Вспомогательное аэрофотосъёмочное оборудование

Для топографической аэрофотосъёмки с летательного аппарата кроме АФА используется аэрофотоустановка 4 (рис. 19), оптический визир и командный прибор 3.

Аэрофотоустановка (АФУ) служит для крепления АФА к носителю съёмочной аппаратуры. Она обеспечивает получение плановых снимков и позволяет: осуществлять разворот АФА вокруг его оси; изменять положения оптической оси камеры в пространстве; предохранять АФА от ударных нагрузок при взлёте и посадке самолёта или вертолёта; уменьшать вибрации. Для автоматического горизонтирования и ориентирования камеры применяют гиростабилизирующую установку, обеспечивающую получение аэрофотоснимков с углом наклона, не более1°.

Оптический визир предназначен для определения в полёте интервала воздушного фотографирования и угла отклонения (угла сноса) летательного аппарата от намеченного маршрута.

Командный прибор (КП) служит для дистанционного управления работой фотокамеры. С его помощью устанавливается интервал между экспозициями, выдержка затвора, ведётся счёт кадров.

Спуск затвора фотокамеры осуществляется электрическим импульсом, посылаемым КП. Используют два их типа. Один выдерживает постоянным интервал фотографирования, другой – заданный процент продольного перекрытия. Первый тип КП применяют при аэрофотосъёмке равнинной и всхолмленной местности, второй - при аэрофотосъёмке горной местности. Он позволяет изменять интервал фотографирования пропорционально изменению высоты фотографирования. Более совершенным является электронный командный прибор (ЭКП), позволяющий по данным изменения путевой скорости и высоты полёта с учётом заданного продольного перекрытия изменять величину интервала фотографирования. Вычисляется также угол сноса и отрабатывается сигнал на разворот АФА на этот угол. Последние конструкции гиростабилизирующей установки позволяют по командам ЭКП автоматически разворачивать АФА на угол сноса с точностью 45¢.

Для ослабления при аэрофотосъёмке влияния дымки АФА снабжаются светофильтрами ЖС-18, ЖС-16, ОС-14, ОС-12 и КС-14. Их применение приводит к увеличению выдержки и уменьшению в связи с этим исходного контраста некоторых природных объектов. Поэтому подбираются они в зависимости от высоты полёта, природных условий фотографирования и типа применяемой аэроплёнки.

Большинство аэрофотосъёмок производится на чёрно-белые изопанхроматические плёнки различных типов. Они имеют светочувствительность от 100 до 3000 единиц ГОСТа, коэффициент контрастности от 1,5 до 3,5, разрешающую способность R от 65 до 250 мм^-1.

Наиболее универсальны изопанхроматические аэроплёнки средней чувствительности Т-17 (тип 17), Т-20, Т-22, Т-27, Т-33. Их светочувствительность порядка 500 единиц ГОСТа, разрешающая способность до 160 мм^-1, коэффициент контрастности 1,5-2,0 и фотографическая широта до 1,2-1,5.

При фотографировании АФА со светосильными объективами ярких малоконтрастных объектов целесообразно использовать низко чувствительную аэроплёнку, например, Т-28. Её светочувствительность 180 единиц ГОСТа, но преимуществом является высокая разрешающая способность (порядка 250 мм^-1) и повышенный коэффициент контрастности.

Инфрахроматические аэроплёнки используются довольно редко вследствие низкой общей чувствительности и нестабильности. На них хорошо изображается растительность и дешифрируются небольшие различия во влажности объектов.

Отечественная промышленность выпускает также спектрозональные аэроплёнки СН-6, СН-2М и СН-8 с панхроматическим и инфрахроматическим слоями. Изображение местности на них получается в условных цветах: длинноволновой части видимого спектра соответствует пурпурный цвет, а инфракрасной области – голубой. Спектрозональная аэроплёнка объединяет преимущества, имеющиеся у инфрахроматической и цветной плёнок. Она позволяет уменьшить влияние воздушной дымки, чётко выделяет урез воды, передаёт различие во влажности и растительном покрове. При аэрофотосъёмке на спектрозональную плёнку применяют светофильтры (ОС-14, КС-14 и ЖС-16).

Цветные аэроплёнки позволяют получать изображение местности в цветах, близких к естественным. В аэрофотографии для получения цветных аэроснимков используются в основном трёхслойные фотографические материалы с цветным проявлением, например, аэроплёнка ЦН-3. Она имеет светочувствительность 80-100 единиц ГОСТа, разрешающую способность 50-60 мм^-1, коэффициент контрастности 0,8-1,0, фотографическую широту 0,9. Но все характеристики плёнки ЦН-3 значительно менее благоприятны для аэросъёмки, чем у чёрно-белых и спектрозональных аэроплёнок.

В процессе аэрофотосъёмки с помощью специальных приборов могут быть определены превышения, высоты и координаты точек фотографирования, а также углы наклона снимков. Использование таких дополнительных данных приводит к сокращению объёма полевых геодезических работ, а значит к повышению эффективности применения аэрофотоснимков, как для создания топографических карт, так и для решения инженерных задач.

Статоскоп представляет собой дифференциальный жидкостной барометр, измеряющий изменение давления воздуха, при изменении высоты полёта. При аэрофотосъёмке используются статоскопы С-51 и С-51М. В них положения уровней жидкости фиксируются фоторегистратором с помощью подсветки в момент срабатывания затвора АФА. По данным измерения давления в точках фотографирования вычисляют изменение высоты фотографирования относительно изобарической поверхности. Точность определения разности высот фотографирования зависит главным образом от состояния этой поверхности. На высотах ниже 1 км увеличиваются ошибки за счёт неустойчивости атмосферы, а на высотах свыше 3 км чувствительность прибора уменьшается из-за разрежённости атмосферы. Средние квадратические ошибки определения превышений точек фотографирования по показаниям статоскопа колеблются в пределах 0,6-1,5 м.

Радиовысотомер (РВ) служит для определения высот точек фотографирования относительно земной поверхности. Принцип его работы основан на измерении времени t прохождения радиоволной расстояния D от передатчика до ближайшей точки местности и обратно к приёмнику. Расстояние D вычисляется по формуле:

,

(13)

где – скорость распространения радиоволны.

Значение D высвечивается либо на круговой шкале, расположенной на экране электронно-лучевой трубки и автоматически фиксируются фоторегистратором на плёнку, либо в цифровом виде с помощью индикаторных ламп. В случае плоской местности расстояние, измеренное радиовысотомером, равно высоте фотографирования Н.

Точность определения высот фотографирования РВТД-А существенно зависит от характера местности. При съёмке водной и открытой равнинной поверхности она равна 1,2 м. В горной местности возникают сложности в нахождении точек отражённого импульса, что приводит к погрешности определения высот до 5 и более метров.

От этого недостатка свободны лазерные высотомеры, обладающие узкой диаграммой направленности излучателя и мощными импульсами. Они бывают непрерывного и импульсного действия. Испытания лазерного высотомера показали, что точность определения им высот фотографирования несколько выше, чем у радиовысотомера. Лазерные высотомеры непрерывного излучения входят в состав аэропрофилографов, которые позволяют определять высоты точек местности с точностью 1-3 м.

Радиодальномерная станция (РДС) используется для определения плановых геодезических координат центров проекций аэрофотоснимков. Комплект состоит из двух-трёх наземных и одной самолётной станций. Наземные станции устанавливают в районе аэрофотосъёмки и привязывают к пунктам геодезической сети. Во время фотосъёмки самолётная станция непрерывно находится в радиосвязи с наземными станциями, и в момент срабатывания затвора АФА фоторегистратор фиксирует её показания. Расстояние от задающей радиостанции, расположенной на самолёте, до наземных находят по разности фаз. Точность определения координат равна 5-8 м при расстояниях до 350 км.

В последние годы в аэрофототопографии все более широко применяют спутниковые методы определения координат, как точек полевой подготовки, так и точек фотографирования.

Углы наклона аэрофотоснимка определяются по фотографиям линии горизонта, Солнца и звёзд, полученным с помощью камеры горизонта и солнечного перископа. Однако из-за невысокой точности их определения и усложнения конструкции съёмочной аппаратуры эти приборы не получили широкого применения при аэрофотосъёмке.

С 1980 года в АФА начала применяться цифровая электроника. Но с появлением портативных компьютеров и глобальных навигационных систем создавалась уже не просто аэрофотоаппаратура, а целые аппаратно-программные комплексы. Пример – аэрофотосъемоный комплекс фирмы LH Systems. Он включает АФА RC-30, объективы – 15/4 UAG-S (фокус 153 мм, угол поля зрения 90º) или 30/4 NAT-S (фокус 303 мм, угол поля зрения 55º), гиростабилизированную платформу - PAV30, систему управления и контроля съемки- ASCOT с самолетной GPS станцией и программное обеспечения пост-обработки данных - Flycin Suite+.

АФА RC-30 имеет прямой интерфейс с бортовой навигационной системой, позволяет автоматически аннотировать кадры в процессе съемки и проводить коррекцию. Сама камера является модульной. Необходимые компоненты – устройства транспортировки фильма и устройства компенсации сдвиги изображения – входят в центральный управляющий блок. Сменные модули: объективы и кассеты для фильма. В процессе съемки камерой управляют микропроцессор, и программное обеспечение. Диапазон продольного перекрытия снимков регулируется от 1% до 99% с шагом 1%. Автоматический измеритель экспозиции PEM-F специально разработан и оптимизирован для аэрофотосъемки и обеспечивает корректную экспозицию при полетах над любым типом местности, на разных высотах носителя и с любым типом пленки. В процессе фотографирования в негатив можно впечатывать любые из 200 символов по выбору пользователя, например: масштаб, координаты центра проекции, дату, время, текущий номер снимка, тип пленки и т.д.

Сменные объективы для камеры RC-30 изготавливаются с высоким качеством. Их разрешение 110-115 мм^-1. Камера имеет 8 координатных меток на стекле. Диапазоны выдержек: затвора – 1/100 – 1/1 000, диафрагмы – 1/4 – 1/22.

Вообще съемочные камеры должны обладать высокими измерительными и изобразительными качествами, которые подлежат проверке на фотограмметрическом тест-объекте в лабораторных условиях или на испытательном фотограмметрическом полигоне. Относительная средняя квадратическая погрешность определения высот точек местности при обработке снимков испытательного полигона должна быть не менее /10 000, а средняя квадратическая погрешность определения плановых координат - не более 15 мкм в масштабе снимка. Средняя квадратическая величина искажений координат , крестов контрольной сетки из-за нелинейной составляющей деформации аэропленки и невыравнивания ее в плоскость для форматов 18х18 см, 23х23 см и 30х30 см не должна превышать 8 мкм, 10 мкм и 14 мкм соответственно. Разрешающая способность по полю изображения снимка не должна быть меньше той, что установленной в ТУ на фотокамеру.

Если используются данные спутниковых систем, следует учесть, что они отнесены к общеземным эллипсоидам WGS-84 (для GPS) или ПЗ-90 (для ГЛОНАСС). Топографо-геодезические работы в России выполняются в системе координат конформной поперечно-цилиндрической проекции, рассчитанной на референц-эллипсоиде Ф.Н.Красовского (в системах координат СК-42 или СК-95). Из-за различия параметров названных эллипсоидов, а также различий в положении начала систем координат и ориентации их осей возникает необходимость корректировки данных GPS и ГЛОНАСС. Такая корректировка выполняется по указаниям и с помощью программных средств, предназначенных специально для этих целей. Важно чтобы точность спутниковых определений соответствовала измерительной точности снимков.

В соответствии с основными положениями [ ] договором на выполнение аэросъемочных работ должны быть определены:

- Масштабы аэрофотосъемки и составляемого плана.

- Тип и фокусное расстояние АФА.

- Необходимость применения специальных приборов (статоскопа, радиовысотомера и др.). Отметим, что в настоящее время не вызывает сомнений необходимость применения при аэрофотосъемке и привязке снимков спутниковых систем.

- Сроки производства аэрофотосъемки и сдачи продукции.

- Состояние местности.

Какие то особенности аэрофотосъемки могут устанавливаться заказчиком по согласованию с исполнителем.

В основных положениях определены требования к проложению аэрофотосъемочных маршрутов, фотограмметрическому и фотографическому качеству материалов аэрофотосъемки, аэрофотоаппаратуре, оформлению и сдаче материалов заказчику, правила приемки и оценки их качества, а также приведены основные технические характеристики рекомендуемых АФА и аэропленок.

Особенности, которые нужно учитывать при проектировании летно-съемочных работ и являющиеся следствиями теории фотограмметрии, состоят в следующем:

- ошибка определения высоты по паре снимков, зависит от высоты фотографирования, а значит, при заданном ее масштабе, нужно лететь пониже и использовать АФА с фокусом поменьше (70, 100 мм);

- широкоугольными АФА не следует фотографировать застроенные территории, особенно, если этажность зданий и плотность застройки велики;

- при прочих равных условиях смещение за рельеф обратно пропорционально фокусному расстоянию АФА, значит, лететь следует повыше, если проектом предусмотрено составление фотоплана (выбирают АФА в основном с фокусом 200, 350 и 500 мм);

- в процессе проектирования аэрофотосъемки нужно учитывать допустимый коэффициент перехода от ее масштаба к масштабу составляемого плана, который зависит не только от конструктивных особенностей обрабатывающего прибора, но и от разрешающей способности аэроснимков.

В целом можно сказать, что если проектом предусмотрено определять высоты точек местности по фотоснимкам, а картографируемая территория плоско-равнинная, то следует использовать широкоугольные или сверхширокоугольные камеры. Для предгорных и горных территорий, застроенной, залесенной местности предпочтительнее нормальноугольные и узкоугольные камеры. При картографировании городов, особенно с многоэтажной застройкой, при выборе камеры следует учитывать величину смещения изображения крыши здания на снимке относительно его основания. С этой точки зрения, а также с учетом повышенных требований к точности определения плановых координат объектов местности наиболее подходящими являются узкоугольные камеры.

В принципе все это обобщено в нормативных требованиях и рекомендациях (например, инструкция [15]), и их можно придерживаться с учетом, конечно, того, что аналоговые стереофотограмметрические приборы практически не применяются на производстве.

Для того, чтобы не учитывать разномасштабность изображений крыш и оснований построек при составлении фотопланов, рекомендуется фокусное расстояние АФА (в мм) подбирать, исходя из неравенства:

F_k >Lh/k,

Где h – преобладающая высота построек, м; L преобладающая протяженность построек; k –равно 20, 3.2, 0.8 или 0.2 для масштабов 1:5 000, 1:2 000, 1:1 000, 1:500 соответственно.

Иногда аэрофотосъемку производят двумя АФА с кратным соотношением фокусов. По снимкам более крупного масштаба в этом случае выполняют дешифрирование.

При фотографировании значительных территорий преимущественные направления маршрутов: север – юг или запад – восток, правда, при съемке городов более выгодными могут оказаться и другие направления, например параллельные основным проездам. Для уменьшения объема работ по планово-высотной привязке снимков по краям картографируемого участка прокладывают каркасные маршруты. Они перпендикулярны основному направлению аэрофотосъемки.

Следует помнить, что, как правило, отрицательным фактором, снижающим объем полезной информации на снимке, являются листва на деревьях и тени в солнечную погоду.

После фотографирования участка местности полученные материалы изучают и оценивают. При этом проверяют:

- полноту и качество аэрофотосъемочных работ;

- соответствие фотографического и фотограмметрического качества материалов требованиям нормативно-технических документов [7] и дополнительным условиям, предусмотренным в договоре на выполнение съемок;

- полноту паспортных данных использованных съемочных систем (элементы внутреннего ориентирования, дисторсия объектива и др.) и соответствие фактических параметров съемочных камер проектным значениям;

- обеспеченность снимками картографируемой территории, ее границ (одновременно составляется схема расположения снимков, подлежащих фотограмметрической обработке, по их номерам);

- наличие, полноту и качество дополнительной бортовой информации (координат центров проектирования снимков, полученных из спутниковых определений, данных инерциальной системы, лазерного профилографа и др.).