Тема 13. Основы авиационной картографии. Основные географические понятия – 1 час

План лекции

1. Основы авиационной картографии.

2. Основные географические понятия.

3. Производство топографических съемок с применением систем спутникового позиционирования.

Аэрофотосъемочные работы выполняются по договору с авиационными отрядами министерства авиации. Для производства аэрофото топографической съемки, обработки их материалов, а также аэрофото съемочная фотограмметрии необходимо получить разрешение государственной Геодезической территориальной инспекции.

До начало аэрофотосъемочного процесса в подготовительный период прежде всего решают вопросы объемов и сроков выполнения аэросъемочных работ. В частности, при проектировании автомобильных дорог аналитически обосновывают полосу варьиро­вания трассы. Для уточнения границ аэросъемки используют топографические карты и материалы инженерно-геодезических изысканий, а также аэроизысканий прошлых лет. В отдельных случаях прибегают к рекогносцировочным воздушным обследо­ваниям по принципиальным вариантам направления трассы.

В зависимости от стадии проектирования устанавливают требуемые масштабы аэросъемки и намечают аэросъемочные маршруты, составляют полетную карту и знакомятся с районом аэросъе­мочных изысканий.

В подготовительный период осуществляют также установку, поверки и юстировку аэрофотосъемочного оборудования.

Аэрофотосъемка производится с использованием специаль­ной аэрофотосъемочной аппаратуры, устанавливаемой на самолете, вертолете, либо искусственном спутнике Земли. Совре­менные аэрофотосъемочные системы — это сложные устройства, состоящие из фотокамеры с объективом, экспонирующим уст­ройством и прикладной рамкой, кассеты, управляющего при­бора и двигательного механизма. В ряде случаев, кроме того, аэрофотокамеры снабжаются гиростабилизирующими установ­ками для автоматического приведения оптической оси фотока­меры в положение, близкое к отвесному.

С помощью объектива со сменными светофильтрами в пло­скости прикладной рамки устанавливается резкое и геометри­чески правильное изображение местности. Затвор аэрофотока­меры обеспечивает установку выдержки и диафрагмы в зависи­мости от чувствительности пленки и освещенности снимаемой местности. Прикладная рамка имеет четыре координатные метки, расположенные на противоположных ее сторонах, при этом пересечение прямых, соединяющих противоположные метки, определяет положение главной точки аэроснимка. Размеры прикладной рамки в современных аэрофотокамерах, определяющие формат кадра, обычно бывают 18X18, 23x23 и 30x30 см. Одной из широко используемых в аэросъе­мочном процессе, является серийно выпускаемая отечественной промышленностью аэрофотокамера АФА. Аэрофотокамера АФА-ТЭ имеет устройство, обеспечи­вающее автоматическое управление работой затвора и кассеты для обеспечения заданного интервала аэросъемки с целью по­лучения требуемого продольного перекрытия, а также устрой­ство автоматической установки выдержки в зависимости от ос­вещенности местности. В ходе аэросъемок используется спе­циальное аэронавигационное оборудование для определения высот фотографирования (радиовысотомеры и статоскопы), при этом показания этих приборов автоматически фиксируются на фотопленке.

После набора необходимой высоты руководитель аэросъе­мочных работ определяет параметры полета самолета (верто­лета) по съемочным маршрутам и рассчитывает режим работы аэрофотосъемочного оборудования. Фотооператор устанавли­вает съемочную аппаратуру на нужный режим работы и вклю­чает ее при входе летательного аппарата в пределы съемочного маршрута. Кроме собственно аэрофотокамеры включается в ра­боту гиростабилизирующая установка, радиовысотомер и ста­тоскоп. В конце маршрута аэросъемочная аппаратура выключа­ется и вновь включается после разворота самолета (вертолета) и захода на следующий съемочный маршрут и т. д.

Аэросъемочный процесс состоит из подготовительных, летно-съемочных, топографо-геодезических, фотолабораторных и конт­рольно-сдаточных работ.

Летносъемочные работы осуществляют с самолетов, вертоле­тов или из космоса со спутников в благоприятное для съемок время. При этом аэросъемочные работы могут осуществляться при полном отсутствии облачности (при солнечном освещении), либо, наоборот, при сплошной высокой облачности. В залесенных районах аэрокосмические съемки производят весной или осенью при отсутствии лиственного покрова. При производстве аэро­гидрометрических работ аэросъемочный процесс приурочивают к периоду прохождения на исследуемых водотоках паводков и т. д.

В зависимости от назначения аэрофотосъемки она может быть маршрутной либо площадной (многомаршрутной).

При маршрутной аэрофотосъемке снимают относительно узкую полосу вдоль некоторого направления (на­пример, вдоль трассы линейного сооружения — автомобильной дороги, канала) и получают один маршрут, состоящий из аэро­снимков, имеющих только продольное перекрытие (рисунок 13).

При площадной аэрофотосъемке снимают пло­щади, имеющие относительно большую ширину (например, сложные участки автомобильных дорог, при проектировании ле­соустройства) и получают материалы фотографирования, пред­ставленные параллельными (обычно прямолинейными) маршру­тами, имеющими не только продольное, но и поперечное пере­крытие.

Продольное перекрытие снимков обычно составляет 60 % их площади, с тем, чтобы на каждом снимке были отображены главные точки смежных снимков, что необходимо для после­дующей камеральной обработки стереопар. Поперечное пере­крытие аэроснимков принимают от 20 до 60 % площади.

Высотные опознаки, закрепляемые на местности стандарт­ными столбами, выбирают на четких контурах местности легко опознаваемых на снимках, на спокойных участках рельефа ме­стности. Часто высотные опознаки устанавливают на урезах воды рек и озер, что в ходе камеральной обработки дает воз­можность дополнительного сгущения высотной сети обоснова­ния. Количество и точность опознаков зависят от масштаба аэросъемки, рельефа местности, принятого метода фотограмме­трической обработки стереопар, а также от качества летно-съемочных работ. Однако, на каждую стереопару в пределах взаимного перекрытия требуется не менее четырех высотных опознаков. Ошибка в определении высот опознаков допускается не более 1/5 высоты сечения для равнинного рельефа и 1/3 вы­соты сечения — для горного.

Опознанные на аэроснимках высотные опознаки накалывают и закрепляют черной тушью кружком радиусом 0,5 см. На об­ратной стороне снимка изображается абрис с поясняющими надписями.

Опознанные на аэроснимках пункты государственной геоде­зической сети закрепляются красным треугольником со сторо­ной 1 см.

Непосредственно летносъемочному процессу предшествует ком­плекс наземных геодезических работ, связанных с созданием планово-высотного обоснования аэросъемок.

Число опознаков и среднее расстояние между ними зависит прежде всего от масштаба аэросъемки и рельефа местности.

Привязку плановых опознаков производят прямыми и об­ратными засечками, а также прокладкой теодолитных ходов. Возможные способы привязки плановых опознаков регламен­тированы в действующих руководствах по тахеометрическим съемкам.

Местоположение опознаков тщательно определяют и на­калывают на аэроснимках. Накол обводят красной тушью кружком радиусом 0,5 см. На обратной стороне аэроснимка составляют абрис расположения опознака по отношению к бли­жайшим четким контурам местности. Абрис сопровождается соответствующими поясняющими надписями. Для обеспечения необходимой точности последующего фотограмметрического сгущения ошибка в определении положения опознаков на аэро­снимках не должна превышать 0,1 мм в масштабе создаваемого топографического плана.

В задачу камеральных работ входит обработка аэроснимков с последующим получением топографических планов и цифро­вых моделей местности. Однако для этой цели требуется ис­правление искажений аэроснимков и приведение их к одному масштабу. Процесс исправления искажений аэроснимков и при­ведение их к одному масштабу называют трансформи­рованием.

Как уже отмечалось, для трансформирования и монтажа аэроснимков необходимо знать координаты четырех контурных точек для каждого аэроснимка. Необходимые для этой цели точки могут быть получены в процессе полевых наземных гео­дезических работ. Однако, учитывая, что для получения необхо­димого количества точек требуются большие затраты труда и времени, ограничиваются минимальным их числом, а дальней­шее сгущение опорных точек в нужном для качественного трансформирования количестве осуществляют в камеральных условиях.

Метод сгущения опорных контурных точек в камеральных условиях, необходимых для трансформирования аэроснимков, называют фототриангуляцией. Метод плановой триангуляции основан на том свойстве аэроснимков, что углы между направт лениями, проведенными из точки нулевых искажений, равны горизонтальным углам с теми же направлениями на местности.

Процесс опознавания на аэроснимках объектов местности, вы­явление их свойств, определение качественных и количествен­ных характеристик называют дешифрированием. Де­шифрирование осуществляют на фотопланах, фотосхемах, либо непосредственно на аэроснимках. Различают дешифрирование полевое, камеральное и комбинированное.

При полевом дешифрировании визуально сли­чают изображения объектов на аэроснимках с местностью. В ходе полевого дешифрирования фиксируют также объекты не отобразившиеся на снимках, а также получают дополнитель­ную информацию о местности, которую невозможно, получить изучением только одних материалов аэросъемок (названия на­селенных пунктов, проходимость болот, скорости течений, глу­бины бродов, размеры малых искусственных сооружений и т. д.). Полевое дешифрирование является наиболее Полным и достоверным, однако, требует больших затрат труда и вре­мени. В отдельных случаях полевое дешифрирование осуще­ствляют с воздуха. В этом случае его называют воздушным.

Камеральное дешифрирование базируется на анализе дешифровочных признаков изображения различных контуров и объектов местности. При камеральном дешифриро­вании, кроме собственно материалов аэросъемки, широко при­меняют и другие документы и материалы, содержащие топогра­фическую, инженерно-геологическую, гидрометеорологическую, экономическую и другие виды информации о местности. Каме­ральное дешифрирование основано на учете дешифровочных признаков, раскрывающих содержание и характер объектов.

Производство топографических съемок с применением систем спутникового позиционирования. Топографическая съемка с использованием геодезических спутниковых приемников выполняется в три этапа: подготовительные работы, создание геодезического съемочного обоснования, собственно съемка.

В ходе подготовительных работ выбирают места для закрепления точек съемочного обоснования с таким расчетом, чтобы не было помех от расположенных вблизи сооружений, крон высоких деревьев, источников мощного радиоизлучения. Все эти факторы могут существенно снизить качество выполняемых спутниковых измерений. Кроме того, особое внимание уделяется планированию наблюдений, для чего используют специальный модуль в программном обеспечении спутникового приемника. Этот модуль позволяет получить характеристику процесса позиционирования на любой момент времени и, таким образом, выбрать наиболее благоприятный период для выполнения измерений.

Определение координат пунктов геодезического съемочного обоснования производится методом статических спутниковых наблюдений. Статический метод является наиболее надежным и точным методом, позволяющим получить разность координат смежных пунктов с миллиметровой точностью. Один из приемников, называемый базовым (рис. 41), устанавливают на штативе над исходной точкой с известными координатами (пункт государственной геодезической сети, геодезической сети сгущения), а второй, называемый мобильным, — поочередно на пункты съемочной сети. При этом должно быть обеспечено условие синхронных измерений базовым и мобильным приемниками. Время наблюдений выбирается в зависимости от длин базовых линий, количества одновременно наблюдаемых спутников, класса используемой спутниковой аппаратуры и условий наблюдений. С учетом всех перечисленных факторов время измерения каждой базовой линии может составлять от 15 —20 минут до 2,5 — 3 часов. Работа с каждым приемником на станции включает: центрирование приемника над пунктом с помощью нитяного или оптического отвеса, измерение высоты антенны с помощью секционной рейки, включение приемника. При измерении в статическом режиме во время работы не требуется производить каких-либо действий. Приемник автоматически тестируется, отыскивает и захватывает все доступные спутники, производит GPS - измерения и заносит в память всю информацию. По истечении необходимого времени наблюдений мобильный приемник переносят на следующую определяемую точку. После окончания измерений производит обработку полученных результатов, которая включает вычисление длин базовых линий и координат пунктов обоснования в системе координат WGS-84, строгое уравнивание сети по методу наименьших квадратов, трансформирование уравненных координат в государственную или местную (условную) систему координат. Точность определения планового местоположения точек статическим способом достигает (5 - 10 мм) + 1 - 2 мм/км, высотного — в 2 - 3 раза ниже.

Рис. 41.Статические спутниковые Рис. 42. Кинематические

наблюдения на пункте спутниковые измерения

съемочного обоснования на пикетной точке

Топографическая съемка местности выполняется посредством проведения кинематических спутниковых измерений, позволяющих получать координаты и высоты точек за короткие промежутки времени. Для этого базовый приемник на штативе устанавливается на пункте съемочного обоснования, а мобильный — поочередно на снимаемые точки, причем приемник вместе с источником питания располагаются в специальном рюкзаке, а приемная антенна и контроллер, с помощью которого осуществляется управление процессом съемки, крепятся на вехе (рисунок 42). Вначале выполняется инициализация — привязка мобильной станции к базовой, для чего измерения на первой точке проводят несколько дольше (20 — 30 с), чем на последующих точках. Установив веху с антенной на точку и задав в контроллере все необходимые параметры (высоту установки антенны на вехе, номер пикета, его признак, например: угол забора, смотровой колодец и т.п.), начинают съемку, контролируя вертикальность вехи по пузырьку круглого уровня. Время наблюдения на точке обычно не превышает 5 - 10 с, после чего измерения останавливают и, не выключая приемника, переходят на следующую точку. В случае если снимаемая точка располагается в непосредственной близости от строения, высоких деревьев, других объектов, закрывающих видимость на спутники, время измерений должно быть увеличено. Кроме того, измерения на такие точки можно повторить, вернувшись на них еще раз. Завершают съемку участка наблюдениями на первой точке либо на пункте с известными координатами. После завершения съемки производят обработку результатов так же, как и в случае статических измерений. Точность способа кинематических измерений составляет 2 - 3 см в плане и 6 - 8 см по высоте. Результаты измерений могут быть представлены как в цифровом виде, так и в графической форме.

Рекомендуемая литература:

1. [1] стр. 164 - 176

2. [4] стр. 409 - 418

3. [9] стр. 51 - 62

Раздаточный материал: [23]

Контрольные задания для СРС (темы 14) [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

1. Аэрофотосъемочные работы

2. Де­шифрирование

3. Топографическая съемка с использованием геодезических спутниковых приемников