Аэрофототопографическая и космическая съемка
Съемка местности с самолета называется аэрофотосъемкой. Внастоящее время это основной метод картографирования земной поверхности. Достоинствами его являются: быстрота выполнения полевых работ, возможность охвата съемкой труднодоступных районов, объективность, точность и большая информативность фотографических снимков местности.
Для фотографирования местности с воздуха необходимо иметь специально оборудованный самолет, снабженный аэро фотосъемочным аппаратом. Особенностью этого аппарата является то, что фотографирование местности им производится автоматически через постоянный наперед заданный интервал времени, который рассчитывается так, чтобы фотографируемая местность перекрывалась соседними снимками. Величина продольного перекрытия должна составлять 60% размера аэроснимка.
Аэрофотосъемка может быть одномаршрутной и многомаршрутной (площадной). Одномаршрутная аэрофотосъемка применяется при изыскании и обследовании объектов линейного протяжения (дорог, каналов, трубопроводов и т.д.). При площадной аэрофотосъемке на местности прокладывают ряды параллельных маршрутов (рис. 11.1). Маршруты проектируют, как правило, в широтном направлении; между соседними маршрутами предусматривается поперечное перекрытие снимков порядка 30%.
Продольное и поперечное перекрытия предохраняют от пропусков в фотографировании земной поверхности. Кроме того, продольное перекрытие позволяет по каждой паре снимков создать пространственную модель местности и на ее основе построить топографический план.
Во время полета на маршруте необходимо выдерживать заданную высоту съемки, камера аэрофотоаппарата при фотографировании должна находиться в отвесном положении.
Снимки в маршрутах нумеруются (номер снимка подписан в северо-восточном углу), это позволяет быстро составить из одиночных снимков накидной монтаж любого аэросъемочного маршрута или площади отснятого объекта местности.
При составлении накидного монтажа снимки последовательно укладывают на рабочем столе таким образом, чтобы в пределах зоны свободного перекрытия два соседних снимка были наложены один на другой и изображения одних и тех же объектов местности левого и правого снимков совместились, при этом обязательно должны быть видны номере снимков (рис. 3). Смонтированные таким образом снимки закрепляют. По окончании монтажа первого маршрута переходят ко второму. Укладывая снимки второго маршрута, следят за совмещением контуров не только в зоне продольного перекрытия, но и в зоне поперечного перекрытия.
По накидному монтажу оценивают качество аэросъемки — прямолинейность съемочных маршрутов, фактические величины перекрытий, фотографическое качество аэрофотоснимков и т.д.
А главное накидной монтаж позволяет получить общее представление о районе планируемых работ.
Аэроснимок представляет собой центральную проекцию земной поверхности. Если в момент съемки оптическая ось ОС фотоаппарата была отвесна, а снимаемая местность являлась горизонтальной плоскостью АВ, то на фотопленке, находящейся в горизонтальной плоскости, получается плановый аэроснимок местности (рис. 4). Если местность или аэрокамера, или фотопленка наклонены, то аэроснимок будет иметь искажения). На плановом аэроснимке можно производить различные измерения, однако для этого надо знать масштаб аэроснимка.
Определение масштаба снимка. Масштаб аэрофотоснимка можно определить несколькими способами:
а) опознанием на снимке точек, расстояние между которыми на местности известно. Отношение длины отрезкаl между опознанными точками на снимке и расстоянию L между ними на местности и есть масштаб снимка 1 : mс, т.е.
б) по значениям фокуса аэрофотоаппарата fк и высоты фотографирования Нф, известным из паспорта залета. На рис. 4 пояснено геометрическое соотношение между этими величинами
в) с использованием топографической карты на тот же район, что изображен на аэрофотоснимках. Этим методом рекомендуется воспользоваться для определения масштаба аэрофотоснимка при выполнении лабораторной работы.
Нанести на карту границы сфотографированной на аэрофотоснимке территории (привязать снимок к карте). Определить масштаб аэрофотоснимка.
Выявляют на аэрофотоснимке наиболее крупные объекты: населенные пункты, шоссейные и железные дороги, реки, участки леса и т.д. Эти же объекты находят на карте. Затем находят характерные детали этих объектов (повороты дорог, изгибы рек, контуры оврагов и т.д.) и по ним определяют район аэрофотосъемки. Мягким карандашом проводят на карте линии, соответствующие краям снимка, показывая границы сфотографированной на снимке территории. Масштаб аэрофотоснимка может быть определен по соотношению идентичных расстояний на снимке (l) и крупномасштабной топографической карте (L). Этот способ определения масштаба аэрофотоснимка наиболее часто используется в практической работе с аэрофотоснимками.
Формула для определения масштаба аэрофотоснимка имеет вид:
где: mк — знаменатель численного масштаба карты;
mс — знаменатель численного масштаба снимка.
При определении масштаба аэрофотоснимка на карте следует иметь в виду, что точность способа зависит от выбора подходящей линии на снимке. Эта линия (см. рис. 5) по возможности должна удовлетворять следующим условиям:
а) она должна лежать в средней части аэрофотоснимка и проходить, по возможности, вблизи его главной точки;
б) длина ее должна быть, возможно, больше (не менее 50мм);
в) взаимное превышение концов должно быть, возможно, меньше;
г) концами линии должны служить четко выраженные на снимке и карте точки (пересечение дорог, резкие повороты контуров леса, характерные постройки, мосты на реках и т. д.).
Для контроля масштаб определяют по двум направлениям. С этой целью на снимке измеряют длины отрезков 1 и 2 , расположенных примерно по диагонали аэрофотоснимка, а на карте идентичные им расстояния L1 и L2. Измерения выполняют циркулем-измерителем и поперечным масштабом с точностью до десятых долей миллиметра. По формуле (1) вычисляют два значения масштаба аэрофотоснимка и среднее его значение принимают как окончательное.
Определение высоты фотографирования.Высота фотографирования Нф может быть определена из зависимостей, поясняемых рис. 4
где fк — фокусное расстояние аэрофотоаппарата, равное 100мм;
mсн – знаменатель масштаба снимка, вычисленный в предыдущем примере.
Пример. Для получения аэрофотоснимков масштаба 1 : 18300 аэрофотоаппаратом с фокусом 100мм самолет должен выдерживать при аэрофотосъемке высоту полета
Нф = 100мм · 18300 = 1830000мм = 1830м.
Измерение базиса фотографирования. Базисом фотографирования Вназывается расстояние в пространстве между двумя смежными центрами проектирования (рис. 7).
Для определения базиса фотографирования в масштабе снимка используют главные точки снимков, получаемые при пересечении главных осей х и у, построение которых сводится к соединению координатных меток, расположенных на противоположных сторонах снимка.
На рис. 8 изображены два снимка, составляющих стереопару. Начало координат левого снимка Ол , построенное по координатным меткам, опознают на правом снимке О ‘ л путем сопоставления одноименных контуров. Точно так же главную точку Оп правого снимка опознают и накалывают на левом снимке О ‘ п .
Отрезки прямых Ол О ‘ п и Оп О ‘ л являются базисом фотографирования на левом и правом снимках, они фиксируют начальное направление, совпадающее с полетом самолета при аэросъемке.
Базисы bл и bп измеряют с помощью измерителя и линейки до 0,1мм, за окончательную его длину принимают среднее значение
На аэрофотоснимках с 60% перекрытием базис фотографирования приблизительно равен 70мм.
Задание 3. Определение по снимку расстояния между заданными точками на местности. Для определения по аэрофотоснимку расстояния между двумя точками на местности используют формулу:
где — расстояние между двумя точками на аэрофотоснимке, в миллиметрах;
— расстояние между теми же точками на местности, в миллиметрах;
— знаменатель среднего численного масштаба аэрофотоснимка.
Расстояния на аэрофотоснимке измеряют при помощи линейки с миллиметровыми делениями, производя отсчеты до 1мм.
| | | следующая лекция ==> | |
| Проектирование по профилю | | | Ознакомление с методикой дешифрирования аэрофотоснимков |
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
studopedia.su — Студопедия (2013 — 2023) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.059 сек. —>
Аэрофотоснимок космический снимок топографический план
1. Обоснование пространственного разрешения снимка (размера пикселя на местности) в зависимости от масштаба создаваемой или обновляемой карты. О возможных масштабах карт в зависимости от пространственного разрешения снимков
Космическая съемка в видимом спектральном диапазоне и ближнем инфракрасном в последнее время претерпели весьма ощутимое развитие в сторону увеличения разрешающей способности космических изображений. Это принципиально делает возможным использование этой информации, в том числе для целей картографирования и обновления карт. При этом возникает вопрос: о каких масштабах карт может идти речь?
Применительно к цифровой аэрофотосъемке или космической цифровой съемке, ни в каких российских нормативно-технических документах не содержится требований к пространственному разрешению в зависимости от масштаба карты, плана или ортофотоплана. В Инструкции по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов [ 1 ] в Приложении 5 (стр.90 — 91) изложена методика расчета размера пикселя при сканировании аналогового снимка в зависимости от масштаба фотографирования и масштаба создаваемой карты, содержащая 4 формулы вычисления, из которых к нашему случаю имеют отношение только первая (Ps) и последняя (Pp):
где Mk — знаменатель масштаба карты (плана), Mc — знаменатель масштаба аэрофотоснимка, Vs — требуемая точность определения плановых координат равная 0.2 мм. Первая из этих формул дает размер пикселя в мм, вторая в микронах. Прямого отношения к требованиям размера пикселя на местности цифровой аэрофотосъемки или космической съемки эти формулы не имеют, но в некоторых случаях за неимением иных требований их используют, преобразовав к виду, позволяющему оценить размер пикселя на местности в метрах:
Для масштаба плана 1:5000 при масштабе снимка 1:20000 Ps = 0.5 м; Pp = 0.35 м.
Согласно Инструкции по фотограмметрическим работам использовать нужно меньшее. Однако расчет Рр основан на требованиях к графическому качеству напечатанного на бумаге ортофотоплана, заключающемуся в том, чтобы размер полутонового пикселя не превышал 70 мкм. По этой причине основываться на этом критерии выбора размера пикселя в том случае, когда ортофотоплан используется в цифровом виде или когда его твердая копия печатается с помощью плоттера (принтера), не обеспечивающего разрешение с размером полутонового пикселя равным 70 мкм, нет никаких причин. Таким образом, при использовании ортофотоплана в цифровом виде представляется более логичным пользоваться критерием Рs, основанном на требуемой точности измерений. Это означает, что согласно требованиям Инструкции по фотограмметрическим работам для масштаба 1:5000 размер пикселя на местности может достигать 0.5 м. Но даже и это значение представляется необоснованным, т.к. критерий Рs основан просто на том, что размер пикселя должен быть в 2 раза меньше допустимой ошибки измерения по ортофотоплану, а ошибка измерения составляет 0.2 мм в масштабе плана. Этот подход просто не имеет никакого обоснования. С одной стороны, точность измерений по цифровому изображению составляет доли пикселя, но не 2 пикселя и в любом случае не хуже 1 пикселя! Следует обратить внимание, что в этом подходе совершенно не учитывается возможность дешифрирования снимков, т.е. распознавания объектов и определения их характеристик.
Т.е. представленные в Инструкции по фотограмметрическим работам формулы расчета размера пикселя на местности отражают линейную зависимость размера пикселя от масштаба карты, что в принципе не должно быть с учетом задачи дешифрирования (распознавания объектов и их характеристик). Если проанализировать требования к допустимым масштабам фотографирования в зависимости от масштаба карты (плана), сформулированные в Инструкциях по топографической съемке [2, 3], акцентируя внимание на задаче дешифрирования, и принять, что разрешение аналоговых снимков на момент издания инструкций составляло не более 20-30 линий на мм (рассчитывать на более высокое разрешение нет оснований), то получится ряд значений размера пикселя, представленный в таблице 1.
Таблица 1. Размер пикселя на местности в зависимости от масштаба карты (плана)
| Масштаб плана | Pp(м) | Ps(м) | Масштаб фотогр. из инструкций по топо съемке | Размер пикселя на местности исходя из Инструкций по топ. съемке | Номинальный рекомендуемый (предлагаемый) размер пикселя (м) | Максимальный допустимый размер пикселя (м) |
| 1:500 | 0.04 | 0.05 | 1:3000 | 0.08 | 0,07 | 0,09 |
| 1:1000 | 0.07 | 0.1 | 1:5000 | 0.13 | 0,11 | 0,14 |
| 1:2000 | 0.14 | 0.2 | 1:10000 | 0.25 | 0,17 | 0,22 |
| 1:5000 | 0.35 | 0.5 | 1:15000 | 0.38 | 0,33 | 0,42 |
| 1:10000 | 0.70 | 1 | 1:20000 | 0.50 | 0,50 | 0,64 |
| 1:25000 | 1.75 | 2.5 | 1:35000 | 0.88 | 0,80 | 1,00 |
Нелинейный характер зависимости разрешения снимка в зависимости от масштаба карты отчетливо виден из этого ряда, особенно при графическом отображении (см. график 1). Выбор соотношения масштаба карты (плана) и масштаба фотографирования, представ-ленный в Инструкциях по топографической съемке носит несколько приближенный характер в том смысле, что масштаб фотографирования выражается весьма круглыми числами, и по этой причине кривая зависимости размера пикселя от масштаба карты выглядит не очень гладкой. В результате некоторого сглаживания кривой можно построить ряд номинальных рекомендуемых значений размера пикселя для масштабного ряда (на графике показано красным цветом) и ряд максимальных допустимых значений, принимая, что максимальные допустимые значения должны быть пропорциональны рекомендуемым (см. график 1).
График. 1. Зависимость требуемого размера пикселя на местности от масштаба карты
Таким образом, зависимость размера пикселя от масштаба создаваемого плана (карты) с учетом потребности задачи дешифрирования не может носить линейных характер.
Для выбора размера пикселя следует основываться не столько на точностных критериях, сколько на потребностях дешифрирования цифрового изображения, накопленного опыта, отраженного в Инструкциях по Топографической съемке, и разработанных исходя из этого таблиц номинальных рекомендуемых размеров пикселей.
Исходя из того, что пространственное разрешение лучших в этом отношении коммерческих космических снимков составляет 0.5 м и 1.0 м, можно с уверенностью говорить о возможности их использования для карт масштабов 1:10000 и 1:25000 с точки зрения дешифровочных свойств изображений. Возможность и эффективность использования снимков с разрешением 0.5 м для создания плана масштаба 1:5000 зависит от ситуации и конкретных требований к содержанию карты.
2. Характеристика геометрической точности космических снимков высокого разрешения. О возможных масштабах карт в зависимости от точности снимков
Под снимками высокого разрешения в данном случае понимаются космические снимки с размером пикселя на местности 0.5 м и 1.0 м. Рассмотрим их точностные характеристики на примере продуктов компании GeoEye. Дифференциация продуктов в настоящее время строится не по принципу использования вида сигнала спутниковой системы (Ikonos или GeoEye-1), а по принципу предоставляемого спутником пространственного разрешения (1.0 м или 0.5 м). Материалы космической съемки высокого разрешения (1.0 м и 0.5м) предоставляются в виде продуктов следующих видов (уровней), отличающихся в зависимости от произведенной обработки и пригодности тем или иным применениям: Geo, GeoProfessional, GeoStereo. Из них в качестве предмета анализа интерес представляют Geo и GeoStereo как снимки, которые пользователь способен самостоятельно обрабатывать. Точностные характеристики этих снимков представлены в таблице 2.
Таблица 2. Характеристики точности космических снимков высокого разрешения компании GeoEye, представленные средними квадратическими ошибками (СКО) планового положения и высоты
| Наименование продукта | СКО планового положения (м) | СКО определения высоты (м) |
| Разрешение 1.0 м | ||
| Geo | 8 | — |
| GeoStereo | 8 | 13 |
| GeoStereo Precission | 2 | 3.6 |
| Разрешение 0.5 м | ||
| Geo | 3 | — |
| GeoStereo | 2 | 3.6 |
| GeoStereo Precission | 1 | 1.8 |
Продукт Geo можно рассматривать как основной потребляемый в тех случаях, когда у нас есть ЦМР из другого источника. GeoStereo может быть использован и в том случае, когда нет готовой ЦМР, и она создается по стереопаре космических снимков.
Относительно использования указанных материалов космической съемки для создания или обновления карт того или иного масштаба следует заметить, что по точности планового положения они удовлетворяют требованиям масштаба от 1:25000 до 1:5000. GeoStereo Precision с разрешением 0.5 м можно пробовать применить для масштаба 1:2000. Для масштабов карт 1:25000 и даже 1:10000 снимки могут использоваться без фототриангуляции, т.е. без какого-либо дополнительного материала наземного планово-высотного обоснования.
Что касается разрешения, то следует иметь в виду, что снимки с разрешением 1.0 м наиболее эффективно могут использоваться для масштаба 1:25000, но для масштаба 1:10000 их дешифровочных возможностей может быть не достаточно, т.е. применение их в картографировании в масштабе 1:10000 должно оцениваться в каждом конкретном случае. Снимки с разрешением 0.5 м по своим дешифровочным возможностям полностью удовлетворяют масштабу 1:10000 и, в некоторых случаях могут быть использованы для масштаба 1:5000. О применении их к масштабу 1:2000 можно будет говорить после экспериментальной проверки и имея в виду ограничения их дешифровочных возможностей.
При этом следует обратить внимание, что съемка рельефа по космическим снимкам ограничивается высотой сечения рельефа 10 м или в самом лучшем случае 5 м при использовании GeoStereo Precission.
Таким образом, космические снимки высокого разрешения могут уверенно использоваться для создания ортофотопланов масштаба 1:10000 и 1:25000 для составления или обновления контурной части карт этих масштабов. С некоторыми ограничениями дешифровочных возможностей, но без ущерба точности можно говорить о масштабе 1:5000.
3. Сопоставимость материалов АФС и космической съемки по возможности получения различных видов продукции (только план при наличии готовой ЦМР или включая ЦМР)
Аэрофотоснимки, полученные со стандартными продольным и поперечным перекрытиями являются источником всей необходимой информации для того чтобы выполнить съемку рельефа, создать цифровую модель рельефа, выполнить ортотрансформирование и создать ортофотоплан, выполнить съемку ситуации. Причем при съемке с размером пикселя до 0.5 м можно рассчитывать на съемку рельефа с высотой сечения 5.0 м, что требует экспериментальной проверки.