Аэро- и космические съемочные системы.

Съемочные системы подразделяют:

· на воздушные и космические в зависимости от вида летательного аппарата;

· пассивные и активные съемочные системы.

В пассивных системах регистрируется отраженное солнечное или собственное излучение объектов. В активных системах применяют искусственные генераторы для облучения поверхности снимаемых объектов с последующей фиксацией отраженного сигнала; системы, работающие в оптическом или радиодиапазоне; однозональные и многозональные.

При выполнении многозональных съемок получают одновременно несколько изображений одной и той же территории в различных зонах спектра электромагнитного излучения;

фотографические и нефотографические съемочные системы.

В фотографических системах электромагнитное излучение регистрируют на черно-белых или цветных фотографических пленках. На фотографических снимках информация об исследуемых объектах записывается в виде оптических плотностей (или цвета), соответствующих яркостям элементов поверхности Земли. В нефотографических системах кодом изображения служит сигнал, возникший в приемнике излучения, который пропорционален излучению, поступившему от элемента объекта съемки. Аналоговый сигнал преобразуется в цифровой вид;

· оперативные и неоперативные — по способу доставки видеоинформации. Фотографические съемочные системы являются неоперативными, так как для доставки экспонированной пленки требуется посадка летательного аппарата или сброс на Землю специального контейнера. Нефотографические системы относят к оперативным. С их помощью видеоинформация передается по радиоканалу в реальном времени съемки или записывается на магнитном носителе с последующей передачей в эфир;

· по способу построения изображения. Изображение строится по законам центральной проекции (кадровые фотографические и телевизионные системы), строчно- кадровой развертки (сканеры) и по иным законам. При создании топографических крупномасштабных планов и карт фотограмметрическим методом используют снимки, получаемые кадровыми аэрофотоаппаратами. Классификация может быть продолжена исходя из многообразия конструкций и технических характеристик съемочных систем.

·

4.4. Нефотографические съемочные системы

(См. 4.3) В нефотографических системах кодом изображения служит сигнал, возникший в приемнике излучения, который пропорционален излучению, поступившему от элемента объекта съемки.

Нефотографические системы относят к оперативным. С их помощью видеоинформация передается по радиоканалу в реальном времени съемки или записывается на магнитном носителе с последующей передачей в эфир;

К нефотографическим съемочным системам относятся:

- телевизионная съемка. Особенность этой съемки в том, что изображение земной по­верхности проектируется не на фотографический слой, а на приемное устройст­во - видиокон. С видиокона электрические сигналы по радиоканалу передают­ся на Землю или записываются на магнитную ленту, а затем передаются на Землю.

Для цветной съемки используют телевизионные камеры, состоящие обычно из трех передающих каналов, каждый из которых предназначен для по­лучения изображений в различных спектральных зонах.

- локаторы бокового обзора, представляют собой системы, позволяющие получать «строчные» снимки. При боковом обзоре зондирующие волны излучаются и принимаются в плоскости, перпендикулярной к траектории носителя. Сущность работы этого устройства заключается в следующем. Генератор вырабатывает радиолокационные импульсы (сигналы), которые излучаются передатчиком. Так как объекты местности находятся на разных расстояниях от носителя, отраженные радиосигналы поступают в приемник устройства в раз­ное время.

Получение радиолокационных снимков определяется возможностью определения расстояния между радиолокатором и объектом путем измерения времени распространения зондирующего импульса. При последующей разверт­ке отраженного сигнала на экране электроннолучевой трубки возникает изо­бражение элементарной строки (полосы) снимка, которые формируются бегу­щим световым пятном. Чем больше расстояние до объекта, тем дальше от стро­ки электроннолучевой трубки изображается объект. Вдоль кадра изображение строится в результате поступательного перемещения носителя, во время кото­рого последовательно облучаются полосы местности.

Важным преимуществом радиолокационной съемки является ее всепогодность. Радиолокационные снимки можно получать независимо от облач­ного покрова и в любое время суток. К числу недостатковследует отнести по­ниженные геометрические и изобразительные свойства, а также высокое энер­гопотребление и значительная масса аппаратуры.

Сканерная съемка является основным видом космической съемки. С по­мощью сканеров формируются снимки, состоящие из множества отдельных, последовательно получаемых элементов изображения.

Изображение местности при сканерной съемке получают в виде непре­рывной ленты, которая состоит из полос (сканов). Метод сканирования исполь­зуется для получения изображения во всех спектральных диапазонах, но осо­бенно он эффективен в видимой и ИК диапазонах.

Сканерный снимок по своим геометрическим свойствам уступает кадровому. Однако сканерная съемка обладает широкими возможностями использования узких съемочных зон с целью получения изображения во всех спектральных диапазонах. Наконец, эта съемка обеспечивает быструю передачу сигналов сканера и относительную простоту представления снимка в цифровом виде, который удобен для машинной обработки информации.

Лазерные съемочные системы относятся к активным съемоч­ным системам, работающим в оптическом диапазоне. В основе ла­зерной съемки заложен принцип работы светодальномера без от­ражателя — лазерная локация.

Отражателем является поверхность снимаемого объекта. С помощью лазера осуществляют направ­ленное облучение поверхности. Сигнал, отраженный от элемен­тарной площадки земной поверхности (объекта), принимает оп­тическая система.

Лазерные съемочные системы применяют для построения профилей рельефа на территориях, закрытых лесами, и создания цифровой модели рельефа местности. Их применение эффектив­но при обследовании линий электропередач. При съемке городов и поселений получаемое трехмерное изображение позволяет ус­пешнее проводить работы по организации территорий.

Наземные лазерные сканеры применяют для изучения деформаций зданий и промышленных сооружений, составления фронтальных планов сложных архитектурных сооружений и т.п.)

Фотосхемы и накидной монтаж

НАКИДНОЙ МОНТАЖ — большое количество контактных отпечатков (аэрофотоснимков), разложенных по рядам летно-съемочных маршрутов, совмещенных с учетом продольного и поперечного перекрытий, дающее фотографическое изображение обширной территории. Контактные отпечатки монтируются на больших щитах или столах. Они подкладываются по каждому маршруту в той же последовательности, в какой их получали во время аэрофотосъемки, так, чтобы совпадали контуры ситуации на смежных снимках в области продольного перекрытия. Необходимо, чтобы у снимков соседних летно-съемочных маршрутов также совпадали ситуации в области поперечного перекрытия. По Н. м. определяют, вся ли площадь аэрофотосъемки равномерно покрыта снимками, нет ли разрывов между маршрутами и сохранен ли заданный, процент продольного (60%) и поперечного (40%) перекрытий, а также знакомятся с общей ориентировкой аэрофотосъемки обширной территории. По Н. м. получают схему расположения отдельных аэрофотоснимков и их порядковый номер. Уменьшенная фотография с Н. м. называется репродукцией Н. м. В случае отсутствия репродукции Н. м. часто делают кальки со всего Н. м., на которых обводят контуры и номера аэрофотоснимков. Такие номерные схемы необходимы для стереоскопической обработки аэрофотоснимков и упорядоченного хранения большого количества контактных отпечатков.

Фотосхема - группа аэрофотоснимков, совмещенных по общим контурам и смонтированных на общей основе. Фотосхема не является строго плановым изображением местности.

Фотосхема - черно-белая или цветная фотографическая схема местности, используемая при её изучении и картировании. Монтируется из нетрансформированных (т. е. имеющих искажения в связи с нестабильностью условий съёмки) смежных снимков, приводимых к заданному масштабу, разрезаемых по перекрывающимся контурам и стыкуемых путём монтажа на общую основу. Перекрывающиеся части снимков вырезаются с таким расчетом, чтобы от каждого снимка осталась средняя часть (рабочая площадь), имеющая минимум искажений. Фотосхемы изготовляют по воздушным и космическим снимкам. В зависимости от назначения фотосхемы могут быть маршрутными (например, вдоль реки, проектируемой трассы). Или площадными, с компоновкой в границах изучаемого объекта (лесной массив, участок под застройку и т.п.), а также в соответствии с принятой разграфкой топографических карт. Первичной фотосхемой является репродукция накидного монтажа, представляющая собой уменьшенную фотографию наложенных друг на друга внакидку целых снимков.

4.6. Ортофотопланы

Под ортофотопланом понимается фотографическое изображение местности, полученное путем аэрофотосъемки или космической съемки и приведенное к заданной системе координат. То есть ортофотоплан является не только наглядным изображением земной поверхности, но и основой для создания топографических карт и планов.

В настоящее время для создания ортофотопланов все чаще используются материалы космической съемки высокого разрешения, которая с каждым годом становится все более доступной. Для использования материалов съемки при картографировании земной поверхности (например, для построения ортофотопланов), необходимо выполнить ортотрансформирование снимков.

Ортотрансформирование (ортокоррекция) — математически строгое преобразование исходного изображения (снимка) в ортогональную проекцию (при которой каждая точка местности наблюдается строго вертикально, в надир) и устранение всех геометрических искажений, вызванных рельефом, условиями съемки (перспективные искажения, развороты, разномасштабность) и типом камеры (дисторсией объектива). Для выполнения ортотрансформирования нужна модель рельефа, так как нужно знать высоту местности для каждой точки (пикселя) снимка.

Перераспределение пикселей на изображении в результате ортотрансформирования.

Современные космические аппараты имеют высокую маневренность («верткость»), поэтому для съемки заданного участка местности нет необходимости ждать, когда аппарат пройдет над заданной точкой, а можно «наклонить» оптическую ось съемочной аппаратуры. Несмотря на более оперативное получение информации, мы получаем снимки со значительными перспективными искажениями. Если по материалам такой космической съемки необходимо в дальнейшем получать какие-то измерительные или позиционные характеристики объектов земной поверхности, безусловно, требуется предварительное ортотрансформирование таких данных. Особенно это касается разновременных изображений, если в дальнейшем стоит задача создания единой бесшовной ортомозаики.

4.7. Привязка снимков к геодезической сети

Плановая привязка заключает в себя, подготовку материалов, составление проектов, проекта привязки, закрепление опорных точек в натуре.

Подготовка материалов: на объем проектируемых работ подбирается репродукция накидного монтажа, комплект аэрофотоснимков. На репродукцию наносятся геодезические пункты со старых топографических карт. При больших коэффициентах увеличения К>4, выполняется сплошная привязка, при К<4 – разреженная привязка.

Плотность опорных точек рассчитывается по специальным формулам. Методы плановой привязки см. Геодезия.

· триангуляция

· полигонометрия

· теодолитных ходов

Определяется положением точек и развитием геодезической сети. Наиболее распространен способ полигонометрии. В закрытой местности — это замкнутые полигонометрические ходы. В открытой местности используют засечки и триангуляции. Анализируем каталоги, старую геодезическую сеть. Проектируют зоны размещения контрольных точек. В пределах каждой зоны должны быть несколько контрольных точек, причем точки должны быть контурными. Расстояния между опорными точками должны обеспечивать точность триангуляции. Зоны с опорными точками располагают в зонах с поперечными и поперечными перекрытиями, что уменьшает количество точек. В залесенных районах проводят ТХ или полигонометрические ходы и опорные точки располагают по линии трапеции. Точки – это центры аэрофотоснимков. В открытых местностях привязку располагают в шахматном порядке. Сличая фотоснимок с местностью в пределах зоны выбирают одну опорную точку, которая удовл. След. Требованиям:

· контурная точка(может быть на 6 снимках)

· ошибка опознавания не более 0,1 в плане

· опорная точка должна быть удобной для проведения геодезических измерений

· высота объекта не должна вызывать ошибку смещения за рельеф 0,1 мм

· изгороди, перекрестки дорог, концы промоин, кусты, камни итд После выбора опорной точки её накалывают только на одном аэрофотоснимке и присваивают номер этого снимка. На лицевой стороне фотоснимка её обводят кружком диаметром 1 см красного цвета.

ОП-554 – опознак плановый

В стороне от накола, в светотенях изображения делаем абрис этой опорной точки.

На местности точки закрепляют кольями и закрепляют опознак. В случае малого количества четких контуров. В случае малого количества опорных точек. Степные районы размещают на местности маркировочные знаки. В виде креста, четырехугольника, квадрата, ярким фоном, выделяющимся с общего фона.

После выбора ОТ приступают к определению координат. Одним из вышеперечисленных способов. Угловые измерения в полигонометрии определяют теодолитами типа Т-5. Предельное расхождение координат:

· 1/25000 <5м

· 1/10000 <2м

· 1/5000 <0.6м

· 1/2000 <0.3м

· 1/1000 <0.16м

· 1/500 <0.1м

На местности их закрепляют также, как и плановые опознаки. Плановый опознак обозначают ОПВ. Журналы полевых измерений, репродукция накидного монтажа с нанесёнными опознаками, схема опорных точек, материалы вычислений. И составляется каталог плановых и высотных координат и нанесение на снимке. В настоящее время плановая привязка осуществляется с помощью спутниковых систем gps. Способ определения — это линейная засечка (см. рис. 5.3). Здесь точка M — это и есть плановый опознак. Координаты определяются по 3-ем известным пунктам. R1, R2, R3. Кадастровые планы должны нам давать определенную точность.

Понятие о трансформировании.

Трансформированием называется преобразование центральной проекции, которую представляет собой аэронегатив (аэроснимок), полученный при наклонном положении главного оптического луча, в другую центральную проекцию, соответствующую его отвесному положению, с одновременным приведением его к заданному масштабу. Трансформирование выполняют путем «обратного проектирования» изображения с наклонной картинной плоскости на предметную плоскость, соответствующую ортогональной проекции. В процессе трансформирования полностью исключаются все виды перспективных искажений аэроснимка, вызванных влиянием угла наклона, и разномасштабность смежных снимков, которая является следствием изменения высоты фотографирования. Названные искажения подчиняются определенным законам, потому их учет не вызывает затруднений.

В процессе такого образования устраняется смещение точек, вызванное наклоном снимка. Для равнинной местности — это соответствует плану, а для горных и пересеченных местностей есть определенные виды трансформирования, которые сводят погрешность за рельеф до допустимых значений. Основная цель трансформирования: — приведение к масштабу. Для понимания сущности трансформирования рассмотрим.

Восстановим положение центра проекции S, относительно сфотографированной равнинной местности E.

Наши точки на снимки a, b. Построим дополнительную горизонтальную S’ отстоящую от S на расстояние h/m. Получаемая в пересечении с дополнительными лучами и есть трансформированное изображение местности масштаба 1/M.

Мы должны увеличить наши снимки в 2,6 раза. Существует несколько видов трансформирования:

· фото-механическое на специальных приборах фототрансформаторах. Трансформированное аэрофотоснимок печатается на фотобумаге. Монтируя снимок получаем фотоплан.

· оптико-графическое трансформирование

· компьютерные технологии преобразования наклонного снимка в горизонтальный.

Любой фототрансформатор состоит из кассеты, оптической системы, экрана.