Основные виды и методы фототопографических съемок

Фототопография, как составная часть фотограмметрии, решает задачи определения координат точек местности, составления топографических карт и цифровых моделей местности по результатам фотограмметрической обработки ее изображений.

Фототопографической съемкой называют комплекс процессов, выполняемых для создания топографических или специальных карт и планов по материалам фотосъемки. В этот комплекс входят фотографирование местности, полевые геодезические работы по определению координат опорных точек и камеральные фотограмметрические работы, результатом которых является топографический или специальный план (карта) местности.

Фототопографическую съемку, в зависимости от применяемых технических средств и методов, делят на воздушную (аэрофототопографическую) и наземную (рисунок 4.3).

Наземная фототопографическая съемка основана на использовании наземных фотоснимков исследуемой территории, полученных с помощью фототеодолитов (рисунок 4.4) с концов некоторого базиса. Обработку фотоснимков выполняют стереофотограмметрическим методом, с помощью специальных приборов.

Этот метод съемки иногда называют фототеодолитной, или наземной стереофотограмметрической съемкой. В современных условиях фототеодолитная съемка применяется, в основном, для архитектурных обмеров, определения объемов земляных работ, при съемке карьеров, горных выработок, изучении деформации инженерных сооружений и т.п.

Аэрофототопографическая съемка предусматривает фотографирование местности аэрофотоаппаратом (рисунок 4.5), установленном на воздушном носителе (самолете, вертолете, космическом аппарате и т.п.), и последующую обработку полученных результатов. В зависимости от применяемых методов обработки результатов аэрофотосъемки различают два метода аэрофототопографической съемки: комбинированный и стереотопографический.

Комбинированный метод аэрофототопографической съемки основан на использовании свойств одиночного снимка и предполагает получение плановой (контурной) части карты в камеральных условиях, а высотной части – в полевых. При этом камеральные работы включают операции по сгущению съемочного обоснования и изготовлению фотопланов, а полевые – съемку рельефа на фотоплане приемами мензульной съемки. Ввиду значительной трудоемкости и большого объема полевых работ комбинированный метод в настоящее время свою актуальность потерял.

Стереотопографический метод решает задачу составления карты на основе свойств пары снимков и в современных условиях является основным методом картографирования. Применение стереотопографического метода предполагает составление плановой (кон­турной) и высотной частей карты в камеральных условиях. В стереотопографическом методе, в зависимости от применяемых методов и приборов, различают два способа обработки снимков: дифференцированный и универсальный.

Дифференцированный способ решает задачу обработки снимков на нескольких приборах, одна часть которых (фототрансформатор) применяется для изготовления контурного фотоплана, а другая часть (стереометр) – для рисовки рельефа (горизонталей). Дифференцированный способ обработки материалов аэрофотосъемки широко применялся до 60-х гг. прошлого столетия, пока на смену ему не пришел более точный и производительный универсальный способ.

Универсальный способ обработки снимков основан на применении методов и приборов, позволяющих по результатам обработки пары снимков определять одновременно плановые координаты и высоты точек. Все процессы такой фотограмметрической обработки выполняются на одном приборе.

Создание топографического плана (карты) фототопографическим методом связано с дешифрированием снимков и обеспечением их опорными точками.

Дешифрирование снимков – процесс распознавания изображенных на снимках объектов и определения их характеристик.

Опорными точками в фотограмметрии называют опознанные на снимках контурные точки, необходимые для преобразования изображения (снимка) с целью представления конечных результатов в требуемой проекции и координатной системе. Координаты опорных точек определяют в результате полевых геодезических или камеральных фото­грамметрических работ. Во втором случае речь идет о построении по снимкам одного или нескольких маршрутов сети фототриангуляции, опирающейся на сравнительно редкую сеть точек с известными геодезическими координатами. Число и расположение опорных точек на снимках зависит от метода последующей обработки этих снимков.

Основы аэрофотосъемки

Одним из важнейших применений фотографии является воздушное фотографирование, т. е. получение цифровых или аналоговых снимков земной поверхности с летательных аппаратов — самолетов, вертолетов, искусственных спутников Земли и др.

Аэрофотосъемкой называют совокупность работ по получению изображений местности с целью последующего их использования для создания планов и карт. Термин «аэрофотосъемка» объединяет ряд взаимосвязанных процессов, в которые в общем случае входят:

летно-съемочные работы, включающие разработку технических условий аэрофотосъемки и ее выполнение;

полевые фотолабораторные работы, выполняемые при использовании аналоговых аэрокамер и включающие фотографическую обработку экспонированных аэрофильмов, изготовление по ним отпечатков и иной первичной продукции;

полевые фотограмметрические работы, включающие регистрацию материалов аэрофотосъемки и оценку их качества; при использовании цифровых аэрокамер и систем они дополняются формированием синтезированных (композитных) панхроматических и цветных изображений из снимков меньшего формата.

Результатом перечисленных работ являются аэронегативы, аэроснимки (при аналоговой съемке) или цифровые изображения (в случае использования цифровых камер и съемочных систем), а также зафиксированные в полете показания специальных приборов.

Аэронегативы (аэроснимки)–цифровые или аналоговые изображения местности, покрывающие без разрывов заданный участок земной поверхности – используются для последующего преобразования и создания по ним карт и планов (рисунок 4.6). Для обеспечения последующих работ смежные аэронегативы (аэроснимки) должны иметь перекрытия расчетной величины. Метрические и фотометрические (яркостные) характеристики аэронегативов в значительной степе ни зависят от выполнения технических условий аэрофотосъемки и выбора параметров применяемых фотографических материалов и оптических систем. Точность и качество аэронегативов, в свою очередь, определяет качество создаваемых по ним карт и планов, сроки фотограмметрической обработки, организацию работ и т. п. Для получения полноценных аэронегативов и их эффективного использования необходимо согласование параметров летно-съемочных работ с организацией всего топографо-геодезического производства.

В соответствии с законами центрального проектирования, по которым строится изображение местности, точки аэронегатива (аэроснимка) получают смещения, величины которых определяются углом наклона оптической оси аэрофотоаппарата и колебанием рельефа местности. Устранение этих смещений осуществляется в процессе их фотограмметрической обработки, и в частности – фотографического или цифрового преобразования, называемого трансформированием. В связи с этим использование аэроснимков для решения каких-либо задач, связанных с измерениями по ним, без их предварительного трансформирования ограничивается влиянием указанных смещений.

Использование при аэрофотосъемке специального оборудования (рисунок 4.7),обеспечивающего стабилизацию съемочной камеры в полете, компенсацию сдвига изображения, определение угловых и линейных элементов внешнего ориентирования снимков и др., существенно упрощает последующую камеральную обработку снимков и повышают ее точность.

Наличие указанных данных во многом определяет технологию камеральной обработки материалов аэрофотосъемки, существенно влияет на оперативность, точность фотограмметрических построений и объемы полевых работ по их геодезическому обеспечению.

Аэрофотосъемочные работы выполняются на оборудованных летных средствах специализированными подразделениями гражданской авиации или непосредственно топографо-геодезическими (землеустроительными, лесоустроительными и др.) предприятиями.

При аэрофотосъемке можно полагать, что объект находится в бесконечности, т. е. изображение объекта (местности) строится в главной фокальной плоскости. В этой плоскости и помещают светочувствительный материал (фотопленку, датчик), на которой получается изображение фотографируемой местности. Это позволяет применять для определения масштаба горизонтального аэроснимка простую зависимость, вытекающую из подобия треугольников Sab и SAB (рисунок 4.8)

ab/AB = f/H = l/L. (4.1)

Здесь AB = L и ab = l – расстояния между точками на местности и их изображениями на снимке; f – фокусное расстояние объектива съемочной камеры; Н – высота фотографирования.