Классификация систем для аэрокосмических съемок. Принципиальные схемы Фотографических систем. Параметры, определяющие масштаб фотографирования.
В АФА реализ-ся 3 основные схемы фотографирования: кадровая, щелевая, панорамная. При кадровом фотографировании участок зем поверхности проектируется при помощи фотообъектива в плоскость пленки с которой совмещен светочувствительный слой фотоматериала. Кадровое фотографирование вып-ся в центр проекции. Размеры кадра ограничиваются размерами прикладной рамки фотоаппарата с коорд метками. Различают след-е виды аэрофотокосмической аппаратуры:1)многокамерные АФА (А1-оптические оси фотокамер располагаются под нек-м углом друг к другу, обеспечивая увеличение размеров фотографир-го участка. А2-съемка выполняется одного и того же участка камерами оси которых направлены парал-но. Для получения обычного стереоскопического изображения 2)однокамерные многообъективные АФА, у к-х в одном общем корпусе расположены все объективы, оптич-е оси которых парал-ны м/у собой и перпендик-ны к плоскости приклад рамки. Плоскость приклад рамки фотокамеры разделена на отдельные ячейки по числу объективов и каждая из них предназначена для изображения соответствующего объектива. Различают В1-фотограф-е одного и того же уч-ка местности (многозональная фотосъемка), В2-фотограф-е разл-х участков мест-ти, для чего над объективами устанав-ся зеркала или призмы, обеспечивающие отклонение связок проектир-х лучей. В дальнейшем получают единый фотоснимок. При щелевом фотограф-ии полоса земной поверх-ти непрерывно и последоват-но проектир-ся через объектив на непрерывно движущуюся в том же направлении фотопленку. Получают непрерывное изображение зем поверх-ти, причем в попереч направлении-центральная проекция, в продольном – ортогональная. При панорамном фотограФ-ии участок зем поверх-ти проектир-ся при помощи аэрофотообъектива на материал. При этом обеспечив-ся практически мгновенное последов-е проектир-е участка местности. Это может достиг-ся н-р вращением объектива.
Планово-высотная подготовка аэроснимков. Понятие о сгущении планово-высотной основы.
Стереомодель мест-ти, постр-я с помощью взаимоориен-х сним-ков, не ориентированная отн-но геод. сист. коор-т. У нее нет оп-ред. масштаба, а ее услов. уров-я пов-ть расположена условна отн-но исход гориз. плос-ти. Для вне-ш. ориен-я стереомодели мест-ти и опре-я ее масштаба необ-мо иметь эл-ты внеш. ориен-я фотоснимков или сеть планово-высот. Обоснования в виде хорошо опознаваемых опорных точек с извест. коор-ми. Такую сеть соз-д-т в процессе привязки а-сни-мков. Надежно опоз-е на а-сним-ках опор. точки мест-ти с извест. коор-ми наз-ся опозаками. Они обр-т опорн. Сеть или план-вы-сот-е обосн-е аэросъемки. В кач-ве опознаков выби-ся хорошо опоз-е объекты (Пересе-я дорог, угол пашни и т.д.). В мест-ти с недостаточным располож-м кон-туров (степь) опознаки созд- ся искус-но (откраш-ся мелом опре-д-е уч-ки мест-ти, фиксир-ся фанерой). Опознаки м.б. самые раз-ные (крестом, курганом из камней, окопанным канавкой и т.д.). План-выс-я подготовка фотосн-в м. осущ-ся геод. приборами в по-ле, когда опр-ся коор-ты, радио-геод-ми приборами, приборами системы GPS с летател. аппарата (возд. Привязка) и по опознанным в камер-х условиях а-сн-кам, изо-бр-ям геод-х пунктов, урезам воды или отд-м точкам (камер-я привязка). При дешиф-нии сн-в – найти полож-е на сн-ке геод-го пункта. Из каталога выбирают его коор-ты. Уровень уреза воды опр-т по данным гидролог. службы на момент съемки, воспол-ся топог-раф. документами с уровнем во-ды. Полев. привязку произ-т с по-мощью геод приборов. Прокла-дывают теод-е, тахеом-и или мен-зул-е ходы, строят триангул-ю, трилатерацию м/у пункиами гос. опор. сети, применяют пр. или обр. зесечки.
Измерив углы β1 и β2 по форму-лам пр. или обр. засечки. Получ-е план.коор-т центров проек-я а-сн-в при возд. привязке осущ-ся спе-ц. радиогеод-ми и радионавиг-ми системами. В наст. вр. ведется ра-бота по внедрению для этих целей приемников сист. GPS. Возд. вы-сотную привязку выпол-т с по-мощью радиовысотомера и ста-тоскопа (в процессе А-Р-нив-я, выполн-го однов-но с а-съем-кой).
Затем отказались от опред-я 4-х точек и стали опр-ть по 2-3 на крайних сн-ках, а чтобы опр-ть коор-ты на промеж-ных прово-дили сгущ-я. Созд-ая в процессе привязки а-сн-ков сеть план-вы-сот. Обосн-я имеет сравнительно небол-е число опор. Точек – опо-знаков. Для постр-я нормально ориен-ной в простр-ве модели мест-ти на каждую пару сн-ков нужно иметь не менее 4-х точек. Чтобы пол-ть такую густую сеть точек ориент-я выпол-т фототри-ан-ные работы. Ф-трианг-я – про-цесс ф-грамметр-го сгущения план-высот. обос-я а-съемки. При ней на основании взаимного ори-ен-я снимков созд-т одиноч-е мо-дели мест-ти с последующим сое-динением их в общую, охватыва-щую опред-й уч-ток мест-ти ( с опр-м М-бом и геод-им ори-ен-ем). По ней устан-т геод-е коор-ты густой сети ориент-щих и свя-зующих точек, испол-ых для раз-лич-х а-геод-х работ как в пре-делах всей модели, так и отднл-х ее участков. Ряд приборов приме-ся для сгущения.(граф. Триангу-ляция. В основе – св-во малой ис-кажаемости направ-й, провод-х из центр-х т-ек а-сн-к – контур-х т-ек а-сн-в в пределах круга с радиусом rmax=fk/60 (mm)). При созд-и сети граф-й трианг-ии на сн-мок накладывают кальку, вб-лизи гл. т. сн-ка нах-т т. нулевых искажений и проводят из нее направ-я на опозн-е связующие точки. РИСУНОК. Под маршрут заготав-ся чистая топограф. Осно-ва, на которуюпо коор-ам нано-сятся опознаки. На нее накла-дывают кальку с направл-ми пер-вого сн-ка и переем-ют ее до тех пор, пока изобр-е точек (опоз-в) на кальке не совпадет с их плановым полож-ем на основе. Гл.Т. сн-ка после совмещения на-калывают на основу, закреп-т на основе кальку. На эту основу с калькой 1-го сн-ка накладывают 2-ю кальку (от 2-го сн-ка), ориен-т ее по начал-му направл-ю, пере-мещ-т по длине базиса и до-биваются совмещения новых нап-равл-й с направл-ми на связую-щие точки. В пересеч-и этих нап-рав-й нах-ся связующие точки, к-е перекалываются на основу. 2-я калька закрепляеьтся. К ней – ка-лька 3-го сн-ка, ориент-ся по на-чал. Направ-ю, переме-ся по дли-не базиса, уточн-ся полож-е пре-дыдущих связующих т-ек, опре-ся полож-е новых свя-х точек ( методом засечки с 3-х сн-ов). Контроль произ-ся по последнему сн-ку: должны совпасть направ-я на опознаки. Распредел-е невязки осущ-ся после монтажа послед. кальки маршрута. Ориен-е ее и уточнение ее полож-я по базису д. привести к совпадению направ-й на опознаки с полож-м этих опоз-в на топооснове. Коор-ты всех промеж-ых точек получают путем измер-й по коор-ной сетке топоосновы.
Картой называют уменьшенное обобщенное изображение земной поверхности на плоскости, выполненное по определенному масштабу и способу.
Математически определенные условные способы изображения на плоскости всей или части поверхности шара или эллипсоида вращения с малым сжатием называются картографической проекцией, а принятая при данной картографической проекции система изображения сети меридианов и параллелей — картографической сеткой.
Все существующие картографические проекции могут быть подразделены на классы по двум признакам: по характеру искажений и по способу построения картографической сетки.
По характеру искажений проекции разделяются на равноугольные (или конформные), равновеликие (или эквивалентные) и произвольные.
Равноугольные проекции — проекции без искажений углов. Весьма удобны для решения навигационных задач. Масштаб зависит только от положения точки и не зависит от направления. Угол на местности всегда равен углу на карте, линия, прямая на местности — прямая на карте. Главным примером данной проекции является цилиндрическая Проекция Меркатора (1569 г.), которая и в наши дни используется для морских навигационных карт.
В равновеликих проекциях отсутствуют искажения площадей, но при этом сильны искажения углов и форм, (материки в высоких широтах сплющиваются). В такой проекции изображаются экономические, почвенные и другие мелкомасштабные карты.
В произвольных проекциях имеются искажения и углов, и площадей, но в значительно меньшей степени, чем в равновеликих и равноугольных проекциях, поэтому они наиболее употребляемые.
Частным случаем произвольных проекций являются равнопромежуточные проекции, в которых сохраняются расстояния по некоторым выбранным направлениям: например, прямая азимутальная проекция, в которой правильно изображаются расстояния от полюса.
Картографическая сетка для каждого класса проекций, в которой изображение меридианов и параллелей имеет наиболее простой вид, называется нормальной сеткой.
По способу построения картографической нормальной сетки все проекции делятся на:
В прямых цилиндрических проекциях параллели и меридианы изображаются двумя семействами параллельных прямых линий, перпендикулярных друг другу. Таким образом задается прямоугольная сетка цилиндрических проекций Промежутки между меридианами пропорциональны разностям долгот. Промежутки между параллелями определяются принятым характером изображения или способом проектирования точек земной поверхности на боковую поверхность цилиндра. Из определения проекций следует, что их сетка меридианов и параллелей ортогональна. Цилиндрические проекции можно рассматривать как частный случай конических, когда вершина конуса в бесконечности.
По свойствам изображения проекции могут быть равноугольными, равновеликими и произвольными. Применяются прямые, косые и поперечные цилиндрические проекции в зависимости от расположения изображаемой области. В косых и поперечных проекциях меридианы и параллели изображаются различными кривыми, но средний меридиан проекции, на котором располагается полюс косой системы, всегда прямой.
Существуют разные способы образования цилиндрических проекций. Наглядным представляется проектирование земной поверхности на боковую поверхность цилиндра, которая затем развертывается на плоскости. Цилиндр может быть касательным к земному шару или секущим его. В первом случае длины сохраняются по экватору, во втором — по двум стандартным параллелям, симметричным относительно экватора.
Цилиндрические проекции применяются при составлении карт мелких и крупных масштабов — от общегеографических до специальных. Так, например, аэронавигационные маршрутные полетные карты чаще всего составляются в косых и поперечных цилиндрических равноугольных проекциях (на шаре).
В прямых цилиндрических проекциях одинаково изображаются одни и те же участки земной поверхности вдоль линии разреза — по восточной и западной рамкам карты (дублируемые участки карты) и обеспечивается удобство чтения по широтным поясам (например, на картах растительности, осадков) или по меридиональным зонам (например, на картах часовых поясов).
Косые цилиндрические проекции при широте полюса косой системы, близкой к полярным широтам, имеют географическую сетку, дающую представление о сферичности земного шара. С уменьшением широты полюса кривизна параллелей увеличивается, а их протяжение уменьшается, поэтому уменьшаются и искажения (эффект сферичности). В прямых проекциях полюс показывается прямой линией, по длине, равной экватору, но в некоторых из них (проекции Меркатора, Уэтча) полюс изобразить невозможно. Полюс представляется точкой в косых и поперечных проекциях. При ширине полосы до 4,5° можно использовать касательный цилиндр, при увеличении ширины полосы следует применять секущий цилиндр, то есть вводить редукционный коэффициент
По характеру искажений конические проекции могут быть различными. Наибольшее распространение получили равноугольные и равнопромежуточные проекции. Образование конических проекций можно представить как проектирование земной поверхности на боковую поверхность конуса, определенным образом ориентированного относительно земного шара (эллипсоида).
В прямых конических проекциях оси земного шара и конуса совпадают. При этом конус берется или касательный, или секущий.
После проектирования боковая поверхность конуса разрезается по одной из образующих и развертывается в плоскость. При проектировании по методу линейной перспективы получаются перспективные конические проекции, обладающие только промежуточными свойствами по характеру искажений.
В зависимости от размеров изображаемой территории в конических проекциях принимаются одна или две параллели, вдоль которых сохраняются длины без искажений. Одна параллель (касательная) принимается при небольшом протяжении по широте; две параллели (секущие) — при большом протяжении для уменьшения уклонений масштабов от единицы. В литературе их называют стандартными параллелями.
В азимутальных проекциях параллели изображаются концентрическими окружностями, а меридианы — пучком прямых, исходящих из центра
Углы между меридианами проекции равны соответствующим разностям долгот. Промежутки между параллелями определяются принятым характером изображения (равноугольным или другим) или способом проектирования точек земной поверхности на картинную плоскость. Нормальная сетка азимутальных проекций ортогональна. Их можно рассматривать как частный случай конических проекций.
Применяются прямые, косые и поперечные азимутальные проекции, что определяется широтой центральной точки проекции, выбор которой зависит от расположения территории. Меридианы и параллели в косых и поперечных проекциях изображаются кривыми линиями, за исключением среднего меридиана, на котором находится центральная точка проекции. В поперечных проекциях прямой изображается также экватор: он является второй осью симметрии.
В зависимости от искажений, азимутальные проекции подразделяются на равноугольные, равновеликие и с промежуточными свойствами. В проекции масштаб длин может сохраняться в точке или вдоль одной из параллелей (вдоль альмукантарата). В первом случае предполагается касательная картинная плоскость, во втором — секущая. В прямых проекциях формулы даются для поверхности эллипсоида или шара (в зависимости от масштаба карт), в косых и поперечных — только для поверхности шара.
Азимутальную равноугольную проекцию называют также стереографической. Она получается проведением лучей из некоторой фиксированной точки поверхности Земли на плоскость, касательную к поверхности Земли в противолежащей точке.
Особый вид азимутальной проекции — гномоническая. Она получается проведением лучей из центра Земли к некоторой касательной к поверхности Земли плоскости. Гномоническая проекция не сохраняет ни площадей, ни углов, но зато на ней кратчайший путь между любыми двумя точками (то есть дуга большого круга) всегда изображается прямой линией; соответственно меридианы и экватор на ней изображаются прямыми линиями.
В псевдоконических проекциях параллели изображаются дугами концентрических окружностей, один из меридианов, называемый средним — прямой линией, а остальные — кривыми, симметричными относительно среднего.
Примером псевдоконической проекции может служить равновеликая псевдоконическая проекция Бонне.
В псевдоцилиндрических проекциях все параллели изображаются параллельными прямыми, средний меридиан — прямой линией, перпендикулярной параллелям, а остальные меридианы — кривыми. Причём средний меридиан является осью симметрии проекции.
В поликонических проекциях экватор изображается прямой, а остальные параллели изображаются дугами эксцентрических окружностей. Меридианы изображаются кривыми, симметричными относительно центрального прямого меридиана, перпендикулярного экватору.
Кроме вышеперечисленных встречаются и другие проекции, не относящиеся к указанным видам.
В любой проекции существуют искажения, они бывают пяти видов:
· искажения длин
· искажения углов
· искажения площадей
· искажения форм
· искажения азимутов
На различных картах искажения могут быть различных размеров: на крупномасштабных они практически неощутимы, но на мелкомасштабных они бывают очень велики.
Искажение длин — базовое искажение. Остальные искажения из него логически вытекают. Искажение длин означает непостоянство масштаба плоского изображения, что проявляется в изменении масштаба от точки к точке, и даже в одной и той же точке в зависимости от направления.
Это означает, что на карте присутствует 2 вида масштаба:
· Главный, он на карте подписывается, но на самом деле это масштаб исходного эллипсоида, развертыванием которого в плоскость карта и получена.
· Частный масштаб — их бесконечно много на карте, он меняется от точки к точке, и даже в одной точке он может быть разным в разных направлениях.
Для наглядного изображения частных масштабов вводят эллипс искажения.
Искажения площадей логически вытекают из искажения длин. За характеристику искажения площадей принимают отклонение площади эллипса искажений от исходной площади на эллипсоиде.
Искажения углов логически вытекают из искажения длин. За характеристику искажений углов на карте принимают разность углов между направлениями на карте и соответствующими направлениями на поверхности эллипсоида.
Искажения формы — графическое изображение вытянутости эллипсоида.