертикальної рефракції [16]. Детальніше про

це описано в розділі V.

421

І\ЛЗ. Комбіноване топографічне знімання

IV. 3.1. Виконання аерофотознімання

Аерофотознімання вважається одним із головних методів складання

та оновлення великомасштабних планів та карт. Хоча в наш час спосте-

рігається ріст зацікавленості до космічних знімків високої роздільної

здатності, проте, ще недавно, не було сумніву відносно того, що в найближчі

роки аерофотознімання залишиться головним методом великомасштабного

картографування. Сьогодні можна стверджувати, що більш перспективним є

цифрове аерофотознімання. Стосовно космічного фотознімання, згідно

оцінок американських спеціалістів, станом на 2002 рік, частка космічних

даних складала 6%, аерофотознімання - 94%.

Найперша, серійна аерофотознімальна камера С2 вироблялась з 1925

року швейцарською фірмою Місі (тепер це фірма Ьеіса).

Аерофотознімання (АФЗ) - це фотографування земної поверхні з

літального апарату (літака, гелікоптера, повітряної кулі, тощо). Якщо АФЗ

виконують для отримання топо-

Площина знімка

Об 'єктив фотокамери

графічних матеріалів, тоді його

називають топографічним аеро-

фотозніманням. В інших випад-

ках його називають спеціальним

АФЗ.

Лінію, що є траєкторією

польоту літака під час фото-

графування називають маршру-

том. Якщо ця лінія пряма, тоді

маємо прямолінійний маршрут;

існують також криволінійні та

ломані маршрути. Якщо фотогра-

фування виконувалося в межах

одного маршруту, тоді це одно-

маршрутне АФЗ. Якщо фото-

графують певну територію з кіль-

кох паралельних маршрутів, тоді

маємо багатомаршрутне АФЗ. У

залежності від кута нахилу аеро-

фотокамери а під час знімання розрізняють такі аерознімання:

• горизонтальні (кут нахилу а = 0);

• планові (кут нахилу а не перевищує ± 3°);

• перспективні (кут нахилу

а | > 3°).

Масштаб знімання залежить від висоти літального апарату над зем-

ною поверхнею Н та фокусної віддалі аерофотокамери /

(рис. ІУ.3.1).

КтШМЯЖ Земна поверхня

А В

Рис. ІУ.3.1. До визначення масштабу

знімання.

422

(ІУ.3.1)

к.

ав

/к _ /к -

АВ Н И_ М

/к

У залежності від масштабу аерознімків розрізняють:

• дрібномасштабне АФЗ, масштаб знімків 1:50000 і дрібніший;

• середньомасштабне АФЗ, масштаб знімків знаходиться в межах від

1:50000 до 1:10000;

• великомасштабне АФЗ, масштаб більший від 1:10000.

Аерофотознімання виконують із використанням фотоплівок: чорно-

білої, спектрозональної або кольорової. У наш час для топографічних цілей

найчастіше застосовують кольорову плівку, тому-що такі знімки значно

інформативніші.

Для виконання АФЗ потрібна аерофотокамера та інша спеціальна

апаратура, яка забезпечує всі вимоги до АФЗ.

Аерофотокамера, розріз якої показано на рис. ІУ.3.2 - це складний

автоматичний прилад з дистанційним керуванням. Камера має металевий

корпус 1, у який вмонтовано

оптичну систему 2, касету 3 для

фотоплівки. Момент фотогра-

фування (відкривання затвору)

визначається поданим імпуль-

сом від керуючого блоку, так

званого командного приладу. У

цей час відбувається автома-

тичне вирівнювання аерофото-

плівки в площину з викорис-

танням механічної плити або

пневматичним способом (ваку-

ум або надув повітря). Затвор

(відкривач) пропускає світловий

потік від земної поверхні до

плівки, тобто, відбувається експонування фотоматеріалу. Автоматично

відбувається перемотування фотоплівки. Час відкриття затвору (витримка)

дуже короткий 1/70, 1/100, 1/500 або 1/1000 секунди в залежності від

чутливості фотоматеріалів. Важливими параметрами фотокамер є кут поля

зору та фокусна віддаль /

Камери поділяють на:

• вузькокутні, довгофокусні (10-20°, /=610-950 мм);

Рис. ІУ.3.2. Будова аерофотокамери.

нормальнокутні, середньофокусні (50-70°,

надширококутні, короткофокусні (110-130°,

/= 210-300 мм);

/=88 мм і менше).

423

Чому аерофотокамера та інша спеціальна апаратура працює авто-

матично? Політ літака відбувається дуже швидко і людина не завжди

встигає вносити відповідні корективи як у траєкторію польоту, так і в

роботу камер. Сучасний стан розвитку електроніки, радіотехніки дозволяє

повністю автоматизувати процес АФЗ. Фірма Ьеіса, яка створила першу

аерокамеру, створила аерофотознімальну систему А8СОТ (Аегіаі 8игуеу

Сопігої Тооі - дослівно "засіб для контролю за аерофотозніманням"). Ця

система складається з декількох складових частин:

• аерокамера ЯС-30;

• змінні об'єктиви з/= 153 мм та/= 303 мм;

• гіростабілізуюча платформа РАУ-30;

• система керування й контролю знімання (власне АЗСОТ з анте-

ною СР8 на літаку);

• наземна опорна станція ОР5;

• програмне забезпечення пост-опрацювання.

Камера ЯС-30, одна з найкращих у світі, має прямий інтерфейс із

бортовою навігаційною системою. Діапазон поздовжнього перекриття

регулюється від 1% до 99% із кроком 1%. У процесі знімання в негатив

можна вдрукувати до 200 символів (наприклад, масштаб, координати центра

проекції кадру, дату, час, поточний номер експозиції, тип плівки, тощо).

Змінні об'єктиви для камери КС-30 виготовляються зі швейцарською

точністю, яка притаманна всій оптиці фірми Ьеіса. Достатньо сказати, що

якщо в 1961 р. дисторсія об'єктива з / = 15 см складала 12 мкм, то сьогодні

2 мкм. У цих об'єктивах досягнута роздільна здатність 110-115 ліній на мм.

Крім того, об'єктиви комплектуються світлофільтрами для підвищення

контрасту зображення та для виконання спеціальних видів знімання.

Одним із найважливіших елементів є гіростабілізуюча платформа

РАУ-30, призначена для компенсації кутових коливань носія фотокамери.

Сама платформа - складна прецизійна система з гіроскопами, із

серводвигунами, датчиками рівня, компенсаторами руху й електронікою.

Завдяки платформі кути зносу не перевищують 0,3°, а максимальне від-

хилення осі фотографування від надира менше 0,2° (маса платформи 34 кг).

На рис. ІУ.З.З показано зовнішній вигляд маршруту з використанням

гіроплатформи та без неї.

Система А8СОТ - засіб для контролю за аерофотозніманням, що

дозволяє виконувати АФЗ відповідно з проектом, витримувати навігаційні

параметри АФЗ а також фіксувати координати центра аерофотознімка в

момент відкриття затвора. Технічні засоби системи показані на рис. 1У.3.4.

На рис. ІУ.3.5 показана дія системи разом з ОР8.

Саме методом ОР8 визначаються просторові координати центру

проекції в момент фотографування.

424

Без

РА УЗО

рсг 17-17-17-

Рис. ІУ.З.З. Зовнішній вигляд маршруту знімання з використанням

гіроплатформи.

До топографічного фото-

знімання ставлять певні вимоги

стосовно параметрів польоту, які

виконує А8СОТ, а саме:

• прямолінійність мар-

шруту;

• горизонтальність

траєкторії;

• витримування поз-

довжнього перекриття:

між знімками одного

маршруту (найчастіше

60%);

• витримування попе-

речного перекриття

між сусідніми маршру-

тами (здебільшого 20-

40%).

Аерофотокамера, а отже і

знімок повинні бути правильно

зорієнтовані відносно траєкторії

польоту, тобто кут скосу К (рис.

IV.3.6) не повинен перевищувати 3°, інакше під час накладання знімків

виникне так звана "ялинка", що зробить подальше фотограмметричне

опрацювання ускладненим і неефективним. Значну частину цих вимог

задовольняє гіроплатформа. Для великомасштабного картографування

рекомендується в гірській місцевості або на території, забудованій високими

будівлями, використовувати камери з

—

200, 350 або 500 мм. Під час

картографування рівнинних територій використовують короткофокусні

камери з /

= 70, 100, 140, 150 мм.

СРЗ-антена;

2 -

Керуючий комп 'ютер

3 -

Камера Ьеіса КС30

на

гіростабілізуючій платформі

ЬеісаРАУЗО

4 -

Навігаційний пристрій;

5 -Дисплей

пічота;

— СРЗ-приймач.

Рис. ІУ.3.4. Технічні засоби системи

А8СОТ.

425

знімання (зазвичай, масштаб

знімання в 6-10 разів мілкіший,

ніж масштаб плану чи карти,

складання яких проектується),

вираховують за формулою

(1У3.1), висоту фотографу-

вання Н над середньою

висотою ділянки знімання.

Середню висоту на території,

що підлягає аерофотозніманню,

прийнято позначити А

а6с

, знайдемо

над рівнем

Знаючи Н та А,

висоту польоту

моря Н^:

Н^Н + А*

Оскільки наперед зада-

ються поздовжнім та попереч-

ним перекриттям знімків, тоді

можна розрахувати базис

фотографування (віддаль між

суміжними точками відкриття

затвору)

В =

[ І-отиоим

2-СР8МЯ»

[ )

ОГ^-пркймвч на дгпиу

4<-»і»фон>к*мфі

к і - СР5-ЯНІМИ мити*

Рис. ІУ.3.5. Дія системи А8СОТ

ОРЗ.

100-Р,

100

та віддаль між суміжними аерофотознімальними маршрутами

>- 100

разом з

(ІУ.З.З)

(1У.3.4)

+ +

траєкторія

"польоту"

Рис. ІУ.3.6. Поздовжнє, поперечне перекриття знімків та геометрія "ялинки"

(1,2- знімки одного маршруту, 3,103 - знімки двох сусідніх маршрутів, к

- кут "ялинки").

426

Тут І

, І

- розмір кадру, тобто знімка; зазвичай /, = І

. Розміри,

найчастіше бувають 18x18 см, 30x30 см.

Кількість знімків у маршруті п визначається його довжиною <і

та

базисом В

п = 1, (ІУ3.5)

а кількість маршрутів - розміром ділянки в поперечному до маршрутів

напрямку сІ

та віддаллю між маршрутами В

К=-*- +1. (ІУ.3.6)

Загальна кількість знімків:

И = п-К. (ІУ.3.7)

Звідси можна знайти потребу в аероплівці для АФЗ даної території.

Обчислюють також інтервал фотографування г - час прольоту літака

від моменту виконання попереднього знімка до моменту виконання

наступного знімка:

г = (ІУ.3.8)

V - швидкість літака.

Знімання можна виконувати тільки в ясну безхмарну погоду, або

коли хмари знаходяться вище висоти Я - висоти літака над середньою

висотою даної території.

Якщо під час АФЗ не використовуються ОРЗ-приймачі, тоді піло-

тування літака та подальше опрацювання матеріалів знімання для складання

планів та карт ускладнюється.

Під час знімання забудованих територій (для двох і більше поверхо-

вих будинків), для яких основою топографічного плану буде фотоплан,

фотографування місцевості необхідно виконувати двічі:

• довгофокусними АФА для виготовлення фотопланів;

• короткофокусними або нормальними камерами для рисування

рельєфу;

Знімання довгофокусними камерами виконується в мілкішому

масштабі, ніж короткофокусними.

Аерофотознімання рівнинних, незабудованих територій із переважно

одноповерховою забудовою можна виконувати в одному масштабі - корот-

кофокусними АФА для виготовлення фотопланів та рисування рельєфу. Де-

тально про вибір масштабів АФЗ описано в інструкції по топозніманню [5].

Напрямки маршрутів під час фотографування повинні бути за

напрямком "захід-схід", хоча допускається й інше орієнтування маршрутів.

Знімання міст та заселених районів потрібно виконувати ранньою весною,

після сходу снігу та до того, як розпуститься листя. Такі території реко-

427

мендується фотографувати на кольорову плівку, а території з різноманітною

рослинністю та надмірною вологістю рекомендується фотографувати на

спектрозональну аероплівку.

ІУ.3.2. Складання накидного монтажу. Оцінка якості

аерофотознімання

Експоновану фотоплівку проявляють, закріпляють і роблять розрізи

негативної плівки на окремі знімки. Нумерація знімків виконується в

процесі аерофотознімання. Далі виконується контактне друкування, тобто,

виготовляються позитивні аерознімки без зміни масштабу (фотопапір та

негативні знімки контактують). Позитивні знімки називають контактними

відбитками. Потім на великих столах (стелажах) контактні відбитки укла-

дають помаршрутно так, щоб точно перекривались ідентичні контури

місцевості, що зобразилися на знімках. Оскільки, поздовжнє перекриття

більше 60% від 4 - розміру знімка вздовж маршруту, то частина однієї й

тієї ж території зображена на трьох суміжних знімках. Укладені знімки

прикріпляють найчастіше спеціальними важелями або канцелярськими

кнопками. Уклавши перший маршрут, приступають до укладання нас-

тупного маршруту, щоб ідентичні контури місцевості, що зобразилися на

знімках перекривалися. Нагадаємо, що поперечне перекриття знімків

наближено 30%. Так на стелажах укладають усі знімки на територію, що

була покрита аерофотозніманням. Складені та скріплені таким чином знімки

називаються накидним монтажем. Накидний монтаж фотографують і

отримують репродукцію накидного монтажу у декілька разів мілкішому

масштабі. Репродукцію монтажу, закріплену на фанері або товстому папері

(картоні), часто використовують для знаходження потрібних під час роботи

номерів знімків (номери знімків видно на репродукції її накидного

монтажу).

Головна мета складання накидного монтажу - оцінка якості вико-

наного аерофотознімання. Для цього на кожному знімку знаходять цен-

тральні точки знімків. Потім визначають прямолінійність маршруту. Для

цього центральні точки першого й останнього знімків з'єднують прямою

лінією. За умови абсолютної прямолінійності маршруту - центральні точки

всіх інших знімків повинні знаходитися на цій прямій. За допомогою

міліметрової лінійки вимірюють віддалі між цією лінією й центральними

точками на знімках. За цими віддалями судять про непрямолінійність мар-

шруту. Далі визначають витриманість поздовжнього перекриття: порівню-

ють фактичні значення перекриття Д/^ з розміром І

г, , Ч 'іоо

(IV, 3.9)

Аналогічно визначають витриманість поперечного перекриття:

428