2014-02-24
5731Фотограмметрия, ее задачи и связи со смежными дисциплинами
Вопросы.
Лекция №1
1. Фотограмметрия — научная дисциплина, изучающая формы, размеры и положение объектов по снимкам, с целью создания планов и карт.
Наиболее широкое применение фотограмметрия получила в геодезии и
топографии для картографирования поверхности Земли, а также в
космических исследованиях для составления карт Луны, Венеры, Марса и
других небесных тел.,
Снимки, полученные с искусственных спутников Земли, используются для составления прогнозов погоды, научного прогнозирования полезных ископаемых, изучения океанов и морей, определения характеристик снегового покрова, анализа сельскохозяйственного производства и охраны природной среды.
В военно-инженерном деле по снимкам определяют координаты ориентиров и целей, траекторию, скорость и другие параметры снаряда, ракеты и прочих летящих объектов, составляют цифровые модели местности.
В архитектуре фотограмметрия применяется для изучения и реставрации памятников старины. В строительстве методами фотограмметрии выполняют контрольные измерения в процессе возведения зданий и изучают деформации различных сооружений и строительных материалов.
С помощью снимков можно определять интенсивность движения городского транспорта, обстоятельства катастроф на дорогах и других несчастных случаев. По снимкам исследуют деятельность вулканов и решают многие другие измерительные задачи.
Снимки, полученные с помощью микроскопа, позволяют определить размеры, форму и многие другие характеристики объектов микромира.
Широкому применению фотограмметрии в народном хозяйстве способствуют следующие ее достоинства:
1) высокая точность измерений, так как съемка объектов выполняется прецизионными фотокамерами, а снимки обрабатываются строгими методами с помощью точных приборов и электронных цифровых вычислительных машин;
2) большая производительность труда благодаря тому, что измеряются не сами объекты, а их изображения;
3) полная объективность и достоверность результатов измерений, так как изображения объектов получаются фотографическим способом;
4) возможность получения в короткий срок информации о состоянии всего объекта и отдельных его частей, например, снимки поверхности земного шара можно получить с искусственного спутника Земли за несколько суток;
5) возможность изучения не только неподвижных, но и движущихся объектов, а также скоротечных или медленно проходящих процессов, например вулканического извержения, деформации колеса автомобиля в момент движения, эрозии почвы, осадки и деформации зданий и других сооружений и т. д.;
6) объекты изучаются бесконтактным (дистанционным) методом, что имеет особое значение в условиях, когда объект недоступен или когда пребывание в зоне объекта не безопасно для жизни человека.
В общем случае для определения формы, размеров и положения объекта необходимо сфотографировать его с двух или нескольких точек. Пусть участок земной поверхности (рис. 1) сфотографирован с двух точек S1 и S2, получена пара снимков P1 и Р2; a1 и a2 — изображения точки А объекта; Ь1 и Ь2 — изображения точки В.
Допустим, что объект после фотографирования удален или исчез. По снимкам можно получить модель объекта. Для этого достаточно придать снимкам то положение, которое они занимали относительно друг друга во время съемки, и восстановить по ним связки лучей, существовавшие в момент фотографирования. Тогда каждая пара соответственных лучей, например S1a1 и S2a2 или S1b1 и S2b2, будет пересекаться, в результате чего образуется модель, подобная объекту. Изменяя расстояние S1S2 между вершинами связок, можно получить модель в заданном масштабе. Модель используют для измерения объекта. В частности, после ориентирования модели относительно планшета составляют карту путем проектирования отдельных точек, контуров и горизонталей модели на планшет. Точка а на планшете получена в результате ортогонального проектирования точки А модели и указывает положение соответствующей точки объекта на карте.
Метод измерения объектов, основанный на использовании свойств пары снимков, называется стереофотограмметрическим.
В частном случае, когда объект плоский, задачи фотограмметрии решаются по одиночным снимкам (рис. 2). Модель объекта получена по снимку Р в результате пересечения восстановленной связки лучей с плоскостью О. В этом случае масштаб модели зависит от удаления плоскости О от вершины связки S.
Метод измерения объектов, основанный на свойствах одиночного снимка, называется фотограмметрическим.
Фотограмметрия имеет тесные связи с другими дисциплинами— точным приборостроением, авиацией, космонавтикой, физикой, химией, электронной техникой, математикой, геодезией и картографией.
Точное приборостроение снабжает фотограмметрию высококачественными фотоаппаратами и приборами для измерения снимков.
Рис 1
Карта
|
| Риc 2 |
Рис. 1. Стереопара снимков, модель участка местности и - его изображение на карте
Рис. 2. Одиночный снимок и план объекта
Достижения физики и оптики способствуют совершенствованию фотограмметрических приборов и методов. Например, создание сверхширокоугольных объективов позволило заменить фотограмметрический метод съемки равнинной и холмистой местности стереофотограмметрическим, т. е. получать по снимкам не только контуры, но и высоты.
Для самолетовождения и управления космическими кораблями, для определения в полете элементов внешнего ориентирования снимков и автоматизации процессов фотограмметрической обработки снимков используется электронная техника.
Математика применяется в теории фотограмметрии и для решения многих практических задач. Например, для определения координат точек местности по снимкам используются строгие математические методы и современная вычислительная техника.
Геодезия обеспечивает фотограмметрию опорными точками, необходимыми для сгущения по снимкам опорной сети с целью составления топографических карт.
Методы картографии используются при составлении и обновлении топографических карт.
2.Краткий исторический обзор развития фотограмметрии. Технической основой формирования фотограмметрии явилось изобретение в 1839 г. французом Даггеромом фотографии. В 1851— 1859 гг. француз Ласседа разрабатывает графический вариант фотограмметрического составления планов сооружений по их наземным фотографиям.
Создание средств воздухоплавания предоставило возможность перейти от наземной инженерной фотосъемки к аэрофотосъемке. В 1858 г. французом Надаром получены первые фотоснимки с воздушного шара. Это был важный шаг в развитии фотограмметрии — аэрофотоснимок по своей геометрии приблизился к плану местности.
Первые аэрофотоснимки с воздушного шара в России были получены 18 мая 1886г. A.M. Кованько. Петербург снимался аэрофотоаппаратом В. Н. Срезневского с высот 800, 1200 и 1350 м. В 1910 г. летчик Гельгар получил первые в России фотоснимки с самолета.
Первое время аэрофотосъемку применяли в основном в целях военной разведки.
В 1922 г. предпринята попытка решения гражданских задач с помощью аэрофотосъемки — исследовали возможность выполнения лесотаксационных работ по снимкам. Опыт был удачным.
В 1924 г. Н. М. Алексапольский, П. П. Соколов, и др. под руководством М. Д. Бонч-Бруевича создали и организовали работу государственного технического бюро «Аэросъемка». Через год бюро выполнило аэрофотосъемку в Можайском районе Московской области. В результате было доказано, что создание контурных планов и карт в масштабах 1:2000... 1:50 000 имеет преимущество перед наземной съемкой в производительности, детальности и универсальности получаемых материалов.
С 1926 г. начали производственные аэросъемки в различных регионах страны под руководством Н. Н. Веселовского, В. Ф. Дейнеко, Н. Н. Степанова и др.
B 1931 г. организовано технико-производственное предприятие
«Сельхозаэросъемка» для картографирования сельскохозяйственных
территорий РСФСР. Позже аналогичные предприятия были созданы и в других
республиках. В 1932 г. все они объединились в единый центр — Всесоюзную
контору «Сельхозаэросъемка». В 1971 г. контора была преобразована во
Всесоюзный институт сельскохозяйственных аэрогеодезических изысканий
(ВИСХАГИ). В 1994 г. эту организацию преобразовали в предприятие
«Росземкадастрсъемка».
В середине 30-х годов прошлого века, на смену комбинированному приходит дифференцированный способ картографирования по материалам аэрофотосъемки. Контурной основой остается тот же фотоплан, но горизонтали проводят камерально с помощью стереометров (СТД-1 и СТД-2), созданных Ф. В. Дробышевым. Эти приборы были компактными, дешевыми и высокопроизводительными. Трансформирование результатов измерения превышений точек местности в этих приборах выполнялось с помощью коррекционных устройств.
В 40-е — 50-е годы прошлого века создаются и широко используются в нашей стране так
называемые универсальные стереофотограмметрические приборы —
стереографы Ф. В. Дробышева (СД) и стереопроекторы Г. В. Романовского
(СПР). Принцип работы их заключается в построении и измерении
геометрической модели местности.
Возникновение и развитие электронно-вычислительной техники существенно повлияло на технологию фотограмметрической обработки снимков. Разрабатывают и широко применяют способы пространственной
аналитической фототриангуляции (А. Н. Лобанов, Ф. Ф. Лысенко, И. Ф. Антипов и др.). Наступает период создания и использования аналитических стереофотограмметрических приборов. Трансформационные функции в них выполняли компьютеры. В нашей стране создан прибор этого класса — стереоанаграф (Г. А. Зотов и др.). Этот период (60-е — 80-е годы XX в.) явился переходным к этапу цифровой фотограмметрии.
Цифровые технологии обработки снимков в настоящее время являются основными при выполнении картографических и инженерных работ. Они имеют существенные преимущества перед ранее использовавшимися: не требуют использования сложного дорогого специализированного оборудования; позволяют решать по снимкам автоматизировано кроме картографических разнообразные инженерные задачи, в том числе и при землеустройстве.
Освоение космического пространства послужило мощным катализатором в развитии съемочной техники и технологий обработки получаемых данных в интересах неконтактного изучения Земли и иных планет, их спутников, объектов, процессов и явлений. Это направление названо дистанционным зондированием.
Фотограмметрию под разными названиями изучают в высших и средних учебных заведениях, готовящих специалистов по различным направлениям (Аэрофотогеодезия, прикладная фотограмметрия).
