Универсальные приборы механического типа

Приборам механического типа конструкторы явно отдавали предпочтение. В них засечка осуществляется с помощью одной, а иногда двух пар рычагов или линеек. В нашей стране выпускались и были широко распространены на производстве стереопроектор Романовского (СПР), стереограф Дробышева (СД) и его модификация стереограф ЦНИИГАиК (СЦ). Далее будет рассмотрен только СПР, потому, что он составлят инструментальную базу лаборатории фотограмметрии института, да и принципиально другие приборы от него мало чем отличаются.

СПР (Рис. 68) это прибор 1 класса точности, предназначенный для составления топографических карт и планов по плановым снимкам формата 18C18см и с фокусным расстоянием 35 –350мм. Он применяется и для построения пространственных фотограмметрических сетей. Засечка в приборе осуществляется по принципу треугольник плюс параллелограмм. Снимки могут обрабатываться, как с преобразованием, так и без преобразования связок проектирующих лучей, роль которых выполняют пара металлических стержней. Они проходят через средние карданные центры S₁ и S₂ (центры проекций), вокруг которых могут вращаться, и которые жестко закреплены на каретке фокусных расстояний. Стержни верхними карданными центрами жестко связаны с горизонтально расположенными каретками снимкодержателей. Их нижние концы шарнирно прикреплены к мостику отстояний.

Мостик, а значит и нижний торец левого проектирующего рычага, моделирующий положение точки A местности, при вращении штурвалов X и Y перемещается в горизонтальной плоскости. В результате поворачиваются сами проектирующие рычаги вокруг центров проекций, и по своим направляющим перемещаются снимкодержатели относительно объективов. Вращение ножного штурвала Z вызывает взаимное перемещение снимкодержателей (при условии, что проектирующие рычаги между собой не параллельны). В поле зрения окуляров введены светящиеся измерительные марки, которые в процессе указанных выше движений, можно совместить с любой парой соответственных точек (то есть стереоскопически совместить одну мнимую пространственную марку с любой точкой модели).

На каретке отстояниий, которая перемещается ножным штурвалом вдоль оси Z, расположено базисное устройство моделирующей системы с тремя суппортами для установки базисных составляющих b_x,b_y и b_z. Перемещением каретки фокусных расстояний можно сдвигать центры проекций S₁ и S₂ и, тем самым, менять фокусные расстояния проектирующих камер в пределах 150 – 300мм.

Поскольку снимки в снимкодержателях устанавливаются горизонтально, прибор снабжен коррекционными механизмами, обеспечивающими автоматическое введение поправок за наклон (выполняют процесс трансформирования снимков). Каждое коррекционное приспособление решает уравнение . Причем, r⁰ это расстояние от точки нулевых искажений c до проекции a⁰ точки A местности на горизонтальном снимке; r – тоже на плановом снимке; dr – поправка за наклон. На СПР указанная поправка вводится путем смещения на требуемую величину объектива, через который рассматривается снимок (смотри рисунок 69) Величина смещения зависит от положений точки на снимке и опорного пальца, который перемещается в плоскости тарелки коррекционного механизма винтами a и w.

В соответствии с теорией, если проектирующий рычаг занимает отвесное положение, то измерительная марка должна быть совмещена с точкой надира. Данное условие не выполняется, так как при установке снимков их координатные метки совмещают с рисками на стекле снимкодержателя и марка в этом случае совмещена с центром снимка. Для устранения указанного несоответствия методикой предусмотрено дифференциальные смещения снимков по осям x и y. Их величины вычисляют по формулам, которые приводятся в руководстве по эксплуатации прибора

Под направляющей X прибора расположен планшет, на который, с помощью пишущего элемента, прикрепленного к каретке X, можно наносить ситуацию и вычерчивать горизонтали. Величины перемещения всех кареток определяются по соответствующим счетчикам. Причем, у каретки Z их два. Один позволяет определять превышение между точками в миллиметрах в масштабе модели. Второй с помощью специальных шкал и редуктора – в метрах. В принципе к СПР может быть подключен и координатограф.

Прибор обеспечивает выбор формы и размеров марок их цвета, а также, с помощью реостатов, степени яркости марок и освещенности снимков.

6.2.8.4 Составление планов на СПР

В начале отметим, что нельзя вращать штурвалы и винты прибора, если он не включен в сеть, так как в этом случае не работает предупредительная сигнализация и возможна поломка тех или иных его узлов.

Исходными данными для составления плана являются:

-стереопара, у которой должны быть известны масштаб 1/m и фокусное расстояние снимков f;

-не менее трех опознаков (урезы воды, если в зоне перекрытия есть водоемы);

-масштаб 1/M составляемого плана и высота сечения рельефа h;

-снимки эталоны с результатами полевого дешифрирования.

Основные процессы при обработке снимков на приборе включают: подготовительные работы; взаимное ориентирование снимков (построение модели); внешнее ориентирование модели; измерение модели, камеральное дешифрирование и составление плана.

В процессе подготовительных работ на листе высококачественной бумаге (пластика) изготовляется основа в масштабе составляемого плана, на которую наносятся все точки геодезической сети (опознаки), хорошо опознающиеся на снимках. На шкалах a_л, w_л, a_п и w_п коррекционных приспособлений, dx_л, dy_л, dx_п и dy_п децентраций снимков b_z и b_y базисных составляющих устанавливаются отсчеты, равные их местам нулей, которые определяются в процессе проверок и юстировок прибора, а на шкале базисной - начальный отсчет b^¢_x. При работе на СПР, с координатографом совмещенным с измерительным блоком прибора, масштаб построенной модели, в конечном итоге, должен быть равен масштабу составляемого плана. Поэтому формула для расчета имеет вид:

,

где b – базис фотографирования в масштабе снимков, который легко измерить линейкой, используя продольное перекрытие.

При установке снимков в снимкодержателях необходимо тщательно совмещать их координатные метки с рисками на стекле, и помнить, что диапозитивы укладываются эмульсией вверх, а негативы – вниз.

Каретку фокусных расстояний на СПР устанавливают так, чтобы обеспечить оптимальное перемещение каретки высот (диапазона ее перемещений должно хватать при наведении измерительной марки, как на высоко, так и низко расположенные точки земной поверхности).

Взаимное ориентирование снимков сводится к устранению поперечных параллаксов на шести стандартно расположенных точках.

Пусть на рис. 70 S₁ и S₂ – центры проекций камер, в которые установлены снимки P₁ и P₂, составляющие стереопару. С помощью объективов S₁ и S₂ соответственные точки a₁ и a₂ снимков проецируются на экран Е.

Допустим, что соответственные лучи S₁a₁ и S₂a₂ пересекаются. В этом случае, опуская или поднимая экран Е, можно установить его в такое положение, при котором точки a¢₁ и a¢₂ на нем сольются в одну (рис. 70,а). Если соответственные лучи не пересекаются, то при любой установке экрана по высоте на нем будут наблюдаться раздельно две точки. (рис. 70,б), и можно добиться лишь такого положения, при котором расстояние между точками a¢₁ и a¢₂ окажутся наименьшим из всех возможных. Это наименьшее расстояние между соответственными точками на экране называется поперечным параллаксом в пространстве модели и обозначается через Q. Поперечный параллакс точки модели направлен перпендикулярно к базису проектирования S₁S₂. Для плановых снимков видимый параллакс Q определяется из выражения:

(156)

Высота проектирования Z зависит от длины базиса S₁S₂. Примем, что он равен продольному параллаксу b=p точек а₁ и а₂, а высота проектирования Z равна фокусному расстоянию f. Тогда поперечный параллакс Q, наблюдаемый на какой–либо точке модели, будет равен соответствующему поперечному параллаксу q на стереопаре.

Для построения модель местности по паре снимков добиваются устранения поперечных параллаксов q в точках ориентирования (стандартно расположенных точках, рис. 37). Делать это можно, как в базисной системе координат, движениями обеих проектирующих камер (первый способ), так и в системе координат одного из снимков (чаще левого), движениями только одной камеры (второй способ).

В начале рассмотрим первый способ. Согласно уравнению (100), можно записать:

(157)

где x, y – координаты точки на левом снимке стереопары.

Для установления порядка действий при устранении поперечных параллаксов рассмотрим, как влияет каждое из движений на поперечный параллакс в каждой из стандартно расположенных точек.

Движение левой камеры вызывает вращение снимка, а значит и его изображения на экране вокруг главного луча. Возникающие при этом поперечные параллаксы численно равны четвёртому слагаемому уравнения (158):

Значит они появятся на точках 4, 2 и 6, причем будут равны друг другу; а на точках 1, 3 и 5 параллаксы будут отсутствовать.

Поворот правой камеры на угол действует аналогично. Но формула для оценки возникающего параллакса будет иметь вид:

Теперь на точках 4, 2, 6 он будет равен нулю, а на точках 1, 3 и 5 некоторому значению.

Движение камеры по направлению преобразует изображение квадрата в трапецию. Возникающие при этом параллаксы в точках модели можно оценить по формуле:

И видно, то в точках 1, 2, 3 и 5 они нулевые, а 4 и 6 - равны по величине и противоположны по знаку.

Аналогичным будет результат наклона и правой камеры на угол , но формула для вычисления параллакса примет вид:

Поворот правой камеры на угол вокруг линии базиса также преобразует квадрат в трапецию, но возникающие поперечные параллаксы на стандартных точках определяются соотношениями:

причем:

.

Очевидно, что составляющая постоянна для всех точек, а величина зависит от y.

При взаимном ориентировании снимков устранение поперечных параллаксов на стандартных точках выполняют в такой последовательности, чтобы последующие действия, по возможности, не нарушали предыдущих. Поэтому, вначале поперечный параллакс устраняют на точке 1 (рис. 71), поворотом правой камеры на угол c₂. Затем это делают на точке 2, вращением левой камеры на угол c₁. Далее на точке 3 – наклоном и, наконец, на точке 4

– наклоном Нетрудно заметить, что при этом на всех точках модели будет компенсирована и составляющая , правда, не поворотом второй камеры на угол , а разворотом обеих камер вокруг главных лучей, что несущественно. Но поскольку наклоны на углы , как в отдельности, так и совместно, действуют иначе, чем , на точках 5 и 6 возникает новый поперечный параллакс, равный . Отношение поперечного параллакса в точках 5 (6) к поперечному параллаксу , наблюдаемому после устранения параллаксов на точках 1-4, называется коэффициентом взаимного ориентирования. Этот коэффициент может быть получен и по формуле:

(158)

Используют его для введения на точке 5 нового параллакса , равного существующему значению , умноженному на коэффициент (но с противоположным знаком).

Второй способ. Согласно (101) уравнение взаимного ориентирования в этом случае имеет вид:

(159)

где .

Поэтому влияния поворотов на поперечные параллаксы точек модели аналогичны влияниям рассмотренных выше поворотов на углы . Согласно уравнению (153) смещение камеры вдоль составляющей базиса by вызывает появление параллаксов на всех точках модели, равных величине смещения. Передвижение камеры вдоль составляющей bz влечёт за собой равномерное изменение масштаба изображения второго снимка.

При взаимном ориентировании (рис. 72) поперечные параллаксы устраняют сначала на точке 2 – движением by, затем на точке 1 – движением далее на точке 4 – движением bz, и, наконец, на точке 3 – движением На точке 5, вращением правой камеры на угол , вводят новый параллакс, величину которого рассчитывают, как и в предыдущем способе.

Отметим, что как в первом, так и во втором способах действовать можно и в несколько иной последовательности. Главное – устранить поперечные параллаксы.

Ориентирование выполняют методом последовательных приближений до тех пор, пока остаточный поперечный параллакс на контрольной точке не окажется меньше 0.015мм (1/4 диаметра марки наименьшего размера). Если такого результата не достичь, вычисляют децентрации dx и dy и на эти величины смещают снимкодержатели. Формулы для определения децентраций приведены в паспорте прибора. После этого взаимное ориентирование повторяют. Если при взаимном ориентировании используется второй вариант, децентрацию нужно вводить только в один снимок, в этом его преимущество по сравнению с первым вариантом.

Иногда при взаимном ориентировании вычисляют и используют вспомогательный коэффициент, позволяющий уменьшить число приближений.

Внешнее ориентирование построенной модели начинают с выбора и установки таких шестеренок в редукторе счетчика высот и таких шкал, чтобы отсчеты можно было брать в метрах. При этом необходимо учесть, что связки проектирующих лучей преобразованы, то есть фокусные расстояния F^¢ проектирующих камер не равны фокусным расстояниям f снимков. Поэтому вначале вычисляют знаменатель вертикального масштаба модели M¢_в (из-за преобразования связок он не равен знаменателю горизонтального масштаба M). Очевидно M¢_в=Mf/F^¢. Полученная величина является входом в таблицу установок шкал и шестерен, которая имеется в инструкции по эксплуатации прибора. Из этой таблицы выбирают окончательное значение M_в вертикального масштаба (наиболее близкое к вычисленному), а также ему соответствующие шкалу и пару шестерен, которые и устанавливают на каретке высот. В заключении следует пересчитать фокусное расстояние проектирующих камер и установить его на шкале каретки фокусных расстояний.

Сам процесс внешнего ориентирования делится на два этапа. Первый этап называется масштабированием модели. Его осуществляют изменением базисной составляющей b_x во столько раз, во сколько отрезок l_o между парой опознаков на основе отличается от соответствующего ему отрезка l_м на бумаге, нанесенного по результатам измерения модели, т.е. новое значение b_x= l_o b^¢_x/ l_м. Возникший при этом поперечный параллакс в центре модели и на одном из верхних ее краев устраняется соответственно винтами b_y и b_z. После операции ориентирования полезно установить на планшет (координатограф) основу, отцентрировать ее и сориентировать. Для центрирования измерительная марка стереоскопически совмещается с одним из опознаков, а острие пишущего элемента (карандаша) с соответствующей точкой на основе. Затем марку совмещают с другим опознаком и основу вращают вокруг первого до тех пор, пока острие карандаша не окажется над второй точкой. Операции центрирования и ориентирования выполняют методом последовательных приближений, а результат контролируют по невязкам на опознаках, которые в них не участвовали.

Второй этап внешнего ориентирования называется горизонтированием. Его цель поворотом модели добиться того, чтобы при стереоскопическом совмещении измерительной марки с любым опознаком отсчет на счетчике высот был равен их высотам. Поворот вначале осуществляют в поперечном направлении одновременным вращением винтов w коррекционных механизмов левого и правого снимков. Делается это, например, так (Рис. 73). Измерительная марка стереоскопически совмещается с опознаком I, а на счетчике высот устанавливается отсчет, равный высоте этого опознака. Затем измерительная марка совмещается с опознаком II, берется отсчет по счетчику высот и на счетчике ножным диском устанавливается среднее между высотой второго опознака и полученным отсчетом. И, наконец, измерительную марку вновь совмещают с опознаком, совместным вращением винтов w коррекционных механизмов левого и правого снимков. При этом следят, чтобы не возникал поперечный параллакс. Указанные действия на первых двух опознаках выполняют последовательными приближениями до тех пор, пока разности между отсчетами по счетчику высот, полученными при стереоскопическом наведении марки и исходными высотами не окажутся меньше инструктивных допусков (например, одной трети от принятой высоты сечения рельефа).

Закончив горизонтирование в поперечном направлении, ножным диском на счетчике высот устанавливают отсчет, равный исходной высоте опознака III. К нему штурвалами X и Y перемещают и измерительную марку. Стереоскопически ее совмещают с опознаком вращением винта a_л, а возникающий поперечный параллакс устраняют винтом b_z. После этого следует вернуться к одному из первых опознаков и устранить возникший там поперечный параллакс винтом a_п. При необходимости указанные операции на всех опознаках повторяют. Если же допуск выдерживается, вновь вычисляют и вводят децентрации, теперь уже и левого и правого снимков, уточняют взаимное ориентирование и горизонтирование. Так действуют до тех пор, пока, вычисленные после очередного горизонтирования, децентрации не станут меньше погрешностей их установки на приборе.

Измерение модели и составление плана осуществляется после центрирования, ориентирования и закрепления основы на столе координатографа. При нанесении ситуации пишущий элемент с помощью ножного пульта опущен и касается основы, а движение измерительной марки по контуру осуществляется штурвалами X, Y и ножным диском. Штурвалы имеют переключатели для регулирования скорости движения. Некоторые контура (например, дороги, строения, столбы линий связи и т.д.) целесообразнее отображать на планшете нанесением отдельных пикетов. Распознавание объектов производится путем анализа прямых и косвенных признаков и снимков эталонов.

Для вычерчивания горизонтали, на счетчике ножным штурвалом устанавливают ее высоту, вращением штурвалов X и Y находят точку, где измерительная марка касается поверхности модели, опускают пишущий элемент и этими же штурвалами ведут марку по поверхности модели. Следует отметить, что чем ярче выражен рельеф, тем легче его отображать на планшете (наносить горизонтали).