Photogrammetry

МИНИСТЕРСТВО ОБОРОНЫ СССР ВОЕННО-ТОПОГРАФИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГЕНЕРАЛЬНОГО ШТАБА ВООРУЖЕННЫХ СИЛ СССР

ФОТОГРАММЕТРИЯ ВВЕДЕНИЕ § 1. Фотограмметрия, ее задачи и методы Ф о т о г р а м м е т р и я (от греч. photos —свет, gramma — запись и metreo — измеряю) — научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением размеров, формы и пространственного положения объектов по их фотографическим изображениям. Решать данную задачу можно лишь в том случае, если объекты выявлены и опознаны по изображениям на фотоснимках, т. е. отдешифрированы. Следовательно, фотограмметрия предполагает и дешифрирование фотоснимков. Фотограмметрия применяется в различных областях народного хозяйства, науки и техники. Геодезия и медицина, военное дело и архитектура, лесное хозяйство и астрономия, исследования атома и криминалистика, география и исследования природных ресурсов Земли, строительство и сельское хозяйство, археология и океанография — вот далеко не полный перечень областей человеческой деятельности, в которых, используются фотограмметри-ческие методы. Определение пространственных характеристик объектов основано на измерениях модели, которая может быть построена по фотоснимкам объекта, полученным с двух точек пространства. Пусть P1 и Р2 (рис. 1,а) —пара фотоснимков местности, полученных с точек S1 и S2 ,а1 а2 и b1 ,b2 —изображения точек A и В местности. Восстановим по фотоснимкам P1 и Р2 проектирующие лучи, существовавшие в момент фотографирования. Лучи, проходящие через изображения одной и той же точки объекта на фотоснимках, называются соответственными или одноименными проектирующими лучами. Фотоснимки установим один относительно другого в такое положениё, которое они занимали во время фотографирования Тогда каждая пара соответственных проектирующих лучей, например S1a1 и S2a2, будет пересекаться. В результате образуется модель, подобная объекту. Изменяя расстояние S1S2, можно получить модель в нужном масштабе. Модель используют для измерения пространственных параметров и определения положения объекта. Например, выполнив ориентирование модели относительно планшета Е, можно составлять карту. Точка В° получена в результате ортогонального проектирования точки В модели и указывает положение соответствующей точки местности на карте. Метод измерения объектов, основанный на свойствах пары фотоснимков, называется с т е р е о ф о т о г р а м м е т р и ч е с к и м (от греч. stereos — пространственный, объемный).

а

б

Рис. 1. Измерения по стереопаре фотоснимков (а) и по одиночному фотоснимку (б)

Задача измерения плоского объекта может быть решена по одиночному фотоснимку. В этом случае модель АВ объекта (рис. 1,б) получается в результате пересечения проектирующих лучей, восстановленных но фотоснимку Р, с плоскостью Е. Масштаб модели в данном случае зависит от удаления плоскости Е от точки S. Метод измерения объектов, в котором используются свойства одиночного фотоснимка, называется ф о т о г р а м м е т р и ч е с к и м . Традиционные методы фотограмметрии предполагают обработку изображений, полученных фотографическими системами. Математический аппарат и приемы, которые при этом используются, базируются на том, что фотоснимок представляет собой центральную проекцию. Развитие науки и техники привело к появлению новых методов и средств получения изображений. К ним относятся телевизионные, тепловизионные, радиолокационные и другие системы. Они имеют свою геометрию построения изображения. Обработка таких изображений имеет особенности, однако общие принципы решения измерительных задач остаются неизменными. В таких случаях решение их сводится к установлению математических зависимостей между точками объектов и их изображений, а также к изучению особенностей обработки соответствующих изображений на основе классических методов фотограмметрии. Поэтому в настоящее время содержание фотограмметрии и ее возможности как научно-технической дисциплины значительно расширились. Фотограмметрия имеет тесную связь с авиацией, космонавтикой, точным приборостроением, физикой, химией, электронной техникой, математикой, геодезией, картографией и другими областями знаний и отраслями экономики. Авиация обеспечивает фотограмметрию носителями фотоаппаратов. Более широкие возможности открываются при фотографировании с космических летательных аппаратов. При этом расширяются возможности исследования не только Земли, но и других планет и их спутников. Точное приборостроение обеспечивает фотограмметрию высококачественными фотоаппаратами и современными приборами для измерения фотоснимков. Достижения физики, особенно оптики, способствуют совершенствованию фотограмметрических приборов и методов. Так, создание сверхширокоугольных объективов позволило широко внедрить в производство стереофотограмметрические методы создания топографических карт. Химическая промышленность создает фотоматериалы и реактивы для их обработки. Электронная техника используется для самолетовождения, для управления космическими летательными аппаратами, для автоматизации процесса воздушного и космического фотографирования. Кроме того, она применяется при измерениях фотоснимков и обработке их результатов. Геодезия обеспечивает фотограмметрию сетью опорных пунктов. Методы картографии используются при составлении топографических карт по фотоснимкам. Математика используется при решении многих теоретических и практических вопросов фотограмметрии. Например, при определении координат точек местности по фотоснимкам используются строгие математические методы. § 2. Виды, методы и способы создания топографических карт Из всего многообразия задач, решаемых методами фотограмметрии, следует выделить ее широкое применение при создании топографических карт. Основным процессом создания топографической карты является т о п о г р а ф и ч е с к а я с ъ е м к а — комплекс работ с целью получения съемочного (составительского) оригинала карты. Она может выполняться как без использования фотоснимков, так и с их применением. Топографическая съемка, при которой все измерения, необходимые для создания съемочного оригинала карты, выполняются непосредственно на местности, называется мензульной съемкой. Мензульная съемка в настоящее время применяется как исключение, когда отсутствуют фотоснимки картографируемой территории. Теорией и практикой создания топографических карт по фотоснимкам занимается раздел фотограмметрии — ф о т о т о п о г р а ф и я. Комплекс работ, позволяющий по фотоснимкам получить составительский оригинал топографической карты, называется фототопографической съемкой. Он включает фотографирование местности, полевые геодезические работы и камеральные фотограмметрические работы. В зависимости от технических средств, применяемых для фотографирования, различают следующие виды фототопографической съемки: наземную фототопографическую,

аэрофототопографическую, комбинированную и космическую. Наземная фототопографическая съемка основана на фотографировании местности специальным прибором — фототеодолитом. Фотографирование производится с точек земной поверхности. Этот вид фототопографической съемки часто называют фототеодолитной или наземной стереофотограмметрической съемкой. Аэрофототопографическая съемка предусматривает фотографирование местности с самолета или вертолета. Комбинированная фототопографическая съемка — это сочетание фототеодолитной съемки и аэрофототопографической. Местность фотографируют дважды: фототеодолитом с наземных станций и аэрофотоаппаратом с самолета. Наземные фотоснимки используют для сгущения опорной сети, а по аэрофотоснимкам составляют оригинал карты. Этот вид съемки может применяться для картографирования горной местности. В космической Фототопографической съемке фотографирование производится с искусственных спутников Земли и других космических летательных аппаратов. Основным видом фототопографической съемки является аэрофототопографическая, позволяющая создавать высококачественные топографические карты на обширные территории в сжатые сроки при минимальных затратах сил и средств. В аэрофототопографической съемке применяют два метода: комбинированный и стереотопографический. Комбинированный метод аэрофототопографической съемки (комбинированная аэрофототопографическая съемка) основан на свойствах одиночного фотоснимка. Он позволяет получить контурную часть карты в результате обработки фотоснимков. Рельеф снимают в поле приемами мензульной съемки. Этот метод широко применялся для съемки равнинных и холмистых районов. С развитием стереотопографического метода он утратил свое значение. В настоящее время комбинированный метод используется для съемки плоскоравнинных районов, когда рельеф местности плохо просматривается стереоскопически по фотоснимкам. Стереотопографический метод аэрофототопографической съемки (стереотопографическая съемка) основан на использовании свойств пары фотоснимков и позволяет получить в результате обработки фотоснимков оригинал не только контуров, но и рельефа. Стереотопографический метод применяют для картографирования равнинных, холмистых и горных районов. В настоящее время стереотопографический метод является основным методом создания топографических карт. Объясняется это тем, что он обеспечивает: создание топографических карт на труднодоступные и недоступные районы — тундру, пустыни, горы, территорию противника и т. д.; высокое качество карт при минимальных затратах сил и средств; возможность создания составительского оригинала по фотоснимкам в лабораторных условиях в любое время года; возможность механизации и автоматизации технологических процессов. В стереотопографическом методе различают универсальный и дифференцированный способы создания топографических карт. Универсальный способ основан на использовании универсальных фотограмметрических приборов. Такой прибор позволяет выполнить все процессы обработки пары фотоснимков с целью создания оригинала топографической карты: построить модель местности, ориентировать ее, выполнить съемку контуров и рельефа. Д и ф ф е р е н ц и р о в а н н ы й с п о с о б рассчитан на использование двух приборов — стереометра и проектора (фототрансформатора). Стереометр используют для съемки рельефа на фотоснимках, а проектор — для переноса контуров и горизонталей на планшет. Для ориентирования модели при составлении оригинала карты необходимо иметь опорные точки — контурные точки фотоснимков, положение которых определено в системе координат, принятой в геодезии. Координаты таких точек определяют в поле геодезическими способами или путем фототриангуляции, позволяющей сгущать по фотоснимкам сеть опорных точек. Фототриангуляция заключается в том, что координаты точек определяются по модели, для построения которой использованы фотоснимки одного или нескольких маршрутов. Ориентирование такой модели относительно геодезической системы координат выполняется по опорным точкам, полученным в поле, — точкам полевой подготовки. Кроме того, для создания составительского оригинала карты необходимо выполнить дешифрирование фотоснимков. Оно может быть полевым, камеральным или комбинированным. Чаще применяют камеральное дешифрирование. При этом используют фотоснимки — эталоны

дешифрирования. Они создаются в результате полевого дешифрирования наиболее характерных участков местности данного района. Таким образом, основными этапами стереотопографического метода создания топографических карт являются: аэрофотосъемка; полевые работы; камеральные работы (фототриангуляция, дешифрирование фотоснимков, создание составительского оригинала карты, отработка составительского оригинала карты и оформление документации к нему). Современные методы и технические средства позволяют получить оригинал карты стереотопографическим методом не только в традиционной графической форме, но и в цифровой. § 3. Краткий исторический очерк развития фотограмметрии История развития фотограмметрии тесно связана с развитием теории и практическим применением перспективных изображений. Получение перспективных изображений относится к средним векам (XV—XVI вв.). Для получения перспективных изображений в те времена использовали камеру-обскуру (от лат. obskurus — темный). Построенное такой камерой изображение фиксировали графически. Позднее перспективные изображения стали использовать для составления планов местности. В 1759 г. О.И. Ламберт теоретически обосновал преобразование перспективного изображения в план в работе «Свободная перспектива». В 1839 г. был изобретен фотографический способ фиксирования перспективного изображения, построенного камерой-обскурой, получивший название дагеротипии. Однако в силу ряда причин фотоизображения, получаемые способом дагеротипии, применять для измерительных целей было затруднительно. Сначала были проведены опыты по использованию фотографии для фототеодолитной съемки, а затем — первые опыты по фотографированию с воздушного шара. Дальнейшее совершенствование фотографического процесса (изобретение пластинок с сухим бромжелатиновым слоем в 1871 г., а затем фотопленки в 1887—1889 гг., усовершенствование объективов и др.) способствовало развитию воздушного фотографирования — аэрофотосъемки и ее применению для топографических целей. Начало развития фотограмметрии в России относится к концу XIX в., когда Р. Ю. Тилле, П.И. Шуров, Б.Б. Голицын и др. составили по наземным фотоснимкам планы местности для трассирования железных дорог и решения других инженерных задач, а А.М. Кованько получил аэрофотоснимки с воздушного шара (1886 г.). Русские ученые внесли значительный вклад в развитие фотограмметрии. В 1899 г. вышла в свет книга Г.Н. Шебуева и Н.Н. Веселовского «Геометрические основания фотограмметрии», в которой были рассмотрены зависимости между координатами точки объекта и ее изображений на фотоснимках. Р.Ю. Тилле разработал многообъективный аэрофотоаппарат, а В.Ф. Найденов фототрансформатор для преобразования наклонных фотоснимков в горизонтальные. В 1904—1905 гг. во время русско-японской войны В. Ф. Найденов фотографировал с воздушного шара позиции противника под Мукденом и по полученным фотоснимкам составил планы этих районов. В 1907 г. он опубликовал первый учебник «Измерительная фотография и применение ее в воздухоплавании» для слушателей Военно-инженерной академии. В начале XX в. быстро развивается авиация и самолеты начинают применять при фотографировании земной поверхности. В годы первой мировой войны аэрофотосъемка применялась в основном для воздушной разведки противника. Так, в ноябре 1914 г. по аэрофотоснимкам была составлена схема крепости Перемышль. В марте 1915 г. был составлен план Мазурских озер (Польша) с расположением позиций противника. Этот план был достаточно точным. В последующем такие планы стали составлять по аэрофотоснимкам в штабах всех корпусов и дивизий. Для фотографирования с самолета полковником русской армии В.М. Потте был сконструирован полуавтоматический аэрофотоаппарат. Аэрофотоаппарат В.М. Потте был предназначен для фотографирования на пленку, а не на пластинки. Этот аэрофотоаппарат был большим достижением в области летносъемочного процесса. Столь совершенных для тех времен аэрофотоаппаратов за границей не было. Несмотря на сравнительно широкое применение фотограмметрии для военных целей, ее возможности в царской России были недооценены и она не получила должного признания. Широкие перспективы перед фотограмметрией открыла Великая Октябрьская социалистическая революция.

В марте 1919 г. В. И. Ленин подписал декрет об учреждении Высшего геодезического управления (ныне Главное управление геодезии и картографии (ГУГК) при Совете Министров СССР), перед которым была поставлена задача картографирования страны. При этом наиболее эффективным методом изучения территории с целью создания карт была признана аэрофотосъемка. Поэтому необходимо было организовать научные исследования, разработать технологию, подготовить кадры и создать базу для производства фотограмметрических приборов. Развитие фотограмметрии в СССР можно разделить на три периода. Первый период (1918—1929 гг.) характеризуется организацией фотограмметрических предприятий и подготовки кадров, а также разработкой комбинированного метода и выполнением первых опытных и производственных работ этим методом. В 1919 г. был организован аэрофототопографический отряд Военно-топографического управления Рабоче-Крестьянской Красной Армии, который выполнял опытно-производственные работы методами фотограмметрии. Большое внимание уделялось подготовке кадров. В 1920 г. Н.М. Алексапольский начал чтение курса фотограмметрии в Московском межевом институте (ныне МИИГАиК), с 1921 г. преподается фотограмметрия на геодезическом факультете Военно-инженерной академии им. В.В. Куйбышева, а с 1923 г. — в Ленинградском военно-топографическом училище. В 1924 г. общества «Добролет» и «Укрвоздухпуть» создали производственные подразделения, приступившие к выполнению, аэрофотосъемочных и фотограмметрических работ для нужд народного хозяйства. В Военно-топографической службе под руководством Н.М. Алексапольского был разработан и внедрен комбинированный метод аэрофототопографической съемки (1925 г.), что позволило повысить качество и производительность работ по сравнению с мензульной съемкой. Второй период (1930—1945 гг.) характеризуется использованием комбинированного метода, а также созданием и широким применением дифференцированного способа стереотопографической съемки, позволившего значительно сократить полевые работы. Комбинированный метод к 1930 г. стал основным методом топографической съемки в масштабе 1 :25 000. Для обеспечения этого метода аэрофотосъемку выполняли узкоугольными аэрофотоаппаратами, были созданы фотограмметрические приборы: фототрансформатор П П. Соколова, фототрансформатор МГИ, стереоскопы, надир-триангулятор, редуктор. В эти годы выполнялись научные исследования в области фотограмметрии Центральным научно-исследовательским институтом геодезии, аэросъемки и картографии (ЦНИИГАиК), рядом высших учебных заведений (МИИГАиК, НИИГАиК, Военно-инженерной академией им. В.В. Куйбышева и др.), Лабораторией аэрометодов АН СССР и другими организациями. В 1935 г. в связи с широким развитием производительных сил страны перед Государственной геодезической службой была поставлена задача создать в короткие сроки топографическую карту масштаба 1 : 100 000 на всю территорию СССР. Для решения этой задачи советские фотограмметристы разработали оригинальный способ стереотопографической съемки, названный дифференцированным. Способ получил такое название потому, что процесс создания карты подразделяется на ряд этапов, выполняемых независимо один от другого. Для реализации способа была разработана отечественная аппаратура. Под руководством М.М. Русинова в ЦНИИГАиК в 1935—1940 гг. была создана серия широкоугольных и сверхширокоугольных аэрофотосъемочных объективов с углами поля зрения 100 и 120°. За рубежом подобные объективы появились значительно позже. Ф.В. Дробышев разработал топографический стереометр (1934 г.). Н.В. Викторов, М.М. Русинов и другие создали мультиплекс, позволяющий обрабатывать фотоснимки, полученные аэрофотоаппаратами с углами поля зрения 100 и 120°. Мультиплекс применялся для создания карт на горные районы. В это время были предложены различные способы фотограмметрического сгущения геодезической основы карт: ромбическая фототриангуляция, пространственная фототриангуляция, дифференцированный способ пространственной фототриангуляции, способ прямой линии, способ неискаженной модели. Крупные теоретические исследования в области фотограмметрии выполнены Н,П. Келлем и Н.А. Урмаевым. В изданной в 1941 г. работе Н. А. Урмаева «Элементы фотограмметрии» заложены основы современной аналитической фотограмметрии. Разработка новых технологий и способов, выпуск оборудования и приборов позволили развернуть широким фронтом работы по картографированию страны. В годы Великой Отечественной войны по аэрофотоснимкам выявлялись укрепления противника,

его боевые порядки и вооружение, создавались фотодокументы и специальные карты, составлялись и обновлялись топографические карты и планы городов. Так, за годы войны были составлены и обновлены топографические карты на территорию 5 млн. км2. Не прекращались и научные исследования. Третий период развития фотограмметрии связан с восстановлением и развитием народного хозяйства. Этот период характеризуется дальнейшим развитием теории фотограмметрии, использованием последних результатов научно-технического прогресса для повышения точности и эффективности фотограмметрических методов. В послевоенный период потребовалось создавать топографические карты на наиболее важные районы масштабов 1:25 000, 1:10 000 и крупнее. Картографирование в крупных масштабах предъявляло более высокие требования к аэрофотосъемочному оборудованию и обрабатывающим приборам. В ЦНИИГАиК создаются аэрофотоаппараты серии АФА ТЭ (С.П. Шокии, Г.Г. Гордон и др.), в которых применяются объективы с углами поля зрения 137, 134, 123, 105, 85, 66, 41 и 29°, разработанные коллективом под руководством М. М. Русинова. В этих объективах дисторсия не превышала 0,02 мм, они характеризовались высокой разрешающей способностью. Из научных исследований этого периода следует особо отметить создание теории обработки фотоснимков с преобразованными связками (М.Д. Коншин, Г.В. Романовский, Ф.В. Дробышев, А.Н. Лобанов и др.). На базе этой теории разработаны оригинальные универсальные фотограмметрические приборы. Наибольшее распространение из них получили стереопроектор Г.В. Романовского (1954 г.) и стереограф Ф.В. Дробышева (1956 г.). В практику аэрофотосъемки внедрены способы определения элементов внешнего ориентирования фотоснимков с помощью радиовысотомера и радиогеодезических станций, создана гиро-стабилизирующая аэрофотоустановка. В 1956 г. на кафедре фотограмметрии Военно-инженерной академии им. В.В. Куйбышева А.Н. Лобанов разработал аналитический способ фототриангуляции с использованием ЭВМ. Внедрение этого способа позволило резко повысить точность и производительность фотограмметрического сгущения геодезической основы топографических карт. Существенный вклад в разработку аналитической фототриангуляции внесли в последующем И.Т. Антипов, И.Д. Каргополов, Ф.Ф. Лысенко, Р.П. Овсянников, В.Б. Дубиновский, М.М. Машимов, М.Н. Булушев, В.В. Погорелов и др. Для более полного использования достоинств аналитической фототриангуляции создаются высокоточные автоматизированные стереокомпараторы СКВ-1, СКА-18 и СКА-30. В 50-х годах был разработан дифференциальный фототрансформатор ФТЩ-2 — один из первых в мировой практике приборов такого типа. Кроме того, в 60—70-х годах предложен ряд других приборов для дифференциального трансформирования фотоснимков — ортофототрансформаторов. Широкое применение нашел ортофототрансформатор ОФПД. Созданы новые аэрофотоаппараты АФА ТЭС-7, АФА ТЭС-10, АФА ТЭ-35. Дисторсия используемых в этих аэрофотоаппаратах объективов составляет 4—10 мкм, а разрешающая способность на краю поля зрения — 25—40 лин./мм. Повышена степень автоматизации аэрофотосъемочного процесса. В ЦНИИГАиК разработан и выпускается серийно новый стереограф СЦ, обеспечивающий высокую точность обработки фотоснимков. Положено начало применению электронной техники при составлении топографических карт и фотодокументов. Предложены и разработаны электронный фототрансформатор, аналитический фототрансформатор, продолжены исследования по автоматизации стереоизмерений. В ЦНИИГАиК разработаны универсальный аналитический прибор «Анаграф», система цифровой обработки изображений «Модель», автоматическая регистрирующая система «Онега-2». Достойный вклад в развитие фотограмметрии вносили и вносят военные топографы. Так, в частях Топографической службы: Вооруженных Сил СССР внедрен аналитический способ фототриангуляции с применением высокоточных стереокомпараторов и современных ЭВМ. Широко используется автоматизированный фототрансформатор ФТА, налажен серийный выпуск автоматизированного фототрансформатора ФПА для работы в полевых условиях, созданы другие современные приборы для работы в полевых условиях: автоматизированный стереокомпаратор, автоматизированный координатограф и другое оборудование подвижного фотограмметрического комплекса ПФК-5М. Успешно используются при создании топографических карт аналитические и автоматизированные стереофотограмметрические комплексы «Аналит» и «Ортомат», поступил на

вооружение аналитический стереопроектор СПА. Внедрение современной фотограмметрической техники позволило не только повысить точность измерений и производительность труда, но и автоматизировать целый ряд технологических процессов. Новые перспективы открылись перед фотограмметрией в связи с использованием космических летательных аппаратов для изучения планет и их спутников. Советские ученые впервые сфотографировали обратную сторону Луны и получили панорамные фотоснимки лунной поверхности. По этим фотоснимкам составлены фотокарты Луны. В СССР создан Национальный комитет фотограмметристов. С 1968 г. наша страна является членом Международного фотограмметрического общества (МФО) (с 1980 г. — Международное общество фотограмметрии и дистанционного зондирования (МОФДЗ).

РАЗДЕЛ I

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОТОГРАММЕТРИИ Г л а в а 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ ОДИНОЧНОГО ФОТОСНИМКА § 4. Фотоснимок — центральная проекция На рис. 2 показан фотоснимок местности P, полученный из точки 5. Допустим, что влиянием физических факторов (дисторсия объектива фотокамеры, атмосферная рефракция, невыравнивание пленки и др.) на положение точек фотоснимка можно пренебречь. В таком случае фотоснимок можно рассматривать как центральную проекцию объектов местности на плоскость. Изображение, полученное центральным проектированием, называется перспективой.

Рис. 2. Элементы центральной проекции

Рассмотрим основные плоскости, линии и точки, играющие важную роль в теории перспективы, — элементы центральной проекции. Основные элементы центральной проекции применительно к фотоснимку Р (рис. 2): Т—п л о с к о с т ь о с н о в а н и я — горизонтальная плоскость, проходящая через какую-либо точку местности (О, С, S0); P —п л о с к о с т ь фотоснимка (картинная плоскость); S—ц е н т р п р о е к ц и и или точка фотографирования - совмещенное положение узловых точек объектива азрофотоаппарата; S0—г л а в н ы й луч — проектирующий луч, перпендикулярный к плоскости фотоснимка Р; о—г л а в н а я т о ч к а ф о т о с н и м к а — точка пересечения главного луча S0 с плоскостью фотоснимка Р; f—фокусное р а с с т о я н и е ф о т о к а м е р ы — расстояние от центра проекции S до

плоскости фотоснимка Р; ТТ—линия о с н о в а н и я — линия пересечения плоскости основания Т с картинной плоскостью; Н=SS0—высота ф о т о г р а ф и р о в а н и я — расстояние от центра проекции до плоскости основания Т; SS0—надирный луч — отвесный проектирующий луч; п—т о ч к а н а д и р а — точка пересечения надирного луча с плоскостью фотоснимка Р; W—п л о с к о с т ь г л а в н о г о в е р т и к а л а — вертикальная плоскость, проходящая через главный луч S0; vv—г л а в н а я в е р т и к а л ь — линия пересечения плоскости главного вертикала W с плоскостью фотоснимка Р; iSi—п л о с к о с т ь д е й с т в и т е л ь н о г о г о р и з о н та — горизонтальная плоскость, проходящая через центр проекции ; ii—л и н и я д е й с т в и т е л ь н о г о г о р и з о н т а — линия пересечения плоскости действительного горизонта iSi с плоскостью фотоснимка Р; I—г л а в н а я т о ч к а с х о д а — точка пересечения главной вертикали с линией действительного горизонта ii; S00—л и н и я н а п р а в л е н и я с ъ е м к и — линия пересечения плоскости главного вертикала W с плоскостью основания Т; e—угол н а к л о н а ф о т о с н и м к а — угол между главным и над ирным проектирующими лучами; с—т о ч к а н у л е в ы х и с к а ж е н и й — точка пересечения биссектрисы угла e с плоскостью фотоснимка Р. Совокупность лучей, с помощью которых получен фотоснимок, называется связкой проектирующих лучей. В фотокамерах с главным лучом связки совмещают главную оптическую ось объектива. Поэтому главный луч часто называют оптической осью фотокамеры. Точки с, о, п и I—основные точки фотоснимка, используемые при решении теоретических и практических вопросов по фотоснимкам. Расстояния между ними определяются соотношениями:

Расстояние

on=ƒtgε; oc=ƒtgε/2; oI =ƒctgε.

(1.1)

SI= f/sin ε.

(1.2)

§ 5. Координаты точек местности и фотоснимка

Конечные результаты выполненных по фотоснимкам определений положения точек местности принято представлять геодезическими координатами. При этом плановое положение точек определяется в прямоугольной системе координат Гаусса, а высоты отсчитываются от уро-венной поверхности, которую считают плоскостью. В фотограмметрии принято такие координаты называть прямоугольными геодезическими координатами и обозначать ХГ УГ, ZГ, а систему координат ОГ X ГY ГZГ— геодезической (рис. 3). Непосредственно по фотоснимкам определяют положение точек местности, как правило, в фотограмметрической системе координат ОXYZ или SXYZ. Начало координат совмещают или с какой-либо точкой местности О, или с центром проекции S. Оси координат в общем случае могут быть направлены произвольно. Геодезическая система координат — левая, фотограмметрическая — правая. При решении задач на большие расстояния и при обработке космических фотоснимков применяют правую геоцентрическую систему координат ОГЦ ХГЦ YГЦ ZГЦ (рис. 4). Началом в этой системе служит центр общеземного эллипсоида, ось ZГЦ совмещена с полярной осью ОГЦР, а ось ХГЦ находится в плоскости начального меридиана.

Рис. 4. Геоцентрическая система координат

Положение точек на фотоснимках определяют с помощью плоских или пространственных прямоугольных координат.

Системы плоских прямоугольных координат могут выбираться по-разному. Чаще всего за начало системы координат принимают точку о' (рис. 5, а) — пересечение прямых, соединяющих противоположные координатные метки 1 и 2 и 3 и 4. Ось х совмещают с прямой 1—2, а ось y — с перпендикуляром к оси х.

Рис. 5. Плоские системы координат фотоснимка с началом в точке о' (а), в точке о (б) и в точке о1 (в)

При решении теоретических вопросов в качестве начала координат принимают одну из основных точек фотоснимка (рис. 5, б): главную точку о, точку нулевых искажений с, точку надира п или главную точку схода 1. Осями координат в этом случае служат главная вертикаль и горизонталь, проходящая через выбранную в качестве начала координат точку. Могут использоваться и другие системы плоских прямоугольных координат точек фотоснимков. Например, за начало координат принимают главную точку фотоснимка о1 а ось х совмещают с начальным направлением о1 о2 (рис. 5, в). Пространственными прямоугольными координатами определяют положение точек фотоснимка в фотограмметрической системе координат с началом в точке S (рис. 3). Для установления связей между плоскими и пространственными координатами точек фотоснимка используют вспомогательную систему координат Sxyz (рис. 6). Начало этой системы координат находится в точке S, оси х и у параллельны соответствующим осям х и у плоской системы координат, а ось z направлена вдоль главного луча. Связи между плоскими и пространственными координатами точек фотоснимка, а также между координатами точек фотоснимка и местности устанавливаются через элементы ориентирования фотоснимков.

Рис. 6. Вспомогательная система координат

Рис. 7. Элементы внутреннего ориентирования фотоснимка

§ 6. Элементы ориентирования фотоснимка Положение фотоснимка в момент фотографирования может быть определено с помощью его элементов ориентирования. Различают элементы внутреннего и внешнего ориентирования.

Элементы внутреннего ориентирования фотоснимка — это величины, определяющие положение центра проекции S относительно плоскости фотоснимка Р (рис. 7). К ним относятся х0, у0 — координаты главной точки фотоснимка и ƒ — фокусное расстояние фотокамеры. Элементы внутреннего ориентирования позволяют восстановить связку проектирующих лучей. Восстановленная связка может быть подобной или преобразованной. У подобной связки проектирующих лучей угол между двумя любыми лучами равен углу между соответствующими лучами, существовавшими в момент фотографирования. Подобную связку проектирующих лучей можно восстановить, например, оптическим путем по элементам внутреннего ориентирования исходной связки. Кроме того, подобная связка может быть восстановлена при пропорциональном изменении элементов внутреннего ориентирования и размеров фотоснимка. Если связка проектирующих лучей восстановлена с помощью измененных элементов внутреннего ориентирования фотоснимка, то она будет преобразованной. Для преобразования связки проектирующих лучей достаточно изменить значение только одного элемента внутреннего ориентирования, например фокусного расстояния фотокамеры ƒ. При изготовлении аэрофотоаппаратов объектив стремятся расположить так, чтобы главная точка фотоснимка о совпадала с началом координат о'. Абсолютно точного совпадения точек о и о' достичь, как правило, не удается. Несовпадение этих точек характеризуется координатами главной точки х0, у0, которые определяют в процессе калибровки аэрофотоаппарата. Измеренные по фотоснимкам координаты его точек исправляют: х = х' - хo

(1.3)

у = у' - уo где х', у' — измеренные координаты точки фотоснимка; х, у — исправленные значения измеренных координат за перенос начала координат из точки о' в точку о. В дальнейшем будем считать, что главная точка фотоснимка о совпадает с точкой пересечения прямых, соединяющих противоположные координатные метки, — точкой о'. Положение связки проектирующих лучей в момент фотографирования определяется элементами внешнего ориентирования фотоснимка. Различают две системы элементов внешнего ориентирования. Первая система элементов внешнего ориентирования (рис. 8) включает: Xs, Уs , Zs — координаты точки фотографирования; ε — угол наклона фотоснимка, расположенный в плоскости главного вертикала W между главным и надирным лучами; t — дирекционный угол направления съемки (между осью X и плоскостью главного вертикала W); — угол поворота фотоснимка, находящийся в его плоскости между главной вертикалью и осью у. Вторая система элементов внешнего ориентирования (рис. 9) включает: Ys, Ys, Zs — координаты точки фотографирования;  — продольный угол наклона фотоснимка (между осью Z и проекцией главного луча на плоскость SXZ);  — поперечный угол наклона фотоснимка (между главным лучом и плоскостью SXZ);  — угол поворота фотоснимка, находящийся в его плоскости между осью у и следом плоскости, проходящей через главный луч и ось У.

Рис. 8. Первая система элементов внешнего ориентирования фотоснимка

Итак, фотоснимок имеет девять элементов ориентирования: три элемента внутреннего ориентирования и шесть элементов внешнего ориентирования. Элементы внешнего ориентирования могут быть абсолютными и условными. Абсолютные элементы внешнего ориентирования

Рис. 9. Вторая система элементов внешнего ориентирования фотоснимка

определяют положение фотоснимка и точки фотографирования в геодезической системе координат, а условные элементы — в фотограмметрической. Из шести элементов внешнего ориентирования фотоснимка три — линейные (они определяют положение центра проекции) и три — угловые. Угловые элементы е, t (,) фиксируют направление главного луча, а угол , определяет поворот фотоснимка вокруг главного луча. Угловые элементы внешнего ориентирования фотоснимка независимы. Благодаря этому имеется возможность выполнять преобразование координат в пространстве путем трех независимых вращений.

§ 7. Зависимость между координатами точек местности и их изображений на фотоснимке Пусть на фотоснимке Р, полученном из точки фотографирования S, точка местности М изобразилась в точке т (рис. 10). Найдем зависимость между координатами этих точек.

x

Рис. 10. Определение координат точек местности по фотоснимку

Для получения указанной зависимости воспользуемся коллинеарными векторами Вектор

и

.

m

S

Вектор {Xs, Ys, Zs} определяет положение точки фотографирования 5 в системе координат OXYZ, а вектор {X, Y, Z) — положение точки местности М. Вектор же {Хт, Ym, Zm} определяет положение точки фотоснимка т в системе координат SXYZ. Так как координаты коллинеарных векторов и пропорциональны, то

(Х-Хs)/Хт= (Y-Ys)/Ym=(Z-Zs)/Zm или (1.

4)

Воспользуемся известными зависимостями координатами точки фотоснимка [9]. Тогда

между

плоскими

и

пространственными

(1.5)

где , , (i = 1, 2, 3) — направляющие косинусы, являющиеся функциями угловых элементов внешнего ориентирования фотоснимка ,  и : 1.6)

С учетом зависимостей (1.5) имеем:

(1.7)

Формулы (1.7) выражают строгую зависимость между координатами точек местности и фотоснимка.

Допустим, что элементы ориентирования фотоснимка известны. Измерив координаты точки фотоснимка x и у, составим два уравнения (1.7), в которых будет три неизвестных — координаты X, У, Z точки местности. Отсюда следует, что данных одиночного фотоснимка для определения положения точки местности недостаточно. Только в случае, когда известна высота фотографирования над данной точкой Н = ZS — Z, можно определить плановое положение этой точки. Следовательно, возможности одиночного фотоснимка по определению точек местности ограничены. Формулы, выражающие обратную связь между координатами точек фотоснимка и местности, имеют вид [9]:

(1.8)

Зависимости (1.8) используются для определения элементов внешнего ориентирования фотоснимка по опорным точкам, в аналитической фототриангуляции, а также при решении других фотограмметрических задач. § 8. Определение элементов внешнего ориентирования фотоснимков по опорным точкам Способы определения элементов внешнего ориентирования фотоснимков можно разделить на две группы: способы, основанные на использовании данных, полученных специальными приборами во время фотографирования; способы, основанные на использовании координат опорных точек. Во время фотографирования для определения элементов внешнего ориентирования используют различные приборы. Так, высоту фотографирования определяют по показаниям радиовысотомера или лазерного высотомера. Плановые координаты точек фотографирования получают по данным радиогеодезических систем. Разности высот фотографирования находят по показаниям статоскопа. Угловые элементы внешнего ориентирования фотоснимков могут быть получены по фотографиям горизонта, Солнца или звезд. Задача определения элементов внешнего ориентирования фотоснимков по опорным точкам называется о б р а т н о й п р о с т р а н с т в е н н о й ф о т о г р а м м е т р и ч е с к о й з а с е ч к о й . Ее решению посвящены работы Н. Г. Келля, Н. А. Урмаева, А. Н. Лобанова, Г. В. Романовского и др. Способ решения этой задачи, предложенный Н. А. Урмаевым и разработанный А. Н. Лобановым, предполагает, что приближенные элементы внешнего ориентирования известны. Теоретической основой способа являются зависимости между координатами точек фотоснимка и местности (1.8). Обозначим приближенные значения элементов внешнего ориентирования фотоснимка через , а поправки к ним — через , . По приближенным значениям элементов внешнего ориентирования вычислим координаты изображе-ний опорных точек на фотоснимке и обозначим их (х) и (у). Очевидно, что вычисленные значения координат (х) и (у) будут отличаться от измеренных х и у. Приведя уравнения (1.8) к линейному виду и ограничившись членами первого порядка малости, получим уравнения поправок:

(1.9)

Частные производные обозначим [9]:

(1.10)

С учетом принятых обозначений уравнения поправок примут вид:

(1.11)

где lx = (x) — x; ly = (y) — у — свободные члены уравнений поправок. Одна опорная точка позволяет составить два уравнения поправок с весами и ,в которых имеется шесть неизвестных. Следовательно, для решения задачи необходимо иметь три опорные точки. В таком случае элементы ориентирования фотоснимка определяются без оценки их точности. Для решения задачи по методу наименьших квадратов необходимо иметь не менее четырех опорных точек. Последовательность определения элементов внешнего ориентирования по методу наименьших квадратов предусматривает: измерение координат х и у опорных точек на фотоснимке; вычисление координат (х) и (у) тех же точек по приближенным (начальное приближение) значениям элементов внешнего ориентирования; вычисление частных производных (1.10), составление уравнений поправок (1.11) и определение соответствующих им весов и ; оставление и решение нормальных уравнений под условием: (1.12)

вычисление элементов внешнего ориентирования фотоснимка в первом приближении: (1.13)

Решение уравнений поправок (1.11) выполняется методом последовательных приближений. Используя значения элементов в первом приближении, вновь вычисляют координаты точек фотоснимков (х), (у) и коэффициенты уравнений поправок. Составляют и решают систему нормальных уравнений. В результате получают поправки к первому приближению. Прибавив их к ранее вычисленным значениям элементов внешнего ориентирования фотоснимков (1.13), получают элементы ориентирования во втором приближении и т. д. Вычисления продолжают до тех пор, пока разность значений каждого неизвестного, полученных в двух последних приближениях, не будет меньше установленного допуска. Допуск устанавливается исходя из требуемой точности определения элементов внешнего ориентирования фотоснимков, а также из точности измерения координат точек на фотоснимках. Для оценки точности определения неизвестных в последнем приближении вычисляют весовые коэффициенты Q и поправки . Находят ошибку единицы веса

где п — количество опорных точек. Затем вычисляют средние квадратические ошибки элементов внешнего ориентирования фотоснимков: (1.14)

Изложенный способ пригоден для фотоснимков с любыми элементами ориентирования. Если угловые элементы внешнего ориентирования малы, то уравнения поправок (1.11) примут вид: (1.15)

Задачу и в этом случае решают путем последовательных приближений, полагая, что в начальном приближении элементы , , равны нулю. § 9. Определение абсолютной высоты фотографирования по опорным точкам

Абсолютная высота фотографирования Н0 измеряется от точки фотографирования S до уровенной поверхности. Высоту фотографирования можно определить по координатам опорных точек. Пусть известны координаты точек местности С и Е, изобразившихся на фотоснимке Р° (рис. 11). Допустим, что фотоснимок горизонтальный, а прямая се проходит через главную точку o. Из подобных треугольников SCE' и Sce определим высоту фотографирования над точкой С: (1.16)

где D = СЕ0 - горизонтальное расстояние между точками C и E; - поправка за превышение точки Е относительно точки С; f — фокусное расстояние фотоснимка; d = се — расстояние между изображениями опорных точек на фотоснимке. Поправку найдем из подобных треугольников Soe и ЕЕ0Е': (1.17)

где r — расстояние на фотоснимке от главной точки о до точки е.

Рис. 11. Определение абсолютной высоты фотографирования

Вычислив высоту фотографирования

фотографирования

над

точкой

С,

найдем

абсолютную

высоту (1.18)

где ZC — геодезическая высота точки С. Таким образом, для определения абсолютной высоты фотографирования достаточно иметь две опорные точки. Так как при создании топографических карт используют наклонные (плановые) фотоснимки, то опорные точки следует выбирать так, чтобы отрезки ос и ое были примерно равны. В этом случае исключается или, по крайней мере, уменьшается влияние угла наклона фотоснимка на точность определения высоты фотографирования. § 10. Искажения фотоснимков, вызываемые влиянием физических факторов В § 3 фотоснимок рассматривался как идеальная центральная проекция объектов местности на плоскость (линейная перспектива). На реальном фотоснимке его точки получают смещения из-за дисторсии объектива, атмосферной рефракции, кривизны Земли, деформации фотопленки, невыравнивания ее в плоскость и т. п. Ошибки фотоизображения нарушают строгость теоретических зависимостей и влияют на точность решения практических задач по фотоснимкам. Дисторсия объектива фотокамеры. С помощью объектива может быть построено подобное (ортоскопическое) изображение фигуры, которая расположена в плоскости, перпендикулярной

оптической оси. Такие объективы принято считать идеальными, а построенное с их помощью изображение — идеальной центральной проекцией. В реальном объективе ортоскопия, как правило, нарушается. Нарушение ортоскопии называется дисторсией.

Рис. 12. Дисторсия объектива

Рис. 13. Радиальная и тангенциальная дисторсия

Дисторсия объектива приводит к переменному увеличению в разных частях изображения. Причиной является то, что углы WA и WB (рис. 12), образованные входящими лучами AS и BS с оптической осью, не равны углам И , образованным соответствующими выходящими лучами. В результате изображение точки А на фотоснимке сместится на величину

=

, a точки

В — на величину . Различают радиальную и тангенциальную дисторсию. Радиальная дисторсия (рис. 13) приводит к смещению точек относительно идеального изображения а по радиальным направлениям, проходящим через главную точку фотоснимка. Тангенциальная дисторсия вызывает смещение в направлении, перпендикулярном радиальной дисторсии. Причиной тангенциальной дисторсии являются погрешности центровки объектива. Дисторсия объективов современных топографических аэрофотоаппаратов составляет 5—30 мкм. Поправки за дисторсию в измеренные координаты точек определяют по формулам [9]:

х = х (k1 r2 + k2 r4 +k3 r6); y = y(k1 r2 +

k2

r4

+k3

r6),

(1.9) где r — расстояние от главной точки фотоснимка до измеряемой точки; k1 k2, k3 — коэффициенты дисторсии. Коэффициенты дисторсии объектива определяют в процессе калибровки аэрофотоаппарата одновременно с определением элементов внутреннего ориентирования.

Атмосферная рефракция. При выводе основных зависимостей фотограмметрии предполагается, что световой луч, идущий от точки объекта до центра проекции, прямолинеен. В действительности происходит искривление луча. Это искривление вызвано изменением коэффициента преломления света в атмосфере. Кривая, по которой распространяется свет, обращена вогнутостью к Земле (рис. 14, а). Это явление называют рефракцией. Оно приводит к смещениям ra точек на фотоснимке. Для горизонтального фотоснимка смещение под влиянием атмосферной рефракции может быть подсчитано по формуле

ra =(f + r2/ f) , где r— радиус-вектор па изображения точки,

 — угол рефракции. Угол рефракции зависит от абсолютной высоты фотографирования Н0, высоты точки местности НА и угла  [9]. Как следует из рис. 14, а, смещение точек за рефракцию всегда направлено от точки надира, т. е. увеличивает радиус-вектор изображения точки местности на фотоснимке. Исследования показывают, что при высоте фотографирования 5 км и фокусном расстояний камеры аэрофотоаппарата 100 мм влияние рефракции приводит к смещениям точек на краю фотоснимка формата 180x180 мм до 10 мкм. Рассмотрим смещение точек под влиянием кривизны Земли на горизонтальном фотоснимке (рис. 14,6). Точка местности А изобразилась на горизонтальном фотоснимке Р в точке а. Ортогональная проекция этой точки на плоскость Е — точка А', а изображение этой точки на фотоснимке Р—а'. Отрезок аа' = rа — смещение, вызванное кривизной Земли. Из подобных треугольников Saa' и SA"A' имеем: rа = f/HD, где

D = r/fh. Но h = R (1 — cos ) или h = 2R sin2 /2. Учитывая, что угол незначителен, h = 0,5R2. И так как  = D/R, то h = D2/(2R).

(1.21)

Приняв, что D = rH/f, получим h = H2r2/(2Rf2).

(1.22)

Подставляя значение h з формулу (1.22), получим: rа = Hr3/(2Rf2)

(1.23)

Смещение точек фотоснимка под влиянием кривизны Земли направлено к точке надира, т. е. приводит к уменьшению радиуса-вектора изображения точки. Из формулы (1.23) следует, что смещение из-за кривизны Земли пропорционально r3 и может быть значительным. Так, при фотографировании широкоугольной камерой с высоты 5 км смещение точек под влиянием кривизны Земли достигает 39 мкм при r = 100 мм и 130 мкм при r = 150 мм. Деформация фотопленки возникает при ее фотографической обработке и хранении. Различают два вида деформации фото-пленки: систематическую и случайную. С и с т е м а т и ч е с к а я д е ф о р м а ц и я представляет собой аффинное преобразование. При этом деформация может быть равномерной и неравномерной. Равномерная деформация приводит к одинаковому изменению изображения по осям х и у. В таком случае изображение квадрата останется квадратом, изменятся его размеры. При неравномерной деформации квадрат примет форму прямоугольника, так как изменения по оси х и у неодинаковы. Кроме того, может иметь место и деформация сдвига, когда квадрат преобразуется в ромб. Совместное воздействие неравномерной деформации и сдвига преобразует квадрат в параллелограмм. Равномерная деформация легко учитывается при фотограмметрических работах. Остальные виды систематической деформации учесть сложно и практически не всегда возможно. Фотопленка имеет главным образом неравномерную деформацию, которую можно характеризовать разностью значений деформации вдоль и поперек фотопленки. Эта разность обычно не превышает 30 мкм на 90 мм. Для пленок на малодеформирующейся основе, которые стали применять в последнее время, значение деформации еще меньше (10—20 мкм для формата фотоснимков 18X18 мм). Случайная д е ф о р м а ц и я имеет местный характер и не подчиняется законам аффинного преобразования. Для лучших сортов фотопленки на ацетатной основе она не больше 15 мкм, а для пленки на малодеформирующейся основе — 6 мкм. Учет деформации фотопленки производится по координатным меткам или по контрольной сетке крестов, изобразившихся на фотоснимке. Невыравнивание фотопленки в плоскость в момент фотографирования приводит к радиальному смещению точки в направлении центра фотоснимка. Точка местности А при недостаточном выравнивании пленки в плоскость изобразится в точке а (рис. 15), а не в точке а' Расстояние до точки фотоснимка оа' обозначим через r, смещение — через и отклонение пленки от плоскости ab =f . Тогда (1.24)

Допустим, что смещение точек фотоснимка под влиянием не выравнивания фотопленки Б плоскость не должно превышать 10 мкм, а r— f = 100 мм. Тогда  f = 10 мкм • 100 мм : 100 мм = 10 мкм. Приведенный пример показывает, что выравнивание фотопленки должно выполняться с высокой точностью. Лучших результатов достигают при использовании стеклянных выравнивающих пластин. Такие пластины применяются в аэрофотоаппаратах типа АФА-41 и АФА-ТЭС. Эти пластины имеют сетку контрольных крестов с шагом 10X10 мм. Координаты крестов определяются с высокой степенью точности в процессе калибровки АФА и для каждого креста находится значение дисторсии. Поэтому использование выравнивающих пластин с сеткой крестов позволяет не только добиться высокой точности выравнивания фотопленки, но и учесть влияние дисторсии и деформации пленки на результаты измерений по фотоснимкам. Г л а в а 2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ЗАВИСИМОСТИ СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЙ ПАРЫ ФОТОСНИМКОВ § 11. Элементы стереоскопической пары фотоснимков С т е р е о с к о п и ч е с к а я п а р а ( с т е р е о п а р а ) — это два фотоснимка одного и того же объекта, полученные с двух точек фотографирования. Основные точки, линии и плоскости, характеризующие стереопару фотоснимков, принято называть ее элементами.

Рис. 16. Элементы стереопары фотоснимков

Фотоснимки Pi и Р2, составляющие стереопару (рис. 16), находятся в положении, которое они занимали во время фотографирования, точка А — точка местности, изобразившаяся на этих фотоснимках. К элементам стереопары относится большинство элементов, характеризующих каждый фотоснимок как центральную проекцию. Кроме того, стереопара имеет ряд только ей присущих элементов. Основными элементами стереопары фотоснимков (рис. 16)являются: S1, S2 — точки фотографирования — точки пространства, в которых находились центры проекции во время фотографирования; В (S1 S2) — базис фотографирования — расстояние между точками фотографирования; S1 O 1, S2 O2 — главные лучи; S1 n1, S2 n2 — надирные лучи; S1 k1, S2 k2 — базисные лучи — проектирующие лучи, совпадающие с базисом фотографирования; f — фокусное расстояние фотокамеры (фотоснимка); o1, o2 — главные точки фотоснимков Pi и Р2; n1, n2 — точки надира фотоснимков Р\ и Р2; 1,  2 — углы наклона фотоснимков Р1 и Р2; — точки нулевых искажений фотоснимков Pi и Р2; k1, к2 — базисные точки — точки пересечения базисных лучей с плоскостями фотоснимков Pi и Р 2; а1, а2 — соответственные (одноименные) точки — изображения одной и той же точки объекта на фотоснимках стереопары; S1а1, S2a2 — соответственные (одноименные) лучи — проектирующие лучи, проходящие через соответственные точки; WA — базисная плоскость — плоскость, проходящая через базис фотографирования; k1a1, k2a2 — соответственные (одноименные) базисные линии — следы базисной плоскости на фотоснимках; k1 01, k202 — главные базисные линии — следы главных базисных плоскостей на фотоснимках; n1k1, п2k2 — надирные базисные линии — следы надирных базисных плоскостей на фотоснимках. Базисные плоскости, проходящие через главные лучи, называется главными базисными плоскостями. Базисные плоскости, проходящие через надирные лучи, называются надирными базисными плоскостями. Каждая пара соответственных проектирующих лучей лежит одной базисной плоскости и пересекается. Например, соответственные лучи и S1a1 и S2 a2 лежат в базисной плоскости WA и пересекаются в точке объекта А. Это очевидное положение лежит в основе построения модели по фотоснимкам. На рис. 17 показаны стереопара фотоснимков Р ь Р2 и участок сфотографированной местности.

А, В, С — точки местности; а1 Ь1 C1 и а2, b2, С2 — изображения этих точек на фотоснимках стереопары. Одноименные проектирующие лучи пересекаются в соответствующих точках местности. Переместим правую связку проектирующих лучей так, чтобы ее центр S2 занял новое положение S'2. Перемещение будем выполнять таким образом, чтобы центр проекции S2 не сходил с базиса, а каждый луч связки оставался параллельным своему исходному положению. В таком случае пересечение

Рис. 17. Построение модели местности по стереопаре фотоснимков

одноименных проектирующих лучей не будет нарушено, однако пересекаться они будут в других точках, т. е. каждой точке местности будет соответствовать новая точка пересечения одноименных лучей. Например, точке А соответствует новая точка пересечения лучей а, точке В— точка b и т. д. Количество таких точек будет равно количеству точек местности, изобразившихся на фотоснимках стереопары. Совокупность этих точек образует поверхность. Поверхность, образованная совокупностью точек пересечения соответственных проектирующих лучей, называется г е о м е т р и ч е с к о й м о д е л ь ю м е с т н о с т и или просто моделью местности. В результате построения модели местности углы между базисными плоскостями не изменились. Треугольники засечек, т. е. треугольники, образованные базисом и каждой парой одноименных лучей, подобны соответствующим треугольникам при фотографировании, т. е. S1S'2a подобен S1S2A, S1S'2b подобен S{S2B и т. д. Поэтому модель будет подобна местности. Расстояние между центрами проекции двух связок S1 S'2 проектирующих лучей, по которым построена модель местности, называется базисом проектирования. Масштаб модели равен отношению базиса проектирования bn к базису фотографирования В:

(2.1) Итак, по стереопаре фотоснимков имеется возможность построить модель местности. Масштаб модели зависит от расстояния между центрами проекций. § 12. Координаты и параллаксы одноименных точек стереопары Положение соответственных точек на стереопаре фотоснимков определяется в плоских прямоугольных системах координат и (рис. 18). Начала систем координат o1 и o2 находятся

в точках пересечения прямых, соединяющих противоположные координатные метки фотоснимков 1 и 2 (1' и 2') и 3 и 4 (3' и 4'), ось x совмещают с прямой 1—2 ( ), а y—c прямой 3—4 (3'—4'). Координатами точки являются а точки — . Координаты соответственных точек в общем случае не равны, т. е. и Это означает, что точка на левом фотоснимке а1 по отношению к выбранной системе координат расположена не так, как точка на правом фотоснимке а2 относительно системы координат о2х2у2. Иначе говоря, существуют смещения точек на стереопаре фотоснимков. Смещения соответственных точек на фотоснимках стереопары называют п а р а л л а к с а м и . Они имеют место как по оси абсцисс, так и по оси ординат. Смещение вдоль оси абсцисс называется продольным параллаксом и обозначается буквой р. Смещение вдоль оси ординат называется поперечным параллаксом и обозначается буквой q. Наложим фотоснимок P1 стереопары на P2 так, чтобы их системы координат совпали. Точка левого фотоснимка а1 займет положение а1', т. е. сместится параллельно оси абсцисс на величину р и на величину q — параллельно оси ординат. Продольный параллакс выражается разностью абсцисс соответственных точек: (2.2)

а поперечный — разностью ординат этих точек: (2.3) Рассмотрим свойства параллаксов на идеальной стереопаре фотоснимков. И д е а л ь н а я стереопара — это стереопара горизонтальных фотоснимков, полученных с одинаковой высоты фотографирования, оси абсцисс которых x1 и x2 параллельны базису фотографирования (рис. 19).

Рис. 19. Идеальная стереопара фотоснимков

Фотоснимки идеальной стереопары обозначим через Р°1 и Р°2, а координаты их точек — x°1 y°1 и х°2, y°2. Так как базис идеальной стереопары параллелен осям абсцисс фотоснимков, то соответственные базисные линии будут параллельны этим осям и одинаково удалены от них. Следовательно, ординаты соответственных точек фотоснимков стереопары одинаковы. Поэтому для идеальной стереопары q° = y°1 — y°2= 0.

(2.4)

Выясним геометрический смысл продольного параллакса. Пусть точка местности А, изобразившаяся на фотоснимках идеальной стереопары (рис. 20), находится в главной базисной плоскости. Через центр проекции S2 проведем луч, параллельный лучу Этот луч пересечет фотоснимок Р°2 в точке а'1. Эта точка будет соответствовать положению точки а1 если наложить Р°1 на Р°2 так, чтобы их координатные системы совпали. Отрезок а2a1' — продольный параллакс p°a соответственных точек а1 и а2.

Рис. 20. Геометрический смысл продольного параллакса

Из подобных треугольников

и

имеем

f/HA = p°a/B, откуда (2.5) Таким образом, продольный параллакс соответственных точек идеальной стереопары равен базису фотографирования в масштабе изображения данной точки. Его значение всегда положительно и отлично от нуля. Продольный параллакс зависит от высоты фотографирования над точкой местности, изобразившейся на фотоснимках стереопары. Изменение высоты фотографирования от точки к точке вызвано рельефом местности. Следовательно, изменение продольных параллаксов вызвано превышениями точек местности. § 13. Зависимость между координатами точки местности и координатами ее изображений на стереопаре фотоснимков В § 7 показано, что одиночный фотоснимок имеет ограниченные возможности по определению положения точек местности — можно определить только плановые координаты. Какими возможностями располагает стереопара фотоснимков? Чтобы ответить на этот вопрос, найдем зависимость между координатами точки местности и координатами ее изображений на стереопаре фотоснимков. Пусть с точек S1 и S2 получены фотоснимки Р1 и Р2 (рис. 21). Изображения точки местности А на

фотоснимках обозначим через а1 и а2. Положение точек местности будем определять в фотограмметрической системе координат с началом в точке S1. Допустим, что элементы ориентирования фотоснимков известны.

Рис. 21. Определение положения точек местности по стереопаре фотоснимков

Измерим координаты x1, y1 и х2, у2 соответственных точек а1 и а2. Воспользовавшись зависимостями (1.5), найдем пространственные координаты Х1, У1, Z1 и Х2, Y2, Z2 этих точек в системах S1XYZ и S2XYZ соответственно:

(2.6)

(2.7)

В формулах (2.6) и (2.7) и (i - 1, 2, 3) — направляющие косинусы, вычисленные по угловым элементам внешнего ориентирования фотоснимков стереопары и Длина и направление базиса фотографирования определяются вектором с началом в точке S1 Вектор с тем же началом определяет положение точки местности A, а векторы и — положения точек и . Заметим, что векторы и задаются координатами Х1, У1, Z1 и Х2, Y2, Z2, а вектор — координатами точки S2, т. е. составляющими базиса фотографирования ВХ, BY и BZ. Итак, векторы , и известны по условию задачи. Воспользовавшись этими векторами, найдем координаты вектора , определяющего положение точки местности А в системе S1XYZ. Векторы и коллинеарны. Поэтому ,

(2.8)

где N — скаляр (масштабный коэффициент). Векторы и также коллинеарны. Следовательно, их векторное произведение равно нулю: , но вектор ,

поэтому , или

,

(2.9)

Подставив в формулу (2.9) значение вектора Л из выражения (2.8), получим .

(2.10)

Формулы (2.8) и (2.10) представляют собой математическую зависимость между положением точки местности и ее изображениями на стереопаре фотоснимков в векторной форме. Выразим эту зависимость в координатной форме. Известно, что координаты коллинеарных векторов пропорциональны, следовательно, ,

или ,

(2.11)

,

,

где X, У, Z — координаты точки местности А в системе S1XYZ. Скаляр N найдем из выражения (2.10). Произведения векторов и представим в виде определителей: ;

где

,

— единичные векторы координатных осей Х, Y, Z. Разложив определители по элементам первых строк, будем иметь:

Согласно (2.10) векторы

и

коллинеарны, поэтому

(2.12) Уравнения (2.11) и (2.12) выражают зависимость между координатами точки местности и координатами ее изображений на стереопаре фотоснимков. Из формул (2.11) и (2.12) следует, что по стереопаре можно определить не только плановые координаты, но и высоту любой точки местности, изобразившейся на фотоснимках. Для этого не обходимо: знать элементы внешнего ориентирования фотоснимков; измерить координаты x1, у1 и х2,, у2 соответственных точек; вычислить пространственные координаты по формулам (2.6) и (2.7) этих точек; по формулам (2.11), (2.12) найти координаты точки местности. Таким образом, по сравнению с одиночным фотоснимком стереопара имеет большие возможности. Зависимость между координатами точки местности и координатами ее изображений на стереопаре фотоснимков описывает прямую фотограмметрическую засечку. Засечка образуется каждой парой пересекающихся лучей, выходящих из точек S1 и S2. В результате строится модель местности. Поэтому формулы прямой фотограмметрической засечки (2.11), (2.12) являются математическим описанием геометрической модели местности, построенной по стереопаре фотоснимков. Впервые они были получены Н. А. Урмаевым и опубликованы в работе «О некоторых задачах фотограмметрии» (1939 г.). Прямая фотограмметрическая засечка служит теоретической основой решения большинства практических задач по стереопаре фотоснимков.

Наиболее просто задача определения координат точек местности решается по идеальной стереопаре фотоснимков. Для идеальной стереопары и . Поэтому направляющие косинусы будут равны:

(2.13) (2.14) Подставив значения направляющих косинусов в формулы (2.6) и (2.7), найдем пространственные координаты соответственных точек фотоснимков:

(2.15)

;

;

;

(2.16) Значение скаляра N найдем из выражения (2.12): N=(BXZ2-BZX2)/(X1Z2-X2Zl). Так как для идеальной стереопары составляющая ВX равна базису фотографирования, то N=B/(x1°—х2°), или N=B/p°.

(2.17)

Координаты точки местности в соответствии с зависимостями (2.11): Х=В/р°х1°; Y=B/p°y1°; Z = -B/p°f.

(2.18)

Таким образом, для определения координат точек местности по идеальной стереопаре необходимо знать базис фотографирова-ния, фокусное расстояние и плоские координаты точек фотоснимков. Формулы прямой фотограмметрической засечки для идеальной стереопары очень простые. Поэтому решение фотограмметрических задач в данном случае значительно облегчается. На практике часто результаты измерений наклонных фотоснимков приводят к горизонтальным (идеальным) фотоснимкам, а затем определяют координаты точек местности по формулам (2.18). § 14. Определение превышений и высот точек местности по фотоснимкам В § 12 было установлено, что продольные параллаксы соответственных точек фотоснимков стереопары зависят от превышений точек местности. Воспользуемся этим свойством для определения высот точек местности по идеальной стереопаре фотоснимков. Допустим, что на идеальной стереопаре изобразилась точка местности 1, геодезическая высота которой известна (рис. 22). Определим высоту любой другой точки, изобразившейся на фотоснимках, например точки I. Высоту точки I можно представить как (2.19) где hi — превышение определяемой точки I над исходной точкой 1. Из рис. 22 следует, что , где

— фотограмметрические высоты точек 1 и I.

(2.20)

Рис. 22. Определение превышений точек местности по фотоснимкам

В соответствии с формулой (2.18) имеем

и Величина Поэтому

представляет собой высоту фотографирования Н1 над точкой 1.

Разность продольных параллаксов определяемой и исходной точек обозначим (2.21) тогда

(2.22) Отношение Н1/рi° называется параллактическим коэффициентом. Обозначим H1/pi° =k. Параллактический коэффициент выражает превышение точек местности в метрах, соответствующее разности их продольных параллаксов =1 мм. Итак, .

(2.23) Параллактический коэффициент может принимать только положительные значения. Поэтому знак превышения зависит от знака разности продольных параллаксов рi°. Таким образом, для определения превышений (высот) точек местности по идеальной стереопаре фотоснимков необходимо знать геодезическую высоту исходной точки и высоту фотографирования над этой точкой. Если две точки на фотоснимках расположены близко одна к другой, то разность продольных параллаксов на идеальной стереопаре практически не будет отличаться от соответствующей разности продольных параллаксов на стереопаре плановых фотоснимков. Это имеет место, например, при определении высоты дерева, дома, глубины оврага и т. п. Поэтому в подобных случаях используют формулу определения превышений (2.22) и при обработке плановых фотоснимков. Такая возможность широко используется при дешифрировании фотоснимков для определения характеристик объектов и предметов местности. § 15. Точность определения превышений по фотоснимкам

Для оценки точности определения превышений воспользуемся известной из теории ошибок формулой средней квадратической ошибки функции. Для функции независимых аргументов (2.24) эта формула имеет вид (2.24) В формуле определения превышений (2.22) опустим индексы: h=(H/p)

p.

Тогда в соответствии с формулой (2.25) (2.26) где mh — средняя квадратическая ошибка определения превышения; mH — средняя квадратическая ошибка определения высоты фотографирования; mp — средняя квадратическая ошибка измерения продольных параллаксов; mp — средняя квадратическая ошибка определения разности продольных параллаксов. С учетом обозначения параллактического коэффициента получим: (2.27) Из формулы (2.27) следует, что точность определения превышений по фотоснимкам зависит от параллактического коэффициента, от точности определения высоты фотографирования и от точности измерения продольных параллаксов и их разностей. Превышения определяются тем точнее, чем меньше параллактический коэффициент. Параллактический коэффициент уменьшается с увеличением продольных параллаксов. Значения продольных параллаксов при заданном продольном перекрытии будут больше для фотоснимков большего формата (вспомним, что p=Bf/H b, а b =l(100—Р)/100, где l — длина стороны фотоснимка). Следовательно, для повышения точности определения превышений точек местности целесообразно использовать фотоснимки большего формата. Важным является вопрос о необходимой точности определения аргументов р, р и Н, чтобы ошибки определяемых по ним превышений были в пределах допустимых значений. Для решения этого вопроса допустим, что все слагаемые в формуле (2.27) равны между собой, т. е. тp = р/ртр = р/Нтн.

Тогда

(2.28)

откуда тp

=

или

(2.29) Аналогично найдем: mp = тH (2.31)

.

(2.30) =

.

Итак, необходимую точность измерения продольных параллаксов, их разностей р и определения высоты фотографирования можно найти по формулам (2.29) — (2.31). Значения продольных параллаксов точек обычно в несколько раз больше их разностей. Поэтому, как видно из сравнения формул (2.29) и (2.30), к измерению разностей продольных параллаксов предъявляются более высокие требования, чем к измерению самих продольных параллаксов. Определим, например, с какой точностью необходимо измерять р, р и Н при составлении по фотоснимкам формата 18X18 см топографической карты масштаба 1:25000 (mh=2 м), если масштаб фотоснимков равен 1:30000, а продольное перекрытие— 60% Максимальные превышения точек местности находятся в пределах 100 м. Аэрофотосъемка выполнена аэрофотоаппаратом АФА-ТЭС-7. Подставив данные в формулы (2.29) — (2.31), получим: тH= 24 м; mp = 0,8 мм; mp = 0,04 мм. Пример подтверждает сделанный выше вывод. Для данного случая разности продольных параллаксов должны измеряться в двадцать раз точнее, чем сами параллаксы. Такую точность измерений обеспечивают современные фотограмметрические приборы. Глава 3. ВЗАИМНОЕ ОРИЕНТИРОВАНИЕ ФОТОСНИМКОВ СТЕРЕОПАРЫ § 16. Условие пересечения соответственных проектирующих лучей Из определения геометрической модели местности следует, что для ее построения необходимо добиться пересечения соответственных проектирующих лучей. Пусть по фотоснимкам Рх и Р2

Рис. 23. Условие пересечения соответственных проектирующих лучей

(рис. 23) построена модель местности. Проведем через базис фотографирования S1S2 и проектирующий луч S1a1 плоскость WA. Очевидно, что в этой же базисной плоскости будет находиться и второй соответственный луч S2a2, иначе они не пересекутся. Следовательно, необходимым условием пересечения соответственных лучей является их нахождение в одной базисной плоскости. Воспользовавшись векторами , и , условие пересечения соответственных проектирующих лучей выразим условием компланарности указанных векторов: , (3.1) где — вектор, определяющий положение точки S2 в системе S1XYZ; — векторы, определяющие положение соответственных точек а1 и а2 в системах S1XYZ и S2XYZ. В координатной форме условие (3.1) выражается равенством нулю определителя, составленого из координат векторов и :

(3.2)

Очевидно, что условие (3.1) не изменится, если заменить любой из трех векторов коллинеарным ему вектором. Например, заменим вектор вектором где t — скаляр: (3.3) Таким образом, условие пересечения соответственных проектирующих лучей связывает между собой только направления векторов или направления соответственных проектирующих лучей с направлением базиса фотографирования. Длина базиса фотографирования в этом случае роли не играет и может принимать произвольные значения. Поэтому при условии (3.3) совокупность всех пересечений образует модель местности того или иного масштаба. Это положение позволяет сделать важный вывод: для построения модели местности достаточно расположить фотоснимки и центры проекции один относительно другого так, чтобы соответственные лучи пересекались. § 17. Взаимное ориентирование фотоснимков Под взаимным ориентированием подразумевают установку фотоснимков в такое положение, при котором соответственные проектирующие лучи пересекаются. Добиться пересечения соответственных проектирующих лучей, т. е. построить модель местности можно, например, с помощью элементов внешнего ориентирования фотоснимков: 1, 1, 1, и 2, 2, 2, . Взаимное положение фотоснимков при этом будет характеризоваться разностями этих элементов:

(3.4) Разности угловых элементов , ,  определяют взаимное ориентирование фотоснимков. Линейные величины ВX, BY, BZ (составляющие базиса фотографирования) определяют направление базиса и его длину. Ранее было показано, что длина базиса не влияет на пересечение соответственных лучей: достаточно восстановить его направление. Направление базиса может быть определено с помощью углов ' и ' (рис. 24), являющихся функциями его составляющих ВX, BY и Bz:

(3.4)

Следовательно, для характеристики взаимного положения фотоснимков вместо шести достаточно использовать пять величин: , , , ', '.

Рис 24. Связь углов ' и ' с направлением базиса фотографирования

Итак, взаимное ориентирование фотоснимков однозначно определяется пятью угловыми величинами. § 18. Элементы взаимного ориентирования Величины, определяющие взаимное положение фотоснимков, при котором каждая пара соответственных проектирующих лучей пересекается, называются элементами взаимного ориентирования. Выше показано, что взаимное положение фотоснимков определяется пятью элементами. На практике используют две системы (группы) элементов взаимного ориентирования фотоснимков. При этом стараются выбрать систему координат, в которой определяется взаимное положение фотоснимков, так, чтобы элементы взаимного ориентирования можно было определить по результатам измерений координат соответственных точек. Первая система элементов взаимного ориентирования. Система координат выбрана следующим образом (рис.25): начало ее

Рис. 25. Первая система элементов взаимного ориентирования

находится в точке S1 ось X направлена вдоль базиса фотографирования, ось Z находится в главной базисной плоскости левого фотоснимка, а ось Y дополняет систему до правой тройки. В дальнейшем эту систему координат будем обозначать S1 X'Y'Z'. Иногда ее называют базисной.

При таком выборе системы координат из шести элементов внешнего ориентирования левого фотоснимка стереопары четыре равны нулю: XS1 = YSl =ZSl=0 и 1 = 0. Два линейных элемента внешнего ориентирования правого фотоснимка Р2 также равны нулю: Ys2 (B) =Zs2 (Bz) = 0, a XS2=B. Следовательно, положение фотоснимков стереопары в выбранной системе координат определяется шестью элементами: а1, 1, а2, 2, 2 и В. Но так как значение базиса не влияет на пересечение соответственных лучей, а только определяет масштаб модели, то взаимное ориентирование фотоснимков стереопары характеризуется оставшимися пятью элементами. Они и составляют первую систему (группу) элементов взаимного ориентирования. В отличие от элементов внешнего ориентирования обозначим их: а1 —угол в главной базисной плоскости S1X'Zr левого фотоснимка между осью Zr и главным лучом S101, 1 — угол в плоскости левого фотоснимка между осью у1 и следом плоскости S101Y', а2 — угол в плоскости S1X'Z между осью Z' и проекцией главного луча S2o2 на эту плоскость; 2— угол между проекцией главного луча S2o2 на плоскость S1X'Z/ и главным лучом; 2 —угол в плоскости правого фотоснимка между осью у2 и следом плоскости S2o2Y'. Углы а1 и а2 называются продольными углами наклона фотоснимков, угол 2— взаимным поперечным углом наклона фотоснимков, а углы 1 и 2 — углами поворота. Вторая система элементов взаимного ориентирования. Начало системы координат находится в точке S1 а оси X и Y параллельны соответствующим осям х и у системы плоских координат левого фотоснимка. Выбранную таким образом систему координат обозначим S1 X'Y'Z' (рис. 26).

Рис.26. Вторая система элементов взаимного ориентирования.

При таких условиях элементы внешнего ориентирования левого фотоснимка XSi = YSl = ZSt =0, 1 = 1 =1 = 0. Угловые элементы правого фотоснимка обозначим: 2 = , 2 = , 2 = , а линейные элементы ориентирования: ХS2=Вx, YS2=BY,, Zs2=Bz. Направление базиса зададим двумя углами ' и '. Пять угловых величин составляют вторую систему (группу) элементов взаимного ориентирования: — взаимный продольный угол наклона фотоснимков — угол между осью Z' и проекцией главного луча правой связки на плоскость S2X'Y';  — взаимный поперечный угол наклона фотоснимков — угол между главным лучом правой связки и плоскостью S2X'Z', —взаимный угол поворота фотоснимков — угол в плоскости правого фотоснимка между осью у2 и следом плоскости S2o2Y';

' — условный дирекционный угол базиса проектирования — угол между осью X и проекцией базиса на плоскость SXX'Y'; ' — угол наклона базиса проектирования — угол между базисом проектирования и плоскостью S X'Y'. Как первая, так и вторая система используется для практической реализации взаимного ориентирования фотоснимков стереопары. Поэтому различают два способа взаимного ориентирования: первый и второй. Задачу взаимного ориентирования фотоснимков решают на универсальных фотограмметрических приборах (аналоговое решение) или путем вычислений по соответствующим зависимостям (аналитическое решение). При аналоговом решении взаимного ориентирования в первом способе используют угловые движения обоих фотоснимков (проектирующих камер) при неподвижном базисе, во втором способе — движения только одного фотоснимка (проектирующей камеры), например правого, при неподвижном положении левого фотоснимка. Аналитическое решение взаимного ориентирования фотоснимков в нашей стране впервые было дано А.С. Скиридовым в 1928 г. В дальнейшем этой же задаче были посвящены работы Н.Г. Келля; М.Д. Коншина, А.Н. Лобанова, Г.П. Жукова и др. Особо следует отметить работу Н.А. Урмаева [27], на которой базируются современные способы решения задач ориентирования фотоснимков стереопары. §19. Уравнения взаимного ориентирования Уравнением взаимного ориентирования принято называть зависимость, связывающую элементы взаимного ориентирования с координатами соответственных точек фотоснимков стереопары. В общем виде уравнение взаимного ориентирования выражено зависимостями (3.1) и (3.2). Вид представления уравнения взаимного ориентирования зависит от принятой системы элементов взаимного ориентирования, записи условий взаимного ориентирования, способа решения задачи ориентирования и т. д. Уравнение взаимного ориентирования фотоснимков первым способом. Для первой системы элементов взаимного ориентирования (рис. 25) ХS2 = В, a YS2 =ZS2, = 0, поэтому условие (3.2) пересечения соответственных проектирующих лучей принимает вид:

(3.6) или B(Y1Z2 — Y2'Z1 ') = 0, но так как В

О, то

(3.7) где Х1', Y1, Z1 — координаты соответственной точки левого фотоснимка стереопары в системе S1X'Y'Z'; Х2, Y2, Z2 — координаты соответственной точки правого фотоснимка в системе S2X/Y/Z/. Зависимость (3.7) и есть уравнение взаимного ориентирования первым способом, выраженное через пространственные координаты соответственных точек фотоснимков стереопары. В соответствии с формулами (2.6) и (2.7) пространственные координаты точек фотоснимков: (3.8) где b'1i, с'1i и b'2i, c'2i (i=1, 2, 3) — направляющие косинусы, вычисленные по элементам взаимного ориентирования 1, 1, 2, 2, 1.

С учетом значений пространственных координат фотоснимков получим

(3.9) Уравнение взаимного ориентирования (3.9) строгое, так как при его выводе не накладывались ограничения. Поэтому его можно использовать для обработки фотоснимков с любыми углами наклона. В случае плановой аэрофотосъемки, когда углы наклона фотоснимков малы, уравнение взаимного ориентирования можно упростить. Для этого используем приближенные значения направляющих косинусов b1i, с'1i, и b'2i, c'2i. Приближенные значения направляющих косинусов с учетом только членов первого порядка малости:

(3.10) Подставив значения направляющих косинусов в уравнение (3.9) и выполнив некоторые преобразования, получим: .

(3.11) Для плановых фотоснимков поперечный параллакс — величина малая. Принимая поэтому , получим приближенное уравнение взаимного ориентирования фотоснимков первым способом: (3.12) В уравнениях (3.9) и (3.12) элементы взаимного ориентирования связаны с координатами соответственных точек и фокусным расстоянием фотоснимков. Следовательно, для определения элементов взаимного ориентирования достаточно данных, относящихся к самой стереопаре: плоских координат точек и значения фокусного расстояния фотоснимков. Уравнение взаимного ориентирования фотоснимков вторым способом. В соответствии с условиями выбора системы координат для второй группы элементов взаимного ориентирования , , , , , . Поэтому условие пересечения соответственных проектирующих лучей примет вид:

(3.13) Разделим элементы первой строки определителя (3.13) на ВX:

С учетом зависимостей (3.5)

(3.14) Разложим определитель (3.14) по элементам первой строки:

(y1Z2+fY2)—(x1Z2+fX2) tg+(x1Y2—X2y1) tg/cos=0.

(3.15)

Подставив в уравнение (3.15) значения пространственных координат точек правого фотоснимка стереопары:

Получим

(3.16)

Зависимость (3.16)—это строгое уравнение взаимного ориентирования вторым способом. Направляющие косинусы а'2i, b'2i, с'2i (i=l, 2, 3) являются функциями элементов взаимного ориентирования , , . Чтобы получить приближенное уравнение взаимного ориентирования фотоснимков вторым способом, подставим в уравнение (3.16) направляющие косинусы, определенные с точностью членов первого порядка малости: Выполнив преобразования и учитывая, что x1—х2 = р и y1—y2 = q, получим: (3.17) В приближенном уравнении взаимного ориентирования вторым способом (3.17) принято, что Анализ зависимостей (3.16) и (3.17) показывает, что уравнение взаимного ориентирования вторым способом связывает элементы взаимного ориентирования с координатами соответственных точек и фокусным расстоянием фотоснимков. Следовательно, для определения элементов взаимного ориентирования второй системы так же, как и для определения элементов взаимного ориентирования первой системы, достаточно данных, относящихся к самой стереопаре фотоснимков. Таким образом, вся исходная информация, необходимая для построения модели местности по стереопаре фотоснимков, содержится в самой стереопаре. Обратим внимание, что приближенные уравнения взаимного ориентирования (3.12) и (3.17) более просты и удобны для решения, чем строгие уравнения (3.9) и (3.16), однако пригодны они только для обработки плановых фотоснимков. § 20. Определение элементов взаимного ориентирования по измеренным поперечным параллаксам стандартно расположенных точек Для определения элементов взаимного ориентирования используют уравнения взаимного ориентирования (3.9), (3.12) и (3.16), (3.17). В каждом из этих уравнений неизвестными являются пять элементов взаимного ориентирования стереопары фотоснимков Следовательно, для их определения необходимо составить систему не менее чем из пяти независимых уравнений. Пара соответственных точек позволяет составить одно уравнение взаимного ориентирования. Поэтому, чтобы определить элементы взаимного ориентирования, необходимо измерить координаты не менее пяти точек на фотоснимках стереопары.

Рассмотрим определение элементов взаимного ориентирования по приближенным зависимостям (3.12) и (3.17). Уравнением (3.12) воспользуемся для определения элементов взаимного ориентирования первой системы. Для составления системы уравнений вида (3.12) будем использовать шесть стандартно расположенных точек (рис. 27). Точки 3, 4, 5, 6 расположены на одинаковых расстояниях от начального направления o1o2, равных стандартному отрезку . С начальным направлением совмещены оси абсцисс координатных систем фотоснимков P1 и Р2.

Рис. 27. Стандартно расположенные точки стереопары фотоснимков

При составлении системы уравнений взаимного ориентирования для стандартных точек в формуле (3.12) вместо х2 будем использовать его значение х2 = х1 — р. Тогда уравнение (3.12) примет вид В табл. 1 приведены координаты х1 и у стандартно расположенных точек и значения поперечных параллаксов. Таблица 1

№ точки 1 2 3 4 5 6

0 в 0 в 0 в

y

q

0 0

q1 q2 q3 q4 q5 q6

Полагая, что местность равнинная ( ), и используя данные табл. 1, составим уравнения взаимного ориентирования для стандартно расположенных точек: 1.

2.

3.

4.

5.

6. Решим систему уравнений (3.18).

(3.18)

Вычитая из шестого уравнения четвертое, получим

или (3.19) Вычитая из пятого уравнения третье, найдем

Отсюда (3.20) Взаимный поперечный угол наклона первого фотоснимка стереопары 2 можно определить дважды. Первое значение получим, если из суммы шестого и четвертого уравнений вычтем удвоенное второе уравнение:

или (3.21) Второе значение угла 2' найдем, вычитая удвоенное первое уравнение из суммы пятого и третьего уравнений:

или (3.22) В качестве окончательного значения взаимного поперечного угла наклона правого фотоснимка стереопары возьмем среднее арифметическое из двух значений: (3.23) Из второго уравнения найдем величину взаимного угла поворота левого фотоснимка стереопары 1: (3.24) Угол поворота правого фотоснимка стереопары получим из решения первого уравнения: (3.25) Формулы (3.19) — (3.25) пригодны для определения элементов взаимного ориентирования стереопары плановых фотоснимков, так как они получены по приближенным зависимостям. Кроме того, точки местности, изобразившиеся на стереопаре фотоснимков, не должны иметь больших превышений, так как при выводе формул принято, что продольные параллаксы всех точек равны базису фотографирования в масштабе фотоснимка. Таким образом, чтобы определить элементы взаимного ориентирования по полученным формулам, необходимо измерить поперечные параллаксы q шести стандартно расположенных точек стереопары фотоснимков, а также — стандартный отрезок а и базис фотографирования в масштабе фотоснимка. Кроме того, необходимо знать фокусное расстояние фотоснимков. В рассмотренном способе имеется одно избыточное измерение, поэтому должно существовать условие, связывающее между собой измеренные поперечные параллаксы. Найдем это условие.

Если бы измерения поперечных параллаксов стандартно расположенных точек были безошибочными, то значения угла 2, вычисленные по формулам (3.21) и (3.22), были бы равны между собой. Поэтому должно выполняться равенство (3.26) Но так как измерения поперечных параллаксов сопровождаются ошибками, истинные значения которых обозначим q, то равенство (3.26) не будет выполняться. Правая его часть будет отличаться от левой на величину невязки W, обусловленной ошибками q: (3.27) Так как обычно истинные ошибки неизвестны, то величину невязки оценим, воспользовавшись ее средним квадратическим значением. Полагая измерения поперечных параллаксов на стандартно расположенных точках равноточными, из формулы (3.27) получим (3.28) где mw — среднее квадратическое значение невязки W; mq — средняя квадратическая ошибка измерения поперечных параллаксов q. В качестве предельной невязки примем или (3.29) Допустим, что поперечные параллаксы стандартно расположенных точек измерены с ошибкой mq = 0,02 мм. Тогда абсолютная величина продольной невязки равна 0,2 мм. Предельную невязку, подсчитанную по формуле (3.29), используют для контроля качества измерений поперечных параллаксов. Благодаря этому имеется возможность удостовериться в правильности их измерения до вычисления элементов взаимного ориентирования фотоснимков. Аналогично можно получить формулы для определения элементов взаимного ориентирования второй системы на основе исходного уравнения (3.17), в которое подставляют координаты и поперечные параллаксы стандартно расположенных точек (табл. 1) и составляют систему из шести уравнений. В результате решения этих уравнений получаются формулы для определения элементов взаимного ориентирования:

(3.30) Из формул (3.30) видно, что для определения элементов взаимного ориентирования второй группы необходимо иметь такие же данные, как и для определения элементов взаимного ориентирования первой группы: поперечные параллаксы шести стандартно расположенных точек, длину стандартного отрезка а, базис фотографирования в масштабе фотоснимка b и фокусное расстояние •фотоснимков f. Таким образом, для определения элементов взаимного ориентирования не требуется никаких данных, кроме тех, что содержатся в самой стереопаре. Этот вывод имеет важное практическое значение: для построения модели местности достаточно иметь стереопару фотоснимков. Сравнивая формулы (3.19) — (3.25) с формулами (3.30), можно заметить, что между элементами двух систем имеются определенные соотношения. Так, вычитая из  2 значение  1 получим или

a'2 — a'i=f/(2ab) (q5 — qs + q* — q6) a'2 — a'1 =;

(3.31)

Из сравнения '2 и  следует, что '2 = 

(3.32)

 2 —  1= .

(3.33)

Разность  2и  1 дает

Кроме того, из сравнения  1 с ' и a'1 с v' видно, что  1 = '; a'1 = —v'.

(3.34)

Таким образом, используя формулы связи (3.31) — (3.34), можно по элементам взаимного ориентирования первой системы найти элементы взаимного ориентирования второй системы и наоборот. Следует заметить, что полученные формулы выражают связи между элементами взаимного ориентирования с точностью величин первого порядка малости. §21. Точность определения элементов взаимного ориентирования по измеренным поперечным параллаксам Вопрос о точности определения элементов взаимного ориентирования стереопары фотоснимков имеет важное значение для теории и практики решения фотограмметрических задач. Прежде всего это связано с точностью построения модели местности. Точность определения элементов взаимного ориентирования зависит в основном от точности измерения поперечных параллаксов. Допустим, что измерения поперечных параллаксов на стандартно расположенных точках выполняются равноточно, а ошибки этих измерений носят случайный характер. Обозначим среднюю квадратическую ошибку измерения поперечного параллакса через mq. Тогда, применив формулу определения средней квадратической ошибки функции независимых аргументов (2.25), из выражений (3.19) — (3.25) получим

(3.35) где т,1 . . ., тх'2 — средние квадратические ошибки элементов взаимного ориентирования. Средние квадратические ошибки элементов взаимного ориентирования второй системы найдем аналогично, воспользовавшись формулами (3.30):

(3.36) Таблица 2 Фокусное расстояние , мм 200 100 70 35

Средние квадратические ошибки, ' т,1 = т,1 '2 2,0 1.0 0.7 0.3

2.4 1,2 0,9 0,4

тх'1= тх'2 7.0 2.0 1,3 1.0

В табл. 2 приведены значения ошибок определения элементов взаимного ориентирования первой системы, вычисленных по формулам (3.35) для фотоснимков с различными фокусными расстояниями. В табл. 3 приведены такие же данные для элементов взаимного ориентирования второй системы.

Таблица 3 Средние квадратические

ошибки, '

m 

m 

m 

m 

m 

200

2,8

2,4

1.4

7,0

2,0

100 70 35

1.4 1.0 0,5

1,2 0,9 0.4

1.4 1.4 1.4

2,0 1.3 1.0

1,0 0,7 0,3

Фокусное расстояние , мм

Анализ формул (3.35) и (3.36) и данных табл. 2 и 3 показывает, что при одной и той же ошибке измерения поперечных параллаксов точность определения элементов взаимного ориентирования тем выше, чем меньше значение фокусного расстояния фотоснимков. Особенно быстро растут с увеличением фокусного расстояния ошибки углов поворота тх'1; тх'2 (первая группа элементов взаимного ориентирования, табл. 2) и ошибки условного дирекционного угла базиса фотографирования тх, (вторая группа элементов взаимного ориентирования, табл. 3). Поэтому построение модели выполняется точнее по фотоснимкам, полученным широкоугольными и сверхширокоугольными аэрофотоаппаратами. При данном значении фокусного расстояния ошибки взаимного ориентирования фотоснимков будут тем меньше, чем больше стандартный отрезок а и базис фотографирования b в масштабе фотографирования, Поэтому точки 3, 4, 5, 6 следует выбирать по возможности дальше от начального направления. Однако не следует их выбирать и слишком близко к краям фотоснимков, где качество изображения хуже, что снижает точность измерений. Обычно рекомендуется располагать боковые стандартно расположенные точки (3, 4, 5, 6) не ближе 2 см от края фотоснимка. Значение базиса фотографирования в масштабе фотоснимка при заданном продольном перекрытии будет тем больше, чем больше формат фотоснимков. Поэтому фотограмметрические определения будут точнее, если модель построена по фотоснимкам большего формата. Формулы средних квадратических ошибок элементов взаимного ориентирования (3.35) и (3.36) используются при выводе зависимостей для оценки точности построения модели местности по стереопаре фотоснимков. § 22. Определение элементов взаимного ориентирования по координатам соответственных точек Рассмотрим способы определения элементов взаимного ориентирования, основанные на использовании строгих уравнений взаимного ориентирования. Для определения элементов взаимного ориентирования первой системы воспользуемся уравнением (3.7). Пространственные координаты точек фотоснимков стереопары зависят от ее элементов взаимного ориентирования a'1,  1, a'2, '2.,  2.. Поэтому уравнение (3.7) можно представить в виде  (a'1,  1, a'2, '2.,  2) = Y1 Z'2— Y'2Z'2 = 0.

(3.37)

Пусть известны приближенные значения элементов взаимного ориентирования, которые обозначим a'01, 01, a'02, '02.,  02. Найдем поправки к приближенным значениям элементов взаимного ориентирования a'1,  1, a'2, '2.,  2. Воспользовавшись приближенными значениями элементов взаимного ориентирования, разложим уравнение (3.37) в ряд Тейлора. При этом ограничимся только членами первого порядка малости:  (a'1,  1, a'2, '2.,  2) = 0 (a'01, 01, a'02, '02.,  02) + + / (a'1) a'1 + / a'2) a'2 +  ('2) '2+ +  (1)  1+ / (2) 2 + .. Найдем частные производные. В соответствии с уравнением (3.9):

(3.38)

 (a'1,  1, a'2, '2.,  2) = Y1 Z'2— Y'2Z'2 = = (b'11x1 + b'12y1 — b'13 f) (c'21x2 + c'22y2 — c23 f) — — (b'2lx2 + b'22y2 — b'23f) (c11x1 + c'12y1 — c'l8 f)=0. Направляющие косинусы ориентирования равны:

применительно

к

первой

системе

(3.39) элементов

взаимного

(3.41) Подставляя направляющие косинусы (3.40) и (3.41) в уравнение (3.37) и дифференцируя его по каждому из неизвестных, найдем частные производные:

(3.42) где

(3.43) Обозначим:

(3.44) Значение функции (3.37), полученное после ее разложения в ряд Тейлора, не будет равно 0 (отброшены члены высших порядков, измеренные координаты содержат ошибки, использованы приближенные значения элементов взаимного ориентирования фотоснимков). Это отличие (поправку) обозначим через v. Поэтому уравнение (3.38) в принятых обозначениях будет иметь вид а1 + b2 + с2 + d1 + е2 + l = , (3.45) Уравнения вида (3.45) называются уравнениями поправок. Одна точка позволяет составить одно уравнение поправок с пятью неизвестными. Следовательно, для определения этих неизвестных (поправок к элементам взаимного ориентирования 1, 2, 2, 1, 2) необходимо выбрать не менее пяти точек, измерить их координаты на левом и правом фотоснимках стереопары, составить и решить систему уравнений поправок (3.45). Если используются координаты больше, чем пяти пар соответственных точек стереопары, то систему уравнений решают по методу наименьших квадратов. При выводе уравнения (3.45) не накладывались условия на значения элементов взаимного ориентирования, поэтому его можно использовать для обработки фотоснимков с любыми углами наклона. Уравнение поправок второй системы элементов взаимного ориентирования получим, воспользовавшись зависимостью (3.16). Пусть известны приближенные значения элементов взаимного ориентирования. Обозначим их 0, 0, 0, 0, 0. Чтобы найти поправки к этим значениям , , , , , уравнение взаимного ориентирования вторым способом (3.16) представим в виде  (    ) = 0 (0 0 0 0 ) + + (         = 0.

(3.46)

Найдем частные производные. Для этого в строгое уравнение взаимного ориентирования вторым способом (3.16) подставим направляющие косинусы, вычисленные по элементам взаимного ориентирования второй группы:

(3.47) Дифференцируя полученное уравнение по переменной , получим

  sin cos  cos sin sin x2   sin sin  cos sin cos y2   f cos cos (f tg  y1 tg/cos   cos cos  sin sin sin x2  cos sin  sin sin cos) y2   f sin cos (y1  x1 tg) = = (c21x2 + c22y2  c23f) (f tg + y1 tg/cos) + + (а21 x2 + а22 y2  а23 f) (y1  x1 tg) = = Z2(f tg + y1 tg/cos) + X2(y1  x1 tg).

(3.48)

Подобным образом найдем значения остальных частных производных:

(3.49) Введем обозначения:

(3.50) С учетом принятых обозначений уравнение поправок для определения элементов взаимного ориентирования будет иметь вид (3.51) Чтобы использовать полученное уравнение для определения элементов взаимного ориентирования второй системы, необходимо измерить координаты не менее пяти пар соответственных точек фотоснимков. При избыточном количестве точек задача решается по методу наименьших квадратов. Избыточное количество точек позволяет повысить точность определения элементов взаимного ориентирования. Так, если количество точек увеличивается с 6 до 12, то точность повышается прибли зительно на 50%. Дальнейшее его увеличение дает незначительное повышение точности определения элементов взаимного и ориентирования, но существенно увеличивает объем работ по измерению координат соответственных точек фотоснимков стереопары. Поэтому принято считать, что оптимальное количество точек для определения элементов взаимного ориентирования не должно превышать 12 [9].

Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ ФОТОСНИМКОВ С ПРЕОБРАЗОВАННЫМИ СВЯЗКАМИ ПРОЕКТИРУЮЩИХ ЛУЧЕЙ § 23. Общие сведения В гл. 3 показано, что модель местности может быть построена в процессе взаимного ориентирования фотоснимков. На практике эта возможность реализуется двумя методами: аналоговым и аналитическим. При использовании аналогового метода создается устройство (прибор), воспроизводящее реальные связи между точками фотоснимков и модели. В аналитическом методе для восстановления этих связей используются математические зависимости. В настоящее время оба метода реализуются на универсальных фотограмметрических приборах; аналоговый — оптическим проектированием или с помощью специальных механизмов, аналитический — с помощью электронно-цифровых вычислительных устройств и систем автоматического управления (САУ). В универсальных фотограмметрических приборах аналитического типа используются подобные связки проектирующих лучей. Модель, построенная с использованием подобных связок, будет подобна местности. В аналоговых универсальных фотограмметрических приборах используются как подобные, так и преобразованные связки проектирующих лучей. Исторически сложилось так, что сначала использовали подобные связки проектирующих лучей. Построение при этом подобной модели местности является достоинством таких приборов. Однако применение подобных связок проектирующих лучей ограничивает возможности универсальных фотограмметрических приборов по обработке фотоснимков. В данном случае фокусное расстояние проектирующей камеры должно быть равно фокусному расстоянию фотоснимка. Очевидно, что для обработки фотоснимков с различными фокусными расстояниями прибор должен иметь несколько комплектов проектирующих камер. Недостатки построения модели с использованием подобных связок стали еще более ощутимы, когда потребовалось обрабатывать широкоугольные и сверхширокоугольные фотоснимки. Эту проблему успешно решили советские ученые, разработавшие теорию обработки фотоснимков с преобразованными связками. В соответствии с этой теорией обработка фотоснимков с подобными связками является частным случаем. Первые капитальные исследования по обработке фотоснимков с преобразованными связками выполнены М.Д. Коншиным. Теоретические и экспериментальные исследования в этой области были продолжены Ф.В. Дробышевым, А.Н. Лобановым, Г.В. Романовским, Г.П. Жуковым, В.Я. Финковским и др. На основе общей теории фотограмметрии были созданы оригинальные методы и новые универсальные фотограмметрические приборы, позволяющие обрабатывать фотоснимки с преобразованными связками проектирующих лучей. К таким приборам относятся стереоскопический рисовальный прибор М.Д. Коншина, фотокартограф Ф.В. Дробышева, полевой стереопланиграф А.Н. Лобанова, стереограф Ф.В. Дробышева, стереопреобразователь В.Я. Финковского и стереопроектор Г.В. Романовского. На практике широкое применение нашли стереограф и стереопроектор. Стереопроектор Г.В. Романовского почти тридцать лет был основным универсальным фотограмметрическим прибором, использовавшимся в частях Топографической службы Вооруженных Сил СССР. § 24. Преобразованная модель местности Преобразованной принято называть модель местности, построенную с использованием преобразованных связок проектирующих лучей. Наиболее просто выполняется построение такой модели по горизонтальным фотоснимкам. Рассмотрим ее свойства. Пусть Р1 и Р2 — стереопара горизонтальных фотоснимков, полученных с одной и той же высоты фотографирования (рис. 28), S1 и S2 — точки фотографирования, f—фокусное расстояние фотоснимков.

Допустим, что взаимное ориентирование фотоснимков выполнено на универсальном фотограмметрическом приборе, фокусное расстояние проектирующих камер которого равно f. Тогда каждая пара соответственных лучей будет пересекаться. В результате получим модель, подобную местности. На рис. 28 выделены точки А и D этой модели.

Рис. 28. Преобразованная модель, построенная по стереопаре идеальных фотоснимков

Изменим фокусное расстояние проектирующих камер, переместив фотоснимки вдоль главных лучей в положения Р1 и Р2. В результате образуются преобразованные связки проектирующих лучей (f ). Однако каждая пара соответственных лучей по-прежнему будет пересекаться, так как находится в одной базисной плоскости. Поверхность, состоящая из совокупности этих точек пересечений, и будет преобразованной моделью местности. Точки и принадлежат этой модели. Координаты точки подобной модели найдем по формулам (2.18):

Координаты соответствующей точки преобразованной модели найдем по тем же формулам, подставив в них вместо f преобразованное фокусное расстояние проектирующих камер : (4.1) Сравнивая формулы (2.18) и (4.1), видим, что плановые координаты точек преобразованной и подобной моделей равны между собой. Высоты же точек преобразованной модели изменятся, причем или

.

(4.2)

Отношение обозначим через k. Это отношение называется коэффициентом преобразования связок проектирующих лучей. Из рис. 28 и зависимости (4.2) следует, что при k>1 модель растягивается вдоль оси Z, при k<1 —сжимается. В том и другом случае горизонтальный масштаб преобразованной модели остается постоянным. Обозначим горизонтальный масштаб преобразованной модели .Тогда вертикальный ее масштаб в соответствии с формулой (4.2) (4.3) Пусть h — разность высот точек А и D подобной модели (рис. 28). Соответствующая разность высот точек А и D преобразованной модели

(4.4) Таким образом, преобразованная модель местности, построенная по стереопаре горизонтальных фотоснимков, полученных с одной высоты фотографирования, не подобна местности. Она деформирована по высоте. Вертикальный масштаб преобразованных модели не равен горизонтальному. Рассмотрим свойства преобразованной модели, построенной по стереопаре горизонтальных фотоснимков, полученных с разных высот (рис. 29).

Рис. 29. Преобразованная модель, построенная по горизонтальным фотоснимкам, полученным с разных высот фотографирования

В соответствии с формулами прямой фотограмметрической засечки (2.11) и учитывая, что для стереопары горизонтальных фотоснимков X1=x1; X2=x2; Y1=y1; Y2=y2 Z1=f; Z2=f, N=(x2BZ+BXf)/[f(x1x2)]=x2BZ/(pf)+BX/p, получим координаты точки подобной модели:

(4.4) Заменив в выражениях (4.4) f на преобразованной модели

и BZ на

, получим координаты соответствующей точки

(4.5) Пусть

(4.6)

. Подставляя значение

в выражения (4.5), получим

Таким образом, соотношения между координатами точек преобразованной и подобной моделей, полученные при BZ = 0, остаются в силе и для стереопары фотоснимков, полученных с разных высот фотографирования. Этот вывод следует из сравнения формул (4.4) и (4.6). Это же положение иллюстрируется рис. 29, на котором показано, что плановое положение точек, например и преобразованной модели не изменилось по сравнению с точками А и D подобной модели. По высоте модель деформируется пропорционально коэффициенту преобразования связок проектирующих лучей k [см. значение из формул (4.6)]. Итак, рассмотрены наиболее простые случаи построения преобразованной модели, когда фотоснимки горизонтальные. На рис. 30 показаны подобная и преобразованная модели для более общего случая, когда один из фотоснимков стереопары наклонный.

Рис. 30. Преобразованная модель, построенная по наклонным фотоснимкам

Здесь не только , но и , т. е. при построении преобразованной модели по наклонным фотоснимкам изменяется не только вертикальный, но и горизонтальный масштаб модели. Следовательно, наименьшую деформацию по сравнению с подобной имеет преобразованная модель, построенная по стереопаре горизонтальных фотоснимков. Поэтому целесообразно наклонные фотоснимки сначала трансформировать, а затем по горизонтальным фотоснимкам строить преобразованную модель. При создании фотопланов, как известно, трансформируют отдельно каждый фотоснимок на фототрансформаторе. Для построения модели такой способ трансформирования фотоснимков непригоден из-за невысокой точности. В данном случае трансформируют одновременно стереопару фотоснимков. Трансформирование стереопары фотоснимков достаточно точно выполняется на универсальных фотограмметрических приборах непосредственно перед построением модели. § 25. Понятие о трансформировании стереопары фотоснимков Пусть стереопара наклонных фотоснимков Р1 и Р2 установлена в проектирующие камеры, фокусное расстояние которых не равно фокусному расстоянию фотоснимков (рис. 31).

Рис. 31. Трансформирование стереопары фотоснимков

Получим в плоскости экрана Е изображения фотоснимков стереопары P°1 и Р°2, соответствующие горизонтальным фотоснимкам, т. е. решим задачу трансформирования стереопары фотоснимков, используя преобразованные связки проектирующих лучей. Из теории одиночного фотоснимка известно, что для его трансформирования с использованием преобразованной связки проектирующих лучей необходимо выполнить следующие геометрические условия (рис. 32): 1. Центр проекции преобразованной связки должен находиться на дуге, описанной в плоскости главного вертикала S0I из главной точки схода I радиусом

где S — центр проекции подобной связки проектирующих лучей;  — угол наклона фотоснимка Р.

2. Плоскость экрана Е должна быть перпендикулярна к плоскости главного вертикала и параллельна прямой , соединяющей центр проекции преобразованной связки проектирующих лучей с главной точкой схода I. При этом

где Н — высота фотографирования; 1/t — масштаб трансформированного изображения; и — инварианты трансформирования. Из рис. 32 следует, что в общем случае надирный луч преобразованной связки неперпендикулярен к плоскости экрана E, а главная точка фотоснимка о не совпадает с главной точкой плоскости прикладной рамки. Проекция точки на экран (точка s) не совпадает с точкой п°, в которой надирный луч преобразованной связки пересекает плоскость экрана. Смещение главной точки фотоснимка относительно главной точки прикладной рамки проектирующей камеры называется децентрацией фотоснимка, а смещение = n°s точки надира трансформированного изображения относительно проекции точки на экран — децентрацией трансформированного изображения.

Рис. 32. Геометрические условия трансформирования фотоснимков

Положение фотоснимков стереопары, при котором в плоскости экрана получаются трансформированные изображения, может быть зафиксировано в геодезической системе координат определенными величинами. Эти величины называются элементами внешнего ориентирования стереопары фотоснимков с преобразованными связками. В качестве таких величин используют [9]: — геодезические координаты левой точки фотографирования; — дирекционный угол базиса фотографирования; В0 — проекцию базиса фотографирования на горизонтальную плоскость; t1 и t2 — дирекционные углы направления съемки фотоснимков Л и Р2, и — высоты центров проекций S\ и S2 преобразованных связок проектирующих лучей над экраном E; 1 и 2 — углы наклона проектирующих камер относительно экрана; 1 и 2 — углы поворота фотоснимков; 1 и 2 — децентрации фотоснимков; 1 и 2 — децентрации трансформированных изображений. Используя перечисленные элементы внешнего ориентирования стереопары фотоснимков с преобразованными связками, получим трансформированные изображения фотоснимков Р°1 и Р°2 в плоскости экрана (планшета) Е (рис. 31). Для этого выполним следующее. По координатам , l нанесем на планшет Е точку фотографирования п°1. Из точки п°1 по элементам t1 и tВ проведем направление съемки n°1V1 и направление базиса фотографирования п°1n°2. Отложив на этом направлении проекцию базиса фотографирования Во, получим на планшете вторую точку фотографирования п°2. Из нее проведем направление съемки п2V2 по элементу t2. Из точек п°1 и п°2 отложим децентрации трансформированных изображений 1 и 2. В результате найдем точки S1 и S2, над которыми должны быть центры проекций и . По элементам H1, H2 и 1, 2 установим проектирующие камеры. По углам поворота 1 и 2 развернем фотоснимки и сместим их на величины децентрации 1 и 2. Из перечисленных выше элементов внешнего ориентирования стереопары фотоснимков с преобразованными связками , ,  и  отличаются от соответствующих элементов внешнего ориентирования фотоснимков с подобными связками. Если элементы внешнего ориентирования стереопары фотоснимков с подобными связками известны, то , ,  и  определяются по формулам [9]:

(4.7) Найдем фокусное расстояние трансформированного изображения. Для этого проведем_ перпендикуляр к экрану E (рис. 32) через точку п°. Из точки опишем дугу радиусом до

пересечения с этим перпендикуляром. Это и будет центр проекции S° трансформированного изображения. Из равных треугольников SNK и S°n° имеем SN=Sn

или

(4.8)

Из вышеизложенного следует, что при внешнем ориентировании стереопары фотоснимков с преобразованными связками количество элементов, определяющих пространственное положение фотоснимков и центров проекций, возрастает по сравнению с количеством элементов ориентирования фотоснимков и трансформированных изображений. Однако децентрации, как следует из формул (4.7), являются функциями элементов и . Поэтому общее количество независимых элементов внешнего ориентирования стереопары фотоснимков одинаково при обработке как с подобными, так и с преобразованными связками проектирующих лучей и равно 12. При обработке фотоснимков с подобными связками поэтому ==0 [см. выражения (4.7)], а и . Следовательно, обработка фотоснимков с подобными связками является частным случаем обработки фотоснимков с преобразованными связками. Таким образом, если известны элементы внешнего ориентирования стереопары фотоснимков, то можно выполнить их трансформирование на горизонтальную или произвольно расположенную плоскость. Рассмотрим свойства трансформированных изображений стереопары фотоснимков.

Рис. 33. Свойства трансформированных изображений стереопары фотоснимков В результате трансформирования стереопары фотоснимков на горизонтальную плоскость Е имеем два изображения Р°1 и Р°2 одного масштаба (рис. 33). Пусть центры проекций этих изображений находятся в точках фотографирования S1 и S2, с которых были получены наклонные фотоснимки. Фокусные расстояния трансформированных изображений Р°1 и Р°2 не равны друг другу, так как высоты фотографирования различные и в соответствии с выражением (4.8) имеем f1 = 1/tH1; f2 = 1/t (H1+H) = f1 (1+H/H1).

(4.9) Разность фокусных расстояний f°2 — f°1 обеспечивает равенство масштабов плоскости трансформирования Е на фотоснимках Р°1 и Р°2. Однако масштабы любой другой плоскости на трансформированных фотоснимках P°1 и Р°2 будут различными. Пусть это будет плоскость Е', превышение которой над плоскостью Е равно h. Действительно, на фотоснимке P°1 эта плоскость изобразится в масштабе , а на фотоснимке Р°2 — в масштабе

(4.10)

(4.11) По этой причине координаты точки на фотоснимке Р°2 отличаются от координат соответственной точки на фотоснимке P2 Плоскость этого фотоснимка совпадает с плоскостью фотоснимка Р°1 а фокусное расстояние его равно f°1, или Р°1 и P2 составляют идеальную стереопару фотоснимков. На Р°2 абсцисса точки d2 где X=DD. На фотоснимке P2 абсцисса точки d'2 Обозначим

. Тогда (4.12)

Аналогично получаем (4.13) Величина х определяет искажение продольного трансформированных фотоснимков, а y — поперечный параллакс:

p = — x; q = — y.

параллакса

на

стереопаре (4.14)

Известно, что для идеальной стереопары поперечные параллаксы одноименных точек равны нулю. Следовательно, фотоснимки, трансформированные на горизонтальную или произвольно расположенную плоскость Е, нельзя рассматривать как идеальную стереопару, так как они имеют поперечные параллаксы. В частном случае, когда плоскость трансформирования параллельна базису фотографирования, т. е. H = 0, то в соответствии с формулами (4.12) и (4.13) на трансформированных фотоснимках отсутствуют поперечные параллаксы и искажения продольных параллаксов. § 26. Взаимное ориентирование стереопары фотоснимков с преобразованными связками В § 25 показано, что для трансформирования стереопары фотоснимков необходимо иметь элементы внешнего ориентирования: Если в качестве угловых элементов ориентирования вместо угла  используют углы  и , то элементами внешнего ориентирования стереопары фотоснимков с преобразованными связками будут:

(x, y — продольные и поперечные децентрации фотоснимков; х, у — продольные и поперечные децентрации трансформированных изображений). Как правило, элементы внешнего ориентирования фотоснимков неизвестны. Поэтому решение задачи трансформирования стереопары фотоснимков имеет важное практическое значение. В частном случае, когда плоскость трансформирования параллельна базису фотографирования, трансформированные изображения можно получить путем взаимного ориентирования фотоснимков с преобразованными связками. Для этого фотоснимки необходимо установить так, чтобы в плоскости экрана (трансформирования) (рис. 31) не было поперечных параллаксов. Выполнить это можно с помощью преобразованных элементов взаимного ориентирования стереопары фотоснимков.

Преобразованные элементы взаимного ориентирования стереопары фотоснимков — это величины, определяющие взаимное положение фотоснимков с преобразованными связками, при котором в плоскости экрана получаются два изображения, не имеющие поперечных параллаксов. Для первого способа взаимного ориентирования в качестве таких величин используют , , , , , аналогичные элементам взаимного ориентирования стереопары фотоснимков с подобными связками проектирующих лучей. К этим элементам необходимо добавить децентрации , , , , , (поперечная децентрация y1 фотоснимка P1 и поперечная децентрация трансформированного изображения y1 равны нулю, так как 1=0). Децентрации фотоснимков и трансформированных изображений являются зависимыми элементами, следовательно, взаимное ориентирование стереопары фотоснимков с преобразованными связками проектирующих лучей определяется пятью независимыми элементами. Составим уравнение взаимного ориентирования стереопары фотоснимков с преобразованными связками (4.15) Для этого воспользуемся зависимостью между ординатами горизонтального и планового фотоснимков [9]: у° = y + xy/fa + (f+y2/f) + x + R,

(4.16)

где R — сумма членов второго порядка малости. Применяя формулу {4.16) для преобразованных связок проектирующих лучей, необходимо  подставить в нее у° — y вместо у°, х— x, вместо х, у — у вместо у и , , ', ' вместо f, , , . Кроме того, будем считать, что = . В этом случае в соответствии с формулами (4.7) у = у. После подстановок получим

' + (

у° = у + ху/

(4.17)

+ y 2/

)



+

' + R + R1

где R1 — сумма членов второго порядка, зависящих от децентрации: R1 = — (xу +yx)/ f

(4.18)

' — 2уу /f

' — x



,

В соответствии с зависимостью (4.17) y01=y1+x1y1 / f 'l+ x1 0 y 2= y2 + x2 y2/ f '2 + ( +y22/ )



1

+R1+ R1 ,  2+ x2

 2+

R2+ R2 .

Подставив значения y01 и у°2 в равенство (4.15), получим уравнение взаимного ориентирования фотоснимков с преобразованными связками: (4.19)

x1y1/f

'l x2y2/f

'2— (

+y22 /

)

 2

+ x1

 1

— x2



2

+ q + (R1—R2) + (R1'—R2') =0.

  В уравнении (4.19) пять независимых неизвестных ( 'l, 1, '2, 2,  2). Одна точка стереопары фотоснимков позволяет составить одно уравнение. Поэтому для определения элементов взаимного ориентирования фотоснимков с преобразованными связками проектирующих лучей достаточно выбрать на стереопаре пять точек, составить координаты и поперечные параллаксы этих точек, составить систему уравнений вида (4.19) и решить ее. Для определения элементов взаимного ориентирования, как и при использовании подобных связок проектирующих лучей, целесообразно использовать стандартно расположенные точки 1—6 рис. 27). Для выполнения взаимного ориентирования стереопары фотоснимков в универсальном фотограмметрическом приборе последовательно устраняют поперечные параллаксы на стандартно

расположенных точках. При этом необходимо учитывать децентрации фотоснимков и трансформированных изображений, а измерительную марку перемещать в плоскости трансформирования. Процесс выполняется методом приближений. В результате в приборе будет получена стереопара трансформированных изображений, которые используются для построения модели местности. Рассмотрен первый способ взаимного ориентирования фотоснимков с преобразованными связками проектирующих лучей, при котором используются повороты обеих камер. Выполнить взаимное ориентирование стереопары фотоснимков можно и вторым способом, т. е. движениями только одной проектирующей камеры, например правой. § 27. Построение модели по трансформированным изображениям Существует несколько способов построения модели местности по трансформированным изображениям стереопары фотоснимков. Рассмотрим один из таких способов. Он заключается в проектировании трансформированных изображений.

Рис. 34. Построение модели по трансформированным изображениям

Пусть в плоскости Е (рис. 34) получены два трансформированных изображения. Восстановим в точках надира п°1 и п°2 перпендикуляры к плоскости Е и отложим на них фокусные расстояния трансформированных изображений. В результате получим центры проекций этих изображений S°1 и S°2. Построим модель по трансформированным изображениям. Если проектирующие лучи проходят через точки S°1 и S°2, то связки лучей будут подобными. В результате пересечения каждой пары одноименных проектирующих лучей получим модель, подобную местности. Однако центры проекций необязательно совмещать с точками S°1 , S°2. Их можно выбирать и в других местах, соблюдая при этом условие: центры проекций должны находиться на прямых п°1 S°1 и п°2S°2. Выберем в качестве центров проекций трансформированных изображений точки S°1 и S°2 , расположенные на надирных лучах п°1 S°1 и п°2S°2 и одинаково удаленные от плоскости Е. В этом случае связки проектирующих лучей будут преобразованными. Каждая пара одноименных проектирующих лучей, например °1S°1 и °2S°2, будет пересекаться. В результате получим преобразованную модель. На рис. 34 точка А является точкой преобразованной модели. Ортогональным проектированием на экране Е° можно получить плановое положение точки модели А°. Используя координаты опорных точек, найдем горизонтальный масштаб преобразованной модели. Вертикальный масштаб ее найдем по формуле (4.3). В данном случае f= п°1 S°1 = п°2S°2, f =f° (f° — фокусное расстояние трансформированных изображений).

Рассмотренный принцип построения модели — оптическое проектирование. Построить преобразованную модель можно и механическим способом. Для этой цели применяют специальные механизмы— проектирующие рычаги, играющие роль одноименных проектирующих лучей. Проектирующие рычаги используются, например, в стереопроекторе Г. В. Романовского. В стереопроекторе фотоснимки располагаются в плоскости трансформирования Е (рис. 34) и перемещаются относительно неподвижной наблюдательной системы. При наведении измерительных марок на одноименные точки а1 и а2 коррекционные механизмы вводят в них поправки за углы наклона  и . Так выполняется трансформирование стереопары фотоснимков. Модель строится проектирующими рычагами, которые вращаются вокруг центров проекций S°1 и S°2. Верхние концы рычагов связаны с фотоснимками, а нижние — с устройством, с помощью которого устанавливается базис проектирования. Модель строится по трансформированным изображениям a°1 и °2. Внешнее ориентирование модели выполняется по опорным точкам. Глава 5. ВНЕШНЕЕ ОРИЕНТИРОВАНИЕ МОДЕЛИ § 28. Элементы внешнего ориентирования модели Модель местности, построенная по элементам взаимного ориентирования фотоснимков, имеет произвольный масштаб. Кроме того, неизвестно положение модели относительно геодезической системы координат. Поэтому возникает задача приведения модели к заданному масштабу и ориентирования ее в геодезической системе координат. Этот процесс называется внешним (геодезическим) ориентированием модели. Величины, определяющие положение модели местности в геодезической системе координат и ее масштаб, называются элементами внешнего ориентирования модели. На рис. 35 показана фотограмметрическая система координат 0(S)XYZ, в которой построена модель. Положение модели (фотограмметрической системы координат) относительно геодезической системы координат 0Г XГYГ ZГ определяется элементами Хrо, Yr0, Zro—геодезическими координатами начала фотограмметрической системы координат и углами ,  и . Угол  — продольный угол наклона модели — это угол между осью Zr и проекцией оси Z на плоскость XrZr;  — поперечный угол наклона модели — угол между осью Z и ее проекцией на плоскость XrZr;  — угол поворота модели — находится в плоскости XY между осью Y и следом плоскости YTZ. Знаменатель масштаба модели обозначим через t.

Рис. 35. Элементы внешнего ориентирования модели

Таким образом, элементами внешнего ориентирования модели являются семь величин: Хrо , Yrо , Zrо, ,  и  и t. § 29. Уравнения внешнего ориентирования модели

Элементы внешнего ориентирования применяют для преобразования фотограмметрических координат точек модели в геодезические. Используя угловые элементы внешнего ориентирования модели , ,  повернем фотограмметрическую систему координат до совпадения ее осей с осями системы координат 0(S1)XГYГ ZГ. Поворот системы координат выражается известными в аналитической геометрии зависимостями: Х Г = а1Х + a2Y + a3Z; Y'Г = b1X + b2Y + b3Z; Z'Г=c1X+c2Y+c3Z,

(5.1)

где X, Y, Z—фотограмметрические координаты точек модели; ai, bi, ci (i=l, 2, 3) —направляющие косинусы — косинусы углов между осями системы координат 0(S1)XГYГ ZГ и соответствующими осями системы координат 0{S1)XYZ. Направляющие косинусы вычисляют по формулам (1.6), подставляя в них вместо угловых элементов внешнего ориентирования , ,  фотоснимка угловые элементы внешнего ориентирования модели , , :

Линейные элементы внешнего ориентирования модели Х Го, УГо, ZГо позволяют перенести начало системы координат из точки О (Si) в точку Ог: XГ = XГО + XГ ; УГ = УГо - УГ; (5.3) ZГ = ZГо + ZГ. С учетом знаменателя масштаба t формулы преобразования фотограмметрических координат в геодезические получим, подставив в зависимости (5.3) значения XГ , У'Г, Z'Г из зависимостей (5.1): ХГ = ХГо + (а1 Х + a2Y + a3Z) t; YГ = ГГо- (b1X + b2Y + b3 Z)t; ZГ = ZГо + (c1X + c2V2+ c3 Z) t.

(5.4)

Зависимости (5.4) называются уравнениями внешнего ориентирования модели. Эти уравнения строгие. Они пригодны для определения геодезических координат точек модели с любыми элементами внешнего ориентирования. В теории и практике используются как строгие, так и приближенные уравнения внешнего ориентирования. Приближенные уравнения получим, воспользовавшись направляющими косинусами, определенными с точностью членов первого порядка малости: ХГ = ХГо + (X -YQ-Z)t; YГ = YГ o - ( X +Y-Z)t; (5.5) ZГ = ZГ o + (X + Y +Z)t. В приближенных уравнениях внешнего ориентирования (5.5) в явном виде выражены связи между фотограмметрическими и геодезическими координатами через элементы внешнего ориентирования модели. Из уравнений (5.4) и (5.5) следует, что для выполнения геодезического ориентирования модели необходимо иметь элементы ее внешнего ориентирования.

§ 30. Определение элементов внешнего ориентирования модели по опорным точкам Элементы внешнего ориентирования модели можно определить, если имеются точки этой модели с известными геодезическими координатами. Такие точки называются опорными. Одна опорная точка позволяет составить три уравнения (5.4) с семью неизвестными. Следовательно, для определения элементов внешнего ориентирования модели необходимо иметь не менее трех опорных точек. Две из них должны быть определены в плане и по высоте, для третьей точки достаточно знать только ее высоту. Тогда по формулам (5.4) можно составить семь уравнений, в результате решения которых найдем неизвестные элементы внешнего ориентирования модели. Зададимся приближенными элементами внешнего ориентирования модели, которые обозначим ХГо, УГо, ZГQ, , , , t'. Найдем поправки к приближенным значениям элементов внешнего ориентирования модели: ХГо, УГо, ZГо, , , , t. Прибавив поправки приложенным значениям, получим элементы внешнего ориентирования модели. Такова последовательность решения задачи. Теоретической основой определения элементов внешнего ориентирования модели являются уравнения (5.4). Они нелинейны по отношению к неизвестным. Воспользовавшись формулой разложения функции в ряд Тейлора, приведем уравнения внешнего ориентирования (5.4) к линейному виду. При этом ограничимся только членами первого порядка малости:

где Х'Г, У'Г, Z' Г — приращения геодезических координат, определяемых по формулам (5.1) с использованием приближенных значений угловых элементов внешнего ориентирования g', ', ' модели и с учетом приближенного знаменателя t ее масштаба. Найдем частные производные в зависимостях (5.6). В соответствии с уравнениями (5.4)

;

bY =

;

.

С учетом значений направляющих косинусов по формулам (5.2)

Аналогично найдем остальные частные производные. В результате получим:

Кроме того, в уравнениях (5.6) обозначим: lx = XГО + XГ –XГ; lY = YГО + YГ -YГ lx = ZГО + ZГ - ZГ

(5.8)

C учетом принятых обозначений получим уравнения поправок:

Пусть количество опорных точек больше трех. В таком случае задача решается по методу наименьших квадратов под условием = min. Здесь p – вес уравнения поправок (опорной точки). От уравнений поправок (5.9) перейдем к нормальным уравнениям:

Из решения системы нормальных уравнений (5.10) найдем поправки ХГо, УГо, ZГо, , , , t к приближенным элементам внешнего ориентирования модели. Сложим их с приближенными значениями, получим элементы внешнего ориентирования модели:

Задача решается путем последовательных приближений. Поэтому значения элементов внешнего ориентирования (5.11) служат исходными для следующего приближения. Используя их, вновь вычисляют направляющие косинусы по формулам (5.2), приращения геодезических координат по формулам (5.1), коэффициенты по формулам (5.7) и свободные члены по формулам (5.8) уравнений поправок. Затем составляют уравнения поправок и нормальные уравнения, из решения которых находят поправки к элементам внешнего ориентирования. Вычислив элементы внешнего ориентирования модели во втором приближении по формулам (5.11), переходят к третьему приближению и т. д. Приближения повторяют до тех пор, пока поправками к неизвестным можно будет пренебречь. Для оценки точности по результатам последнего приближения определяют весовые коэффициенты Q и поправки v. Находят ошибку единицы веса: (5.12) где п — количество уравнений поправок (5.9). Затем вычисляют средние квадратические ошибки определения элементов внешнего ориентирования модели:

Изложенный выше способ предложен и разработан А. Н. Лобановым. Он пригоден для определения элементов внешнего ориентирования модели при любых их значениях. Глава 6. ПОСТРОЕНИЕ ОДИНОЧНОЙ МОДЕЛИ § 31. Уравнения деформации одиночной модели Процесс построения модели местности по стереопаре фотоснимков сопровождается погрешностями. Это приводит к искажениям модели, которые нарушают ее подобие местности, деформируют модель. Получим зависимости, характеризующие деформацию одиночной модели местности. Теоретической основой построения модели местности служат формулы прямой фотограмметрической засечки (2.11) и (2.12). Будем считать, что модель местности построена с использованием элементов взаимного ориентирования второй группы. Поэтому формулы прямой фотограмметрической засечки примут вид:

где

Х = Nx1 Y = Ny1 Z = Nz1

(6.1)

N= (BxZ2/ - BzX2/)/(x1Z2-Z1X2). Дифференцируя формулы (6.1) и переходя от дифференциалов к приращениям, получим:

Х=

Nx1 + x1N;

Y= Nу1 + y1N; Z = - Nf-fN.

(6.2)

Зависимости (6.2) в общем виде характеризуют ошибки координат точек одиночной модели. Для исследования закономерностей изменения и возможных значений этих ошибок найдем их связь с ошибками элементов ориентирования и ошибками координат точек фотоснимков. При этом будем пользоваться не строгими, а приближенными зависимостями, пренебрегая в них членами второго и более высоких порядков малости. Приближенные зависимости существенно не влияют на характеристику деформации модели, но значительно упрощают решение задачи. Приближенные значения направляющих косинусов [см. формулы (3.47)], определяемых по элементам взаимного ориентирования второй группы: 21 = 1; 22 = -x; 23 =  b21 = x; b22 = 1 b23 = - (6.3) c21 = ; c22 = ; c23 = 1 Поэтому пространственные координаты точек правого фотоснимка стереопары примут вид (6.4) Для нахождения скаляра N необходимо иметь также составляющие базиса ВX, BY, BZ. Из рис. 24 следует, что (6.5) или с точностью членов первого порядка малости получим ;

;

.

(6.6)

Пусть масштаб модели равен масштабу фотоснимков. Тогда ;

;

.

(6.7) где b — базис фотографирования в масштабе фотоснимка; т — знаменатель масштаба фотоснимков. С учетом выражений (6.4) и (6.7) скаляр N определяется зависимостью: (6.8) Разделим числитель и знаменатель уравнения (6.8) на — bf, при этом члены второго и высших порядков малости опустим, а также примем, что {x1—x2)/b = p/b1. В результате будем иметь

(6.9) Применив известную формулу

, получим (6.10)

После перемножения и несложных преобразований с учетом приближенных зависимостей

и

.

(6.11)

Дифференцируя зависимость (6.11) по элементам взаимного ориентирования , , ,  и ', получим значение N. Подставив его в зависимости (6.2), найдем выражения ошибок координат точек модели с точностью членов первого порядка малости:

(6.12) После перегруппировки членов в зависимостях (6.12) получим

Уравнения (6.13) характеризуют истинные ошибки координат точек одиночной модели, построенной по стереопаре фотоснимков. Они связывают ошибки координат точек одиночной модели с ошибками элементов взаимного ориентирования и ошибками координат точек стереопары фотоснимков. Зависимости (6.13) называются уравнениями деформации модели. Из уравнений деформации видно, что ошибки элементов взаимного ориентирования вызывают сложные деформации модели. Деформация модели в плане характеризуется полиномами третьей степени относительно определяемых координат, а деформация высот точек модели — полиномом второй степени. Выясним, изменится ли характер деформации модели, если построить ее по элементам внешнего ориентирования фотоснимков. Известно, что с точностью членов первого порядка малости угловые элементы внешнего ориентирования и элементы взаимного ориентирования стереопары фотоснимков связаны зависимостями [14]:

где 1, 1, 2, 2, 2 — элементы взаимного ориентирования первой группы; , ,  — элементы взаимного ориентирования второй группы; 1, 1, 1, 2, 2, 2 — угловые элементы внешнего ориентирования фотоснимков. На основании зависимостей (6.14) соотношения между ошибками элементов внешнего и взаимного ориентирования фотоснимков:

Из зависимостей (6.14) и (6.15) имеем или

- 1 =  - 2 v' =  - 2.

Известно, что 2 = 2 — bz/(bx) [14x], где bz и bх — составляющие базиса проектирования в масштабе фотоснимков. Поэтому v' = 1 — bz/bx.

(6.16)

Если подставить в уравнения (6.13) значения ошибок элементов взаимного ориентирования (6.15) и (6.16), то характер уравнений деформации модели при этом не изменится. Следовательно, на деформацию модели оказывают влияние не ошибки восстановления положения фотоснимков по их элементам внешнего ориентирования относительно выбранной системы координат, а ошибки взаимного ориентирования фотоснимков стереопары. Ошибки координат точек модели, выражающиеся уравнениями (6.13), вызваны случайными и систематическими ошибками исходных данных, которые использованы при ее построении. Уравнения (6.13) служат основой исследования закономерностей деформации модели и оценки точности определения координат ее точек. § 32. Деформация модели под влиянием систематических ошибок Допустим, что при построении модели местности сказываются результаты влияния только систематических источников ошибок. Тогда уравнения (6.13) будут выражать деформацию модели под влиянием систематических ошибок. Деформация ее в этом случае будет носить систематический характер и размер ее при определенных условиях может быть значительным. Представим зависимости (6.13) в несколько измененном виде и рассмотрим геометрический смысл деформации модели. С этой целью заменим координаты точек x1 и у фотоснимков координатами X и У соответствующих им точек модели. Кроме того, учтем следующее. В общем случае ошибки плановых координат точек модели выражаются полиномами третьей степени (зависимости (6.13). Однако, как показывают исследования [11], для учета влияния систематических ошибок модели на практике достаточно использовать полиномы второй степени. Такие полиномы на основании зависимостей (6.13) и с учетом вышесказанного равны:

где Х, Y, Z — систематические ошибки координат точек модели; X, Y, Z — координаты точки модели; a1 b1, c1 (i = 0, 1, 2, 3, 4) — коэффициенты полиномов, выражающих деформацию модели 1. Геометрический смысл деформации модели под влиянием систематических ошибок рассмотрим на примере ошибок высот: Z = с0+с1Х+с2У+с3Х2+с4ХУ.

(6.18) Условимся, что модель построена по стереопаре фотоснимков плоской местности. Следовательно, модель должна также представлять собой плоскость. Исследуем деформацию модели в стандартно расположенных точках. При этом будем анализировать ошибки высот раздельно по каждому члену полинома (6.18), считая, что все остальные члены, кроме анализируемого, равны нулю.

1

Коэффициенты а2, b1 b3 в уравнениях (6.17) равны нулю, так как здесь учтены только члены первого порядка малости. Указанные коэффициенты выражаются членами второго порядка малости.

1. Примем, что Z = c0 (c1 = c2 = c3 = c4 = 0). В данном случае ошибки высот не зависят от планового положения точек модели. Поэтому они одинаковы для всех стандартно расположенных точек: Z 1 = Z 2 = Z3 =Z 4 = Z5 = Z6 = Z. Модель по-прежнему будет плоскостью. Эта плоскость параллельна координатной плоскости XY и расположена от нее на расстоянии, равном AZ (рис. 36). Следовательно, с0 вызывает изменение высот всех точек модели на постоянную величину, что равносильно изменению начала отсчета высот.

2. Пусть Z = c1X (со=с2 = cз=с4 = 0). Так как абсциссы точек модели 1, 3, 5 равны нулю, то Z1 = Z 3=Z 5 = 0. Для точек 2, 4, 6 значения абсцисс равны между собой. Поэтому Z2 = Z4 = =Z6 = Z. Так как ошибки высот пропорциональны абсциссам точек модели, то для всех точек, лежащих на прямых, параллельных оси координат (Х=const), они одинаковы. Этот вид деформации называется продольным наклоном модели. Плоскость модели наклонена к плоскости XY на угол  (рис. 37, а). Поверхность деформации образована совокупностью прямых Z = c1X. Поэтому угол наклона модели определяется из соотношения tg = c1 = Z/X. Итак, продольный наклон модели приводит к одинаковым ошибкам высот ее точек, лежащих на прямых, параллельных оси Y. 3. Примем, что Z=c2Y (co= c1 = c3 = c4 = 0). Для точек 1 и 2 (рис. 37, б) ординаты равны нулю. Поэтому Z1 = Z2 = 0. Точки 3, 4 и 5, 6 имеют ординаты, равные по абсолютной величине, но противоположные по знаку. Поэтому Z3=Z4 = —Z5= —Z6. Поверхность деформации в данном случае будет представлять собой плоскость, образованную совокупностью прямых Z=c2Y и наклоненную к плоскости XY на угол . Этот вид деформации называется поперечным наклоном модели. Угол наклона модели определяется из соотношения tg  = Z/Y. Поперечный наклон модели, как следует из уравнения Z= = c2Y, вызывает одинаковые ошибки высот тех точек модели, которые лежат на прямых, параллельных оси X. 4. Пусть Z = c3X2 (c0=cl = c2=c4 = 0). Для точек 1, 3, 5 абсциссы равны нулю. Поэтому ошибки высот этих точек, как и высоты всех остальных точек модели, лежащих на оси F, равны нулю. Точки 2, 4, 6 имеют одинаковые абсциссы, поэтому ошибки высот этих точек равны между собой (рис. 38, а). Одинаковые ошибки высот будут иметь не только стандартно расположенные точки 2, 4, 6. Как следует из уравнения Z = csX2, все точки модели, лежащие на прямых, параллельных оси Y (X = const), будут иметь равные между собой ошибки высот. Зависимость Z = c3X2 представляет собой уравнение параболы. Поэтому поверхность деформации модели будет образована совокупностью парабол. Такая поверхность называется параболическим цилиндром. Этот вид деформации, имеющий форму параболического цилиндра, принято называть прогибом модели. Таким образом, прогиб модели приводит к ошибкам высот ее точек, возрастающим пропорционально квадрату абсцисс.

5. Примем Z= c4XY (c0 = c1=c2 = c3==0). Для точек 1, 2, 3 и 5 ошибки высот будут равны нулю (абсциссы равны нулю). Для стандартно расположенных точек 4 и 6 ошибки высот равны по абсолютной величине и противоположны по знаку, т.е. Z4 = —AZ6 (рис. 38, б). Зависимость Z = c4XY является уравнением поверхности второго порядка. Рассечем эту поверхность плоскостями, параллельными плоскости XY, т. е. принимая Z = Zi будем иметь c4XY + c4 ' = 0,

(6.19)

где с4 = — Zi. Уравнением (6.19) представлена совокупность гипербол. При Zi = 0 оно принимает вид c4XY=0, что соответствует уравнениям асимптот, совпадающих в данном случае с осями X и У. Следовательно, поверхность деформации модели, выражающаяся уравнением Z=c4XY, образована гиперболами. Такая поверхность называется гиперболоидом. Данный вид деформации модели принято называть кручением модели.

Рассмотренный геометрический смысл деформации высот точек модели распространяется и на ошибки плановых координат. Следует заметить, что постоянные ошибки координат точек модели (а 0, b0, c0) и ошибки из-за продольного и поперечного наклона модели могут быть устранены при ее внешнем ориентировании. Поэтому после внешнего ориентирования деформация модели будет выражаться лишь двумя последними членами полиномов (6.17), т. е.

Поверхность, образованная в результате деформации прогиба и кручения модели и выражающаяся уравнениями (6.20), называется гиперболическим параболоидом. Таким образом, деформация модели местности под влиянием систематических ошибок исходных данных с точностью величин первого порядка малости характеризуется полиномами второй степени (6.17). При этом смещение начала координат, продольный и поперечный наклоны модели, выражающиеся первыми членам полиномов (6.17), устраняются в процессе внешнего ориентирования модели. Следовательно, неустранимая деформация внешне ориентированной модели из-за совместного влияния ее прогиба кручения характеризуется зависимостями (6.20). Из этих зависимостей следует, что максимальные ошибки из-за кручения и прогиба модели будут иметь координаты стандартно расположенных точек 4 и 6.

§ 33. Точность построения одиночной модели Для оценки точности построения одиночной модели воспользуемся уравнениями деформации одиночной модели (6.13), приняв, что деформация модели вызвана случайными ошибками исходные данных. Точность построения модели принято оценивать средними квадратическими ошибками.

Поэтому выведем формулы средних квадратических ошибок определения координат точек одиночной модели. Зависимости (6.13) представим в виде:

Предположив, что случайные ошибки независимы, от уравнений (6.13) перейдем к формулам средних квадратических ошибок координат точек модели:

Определим средние квадратические ошибки стандартно расположенных точек (рис. 27). При этом будем считать, что а=b, а mx = my==mf=mq. Кроме того, в зависимости (6.22) подставим вместо средних квадратических ошибок элементов взаимного ориентирования их значения из формул (3.36), т. е.

для точки 2

для точки 6:

Итак, используя формулы (6.23) — (6.28), можно определить средние квадратические ошибки координат стандартно расположенных точек модели 1—6. Из этих формул видно, что координаты различных точек модели определяются неравноточно. В табл. 4 приведены значения ошибок координат стандартно расположенных точек. Таблица 4 Номер точки

тХ

1 2 3(5) 4(6)

1.0 1.4 1.0 2.0

Средние квадратические ошибки координат, м тY md mZ 1.0 1.0 2.9 2.0

1.4 1.7 3.1 2.8

2.1 1,4 2.9 2.0

При расчетах принято, что a = b=f=l00 мм, mq = 0,01 мм и т= 100000. Максимальные значения ошибок координат имеют точки, расположенные в углах одиночной модели. Анализ формул (6.23) — (6.28) показывает следующее. Точность построения одиночной модели зависит от масштаба фотоснимков, точности измерения координат и параллаксов точек фотоснимков и от положения точек на фотоснимках стереопары. Чем крупнее масштаб фотоснимков, тем точнее определяются координаты точек модели. Ошибки определения высот зависят и от соотношения f/b. С уменьшением фокусного расстояния фотоснимков точность определения высот повышается. С увеличением формата фотоснимков (увеличивается b) ошибки определения высот точек модели уменьшаются. Следовательно, для повышения точности построения модели целесообразно использовать фотоснимки большего формата, полученные широкоугольными и сверхширокоугольными (короткофокусными) аэрофотоаппаратами. Полученные выше формулы позволяют оценить точность неориентированной модели. После внешнего ориентирования модели по опорным точкам часть ошибок будет исключена. Тогда формулы для определения средних квадратических ошибок стандартно расположенных точек примут вид: для точки 1: (6.29) для точки 2: (6.30)

(6.31)

для точки 3(5):

для точки 4(6):

(6.32)

В табл. 5 приведены значения средних квадратических ошибок координат стандартно расположенных точек модели после ее внешнего ориентирования. Расчеты выполнены при тех же условиях, что и в табл. 4. Из сравнения формул (6.23) — (6.28) с формулами (6.29) — (6.32) и данных табл. 4 и 5 видно, что после внешнего ориентиро-вания характер ошибок точек модели не меняется — по-прежнему координаты ее точек определяются неравноточно. Ошибки плановых координат остаются почти такими же, как и до внешнего ориентирования, ошибки высот уменьшаются почти в два раза. Таблица 5 Номер точки 1 2 3(5) 4(6)

Средние квадратические ошибки координат, м

mX

mY

md

mZ

1,0 1,6 1,0 2,1

1,0 1,0 2,0 2,1

1,4 1,9 2,2 3,0

1,0 1,4 1,0 1,7

Для обобщенной характеристики точности построения внешне ориентированной модели можно воспользоваться зависимостями, полученными на основании формул (6.29) — (6.32): (6.33) РАЗДЕЛ II ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ Глава 7. ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ФОТОТРИАНГУЛЯЦИИ § 34. Способы измерения координат точек фотоснимков и модели Известны два метода измерения координат точек фотоснимков и модели — монокулярный и стереоскопический, в основу которых положено монокулярное и бинокулярное зрение. Монокулярное зрение — зрение одним глазом. Качественно оно оценивается разрешающей способностью глаза или остротой зрения. Различают остроту монокулярного зрения первого рода и второго рода. Остроту монокулярного зрения первого рода определяет минимальный угол, под которым наблюдатель еще различает две точки. Принято считать, что для области наилучшего зрения этот угол равен 45 [9]. Минимальный угол, под которым наблюдатель различает две параллельные линии, характеризует остроту зрения второго рода. Установлено, что этот угол равен 20. Особенно велика острота зрения при оценке смещения одного отрезка прямой линии по отношению к другому. Относительное смещение их в этом случае видно под углом 10—12 и меньше. Оценивать расстояния до наблюдаемых предметов (воспринимать глубину) монокулярное зрение позволяет лишь с помощью косвенных признаков. Бинокулярное зрение — зрение двумя глазами — имеет существенное значение для восприятия пространственного положения объектов и их объемной формы. Основным фактором оценки глубины при бинокулярном зрении является физиологический параллакс, представляющий собой разность дуг на сетчатке глаза (рис. 39), определяющих положение пары соответственных точек. Например, если А — точка фиксации, то физиологический параллакс точки В равен разности дуг a1b1—a2b2. При приближении точки В к А наступит момент,

когда наблюдателю будет казаться, что точки находятся на одинаковом удалении, хотя в действительности разность их глубин D не равна нулю. Значением предельного угла , равного разности параллактических углов двух точек (  B — A) И соответствующего минимальному физиологическому параллаксу, оценивают остроту бинокулярного зрения первого рода. Разностью параллактических углов для двух вертикальных прямых оценивают остроту бинокулярного зрения второго рода. Принято считать, что острота бинокулярного зрения первого рода равна 25—30", второго рода —10", хотя многие лица обладают значительно большей остротой бинокулярного зрения.

Рис. 39. Физиологический параллакс представляющий собой, разность дуг а1b1 и а2b2 на сетчатке глаза

Рис. 40. Геометрическая сущность стереоскопического эффекта

Острота монокулярного и бинокулярного зрения у различных наблюдателей и в различных условиях наблюдения колеблется в больших пределах — от нескольких секунд до минут. Существенное влияние на остроту зрения оказывают освещенность и форма наблюдаемого объекта, контрастность между объектом и фоном, продолжительность наблюдения, индивидуальные особенности наблюдателя, его опыт и ряд других факторов. Приведенные значения остроты зрения являются средними и приняты в фотограмметрии для расчетов. Восприятие пространственного положения предметов и их объемной формы возможно и по паре перекрывающихся фотоснимков, полученных с разных точек фотографирования, на которых изобразились эти предметы. Допустим, что плоскости Р1 и Р2 (рис. 40) — фотоснимки, на которых изобразились предметы пространства A, В и М в соответственных точках а1, b1, т1, а2, b2,, т2. Если теперь удалить предметы А, В и М и одновременно рассматривать левым глазом фотоснимок Р1 а правым Р2, то получим мнимое объемное изображение (мнимую модель) этих же предметов. Это ощущение пространственного расположения объектов при рассматривании стереопары фотоснимков называют стереоскопическим эффектом (стереоэффектом). Причина возникновения стереоэффекта — наличие разности продольных параллаксов одноименных точек, которые при рассматривании фотоснимков преобразуются в физиологические параллаксы. Видимое пространственное изображение сфотографированных объектов или местности при рассматривании пары фотоснимков называют стереоскопической моделью. Бинокулярное зрение с непосредственным ощущением расположения предметов в пространстве или их объемной формы называют стереоскопическим. Характерной особенностью бинокулярного и стереоскопического зрения является слияние двух изображений, фиксируемых раздельно каждым глазом, в одно изобра-жение, осуществляемое в зрительных центрах головного мозга. Для получения устойчивого стереоэффекта необходимо выполнить ряд условий. Во-первых, фотоснимки одного и того же предмета или участка местности должны быть получены с различных точек пространства, причем их разномасштабность не должна превышать 16%. Во-вторых, фотоснимки необходимо расположить так, чтобы каждым глазом наблюдался один фотоснимок и

соответственные зрительные лучи лежали примерно в одной базисной плоскости. В-третьих, каждому значению параллактических углов (они не должны превышать 16°) должна обеспечиваться соответствующая аккомодация глаз. При соблюдении этих условий стереоскопического рассматривания фотоснимков возникающие физиологические параллаксы не будут вызывать двоение изображений. В зависимости от расположения снимков один относительно другого можно получить прямой, обратный или нулевой стереоэффект. Способы измерения фотоснимков и модели основаны на свойствах монокулярного или стереоскопического зрения и подразделяются на монокулярные и стереоскопические. Независимо от способа измерения и применяемых приборов в поле зрения необходимо ввести измерительную марку, с помощью которой осуществлялось бы визирование на выбранные точки фотоснимков или модели. Кроме того, измерительная марка либо фотоснимки должны иметь необходимые движения, связанные с каким-либо измерительным устройством. Наиболее распространенные виды измерительных марок, применяемых в фотограмметрических приборах, показаны на рис. 41. Чтобы отчетливо видеть марку на фоне фотоснимков различной плотности, используют светящиеся марки разных цветов. Монокулярные способы — применяются в основном для измерения координат точек одиночных фотоснимков и выполняются, как правило, монокулярно  с использованием монокомпараторов или универсальных измерительных микроскопов.

Рис. 41. Виды измерительных марок

Измерительные марки и изображения фотоснимков действительными. В зависимости от сочетания вида

могут

быть

мнимыми

Рис. 42. Измерение координат точек фотоснимков способами: 

Возможно использование и бинокулярного зрения, если измерение одиночного фотоснимка выполняется с помощью бинокулярной наблюдательной системы.

или

«действительная марка — действительное изображение фотоснимка» (а); «действительная марка — мнимое изображение фотоснимка» (б); «мнимая марка — действительное изображение фотоснимка» (в); «мнимая марка — мнимое изображение фотоснимка» (г)

марки и изображения фотоснимка, примененного в том или ином приборе, можно выделить четыре возможных способа измерения координат точек фотоснимков (рис. 42): «действительная марка — действительное изображение фотоснимка»; «действительная марка — мнимое изображение фотоснимка»; «мнимая марка — действительное изображение фотоснимка»; «мнимая марка — мнимое изображение фотоснимка». В монокомпараторе МК-1 фирмы «Керн» (Швейцария) (рис. 43) применен первый способ. На стеклянной пластине 1 нанесены координатные оси X и Y. Шкалы х и у также награвированы на стеклянных пластинах 2 и связаны с измерительной маркой 3. Измерительная марка может быть наведена на любую точку фотоснимка Р, и по шкалам 2 отсчитываются координаты этой точки.

Рис. 43. Схема монокомпаратора МК-1 фирмы «Керн»:1 и 2 — стеклянные пластины; 3 — измерительная марка

Стереоскопические способы применяются для измерения координат точек пары фотоснимков и модели. Аналогично с монокулярными способами измерений одиночного фотоснимка в практике фотограмметрических работ применяются следующие стереоскопические способы измерений: «мнимая марка — мнимая модель»; «действительная марка — мнимая модель»; «действительная марка — действительная модель»; «мнимая марка — действительная модель». Принцип измерения координат точек пары фотоснимков или модели местности способом «мнимая марка — мнимая модель» заключается в следующем. Пусть с плоскостями фотоснимков Р1, и Р2 (рис. 44, а) совмещены две марки: m1 — с фотоснимком Р1, m2 — с фотоснимком Р2. При стереоскопическом рассматривании фотоснимков и марок наблюдатель будет одновременно видеть мнимую пространственную модель и одну мнимую марку т вместо двух действительных. Перемещение марок в плоскости фотоснимков параллельно глазному базису вызовет изменение положения мнимой марки т по глубине и в плане. Благодаря этому мнимую марку можно совместить с любой точкой видимой модели. Очевидно, что при совмещении мнимой марки с точкой модели А действительные марки m1 и т2 будут находиться в соответственных точках стереопары а1 и а2. Учет перемещений действительных марок позволяет измерить координаты и параллаксы точек пары фотоснимков.

Рис. 44. Измерение координат точек модели местности способами: «мнимая марка — мнимая модель» (а); «действительная марка — мнимая модель» (б); «действительная марка— действительная модель (в); «мнимая марка — действительная модель» (г)

Данный способ нашел широкое применение при измерениях координат точек пары фотоснимков на стереокомпараторах. Во втором способе («действительная марка — мнимая модель») измерение координат точек модели осуществляется с помощью одной марки, которую можно совместить с любой точкой модели и зафиксировать ее координаты. На рис. 44, б P1, и Р2 пара фотоснимков, рассматривая которые с помощью зеркального стереоскопа, наблюдатель видит мнимую модель местности (точка А). Малые зеркала стереоскопа посеребрены на 50%, что позволяет наблюдателю одновременно с моделью видеть светящуюся действительную марку М измерительного столика. Перемещая столик по планшету Е и изменяя его положение по высоте, можно измерительную марку совместить с любой точкой модели и зафиксировать ее координаты. Способ «действительная марка — мнимая модель» применен в стереотопографе СТП, в стереоскопическом рисовальном приборе М.Д. Коншина. Способы «мнимая марка — действительная модель» и «действительная марка — действительная модель» нашли применение в универсальных фотограмметрических приборах. Пусть фотоснимки P1 и Р2 (рис. 44, в) взаимно ориентированы и с помощью камер проектируются на экран Е. Одноименные лучи пересекаясь образуют действительную модель, геометрически подобную местности. Для ее измерения используют действительную марку М в виде светящейся точки на экране измерительного столика. Чтобы наблюдатель мог видеть модель, необходимо выполнить одно из основных условий получения устойчивого стереоэффекта — каждый глаз должен видеть изображение только одного фотоснимка. Для выполнения этого условия применяют способ анаглифов, поляроидов или вращающихся бленд. Сущность анаглифического способа состоит в том, что перед объективами камер устанавливают светофильтры, например красного и синего цвета, а наблюдатель рассматривает это цветное совмещенное изображение через очки с фильтрами таких же цветов. В результате один глаз наблюдателя будет видеть только изображение левого фотоснимка, другой — правого. Форма видимой мнимой модели (точка А') зависит от положения глаз наблюдателя. Если же постепенно поднимать экран Е, то при некотором положении Е0 точка А' мнимой модели совпадет с точкой А действительной модели. Можно сделать вывод, что в данном случае наблюдается мнимая модель, а измеряется — действительная. Поэтому данный способ назван «действительная марка — действительная модель». Этот же принцип наблюдения и измерения модели положен в основу способа поляроидов и вращающихся бленд.

В таких приборах, как стереопланиграф, «Топофлекс», ФТЩ-2 и др. измерение координат точек модели осуществляется способом «мнимая марка — действительная модель». Каждый фотоснимок (рис. 44, г) с помощью камеры проектируется на отдельный экран, снабженный измерительной маркой. Действительная модель местности получается в результате пересечения лучей левой связки с соответственными лучами правой, перенесенной в точку S2'. Для наблюдения и измерения модели применяется мнимая марка, получаемая в результате стереоскопического рассматривания через наблюдательную систему двух экранов с действительными марками т1, т2 и изображениями фотоснимков. В некоторых автоматизированных универсальных фотограмметрических приборах и системах измерение модели местности, построенной по фотоснимкам, выполняется так называемым электронным способом. Он основан на измерении разности оптических плотностей фотоснимков и включает два процесса: преобразование стереопары фотоснимков в электрические сигналы путем сканирования; корреляцию — определение степени подобия между сигналами от соответственных точек стереопары. Схема преобразования оптических плотностей одиночного фотоснимка в электрические сигналы показана на рис. 45.

Рис. 45. Схема преобразования оптических плотностей в электрические

Бегущий световой луч от электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) проходит объектив и проецируется на диапозитив Р. В зависимости от плотности изображения диапозитива на фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) поступит свет большей или меньшей силы. В результате на выходе ФЭУ образуются электрические сигналы, соответствующие закону изменения плотности изображения вдоль линии сканирования. Сканирование фотоснимков стереопары осуществляется синхронно. В дальнейшем сигналы об оптических плотностях фотоснимков поступают в корреляционное устройство для сравнения этих сигналов и определения параллакса. Точность измерений как монокулярными, так и стереоскопическими способами зависит от многих причин. К основным факторам, определяющим точность измерений координат точек фотоснимков и модели, относятся: инструментальные погрешности прибора, с помощью которого выполняются измерения; ошибки фотоснимков и их разрешающая способность; погрешности отождествления одноименных точек; точность визирования на контурные точки фотоснимков. В свою очередь точность монокулярного и стереоскопического визирования зависит от остроты зрения наблюдателя, увеличения оптической системы прибора, качества и размера измерительных марок, их контраста относительно наблюдаемого изображения, освещенности снимков и модели и т.д. Точность монокулярного визирования. При рассматривании невооруженным глазом точки а фотоснимка (рис. 46, а) и измерительной марки т наблюдатель заметит их несовмещение, если оно рассматривается под углом, превышающим остроту монокулярного зрения у. Ошибку несовмещения можно подсчитать по формуле , где D — расстояние наилучшего зрения.

(7.1)

Если D = 250 мм,  = 45" и  = 20", то точность совмещения марки и точки фотоснимка будет характеризоваться , = 55 мкм и =24 мкм соответственно для монокулярного зрения первого и второго рода.

Рис. 46. Ошибки монокулярного (а) и стереоскопического (б) наведения марки

Стереоскопические наведения марки выполняются с большей точностью. Наблюдатель заметит несовмещение марки т и точки модели а (рис. 46, б) по глубине, если разность параллактических углов m — а будет больше остроты стереоскопического зрения . Из подобных треугольников o1o2а и mba, учитывая, что mb  D, получим приближенное равенство .

(7.2) Ошибку в плановом положении для точки, расположенной в центре стереомодели, можно подсчитать по формуле (7.3) или .

(7.4)

Подставив в эти выражения D = 250 мм, bГ = 65 мм,  = ±30" и =±10", получим D1 = ±140 =± мкм, D2 =±47 мкм и в плане =±18 мкм, 6 мкм. Величины D1, D2, , и характеризуют точность стереоскопического наведения марки по глубине и в плане соответственно для бинокулярного зрения первого и второго рода. В практике фотограмметрических работ измерения координат точек фотоснимков и модели выполняются, как правило, несколькими приемами, что позволяет повысить точность измерений. Увеличение наблюдательной системы приборов также обеспечивает повышение точности измерений. Для фотоснимков с высокой разрешающей способностью и контрольных сеток принято считать, что ошибка визирования обратно пропорциональна увеличению наблюдательной системы. С учетом этого формулы (7.1), (7.2), (7.4) примут вид

(7.5) Но увеличение наблюдательной системы прибора не может быть беспредельным, так как точность визирования повышается с возрастанием увеличения тем медленнее, чем меньше разрешающая способность фотоснимков. Это объясняется тем, что с возрастанием увеличения, вопервых, количество контуров, попадающих на желтое пятно глаза наблюдателя, уменьшается, так как уменьшается поле зрения, во-вторых, снижается контраст изображения. Наиболее удобны приборы с переменным увеличением, ибо они позволяют подобрать оптимальное увеличение в зависимости от качества обрабатываемого фотоматериала. Например, для

измерения координат изображений звезд, маркированных точек, при исследовании приборов желательно иметь увеличение порядка 20—30 , при создании карт на универсальных приборах —6 — 8, чтобы иметь достаточно большое поле зрения. Ошибки отождествления одноименных точек на фотоснимках — один из основных источников ошибок. На точность отождествления оказывают влияние масштаб и качество фотоснимков, наличие отчетливых контуров, их форма и контраст с окружающим фоном. Для уменьшения этих ошибок используют специальные оптические системы для стереоскопического наблюдения измеряемого фотоснимка и фотоабриса или дополнительного крупномасштабного фотоснимка, маркируют точки на местности или же искусственно, с помощью специальных приборов. Современные фотограмметрические приборы, такие, как автоматизированные стереокомпараторы, монокомпараторы, приборы для маркировки точек, позволяют измерить (маркировать) фотоснимки с точностью 1—5 мкм. Универсальные приборы обеспечивают точность измерений порядка 5—40 мкм в плане, а средняя квадратическая ошибка определения высот составляет 1/8000—1/10 000 от высоты фотографирования. Аналитические универсальные приборы и фотограмметрические комплексы характеризуются еще более высокой инструментальной точностью. Так, аналитический универсальный стереофотограмметрический комплекс «Аналит» (СССР) позволяет измерить координаты точек фотоснимков со средней квадратической ошибкой менее 5 мкм, а определение высот точек местности выполнить со средней квадратической ошибкой 1/25000 от высоты фотографирования. § 35. Назначение и виды приборов, применяемых для фототриангуляции Фотограмметрические сети могут строиться графическим, аналоговым, аналитическим либо аналогово-аналитическим способом. В основу аналоговой и аналогово-аналитической фототриангуляции положено использование универсальных фотограмметрических приборов, позволяющих строить одиночные модели или общую модель в пределах маршрута. В настоящее время основным способом является аналитический. Исходными данными для построения аналитической фототриангуляции служат плоские прямоугольные координаты точек фотоснимков, измеряемые на моно- или стереокомпараторах. Монокомпараторы предназначены для измерения координат точек одиночных фотоснимков. Они находят применение, если контурные точки легко отождествляются на всех фотоснимках, например если точки маркированы на местности до аэрофотосъемки, измеряются фотоснимки звездного неба или произведена искусственная маркировка контурных точек фотоснимков. Для искусственной маркировки применяются специальные так называемые маркирующие приборы. С их помощью, используя стереоскопическое зрение, на эмульсионном слое диапозитивов отмечают в виде небольшого круглого отверстия или кольца все точки, включенные в технический проект фотограмметрической сети. Наиболее широкое применение нашли стереокомпараторы, так как, во-первых, острота стереоскопического зрения значительно выше монокулярного, во-вторых, стереокомпараторы позволяют измерять и отождествлять не только четкие контурные точки, но и любые точки, если имеется надежный стереоэффект, в-третьих, одновременно измеряются координаты точек пары фотоснимков. Таким образом, для аналитической фототриангуляции могут использоваться три вида приборов: монокомпараторы для измерения координат точек одиночных фотоснимков; стереокомпараторы для измерения координат точек пары фотоснимков; маркирующие приборы для искусственной маркировки точек фотоснимков. § 36. Монокомпараторы. Монокомпаратор «Аскорекорд» Схема монокомпаратора показана на рис. 47. В поле зрения наблюдательной системы микроскопа введена измерительная марка 1. Перемещая снимкодержатель 2 по направляющим X и Y, совмещают изображения измерительной марки с контурной точкой фотоснимка. Перемещения вдоль осей прибора отсчитывают по шкалам 3 и 4.

Рис. 47. Схема монокомпаратора:

1 — измерительная марка; 2 — снимкодержатель; 3, 4 — шкалы

Принципиально каждый монокомпаратор состоит из трех основных систем: измерительной, наблюдательной и регистрирующей. Наиболее простым измерительным устройством является точный ходовой винт, на конце которого укреплен отсчетный барабан, разделенный на 1000 равных частей. Если шаг винта равен 1 мм, то каждое деление будет соответствовать линейному перемещению каретки фотоснимка на 1 мкм. Обычно устанавливают два таких винта по осям X и У прибора. Подобные измерительные системы применены в монокомпараторах ТА-1/Р «Нистри» и монокомпараторах фирмы «Манн». В монокомпараторах МК-1 фирмы «Керн», «Аскорекорд» народного предприятия «Карл Цейсс Йена» и др. измерения выполняются с помощью стеклянных шкал, установленных параллельно осям прибора, и оптических либо спиральных микрометров. Преимущество этих систем заключается в том, что уменьшаются требования к постоянству температуры в помещении, так как деформации шкал и диапозитивов почти одинаковые. Применяются и другие измерительные системы, в основу которых положены дифракция или интерференция света. Например, измерительная система, основанная на интерференции света, может позволить выполнять измерения с точностью 1/4 и даже 1/8 длины волны источника монохроматического света. Простейшие наблюдательные системы монокомпараторов состоят из объектива, фокусирующего изображение фотоснимка в плоскости марки, и окуляра для рассматривания изображений. Более сложные системы дополняют бинокулярным микроскопом, через который изображения фотоснимка и марки рассматриваются двумя глазами, призмами для оптического поворота изображения, взаимозаменяемыми окулярами с различным увеличением и т. п. Регистрирующие системы предназначены для автоматизации снятия отсчетов и подготовки информации для ввода в ЭВМ. Автоматическая регистрация разделяется на два процесса: преобразования линейного перемещения фотоснимка (марки) в цифровой код и регистрацию этой информации в десятичной системе счисления или в другой форме на магнитные ленты, перфоленты, перфокарты. Для преобразования линейного (углового) перемещения в цифровой код имеется несколько типов преобразователей. Основные характеристики монокомпараторов, используемых в фотограмметрии, довольно близки друг к другу. Так, максимальные перемещения кареток фотоснимков колеблются от 250 до 300 мм, предельные увеличения наблюдательных систем — от 16 до 60 х, точность отсчетов — от 0,1 до 2 мкм. Монокомпаратор «Аскорекорд» — прибор повышенной точности с автоматической регистрацией результатов измерений, применяется в фотограмметрии, астрономии и космической геодезии. Это наиболее высокоточный монокомпаратор из известных в настоящее время. В комплект «Аскорекорда» (рис. 48) входят: прибор для измерения координат 2 и система автоматической регистрации, состоящая из шкафа 3 с электронным оборудованием, пульта управления 4, пишущей машинки 1 и перфоратора 5.

Рис. 48. Монокомпаратор «Аскорекорд»:

1 — пишущая машинка; 2—прибор для измерения координат; 3 — система автоматической регистрации (шкаф); 4 — пульт управления; 5 — перфоратор

Прибор для измерения координат (рис. 49) может использоваться и без системы автоматической регистрации. Он состоит из станины 12, служащей основанием прибора, на которой размещены измерительная и наблюдательная системы.

Рис. 49. Прибор для измерения координат, входящий в комплект монокомпаратора «Аскорекорд»:

1 — лампы подсветки шкал; 2—масштабные шкалы; 3 — зеркало; 4 — лампа подсветки диапозитива; 5 — каретка снимкодержателя; 6 — шарнирные параллелограммные линейки; 7 — рукоятка; 8 — микрометренные винты; 9 — бинокулярный микроскоп; 10 и 13 — приводы управления микрометрами; 11 — рычаг оптического поворота изображения; 12 — станина; 14 — угловой ленкер; 15—стеклянная плита; 16 — переключатель вида работы

В состав измерительной системы входят: каретка снимкодержателя 5, масштабные шкалы 2, микроскопы для снятия отсчетов и датчики-преобразователи, размещенные внутри станины, а также лампы подсветки шкал 1 и диапозитива 4. Для наведения измерительной марки на выбранную точку каретка снимкодержателя 5 с помощью рукоятки 7 через систему шарнирных параллелограммных линеек 6 и углового ленкера 14 может перемещаться от руки в нужном направлении по стеклянной плите 15. Точное совмещение осуществляется винтами 8. К каретке снимкодержателя прикреплены две направляющие линейки, по которым скользят подшипники подвижных стеклянных шкал. При смещениях каретки шкалы, связанные с ней, перемещаются параллельно осям X и У прибора. Перемещения отсчитываются по шкалам с помощью микроскопов, которые содержат спиральные микрометры. Приводы управления 10 и 13 микрометрами выведены на пульт прибора. Визуальный отсчет координат выполняется через окуляры бинокулярного микроскопа 9, поле зрения

которого при повороте переключателя вида работ 16 в положение «Масштаб», показано на рис. 50. В левой части поля зрения отсчет соответствует координате х (х = 411,1217 мм), в правой — y (у = 120,2734 мм). Информация для автоматической регистрации координат поступает от линейных датчиковпреобразователей грубого отсчета, связанных с масштабными шкалами, и сельсинов-датчиков спирального микрометра в счетчики.

Рис. 50. Поле зрения бинокулярного микроскопа при снятии отсчетов

Наблюдательная система представляет собой бинокулярный микроскоп 9 со сменными окулярами и объективами, подбором которых устанавливается необходимое увеличение. Кроме того, возможно осуществлять оптический поворот изображения снимка на 90, 180 и 270° с помощью рычага 11 (рис. 49). Для облегчения поиска наблюдаемых точек используется плоское зеркало 3, установленное под углом примерно 45°. Регистрирующее устройство состоит из шкафа с электронным оборудованием, снабженного цифровым индикатором, пульта управления, автоматической пишущей машинки и перфоратора. Устройство выполняет следующие операции: отсчет координат и показ их значений па цифровом табло; фиксирование номера точки и ее координат пишущей машинкой в десятичной системе счисления; пробивку перфоленты (перфокарты), содержащей ту же. информацию, с применением 8или 5-канального кода. Упрощенная блок-схема регистрирующего устройства показана па рис. 51. Информация с датчиков-преобразователей поступает на счетчики, проходя логические схемы запроса и дешифраторы кода, поступает на цифровое табло. Одновременно эта же информация попадает в запоминающее устройство и суммируется там. По команде с пульта управления координаты точки (из запоминающего устройства) и номер точки (с пульта управления) поступают на пишущую машинку и перфоратор. Пульт предназначен для управления работой регистрирующего устройства. С помощью его клавиатуры осуществляются: нумерация точек; ввод координат, соответствующих начальным отсчетам по масштабным шкалам; включение и выключение спирального микрометра; регистрация результатов измерений и выполняются другие второстепенные команды.

Рис. 51. Блок-схема регистрирующего устройства

Яркость освещения фотоснимков и шкал регулируется реостатом.

Основные характеристики монокомпаратора «Аскорекорд»

Формат измеряемых фотоснимков, мм Увеличение наблюдательной системы Цена деления спирального микрометра, мм Точность регистрации координат, мм: с помощью спирального микрометра при выключенном микрометре Напряжение питания, В Потребляемая мощность, кВА Необходимая площадь для установки, м2

До 300X300 12—58х 0,001 0,0001 0,01 220 0,5 Около 9

§ 37. Стереокомпараторы. Стереокомпаратор СК-1818 Стереокомпараторы служат для стереоскопического измерения координат точек фотоснимков. В отличие от монокомпаратора стереокомпаратор имеет, как правило, две каретки и бинокулярную наблюдательную систему для стереоскопического рассматривания фотоснимков. Регистрирующие системы аналогичны применяемым в монокомпараторах. На рис. 52 показан один из вариантов классической конструкции стереокомпаратора. На общей каретке 1 расположены каретка 2 левого фотоснимка и параллактические каретки 4 и 5 правого фотоснимка. Совмещение измерительной марки с одноименными точками фотоснимков осуществляют перемещением общей каретки по оси X, наблюдательной системы 3 по оси Y и параллактических кареток по своим направляющим параллельно осям X и Y прибора.

Рис. 52. Функциональная схема стереокомпаратора:

1 — общая каретка; 2 — каретка левого фотоснимка; 3 — наблюдательная система; 4 и 5 — параллактические каретки правого фотоснимка

Следовательно, будут измерены значения х1, у1, р и q, а координаты соответственных точек второго фотоснимка вычисляют по формулам

К настоящему времени в СССР и ряде других стран изготовлено несколько моделей стереокомпараторов, отличающихся один от другого и от классической схемы некоторыми конструктивными особенностями. Так, в стереокомпараторах СКА-18 и СКА-30 (рис. 56), изготовленных в Советском Союзе, наличие каретки для дополнительного (крупномасштабного) фотоснимка и возможность стереоскопического рассматривания его с одним из основных фотоснимков позволяют повысить достоверность и точность отождествления точек. Фирмой ОМ1 (Италия) выпущен трехкареточный стереокомпаратор ТА-3 (рис. 53, а), позволяющий стереоскопически рассматривать любую пару из трех фотоснимков, что также дает возможность повысить достоверность идентификации точек. В стереокомпараторе ПСК (рис. 53, б) фирмы «Цейсе» (ФРГ) каретки фотоснимков установлены вертикально, а благодаря использованию для измерений стеклянных сеток влияние температурных изменений сводится к минимуму. В стереокомпараторах СКВ-1 (СССР), «Стекометр» (ГДР) (рис. 53, в и 53, г), для перемещения кареток используются сельсинные передачи и т. д. Наиболее совершенны по своей конструкции стереокомпараторы СКА-18, СКА-30, СКВ-1 (СССР) и ТА-3, так как они позволяют выполнять независимое измерение координат точек левого

(x1, у1) и правого (х2, у2) фотоснимков. Это дает возможность повысить точность отождествления точек путем восстановления при обработке последующей стереопары отсчетов, зафиксированных на бумажной ленте при наблюдении точек предыдущей стереопары. Оптические наблюдательные системы большинства стереокомпараторов имеют переменное увеличение, позволяющее рассматривать стереоскопически фотоснимки разных масштабов, снабжены устройствами для переключения оптических ветвей и устройствами поворота изображений фотоснимков. Измерения на всех стереокомпараторах осуществляются по способу «мнимая модель — мнимая марка». Причем используются, как правило, сменные светящиеся марки различной формы, размера и цвета. В последние годы основное внимание уделяется созданию автоматизированных стереокомпараторов, которые по сравнению с неавтоматизированными имеют более высокую точность измерений, закрытые конструкции, автоматические регистрирующие системы и другие конструктивные особенности, которые позволили повысить производительность труда и точность измерения фотоснимков.

Рис. 53. Стереокомпараторы:

а – трехкареточный ТА – 3 (Италия); б – ПСК (ФРГ); в – СКВ-1 (СССР); г – « Стекометр» (ГДР)

Стереокомпаратор СК-1818 (рис. 54) народного предприятия «Карл Цейсе Йена» (ГДР) предназначен для измерения координат х1, у1 и параллаксов р и q точек фотоснимков. Он состоит из' измерительной системы, наблюдательной системы и устройства освещения. Измерительная система размещена на чугунной станине 10, являющейся основанием прибора, и включает: общую каретку 7, перемещающуюся по плоским направляющим и несущую цилиндрические направляющие 9 кареток левого 2 и правого 6 снимкодержателей; измерительные винты со шкалами 13, 11, 5, 4 и штурвалами Мх, Му, Мр, Мq; каретку общей подвижной части .2 (рис. 55, а) наблюдательной системы и каретку ее правой ветви 3. Совмещение измерительной марки с точкой левого фотоснимка осуществляется движениями общей каретки вдоль оси X прибора и подвижной части наблюдательной системы вдоль оси У прибора. Совмещение марки с одноименной точкой правого фотоснимка выполняется перемещением параллактической каретки 8 (рис. 54) параллельно оси X и правой ветви наблюдательной системы параллельно оси У прибора. Перемещение кареток осуществляется путем вращения штурвалов МХ9 Му, Mv, Мф а значения координат и параллаксов отсчитывают по шкалам 13, 11, 5 и 4.

Поворот снимкодержателей в плоскости XY прибора выполняется от руки с помощью накатанных гаек 7 или микрометренными винтами. Кроме указанных движений каретка 2 левого снимкодержателя может перемещаться вдоль оси X прибора с помощью удлинителя базиса 16.

Рис. 54. Стереокомпаратор СК-1818:

1 — общая каретка; 2 и 6— каретки снимкодержателей; 3—верхние осветители; 4, 5, 11 и 13 — шкалы, связанные с измерительными винтами и штурвалами Mq, Mp, My и Мх; 7 — гайки поворота снимкодержателей; 8—параллактическая каретки; 9 — цилиндрические направляющие; 10 — станина; 12 — лампа; 14 и 15—рычажки крепления при транспортировании; 16 — удлинитель базиса

Наблюдательная система (рис. 55) представляет собой бинокулярный микроскоп с увеличением 8 и состоит из неподвижной части 5 с блоком окуляров 7, марками 6, объективами 4 и общей подвижной части 2 с объективами 8 и призмами 1. Правая ветвь подвижной части, расположенная на каретке 3, имеет дополнительное движение вдоль оси У прибора. Лучи от точек фотоснимков Р1 и Р2 выходят из объективов 8 параллельным пучком и попадают в объективы 4, которые строят изображение фотоснимков в плоскости марок 6. Изображения фотоснимков и марок рассматриваются наблюдателем через окуляры 7. Поле зрения окуляров с измерительными марками и четырьмя перекрестьями показано на рис. 55, б. Нижняя (точечная) марка предназначена для измерения аэрофотоснимков, верхняя — для измерения наземных фотоснимков, а перекрестья — для юстировки микроскопа и специальных измерений. Установка на резкость марок осуществляется накатанными трубками окуляров 7, а получение резкого изображения снимка — накатанными кольцами объективов 8. Глазной базис изменяется в пределах 54—76 мм. Устранение видимого поперечного параллакса марок выполняется оптическими клиньями 9. Устройство освещения состоит из верхних осветителей 3 (рис. 54) и ламп 12, расположенных в нижней части прибора. При измерении прозрачных основ (диапозитивов, негативов) включаются верхние осветители, лампы 12 — при измерении no контактным отпечаткам. При транспортировании общая каретка приподнимается и крепится с помощью рычажков 14 и 15, расположенных на обеих сторонах прибора, а верхние осветители снимаются и перевозятся отдельно. х

Рис. 55. Наблюдательная система стереокомпаратора СК-1818 (а), поле зрения окуляров (б) и размеры измерительных марок (в): 1 — призма; 2 — общая подвижная часть; 3 — каретка; 4 и 8 — объективы; 5 — неподвижная часть; 6 — марки; 7 — окуляры; 9 — оптические клинья

Основные характеристики СК-1818 Формат фотоснимков, мм…………………………………………………………………..До 180x180 Пределы измерений, мм: абсцисс х............................................................................................................................235 продольных параллаксов р.......................................................................................75 с удлинителем базиса ..............................................................................................131 ординат у.............................................................................................................................180 поперечных параллаксов q.................................................................................... ±10 угла поворота снимкодержателей.............................................................................360° Точность отсчетов по шкалам измерительных винтов, мм: абсцисс и ординат ..............................................................................................................0,02 с оценкой на глаз......................................................................................................До 0,004 продольных параллаксов .........................................................................................0,005 с оценкой на глаз......................................................................................................До 0,001 поперечных параллаксов.........................................................................................0,01 с оценкой на глаз ....................................................................................................До 0,002 Увеличение наблюдательной системы............................................................................. 8х Диаметр поля зрения, мм............................................................................................ 16 Диаметр точечной марки, мм.....................................................................................0,05 Масса прибора, кг............................................................................................................132 Необходимая площадь для размещения, м2…………………………………………….…1

§ 38. Автоматизированные стереокомпараторы СКА-18 и СКА-30 Высокоточные стереокомпараторы СКА-18 и СКА-30 предназначены для измерений прямоугольных координат точек фотоснимков x1, y1, x2, y2 с автоматической регистрацией результатов измерений. Результаты измерений фиксируются на перфоленте в международном телеграфном коде № 2 (МТК-2), выдаются на печать и высвечиваются на световом табло в десятичной системе счисления. В состав комплектов автоматизированных стереокомпараторов (рис. 56) входят: 5— стереокомпаратор СК-30 (СК-18); 1 — автоматический счетчик координат АСК-М1; 7 —телетайп Т52 (Т63); щиток электропитания; 11 — кресло оператора; столы для ЗИПа и осциллографа; соединительные кабели и комплект запасных частей, инструментов, принадлежностей. СКА-18 и GKA-30 являются приборами стационарного типа. По сравнению с другими стереокомпараторами имеют следующие особенности: наличие каретки для дополнительного (крупномасштабного) фотоснимка и возможность стереоскопического рассматривания его с одним

Рис. 56. Стереокомпаратор СКА-30:

/ — автоматический счетчик координат АСК-М1; 2 и 6 — окна для установки фотоснимков; 5 —каретка дополнительного фотоснимка; 4 — оптическая головка; 5 — стереокомпаратор СК-30; 7 — телетайп; 8 — рычаг электропривода; 9 и 12 — штурвалы Y и X; 10 — ножная педаль; 11 — кресло оператора; 13 — пульт управления

Основные характеристики стереокомпараторов СКА-18 иСКА-30 СКА-18 СКА-30 Формат фотоснимков, Мм: oсновных………………………………………………………………………… 180 х 180 300 х 300 дополнительных………………………………………………………………….300 х 300 300x300* Инструментальная точность приборов, характеризуемая средними квадратическими ошибками измерения координат точек контрольных сеток, Мкм: при измерении в пределах всей площади ……………………………………….2,5 3,0 при измерении в пределах 10 мм ………………………………………………...2,0 1,5 Скорость перемещения от электропривода, мм /c: . кареток основных снимков ……………………………………………………….8 10 каретки дополнительного снимка …………………………………………Неподвижна 30 Увеличение наблюдательной системы основных снимков раздельное, плавнопопеременное ………………………………………… 5-20х 6-18 х Диаметр поля зрения при увеличении, мм: 5-20 х ………………………………………………………………………………..20-5 х — 6-18х ………………………………………………………………………………...— 33-11 Диапазон установки глазного базиса, мм ………………………………………………..54-76 54-76 Диаметры измерительных марок, мкм: светящихся, точечных …………………………………………………………….10 и 25 20 и 40 светящихся, кольцевых (внутренний диаметр) …………………………………15 и 25 20 и 40 Напряжение трехфазной сети переменного тока частотой 50 Гц, В ……………………………………………………………….....380/220 или 220/127 Потребляемая мощность, кВ А …………………………………………………………...1,7 2,7 Масса комплекта, кг ……………………………………………………………………….1080 1565 Необходимая площадь для размещения комплекта, м 2 …………………………………18 20

из основных снимков; высокая инструментальная точность; наличие электропривода, позволяющего осуществлять быстрое перемещение кареток фотоснимков в любом направлении совместно и раздельно; возможность поворота совмещенных изображений фотоснимка и марки в своей плоскости на любой угол; независимые движения кареток и наличие устройства, переключающего оси визирования, позволяют точнее отождествлять одноименные точки путем восстановления отсчетов на связующие точки предыдущей стереопары. Стереокомпаратор СК-30 предназначен для установки, наблюдения и измерения фотоснимков, а также для управления работой всех частей прибора.

Конструктивно он выполнен в виде закрытого несущего корпуса, внутри и на поверхности которого расположены все основные элементы. На корпусе размещены (рис. 56): 13 — пульт управления; 4 — оптическая головка; 3—каретка дополнительного снимка; 9 и 12— штурвалы X и Y; 8 — рычаг управления электроприводом перемещения фотоснимков; 10 — ножная педаль. Для доступа к кареткам основных фотоснимков, их осветителям и к каретке дополнительного фотоснимка в боковых и верхней панелях корпуса прорезаны окна 2 и 6. В соответствии с предназначением основных узлов и элементов стереокомпаратора выделяют следующие основные системы: измерительную, наблюдательную, блокировки и сигнализации, освещения, дополнительного фотоснимка и управления. Измерительная система предназначена для перемещения основных и дополнительных фотоснимков и измерения значений этих перемещений (рис. 57) и состоит из двух идентичных ветвей, каждая из которых смонтирована на отдельной станине 24, укрепленных на массивном основании, установленном на двух вертикальных рамах 14. На каждой станине размещены: каретки X и Y 32 и 2, выполненные в виде чугунных отливок, их направляющие, механизм перемещения кареток и кодовые датчики 11, 13, 19, 23. Каретка X 32 перемещается на подшипниках по основной 25 (6) и ориентирующей 20 (12) направляющим. На каретке X укреплены основная направляющая Y 31 и поддерживающая 4. Для правильной установки направляющих они снабжены четырьмя котировочными винтами и эксцентриковыми опорами 33. Для размещения снимка и его поворота на небольшой угол (±3°) на каретке Y 2 установлены поворотный диск снимкодержателя 3 и электропривод поворота 1. Для передачи движения на каретку от измерительного винта на ней находится ведущая линейка 5. Механизм перемещения кареток содержит: электромеханический и ручной приводы, блокирующее и разъединяющее устройства, измерительные винты X (Y) с гайками, привод поворота снимка. Электромеханический привод обеспечивает быстрое совместное или раздельное перемещение кареток в любом направлении. Он состоит из двух электродвигателей 22, редукторов, передающих валов, шестерен и рычага управления 15. Наклон рычага задает направления перемещения кареток по осям X и Y прибора.

Рис. 57. Устройство стереокомпаратора СК-30:

/ — электропривод поворота фотоснимка; 2 и 32 — каретки X и У фотоснимка; 3 — снимкодержатель; 4 и 31 — поддерживающая и основная направляющие каретки; 5 — ведущая линейка; 6 и 25— основные направляющие кареток X; 7, 17, 28—30 — электромагнитные муфты; 8, 10, 21 и 26 — измерительные винты; 9 и 27 — гайки компенсирующих устройств; И, 13, 19 и 23 — кодовые датчики; 12 и 20 — поддерживающие направляющие кареток X; 14 — вертикальная рама; 15 — рычаг управления электроприводом; 16 и 18 — штурвалы У и X; 22 — электродвигатель; 24 — станина; 33 — эксцентриковая опора

Ручной привод, включающий штурвалы 16 и 18, передающие валы и шестерни, служит для точного наведения измерительных марок на точки снимков.

Блокирующее устройство обеспечивает отключение штурвалов 16 и 18 при включении электромеханического привода. Оно состоит из двух электромагнитных муфт 17 и 29, которые срабатывают при наклоне рычага управления. Разъединяющее устройство позволяет перемещать как электромеханическим, так и ручным приводом только одну из кареток, чем обеспечиваются стереоскопические наблюдения. Оно состоит из электромагнитных муфт 7, 28, 30 и микропереключателей, связанных с ножной педалью и ручкой переключения базиса. Прецизионные измерительные винты 8, 10, 21 и 26 служат для перемещения кареток и высокоточного измерения этих перемещений. Они соединены с кодовыми датчиками, с валами электромеханического и ручного приводов. Для исключения длиннопериодических ошибок гайки 9 и 27 измерительных винтов снабжены специальным устройством. Кодовые датчики X 11, 23 и Y 13, 19 преобразователей «Вал — число» предназначены для кодирования углов поворота измерительных винтов с целью дальнейшей передачи этих кодов в АСК. Наблюдательная система предназначена для совместного стереоскопического наблюдения изображений измерительных марок и основных фотоснимков, а также одного из основных и дополнительного фотоснимков. Система обеспечивает наблюдение фотоснимков разных масштабов без ориентирования их по к при любом перекрытии их как при прямом, так и при обратном базисе. Система состоит из следующих основных блоков, объединенных в единую оптическую систему (рис. 58): блоков измерительных марок, блоков объективов, блока переключения, блока перемены увеличения и окулярного блока. Блоки измерительных марок обеспечивают введение з поле зрения марок требуемого размера, цвета и формы. Блоки закреплены на станинах измерительной системы и включают: диски 9 с набором марок, светофильтров 8, осветителя 10, призмы 7 и объектива 6. Переключатели дисков расположены внутри корпуса стереокомпаратора. Блоки объективов каждой ветви стереокомпаратора служат для построения изображений основных фотоснимков в плоскости изображения измерительной марки. В блоки входят: линзы 5 для фокусировки изображений фотоснимков; пентапризмы 11 со светоделительной гранью; призмы Пехана 12, обеспечивающие поворот совмещенных изображений марки и фотоснимка. Ручки «Фокусировка» и «Поворот изображения» выведены на пульт управления. Блок переключения служит для изменения хода лучей в наблюдательной системе с прямого на обратный. Он состоит из прямоугольных призм 13 и объективов. Поворотом рамки 14 подвижные призмы вводятся в правую и левую ветви, что переводит изображение из одного окуляра в другой. Ручка поворота рамки «Прямой» и «Обратный» выведена на панель корпуса оптической головки и связана с табло АСК. Благодаря этому на табло всегда высвечиваются координаты точек фотоснимка, который рассматривается в левый окуляр. Блок перемены увеличения 15 позволяет плавно изменять увеличение от 0,5 до 1,5 х раздельно для левой и правой оптической ветви. Ручки кареток панкратической системы выведены на пульт управления. Окулярный блок бинокулярного микроскопа обеспечивает совместное стереоскопическое рассматривание изображений марок и фотоснимков. Он состоит из ромбических призм 17, окуляров 18 и оптических клиньев 19. Призма-куб 20 предназначена для введения в поле зрения левого окуляра изображения дополнительного фотоснимка, а призма-куб 16 — для введения в поле зрения правого окуляра изображения фотоабриса. Системы освещения, блокировки и сигнализации. Система освещения предназначена для освещения основных и дополнительного фотоснимков, измерительных марок и пульта управления. Освещение основных фотоснимков выполняется на просвет неподвижными осветителями 3 с конденсорами 4. Яркость освещения каждого фотоснимка регулируется раздельно переменными резисторами «Освещение снимка» с пульта управления. Освещение дополнительного фотоснимка осуществляется на просвет и на отражение люминесцентными лампами 1 и 2. Для выравнивания освещенности дополнительного и основного фотоснимков в оптической системе установлен диск 24 с набором нейтральных светофильтров. Переключение светофильтров осуществляется ручкой, расположенной на оптической головке. Лампы включаются клавишей «Просвет» или «Отражение» с пульта управления.

Освещение измерительных марок осуществляется осветителями 10, входящими в блок марок. Регулирование яркости выполняется с пульта управления резисторами «Яркость марки». Освещение пульта управления выполняется двумя люминесцентными лампами при нажатии клавиши «Освещение пульта». Система блокировки и сигнализации обеспечивает отключение прибора при резком изменении напряжения, отключение электропривода в крайних положениях кареток, включение звуковой сигнализации. Блокировка кареток и включение сигнализации обеспечиваются микропереключателями и блокирующими реле, расположенными в системах перемещения. Система дополнительного фотоснимка предназначена для его перемещения и стереоскопического рассматривания совместно с одним из основных фотоснимков. В ее состав входят система перемещения дополнительного снимка и оптическая система дополнительного снимка. Система перемещения (рис. 59) служит для установки и перемещения дополнительного фотоснимка. Она состоит из станины 8, укрепленной на основании измерительной системы, каретки X 7, перемещающейся по направляющим 1 и 9, каретки Y 5, перемещающейся по направляющим 2 и

4, поворотного диска 6 со снимкодержателем, установленного на каретке Y, электромеханизма 3 поворота фотоснимка по . Перемещение дополнительного фотоснимка происходит одновременно с основным. Связь осуществлена электромеханически через электромагнитные муфты и редукторы с передаточным числом 1 : 3. Движение передается на ролики для перемотки стальных тросов 10 и 11, прикрепленных к кареткам X и Y. Включение механизма перемещения и управление перемещением осуществляются клавишами «Просвет», «Отражение» и ножной педалью, разворот фотоснимка на угол  — переключателем «Поворот снимков» и резистором «Скорость», регулирующим скорость поворота. Оптическая система позволяет вводить в поле зрения левого окуляра изображение дополнительного фотоснимка и изменять масштаб этого изображения. Она состоит из зеркала 27 (рис. 58) и объективной части 26, оборачивающей системы 25 для преобразования построенного объективом изображения в прямое, блока перемены увеличения 22 и системы призм 20, 21, 23 для введения изображения в блок перемены увеличения и затем в поле зрения окуляра наблюдательной системы. Система управления служит для организации взаимодействия всех узлов СКА-30. Она позволяет оператору управлять измерительной и наблюдательной системами, автоматическим счетчиком координат и системой дополнительного фотоснимка.

Рис. 59. Система перемещения дополнительного фотоснимка:

/ и 9 — направляющие каретки X; 2 и 4 — направляющие каретки Y; 3 — электромеханизм поворота фотоснимка; 5 —каретка Y; 6 — поворотный диск со снимкодержателем; 7 — каретка X; 8 — станина; 10 и 11 — стальные тросы

Большинство органов управления (клавиш, ручек) расположены на пульте управления (рис. 60) и оптической головке. Для управления измерительной системой используют рычаг электропривода, штурвалы X и Y, педаль и ручку переключения базиса 2.

Рис. 60. Пульт управления стереокомпаратора СКА-30:

1 — ручка переключения увеличения дополнительного фотоснимка; 2 — ручка переключения 5азиса; 3 — ступенчатый регулятор освещения дополнительного фотоснимка; 4—- шкала; 5 — ручка плавной перемены увеличения; 6 — фокусировка изображения; 7 — ручка поворота изображения; 8 и 9 — регуляторы освещения основных фотоснимков и марок; 10 — клавиша «Печать»; 11 — пятиразрядная клавиатура; 12—14 — переключатели поворота основных и дополнительного фотоснимков; 15 — ручка резистора, изменяющая скорость поворота; 16 —18 — клавиши управления дополнительным фотоснимком «Отражение», «Дополнительный фотоснимок», «Просвет»; 19 и 20 — клавиши «Стоп» и «Пуск»; 21 — клавиша. «Цифровое табло»; 22 — клавиша «Освещение пульта»

Управление наблюдательной системой осуществляется: ручками перемены увеличения 4 и 5, поворота изображения 7, фокусировки изображения 6, размещенными слева и справа от оптической головки; переключателями поворота основных фотоснимков 12 и 14 и ручкой резистора 15, изменяющего скорость поворота; ручками вида и цвета марок, расположенными внутри корпуса. Управление блоками АСК-М1 осуществляется клавишей «Печать» 10 для выдачи на печать и перфорации результатов измерений, клавишей «Цифровое табло» 21 для высвечивания измеряемых координат левого фотоснимка стереопары и пятиразрядной клавиатурой 11, с помощью которой набираются номера измеряемых точек. Управление дополнительным снимком осуществляется клавишами «Просвет» 18, «Отражение» 16 и «Дополнительный снимок» 17; переключателем 13, включающим поворот снимка по , ручкой 1 переключения увеличения, а также органами перемещения основных снимков (штурвалами X и Y, ножной педалью и рычагом электропривода). Клавиши «Пуск» 20 и «Стоп» 19 предназначены для включения и выключения прибора. Регулирование освещения основных фотоснимков и марок осуществляется регуляторами 8 и 9, а дополнительного фотоснимка — ступенчатым регулятором 3. § 39. Автоматический счетчик координат АСК-М1 Аппаратура автоматического счетчика координат предназначена для совместной работы с высокоточными стереокомпараторами СКА-18 и СКА-30. АСК-М1 служит для преобразования угловых перемещений измерительных винтов в десятичные числа, отображения результатов преобразования на цифровом табло, выдачи по команде оператора этих значений на печать и перфорацию в телеграфном коде МТК-2. Упрощенная блоксхема АСК-М1 приведена на рис. 61. АСК-М1 состоит из шкафа АСК и четырех преобразователей «Вал — число». Аппаратура шкафа АСК выполнена в виде цифровых блоков и блоков питания. Она предназначена для преобразования четырех двоичных чисел ХЛ, YЛ, ХП Yп, поступающих с преобразователей «Вал — число», в десятичные числа с индикацией их на цифровом табло шкафа и в телеграфный международный код № 2, который выдается в импульсной форме на телетайп.

При включении питания АСК двоичный код координат Х л, Ул, Хп, Уп поступает в устройство преобразования ПР1, где преобразуется в двоично-десятичный. Из устройства ПР1 информация поступает в преобразователи ПР2 и ПРЗ. Устройство ПР2 преобразует информацию из двоично-десятичного в десятичный код, который поступает в устройство цифровой индикации. Устройство ПРЗ преобразует информацию из двоичнодесятичного в международный код № 2, поступающий на телетайп для перфорации.

Рис. 62. Блок-схема двухшкального преобразователя

Правильность работы шкафа АСК-М1 проверяется двумя контрольными устройствами КУ1 и КУ2. При неправильной работе загораются сигнальные лампочки «Печать неисправна» и «Сбой АСК». Управление работой цифровых схем осуществляется устройствами управления УУ. Для преобразования угловых величин в пропорциональные числа, представленные двоичным кодом, в СКА-18 и СКА-30 применен восемнадцатиразрядный преобразователь «Вал — число». Это двухшкальный преобразователь (рис. 62), состоящий из механической и электронной частей (блоки ПП и ПС). В состав механической части входят: датчик точного отсчета (ТО) на одиннадцать разрядов, датчик грубого отсчета (ГО) на семь разрядов и соединяющий их редуктор с передаточным числом i = 128. В состав электронного блока ПП входят следующие основные схемы: ЛЗ ТО и ЛЗ ГО — линии задержки, выдающие в определенной последовательности импульсы на датчики ТО и ГО;

ФПИ — схема формирования подвижного импульса; СГЯ — синхрогенерирующая ячейка; ИУ—импульсные усилители. Электронный блок ПС состоит из двух основных схем: СЧ — схемы четырехразрядного двоичного счетчика; ПУ — переключающей схемы для преобразования ФАУ-кода В двоичный код. В двухшкальном восемнадцатиразрядном преобразователе преобразуемой аналоговой величиной является угол поворота  штурвала X (У), вводимый на валик датчика ТО механизма преобразователя. Информация с датчиков ГО и семи разрядов датчиков ТО снимается в ФАУ-коде по методу считывания. Информация для получения четырех младших разрядов снимается с датчика ТО по методу «Угол —фаза — время — код». Таким образом, по методу преобразования угла поворота измерительного винта в последовательность импульсов можно выделить две схемы: схему семиразрядного датчика; схему фазометрическую для четырех младших разрядов числа. Выходное восемнадцатиразрядное число выдается блоком ПС в виде токовых импульсов последовательным двоичным кодом. Семиразрядный датчик осуществляет позиционное кодирование угла поворота вала с помощью жестко посаженного на вал диска с нанесенным на нем рисунком ФАУ-кода. Считывание информации (рис. 63) с датчика об угловом положении вала производится специальными трансформаторами с воздушным зазором, в котором вращается этот кодовый диск.

Рис. 63. Принцип считывания информации трансформаторами с воздушным зазором: 1 и 3—сердечники трансформатора; 2 — кодовый диск (кодовая дорожка)

Если кодовая дорожка 2 не перекрывает воздушный зазор, то магнитный поток, наводимый импульсами опроса в сердечнике 1, замыкается и наводит в обмотке сердечника 3 ЭДС, которая соответствует единице двоичного кода. Если зазор перекрывается кодовой дорожкой, то ЭДС в обмотке 3 резко падает. Остаточная величина этого сигнала соответствует нулю двоичного кода. Следует отметить, что преобразователи считывания не могут быть построены в обычном двоичном коде из-за возможности появления грубых ошибок. Например, на рис. 64, а показана развертка четырехразрядной кодовой маски для фиксации положения задающего устройства в обычном двоичном коде и спроектированные на эту маску чувствительные элементы Д1 —Д4 вместе с линией считывания кода (ЛСК). Пусть заштрихованные участки маски соответствуют единицам, а светлые — нулям кода. Тогда при перемещении маски относительно ЛСК чувствительные элементы будут выдавать числа в двоичном коде от нуля (0000) до 15 (1111). Однако изготовление кодовой маски и установка чувствительных элементов не могут быть выполнены идеально, что приведет к неизбежным ошибкам. Например, на границе между 7 (0111) и 8 (1000) можно считать любое число от нуля (0000) до 15 (1111). Следовательно, если использовать обычный двоичный код, то может возникнуть неоднозначность считывания. Для исключения этой неоднозначности в семиразрядном преобразователе «Вал — число» АСКМ1 применен метод Баркера (ФАУ-код, V-код). Сущность его заключается в том, что используются два чувствительных элемента А и В в каждом разряде, кроме младшего. Эти чувствительные

элементы смещены относительно ЛСК на расстояние ln  q/22n-2 (n2), где q — дискретность преобразования.

Рис. 64. Считывания информации с четырехразрядной кодовой маски в обычном двоичном коде (а) и при смещении чувствительных элементов (б)

Чувствительные элементы группы А (рис. 64, б), смещенные относительно ЛСК в сторону возрастания отсчета, образуют «опережающие» подразряды. Чувствительные элементы группы В, смещенные в противоположную сторону, — «запаздывающие» подразряды. Выбор той или иной группы, с помощью которой необходимо в данный момент считывать информацию, определяется цифрой «О» или «1», считываемой с предыдущего (младшего) разряда. Например, если в предыдущем разряде код «О», то в следующем за ним старшем разряде считывание ведется с подразряда группы А, если «1», то с подразряда группы В. При расположении маски относительно ЛСК, показанном на рис. 64, б считывание ведется с подразрядов 1, 2А, 3А, 4А. Считываемый код будет 1000 (8). При использовании данного кода неоднозначность может возникнуть только в младшем разряде. Итак, в семиразрядном датчике АСК-М используется ФАУ-код. Количество дорожек на кодовом диске, выполненном по ФАУ-коду (рис. 65), равно количеству разрядов 2. Каждому положению диска соответствует вполне определенная комбинация импульсов всех разрядов по подразрядам А и В, т. е. комбинации импульсов по подразрядам А и В однозначно определяют угловое положение вала. Из этих комбинаций импульсов переключающая схема ПС формирует двоичный код выходного числа преобразователя по правилу: если предыдущий разряд двоичного числа имеет значение 0, то значение следующего разряда считывается с подразряда А; если предыдущий разряд двоичного числа имеет значение 1, то значение следующего разряда считывается с подразряда В. Электронная схема преобразователя осуществляет импульсное питание датчиков, усиление выходных сигналов датчика и необходимые логические переключения для преобразования выходных сигналов датчика в двоичный код. Принцип кодирования и считывания семи разрядов аналогичен как для датчика ГО, так и для датчика ТО. Нониусные разряды двухшкального преобразователя. Для получения четырех нониусных разрядов на периоде младшего разряда семиразрядного числа установлено дополнительно 16 магнитных головок (рис. 66)**. В этом случае угловое значение единицы младшего разряда одиннадцатиразрядного датчика составит Для обеспечения жесткости диска рисунки концентрических дорожек разрядов смещены. Смещение дорожек учтено соответствующим смещением трансформаторов.

2

** В целях удобства размещения головки распределяются по всей длине окружности с соблюдением закона к=К(0— 0), где к—угол установки головки с номером К; 0 = 2/64; 0 = 2/(6416).

где i=128 — передаточное число редуктора, соединяющего датчики ГО и ТО; 16 — количество магнитных головок, установленных на периоде младшего разряда (2/64).

Рис. 65. Кодовый диск, выполненный по ФАУ-коду

Рис. 66. Схема установки магнитных головок для получения четырех нониусных разрядов

Считывание информации с такой разрешающей способностью (10,5 ) осуществляется путем использования свойства огибающей последовательности импульсов менять фазу пропорционально угловому перемещению кодирующего диска в пределах периода 2/64. В АСК-М принцип преобразования линейного перемещения в код как в СКА-18, так и в СКА-30 одинаков, однако в СКА-30 информация о координатах перед поступлением в устройство преобразования ПР1 умножается на 2, т. е. цена кванта увеличивается с 1 до 2 мкм. Этим обеспечивается измерение координат по осям X и У в диапазоне не менее 30 см при том же восемнадцатиразрядном аналогово-цифровом преобразователе «Вал — число». § 40. Приборы для маркирования точек Опыт показывает, что путем фототриангуляции можно эффективно осуществлять сгущение геодезических сетей низших классов. При этом для достижения необходимой однозначности визирования в пределах 5—10 мкм рекомендуется производить маркирование, как опорных пунктов, так и точек сгущения перед аэрофотосъемкой. При аэрофототопографической съемке малоконтуристых районов для обеспечения возможности надежного опознавания на фотоснимках точек полевой подготовки также рекомендуется выполнять их маркирование. С этой целью на местности обозначаются маркировочные знаки, представляющие собой правильные геометрические фигуры размером не менее 0,2 мм в масштабе аэрофотоснимков.

В тех случаях, когда нецелесообразно предварительно выполнять полевое маркирование опорных точек и точек сгущения, для повышения точности отождествления одноименных точек прибегают к искусственному маркированию. Искусственное маркирование точек выполняется стереоскопически на эмульсионном слое диапозитивов с помощью специальных маркирующих приборов. К таким приборам относятся: двойной стереоскопический идентификатор ДСИ и стереомаркирующий прибор НТ, разработанные в СССР; маркирующий прибор «Трансмарк», разработанный народным предприятием «Карл Цейсе Йена»; маркирующие приборы PMG-1 и PUG-4 (рис. 67), выпускаемые фирмами «Керн» и «Вильд» (Швейцария), и ряд других приборов. Эти приборы позволяют выполнять маркирование точек, включенных в фотограмметрическую сеть, с точностью 1—7 мкм и подразделяются по принципу действия применяемых в них маркирующих устройств на приборы механического и теплового действия. При механическом маркировании (ДСИ, PMG-1 и др.) выбранные точки отмечаются на диапозитивах вдавливанием, накалыванием отверстий либо фрезерованием. При тепловом маркировании (используются специальные тепловые штампы (НТ) или лазерные устройства («Трансмарк»). Под воздействием теплового штампа или луча лазера эмульсия в точке снимка испаряется, образуя белую окружность диаметром 40—70 мкм, а близлежащий слой эмульсии застывает в виде кольцеобразной волны черного цвета. Благодаря этому замаркированная точка хорошо видна на участках диапозитива различной плотности. Стереомаркирующий прибор НТ разработан в ЦНИИГАиК и предназначен для маркирования точек на фотоснимках с помощью теплового штампа. Маркирование точек может выполняться в отраженном и проходящем свете на фотоснимках как одинакового, так и разных масштабов.

Рис. 67. Маркирующий прибор PUG-4

Конструктивно прибор НТ (рис. 68) во многом сходен со стереокомпаратором. В соответствии с предназначением отдельных частей прибора в нем выделяют: систему перемещения фотоснимков; маркирующие механизмы; устройство поиска зон маркирования; наблюдательную систему. Система перемещения служит для установки и перемещения фотоснимков. На станине 12, установленной на несущей раме 10, размещены круглые направляющие кареток X 11, которые несут такие же направляющие кареток Y 1 и 3. Снимкодержатели 2 расположены на каретках Y и имеют окна размером 250x250 мм. НТ позволяет осуществлять совместное или раздельное перемещение каждого фотоснимка вдоль координатных осей прибора в пределах ±100 мм. Быстрое перемещение снимкодержателей

обеспечивается рукоятками 7 устройства свободного хода. Для точного стереоскопического визирования предусмотрены штурвалы 8, связанные с блоками датчиков, подключенных к цифровому табло. На табло фиксируются лишь десятые, сотые и тысячные доли миллиметра.

Рис. 68. Стереомаркирующий прибор НТ:

1 и 3 — направляющие каретки Y; 2 — снимкодержатель; 4 — кронштейн; 5 — экран устройства поиска; 6 — маркирующий механизм; 7 — рукоятка перемещения снимкодержателя; 8 — штурвал; 9 — оптический проектор; 10 — несущая рама; 11 — направляющие кареток X; 12 — станина

Маркирующие механизмы 6 расположены над каретками снимков, укреплены на кронштейне 4 и при стереоскопическом наведении марок на соответственные точки находятся вне поля зрения наблюдательной системы. Тепловой штамп состоит из держателя и двух рабочих наконечников: один в виде кольца диаметром 2 мм, в центре которого находится игла, а другой представляет собой иглу. При включении кнопки «Маркирование» тепловой штамп плавно опускается на поверхность фотоснимка и одновременно включается электронный блок, управляющий нагревом штампа. Время непосредственного соприкосновения иглы штампа с фотоэмульсионным слоем фотоснимка не превышает 0,05 с. Устройство поиска зон маркирования позволяет ускорить нахождение одноименных точек, особенно при обработке разномасштабных фотоснимков, так как поле зрения оптической системы НТ небольшое. Устройство поиска состоит из экрана 5, на котором закрепляется фотоотпечаток с отмеченными зонами маркирования и оптического проектора Р, строящего в плоскости фотоотпечатка световую марку диаметром около 5 IMM. При перемещении кареток с фотоснимками световая и измерительная марки показывают на одни и те же участки фотоснимков и фотоотпечатка. Наблюдательная система (рис. 69) предназначена для совместного стереоскопического наблюдения изображений фотоснимков и измерительных марок. Она представляет собой неподвижный бинокулярный микроскоп, укрепленный на кронштейне, и состоит из блока объективов, блока перемены увеличения, блока марок, блока переключения и окулярного блока. Левая и правая ветви наблюдательной системы идентичны. Блок объективов служит для построения изображений фотоснимков 12 в плоскости изображения измерительных марок. В блок входят: объектив 11, в фокальной плоскости которого помещается фотоснимок; объектив <?, формирующий промежуточное изображение в предметной плоскости панкратической системы 6; объектив 5, переносящий изображение после панкратической системы с увеличением 1,0х в плоскость измерительной марки; прямоугольная призма 7 и куб 4, изменяющие ход лучей. Блок перемены увеличения включает: телескопические системы 10 и 9, обеспечивающие увеличение в диапазонах 1—3 и 9—22 х, и панкратическую систему 6, позволяющую плавно изменять увеличение от 0,59 до 1,67. В блок марок входят марка в виде черной точки диаметром 40 мкм, нанесенная на коллектив 3, и оптически сопряженные с ней две светящиеся марки: точечная 13 и кольцевая 14. Изображения светящихся марок вводятся в оптическую систему через светоделительные кубы 15 и 2 при включении соответствующих ламп.

Рис. 69. Наблюдательная система стереомаркирующего прибора НТ:

1 — прямоугольные призмы блока переключения визирных осей; 2 и 15 — светоделительные кубы; 3 — коллектив с нанесенной измерительной маркой; 4 — призма-куб; 5, 8 и 11 — объективы; 6 — панкратическая система; 7 — прямоугольная призма; 9 и 10— телескопические системы; 12 — фотоснимок; 13 и 14 — светящиеся марки (точечная и кольцевая), 16 — призма Шмидта; 17 — ромб-призма; 18 — окуляры; 19 — оптические клинья

Блок переключения визирных осей так же, как и в оптической системе СКА-30, состоит из четырех прямоугольных призм 1 и позволяет изменить ход лучей с прямого на обратный. Окулярный блок обеспечивает совместное стереоскопическое рассматривание изображений марок и снимков. В его состав входят: ромб-призмы 17 для изменения глазного базиса; окуляры 18; оптические клинья 19 для изменения угла конвергенции в пределах ±3'. Для вращения изображений перед блоком переключения установлены призмы Шмидта 16. Основные характеристики стереомаркирующего прибора НТ Формат фотоснимков, мм при дополнительном смещении фотоснимков Увеличение наблюдательной системы Диаметр визирных марок, мкм: точечной кольцевой Инструментальная точность, определенная по результатам маркирования фотокопии контрольной сетки, мкм

До 180x180 До 300X300 До 20х 40—50 120 2—3

Прибор «Трансмарк» предназначен для стереоскопического опознавания точек на перекрывающихся фотоснимках и последующего бесконтактного маркирования их. Маркирование точек выполняется с помощью лучей лазера на одном или обоих фотоснимках стереопары одновременно. В результате кратковременного воздействия когерентных лазерных лучей на эмульсионной стороне фотоснимка образуется точка, представляющая собой круг диаметром 0,066 мм. Маркирование точек может производиться не только непосредственно на эмульсионном слое, но и сквозь покровное стекло, если негатив или позитив изготовлены на пленке и помещены с целью выравнивания под покровную стеклянную пластину. При последующем измерении координат замаркированных точек они безошибочно опознаются на светлом и темном фоне фотоснимка как в отраженном, так и в проходящем свете. Применение прибора особенно целесообразно при автоматизации измерений, например с помощью фотоэлектронных измерительных устройств. «Трансмарк» (рис. 70) состоит из станины, на которой размещены все узлы прибора, системы для установки и ориентирования фотоснимков, оптической системы для наблюдения фотоснимков и направления хода луча лазера, размещенной в неподвижной насадке, пульта управления.

Рис. 70. Маркирующий прибор «Трансмарк»:

1—3 — клавиши включения маркировки; 4 — штурвалы поворота призм Шмидта; 5—7— штурвалы перемещения кареток по осям Z, Y и X; 8 — регулятор энергии лазера; 9—11 — регуляторы освещения фотоснимков и марок; 12 — выключатель освещения фотоснимков; 13 — общий выключатель

Для установки и ориентирования фотоснимков на станине прибора расположены две каретки. Приближенное визирование на одноименные точки выполняется перемещением фотоснимков от руки. Для точного визирования каждая каретка может перемещаться вдоль осей X и Y прибора на +5 мм и вдоль оси Z для фокусировки на 10 мм. Приводные механизмы перемещения оснащены шкалами, обеспечивающими точность отсчета 0,002 мм. Оптическая система прибора включает: наблюдательную систему, маркировочное устройство, блок измерительных марок и приспособление для освещения фотоснимков. Наблюдательная система состоит из двух идентичных ветвей. Она имеет переменное увеличение. Изменение увеличения производится сменой окуляров. Призмы Шмидта позволяют выполнить поворот фотоснимков при их ориентировании, а также получить обратный стереоэффект или преобразовать поперечные параллаксы в продольные. В маркировочное устройство входит рубиновый лазер мощностью 2—4 кВт, являющийся общим для обоих фотоснимков. Его луч разделяется на два канала и используется для маркирования точек. В момент включения лазера глаза оператора автоматически защищаются от воздействия лазерных лучей, отраженных от диапозитива. Измерительные марки представляют собой светящиеся точки, диаметр которых может ступенчато изменяться. Благодаря тщательной юстировке наблюдательной системы и зеркала маркировочного устройства измерительная марка и луч лазера совмещены с высокой точностью. Это позволяет выполнять маркирование точек с точностью, соответствующей наведению измерительной марки на одноименные точки фотоснимка. Пульт управления размещен на передней стороне станины: 13— общий выключатель; 12 — выключатель освещения фотоснимков; 5—7 — штурвалы перемещения кареток по X, Y и Z; 9—11 — регуляторы освещения фотоснимков и марок; 8 — регулятор энергии лазера; 4 — штурвалы поворота призм Шмидта; 1, 3 и 2 — клавиши включения маркирования РЛ, РП, РЛ и РП одновременно. Маркирование точек выполняется в такой последовательности. Перемещая снимки от руки, подвести в поле зрения зоны маркирования левого и правого фотоснимков. Закрепить фотоснимки на каретках прижимными стеклами или стальными линейками. Действуя штурвалами X, Y и Z, ориентировать фотоснимки и стереоскопически совместить измерительную марку с поверхностью модели в выбранной точке. Нажатием одной из клавиш 1, 3 или 2 выполнить маркирование точки па левом, правом или обоих фотоснимках одновременно.

Основные характеристики прибора «Трансмарк»

Формат фотоснимков, мм Увеличение оптической системы Диаметр поля зрения (соответственно увеличению), мм Диаметр измерительной марки в плоскости снимка, мм Диапазон регулирования глазного базиса, мм Диаметр кружка замаркированной точки в плоскости фотоснимка, мм Скорость маркирования, точек/ч Размер кареток для установки фотоснимков, мм Перемещение кареток, мм: вдоль осей X и. У по оси Z Поворот изображений фотоснимков Размер прибора, мм Масса, кг

До 240240 7, 10, 13, 20х 25, 25, 22, 16 0,066; 0,10; 0,13 57—74 0,066 60 340450 ±5 10 ±180° 1020700I220 130

Глава 8. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 41. Назначение, классификация и принципы устройства универсальных фотограмметрических приборов Фотограмметрические приборы, которые позволяют выполнять все процессы преобразования фотоснимков в план, а также определять пространственные координаты точек местности и создавать топографические карты, называют универсальными. Универсальные фотограмметрические приборы (УФП) предназначаются, как правило, для создания топографических карт и планов по плановым фотоснимкам. Они могут быть также использованы при обновлении топографических карт, сгущении геодезической основы, а при наличии автоматических регистрирующих устройств — для создания цифровых карт местности и ортофотокарт. Для составления ортофотокарт УФП соединяются с дополнительными приборами, позволяющими получать фотографическое изображение местности в ортогональной проекции. Теоретической основой различных способов образования модели по паре перекрывающихся фотоснимков служит математическое описание модели в виде зависимостей координат точек местности и координат соответственных точек пары фотоснимков (2.11). Следовательно, универсальный фотограмметрический прибор с той или иной степенью точности должен решать именно эти математические зависимости. В некоторых УФП фотоснимки стереопары сначала приводят к идеальному случаю съемки, реализуя, например, зависимости между координатами точек идеального и наклонного фотоснимков:

(8.1) а затем получают координаты точек местности по формулам (2.11), которые в данном случае будут иметь вид (8.2)

Таким образом, получение координат точек местности по паре фотоснимков возможно двумя путями: решением зависимости вида (2.11); решением зависимостей вида (8.1) и (8.2).

Универсальные фотограмметрические приборы классифицируют по различным признакам: по точности, по принципу моделирования, по способу решения зависимостей между координатами точек местности и пары фотоснимков, по способам построения связок проектирующих лучей и модели, по степени универсальности и другим конструктивным особенностям. Безусловно, наиболее важной характеристикой фотограмметрических приборов является их инструментальная точность. По этому признаку они подразделяются на прецизионные приборы (mx,y — до 5мкм), приборы I класса точности (mx,y— до 10 мкм), приборы II класса точности (mx,y— до 20 мкм), приборы III класса точности (тx,y — до 50 мкм). По принципу моделирования УФП классифицируют на приборы совместного моделирования и приборы раздельного моделирования. В приборах совместного моделирования моделирующая система предназначена решать зависимости вида (2.11), в приборах раздельного моделирования — зависимости вида (8.1) и (8.2). По способам решения этих зависимостей УФП подразделяют па аналоговые, цифровые, цифроаналоговые (аналогово-цифровые). Аналоговый УФП позволяет решать математические зависимости вида (2.11) или (8.1) и (8.2) автоматическим или полуавтоматическим путем непрерывно по мере изменения аргументов. Аналоговые приборы отличаются сравнительно простой конструкцией и относительно небольшой стоимостью. В цифровых приборах значения всех математических величин, начиная с исходных данных и кончая результатом, представляются в виде дискретных значений. Для цифровых приборов характерно значительное быстродействие, высокая точность и большие логические возможности. Наряду с этими принципиально различными типами приборов создаются приборы промежуточного типа. Они имеют структурную схему аналоговых устройств, но эта схема содержит еще и элементы цифровых устройств или мини-ЭВМ. Благодаря этому приборы цифроаналогового типа удачно сочетают положительные качества цифровых и аналоговых УФП. Наконец, по способам построения связок проектирующих лучей и модели УФП подразделяют на четыре группы: оптические, механические, оптико-механические, аналитические. Согласно теории обработки снимков универсальные фотограмметрические приборы должны иметь устройства, позволяющие восстановить связки проектирующих лучей, строить модель местности, производить ее внешнее ориентирование, а также выполнять наблюдение и измерение модели с целью определения координат точек местности и создания карт. В связи с этим каждый УФП можно представить в виде следующих функциональных блоков: моделирующей системы, выполняющей задачу фотограмметрических преобразований (трансформирования и пространственного проектирования); наблюдательной системы; системы графической и (или) цифровой регистрации (измерительной системы). Универсальные фотограмметрические приборы могут иметь и дополнительные блоки: для получения ортофотоснимков; для автоматической рисовки рельефа; для получения цифровой модели местности. Известно, что по паре фотоснимков при определенном их взаимном положении можно получить геометрическую модель местности, причем положение любой точки модели можно представить в виде засечки. В универсальных приборах применяются в основном два вида засечек: засечка в виде треугольника и засечка, выполняемая по принципу «треугольник плюс параллелограмм». Фотограмметрическая засечка, выполняемая по принципу «треугольник плюс параллелограмм», нашла более широкое применение, так как позволяет в большем диапазоне осуществлять выбор масштабов построения модели, не уменьшая размер фотоснимков. Она используется в оптических, механических и оптико-механических универсальных фотограмметрических приборах. Оптические универсальные приборы относятся к аналоговым приборам совместного моделирования. Построение связок проектирующих лучей и образование геометрической модели местности в приборах данной группы выполняются оптически, фотограмметрическая засечка осуществляется по принципу треугольника или «треугольник плюс параллелограмм». В связи с этим оптические приборы подразделяют на две подгруппы.

Рис. 71. Схемы приборов совместного моделирования оптического типа первой (а) и второй (б) подгрупп

В первую подгруппу входят мультиплексы и двойные проекторы. В этих приборах фотоснимки с помощью камер проектируются на экран (рис. 71, а). Причем изображения перекрывающихся частей фотоснимков накладываются одно на другое. В результате взаимного ориентирования связок лучей получают оптическую модель местности. Модель наблюдают и измеряют способом анаглифов, поляроидов или вращающихся бленд, используя действительную марку. К приборам второй подгруппы (рис. 71,6) относятся стереопланиграфы, двойные проекторы типа «Топофлекс», фотокартограф Ф.В. Дробышева. В этих приборах каждый фотоснимок проектируется на отдельный экран. Модель же получается в результате пересечения лучей левой связки с соответствующими лучами правой связки, перенесенной вдоль линии базиса в точку S'2. Расстояние S1S2 между передними узловыми точками объективов проектирующих камер устанавливается по конструктивным соображениям и, как правило, больше базиса фотографирования, выраженного в масштабе модели. В приборах же первой подгруппы оно равно базису фотографирования в масштабе модели:

b=1/tB. Фотограмметрическая засечка в оптических приборах второй подгруппы осуществляется по принципу «треугольник плюс параллелограмм», а измерение модели выполняется способом мнимой марки. Механические универсальные приборы. Для создания топографических карт широко применяются аналоговые универсальные фотограмметрические приборы раздельного и совместного моделирования, основанные на механическом способе восстановления связок проектирующих лучей и построения модели местности. Это можно объяснить тем, что они обладают относительно высокой точностью (приборы I и II классов точности), сравнительно дешевы и надежны в эксплуатации. Фотограмметрическая засечка в этих приборах выполняется рычажными механизмами и может быть плоскостной или пространственной. В связи с этим УФП, основанные на механических способах решения засечки, разделяют на две группы. К первой группе относят приборы типа топокарта, стереотригомата, супрографа, в которых засечка осуществляется с помощью плоскостных механизмов. Ко второй группе относят стереопроекторы Г. В. Романовского, стереографы Ф. В. Дробышева, автографы фирмы «Вильд», стереокартографы фирмы «Сантони» и др., реализующие фотограмметрическую засечку с помощью пространственных механизмов. В приборах совместного моделирования механического типа (рис. 72) проектирующая система

состоит из камер и проектирующих рычагов. Каждая камера может наклоняться вокруг двух осей, проходящих через центр проектирования фотоснимка. Этими наклонами учитывается влияние углов наклона камеры аэрофотоаппарата, существовавших в момент фотографирования.

Рис. 72. Схема прибора совместного моделирования механического типа

Приборы раздельного моделирования (рис. 73) данной группы существенно отличаются от приборов совместного моделирования тем, что фотоснимки в этих приборах всегда находятся в горизонтальной плоскости. Влияние же их углов наклона, существовавших в момент фотографирования, учитывается с помощью коррекционных механизмов. Эта особенность позволила применить в стереопроекторе Г. В. Романовского и стереографе Ф. В. Дробышева более простую наблюдательную систему, чем, например, в автографе фирмы «Вильд». Измерительная система у приборов данной группы состоит из базисной каретки и координатной системы, направляющие Х, Y и Z которой взаимно перпендикулярны. Верхняя часть базисной каретки с помощью шарниров связана с проектирующими рычагами и может перемещаться в направлении всех трех осей координат прибора. В состав измерительной системы большинства приборов механического типа входит также координатограф, каретка которого механически или с помощью сельсинов связана с базисной кареткой, что позволяет ступенчато изменять масштаб модели.

Рис. 73. Схема прибора раздельного моделирования механического типа: КМ — коррекционные механизмы

Для наблюдательных систем приборов механического типа характерным является то, что визирные лучи этих систем всегда перпендикулярны к плоскостям фотоснимков независимо от того, подвижна наблюдательная система или нет. Это обстоятельство является чрезвычайно благоприятным для получения наилучших условий наблюдения.

В механических универсальных фотограмметрических приборах фотограмметрическая засечка осуществляется по принципу «треугольник плюс параллелограмм», а для измерения модели используется способ мнимой марки. Оптико-механические УФП (рис. 74) составляют весьма немногочисленную группу. Все они относятся к аналоговым приборам совместного моделирования. В приборах данного типа связки проектирующих лучей создаются оптически, а модель местности строится с помощью пространственных рычагов. Рычаги вращаются вокруг передних узловых точек проектирующих камер и устанавливаются по ходу визирных лучей наблюдательной системы. Условия наблюдения в оптико-механических приборах хуже, чем в приборах механического типа, так как в них визирный луч не перпендикулярен к плоскости фотоснимка, а проходит через центр проектирования. Оптико-механическое проектирование осуществляется в стереотопографе Пуавилье (Франция), фотостереографе Нистри (Италия), приборе Томпсона (Англия) и др.

Рис. 74. Схема оптико-механического прибора совместного моделирования

Рассмотренные принципиальные схемы универсальных фотограмметрических приборов основаны на физическом воспроизведении геометрических соотношений в связках проектирующих лучей, существовавших в момент фотографирования местности, однако такой принцип не является единственным. В 1957 г. была выдвинута идея аналитического универсального фотограмметрического прибора. Аналитические универсальные приборы. Фотограмметрическая засечка в приборах данной группы выполняется с помощью цифровых или аналоговых вычислительных машин (устройств). В связи с этим их подразделяют на цифровые и аналоговые. Приборы аналитического типа состоят из трех основных частей: высокоточного стереокомпаратора, вычислительной машины (вычислительного устройства) непрерывного или дискретного действия и координатографа. Принцип работы аналитического прибора поясняет блок-схема прибора (рис. 75). Оператор , удерживая измерительную марку на поверхности модели и вращая штурвалы X, Y и ножной штурвал Z, перемещает карандашное устройство координатографа. Сигналы от этих штурвалов-датчиков в виде импульсов поступают в вычислительное устройство (ЭВМ). По этим данным и элементам ориентирования ЭВМ по заранее составленной программе он вычисляет поправки x1, у2, х2 и y2, которые благодаря обратной связи между стереокомпаратором и ЭВМ вводятся в текущие координаты точек фотоснимков. При вычислении поправок учитывается дисторсия объектива аэрофотоаппарата, кривизна земной поверхности, атмосферная рефракция, деформация фотоматериала и т. п. Вычисленные ЭВМ координаты (поправки к координатам) соответственных точек пары фотоснимков используются для автоматической установки кареток стереокомпаратора. В результате этих действий измерительная марка прибора будет совмещена с определяемой точкой стереомодели, а карандаш (игла) координатографа— с этой точкой на составляемой карте. Благодаря использованию вычислительных машин (устройств) аналитические приборы имеют большие возможности, чем приборы физического моделирования (проектирование фотоснимков в условной оптической, механической или оптико-механической проекциях). В принципе, они позволяют обрабатывать фотоснимки с любыми углами наклона и любыми фокусными расстояниями, учитывать многие искажения фотоснимков, влияние кривизны Земли, атмосферной рефракции и т. п.

Рис. 75. Блок-схема прибора аналитического типа

К приборам аналитического типа относятся: стереопроектор аналитический СПА и стереофотограмметрические комплексы «Аналит» и «Ортомат», выпускаемые в Советском Союзе, аналитические плоттеры типа АР и AS-11B-1, разработанные фирмой OMI и ряд других приборов. § 42. Двойной проектор «Топофлекс» «Топофлекс» — аналоговый универсальный фотограмметрический прибор совместного моделирования оптического типа (рис. 76). Он предназначен для составления и обновления топографических карт масштабов 1:10 000—1:100 000 по фотоснимкам.

Рис. 76. Двойной проектор «Топофлекс»: 1 и 2 — проектирующие камеры; 3, 4 и 17— штурвалы; 5, 6 и 16 — подъемные винты; 7—.9 — кнопки включения прибора, ламп осветителей проектирующих камер и чертежного стола; 10 и 11 — потенциометры регулирования яркости свечения ламп; 12 — экран; 13 — стереоскоп; 14 — диск подъемного винта; 15 — станина; 18 — опорная рама

Принципиальная схема прибора показана на рис. 77. Изображения фотоснимков P1 и Р2 проектируются раздельно на два экрана измерительного столика каретки высот Z. Стереоскопическая модель местности наблюдается с помощью стереоскопа. Для выполнения взаимного ориентирования проектирующие камеры имеют угловые движения <х, со, х. Кроме того, правая проектирующая камера имеет движения вдоль составляющих базиса bx, by и bz.

Рис. 77. Принципиальная схема прибора «Топофлекс»

Внешнее ориентирование модели местности осуществляется наклонами опорной рамы проектирующей системы на углы  и , изменением составляющей базиса bx и подбором пар сменных шестерен, определяющих масштабный коэффициент преобразования стереомодель — карта. В отличие от других приборов данного типа (например, от двойного проектора ДР-1) «Топофлекс» имеет стереоскопический измерительный столик, позволяющий отказаться от анаглифического способа наблюдения и, кроме того, перенос точек модели на плановую основу осуществлять механически с помощью координатной системы. Конструкция прибора «Топофлекс» состоит из трех основных систем: проектирующей, наблюдательной и измерительной, которые смонтированы на общей станине. Проектирующая система состоит из опорной рамы 18 (рис. 76) и двух проектирующих камер 1 и 2, Опорная рама установлена на станине 15 с помощью трех подъемных винтов 6, 5, 16, имеющих штурвалы 3, 4, 17, позволяющих наклонять раму на углы  и  или перемещать ее по высоте. Левая проектирующая камера жестко фиксируется на направляющей bx, а правая может перемещаться по ней. Каждая камера состоит из кронштейна, корпуса, снимкодержателя и осветителя. Кронштейны имеют карданные подвесы, механизмы и рукоятки для наклонов и поворотов корпусов камер на углы а, со и к. Кронштейн правой камеры, кроме того, оборудован механизмами и рукоятками для перемещения камеры вдоль составляющих базиса. В корпусе проектирующих камер размещаются проекционные лампы 1 (рис. 78), теплозащитные фильтры 2, светорассеивающие стекла 3, конденсоры 4, прижимные 5 и прикладные 6 стекла снимкодержателей, объективы 7 типа «Lamegon». Наблюдательная система состоит из зеркального стереоскопа 13 (рис. 76), экранов 12 и измерительного столика. Оптическая схема наблюдательной системы включает малые 10 (рис. 78) и большие 9 зеркала стереоскопа, окуляры 8 и экраны 11 со светящимися марками. Зеркальный стереоскоп установлен на каретке X наблюдательной системы с помощью кронштейна. Необходимый глазной базис устанавливается поворотом окуляров, а фокусировка — вращением их диоптрийных колец. Положение стереоскопа относительно плоскости наблюдения может изменяться путем наклона кронштейна. Экраны 12 (рис. 76) измерительного столика могут одновременно перемещаться вдоль оси Z путем вращения диска 14 подъемного винта и наклоняться в сторону оператора. Перемещение

наблюдательной системы в плоскости XY осуществляется от руки вдоль двух верхних пар направляющих X и У (рис. 77), по которым скользят каретки X и У наблюдательной системы.

Рис. 78. Оптическая система прибора «Топофлекс»:

1 — проекционные лампы; 2 — теплозащитные фильтры; 3 — светорассеивающие стекла; 4 — конденсоры; 5 и 6 — прижимные и прикладные стекла; 7 — объективы; 8 — окуляры; 9 и 10 — зеркала; 11 — экраны со светящимися марками

Измерительная система состоит из системы цифровой и графической регистрации. Измерение модели выполняется способом мнимой марки, для чего в поле зрения наблюдательной системы введены две марки в виде светящихся точек диаметром 0,15 мм, расположенных в центре экранов. Перемещение экранов вдоль оси Z фиксируется системой цифровой регистрации — счетчиком высот. Счетчик высот позволяет с помощью штока 4 (рис. 79) устанавливать на своей шкале 3 отсчеты, соответствующие геодезическим высотам обрабатываемой геометрической модели. Показания счетчика высот согласовываются с вертикальным масштабом модели путем дискретного изменения соотношения его зубчатых передач 1 и плавного изменения коэффициента преобразования с помощью микрометренного винта 2. Для установки на приборе необходимого передаточного отношения на микрометренном винте 2 устанавливается отсчет, значение которого выбирают в зависимости от значения вертикального масштаба модели. Значения перемещений измерительной марки в плоскости XY фиксируются с помощью чертежного устройства, расположенного на каретке X нижних пар направляющих X и У. Оно предназначено для вычерчивания карандашом или гравирования (специальными резцами) контуров и рельефа на топографической основе, укладываемой на чертежный стол. Каретка X чертежного устройства кинематически связана с кареткой X наблюдательной системы посредством фрикционных ленточных передач, валов и сменных шестерен. Схема ленточного привода в направлении оси X прибора показана на рис. 80. Каретки У также сопряжены между собой с помощью стальных лент и шестерен. Сменные шестерни расположены в коробке передач

Рис. 79. Кинематическая схема счетчика высот: 1 — зубчатые передачи; 2 — микрометренный винт; 3 — шкала; 4 — шток

Рис. 80. Схема ленточного привода кареток в направлении оси X

на передней панели прибора. Изменяя передаточные отношения пар шестерен, можно менять соотношения взаимных перемещений кареток наблюдательной системы и чертежного устройства, устанавливая тем самым необходимый масштабный коэффициент преобразования стереомодель — карта. На передней панели прибора ниже коробки передач расположен пульт управления. Включение прибора осуществляется нажатием кнопки 7 (рис. 76), кнопка 8 включает лампы осветителей проектирующих камер, кнопка 9 — освещение чертежного стола и чертежного устройства. Яркость свечения проекционных ламп и измерительных марок регулируется потенциометрами 10 и 11.

В комплект прибора может входить съемный дополнительный экран, который используется при переносе изображения контуров с одиночного фотоснимка на карту. Он устанавливается на станине с помощью специальных фиксаторов. Основные характеристики двойного проектора «Топофлекс» Формат обрабатываемых фотоснимков, мм Фокусное расстояние проектирующих камер, мм Угол поля зрения объективов 2 Увеличение окуляров стереоскопа Диаметр поля зрения в плоскости фотоснимков, мм Глазной базис стереоскопа, мм Диаметр измерительных марок, мм Угол наклона экранов измерительного столика Угол наклона визирного луча наблюдательной системы Диапазон перемещения наблюдательной системы, мм: по оси X по оси У по оси Z Диапазон перемещения правой проектирующей камеры вдоль составляющих базиса, мм: bx by bz Углы наклона и поворота проектирующих камер: и  Углы наклона опорной рамы:   Коэффициенты преобразования: фотоснимок — стереомодель стереомодель — карта фотоснимок — карта Средняя погрешность работы прибора: в плане, мм по высоте, м Размер чертежного стола, мм. Размер, мм Масса, кг Потребляемая мощность, кВ-А

До 230X230(300X300)* 149—160 93° 1,6 или 3,2х 30 или 15 55—75 0,15 0—35° 30—65° 0—550 0—650 300—480 130—315 ±20 ±25 ±8° ±15° ±5° ±6° 2,2—2,8 0,16—2,0 0,35—5,6 0,2 15/10 000H 600x600 1250X1250X1850 250 0,6

§ 43. Мультиплекс Мультиплексы относятся к аналоговым универсальным фотограмметрическим приборам совместного моделирования оптического типа. В отличие от других универсальных фотограмметрических приборов мультиплекс имеет три и более проектирующие камеры и служит для обработки уменьшенных диапозитивов. В зависимости от количества проектирующих камер различают 3-, 4-, 6-, 9-, 12-, 18- и 24-проекторные мультиплексы; кроме того, их подразделяют по значению угла зрения камер на нормальноугольные, широкоугольные и сверхширокоугольные. Основные характеристики советских мультиплексов приведены в табл. 6. В мультиплексах фотоснимки с помощью проектирующих камер проектируются на экран так, что их изображения накладываются одно на другое. Фотограмметрическая засечка осуществляется по принципу треугольника, вершинами которого служат передние узловые точки проектирующих камер и определяемая точка модели. Наблюдение модели выполняют, как правило, способом анаглифов, а для измерения используют действительную марку (рис. 44, в). К основным частям мультиплекса (рис. 81) относятся: стол с экраном 8; станина, состоящая из двух винтовых стоек 1 и 3 с подъемными винтами 5, 6, 9 и штанги 4; проекторы 2 и измерительный столик 7.

Экран стола мультиплекса представляет собой отполированное стекло. На гнезда стола опираются подъемные винты стоек. На стойках установлена штанга, служащая осью абсцисс прибора. На штанге укреплены: направляющая и зубчатая рейка для перемещения базисных кареток проекторов вдоль оси X, шкала для учета этого перемещения и штепсельные разъемы для подключения осветителей проектора, измерительного столика и лампы подсветки. Таблица 6 Тип мультиплекса Основные характеристики Коэффициент уменьшения фотоснимков,  Фокусное расстояние проектирующей камеры, мм Фокусное расстояние объектива проектирующей камеры, мм Зона резкого изображения фотоснимков, мм Углы наклона камер  и ,  Угол поворота камеры ,  Составляющие базиса, мм bx by bz

нормальноугольный 2=62 4 45 40 250-360 8 360 80-100 65 40

широкоугольные

СверхшиРокоугольный

2=122

2=105

2=87

4,5

3,3

3,3

22

31,5

21

20,7

28,6

19,6

250-360

250-360

250-360

8

7

8

360

360

360

80-120 60 40

80-120 55 35

100-140 60 40

Рис. 81. Мультиплекс: 1 и 3 — винтовые стойки; 2—проектор; 4 — штанга; 5, 6 и 9 — подъемные винты; 7 — измерительный столик; 8 — экран

Проектор (рис. 82) состоит из проектирующей камеры 4, осветителя 3 и базисной каретки 6. Базисная каретка, состоящая из двух суппортов и шарнирного устройства, свободно устанавливается на направляющую штанги и позволяет перемещать проектор по направлениям, параллельным

координатным осям: вдоль оси X — с помощью винта bх, вдоль оси Y — с помощью винта bу, вдоль оси Z — винтом bz. Значения перемещений проектора фиксируются по соответствующим шкалам1, 5 и 2.

Рис. 82. Проектор мультиплекса: 1, 2 и 5—шкалы для фиксации отсчетов bx, bz и by; 3 — осветитель; 4 — проектирующая камера; 6—базисная каретка

Проектирующая камера имеет корпус, объектив и прикладную рамку для установки и центрирования диапозитива. Шарнирное устройство, в котором установлена проектирующая камера, позволяет наклонять ее на углы а и со вокруг взаимно перпендикулярных осей, а прикладная рамка камеры может поворачиваться в своей плоскости на угол к. Таким образом, каждая проектирующая камера имеет необходимые линейные и угловые движения для выполнения ориентирования фотоснимков. Измерительный столик (рис. 83) предназначен для измерения модели. Он состоит из подковообразного основания 4 с вертикальными направляющими 5, по которым с помощью червячного винта 7 перемещается муфта 5, несущая экран 2. В центре экрана находится светящаяся марка. Высота экрана относительно поверхности стола мультиплекса отсчитывается по счетчику 1. Плановое положение контуров и горизонталей на создаваемом оригинале карты регистрируется карандашным устройством 3 измерительного столика.

Рис. 83. Измерительный столик:

1 — счетчик высот; 2 — экран; 3 — карандашное устройство; 4 — подковообразное основание; 5 — муфта; 6 — вертикальные направляющие; 7 — червячный винт

Обработка фотоснимков на мультиплексе включает: изготовление уменьшенных диапозитивов, внутреннее и взаимное ориентирование их, приведение отдельных моделей к одному масштабу (если строится фотограмметрическая сеть из нескольких моделей), внешнее ориентирование модели, определение координат и высот точек местности или нанесение на оригинал контуров и рельефа. Изготовление уменьшенных диапозитивов является ответственным процессом, так как качество диапозитивов в значительной степени влияет на точность фотограмметрических построений. Изготовление диапозитивов выполняют на фотоуменьшителе УФУ, входящем в комплект мультиплекса. Внутреннее ориентирование диапозитивов выполняется с целью восстановления связок проектирующих лучей и включает два процесса: установку диапозитивов в проектирующие камеры и их центрирование. Взаимное ориентирование выполняется путем устранения поперечных параллаксов на шести стандартно расположенных точках движениями одной или двух проектирующих камер. В результате взаимного ориентирования соответственные лучи связок пересекаются, образуя геометрическую модель местности. Внешнее ориентирование на мультиплексе выполняется по опорным точкам и включает два процесса: определение масштаба модели и ее горизонтирование. Горизонтирование модели осуществляется с помощью ориентирных столиков, входящих в комплект прибора, путем движения четырех подъемных винтов стоек и наклона штанги. Высоты точек местности определяют с помощью счетчика измерительного столика, а плановое положение точек регистрируют с помощью карандашного устройства. В связи с тем что мультиплексы относятся к приборам III класса точности, в настоящее время они используются в основ-ном для обучения, как простые приборы, позволяющие наглядно показать основные процессы построения одиночных моделей и модели маршрута. § 44. Стереопроектор СПР-ЗМ Стереопроектор — аналоговый универсальный фотограмметрический прибор раздельного моделирования механического типа. Он предназначен для составления и обновления топографических карт по плановым фотоснимкам, кроме того, может быть использован для построения фотограмметрических сетей аналоговым или аналогово-аналитическим способом. Стереопроектор (рис. 84) разработан под руководством Г.В. Романовского и внедрен в производство в 1954 г. Прибор неоднократно усовершенствовался и в настоящее время является наиболее совершенным универсальным фотограмметрическим прибором механического типа, применяемым в СССР для создания топографических карт по плановым фотоснимкам. Стереопроектор СПР-ЗМ состоит из следующих основных систем: моделирующей, наблюдательной, измерительной и устройства освещения и сигнализации. Все узлы и механизмы, образующие указанные системы, расположены на общей станине, состоящей из двух чугунных плит 4 и 5, четырех колонок 2, связывающих плиты, трех стоек 3 с подъемными винтами, верхней Побразной фермы 1 и вертикальной рамы. Моделирующая система предназначена для решения двух задач: трансформирования пары фотоснимков и осуществления фотограмметрической засечки — определения пространственного положения точки модели местности по трансформированным изображениям. В связи с этим моделирующую систему условно разделяют на трансформирующую систему и проектирующую систему. Трансформирование пары фотоснимков осуществляется на самом приборе коррекционными механизмами. Коррекция за перспективные искажения вводится посредством смещения компонентов объективов наблюдательной системы. Проектирующая система состоит из двух прецизионных рычагов R1 и R2, каретки фокусных расстояний КF, базисного устройства и кареток фотоснимков КC. Согласно принципиальной схеме прибора (рис. 85) фотограмметрическая засечка решается по принципу «треугольник плюс параллелограмм» с помощью рычагов R1 и R2 по трансформированным изображениям. Верхние концы рычагов связаны скользящими шарнирами М с каретками фотоснимков. Средние части проходят через двухосные скользящие шарниры, что позволяет поворачиваться рычагам вокруг центров этих шарниров S1 и S2, являющихся центрами проекций. Шарниры Si и S2 находятся на каретке фокусных расстояний KF, которая может перемещаться по вертикальным направляющим. Ее перемещение позволяет изменять фокусное расстояние

проектирующих камер прибора от 150 до 300 мм. Нижние концы рычагов связаны шарнирами M1 и М2 с базисной кареткой, укрепленной на каретке высот Kz.

Рис. 84. Стереопроектор СПР-ЗМ:

1 — верхняя П-образная ферма; 2 — колонка; 3 — стой-ка; 4 и 5 — чугунные плиты

Базисное устройство может перемещаться в трех взаимно перпендикулярных направлениях по направляющим X, У, Z измерительной системы. Изменение положения базисного устройства соответствует изменению пространственных координат X, У, Z точки модели. Шарнир Mi связан с суппортом bх и может перемещаться от 20 до 200 мм. Шарнир М 2 правого рычага соединен суппортом by и bz с вертикальной кареткой счетчика высот.

Рис. 85. Принципиальная схема СПР-ЗМ:

М, М2 и Mi — скользящие шарниры; KF — каретка фокусных расстояний; R2 и R1 — проектирующие рычаги; S2 и S1 — шарниры (центры проекций); У, Z и X— направляющие; Кх, KY, KZ — каретки X, У и каретка высот; П — планшет

Расстояние между центрами проекций S1 и S2 величина постоянная, поэтому установка составляющих базиса проектирования осуществляется изменением положения шарниров M1 и М2 относительно друг друга вращением ручек 2, 4 и 5 суппортов bx, by и bz (рис. 86). Значения составляющих базиса отсчитываются по шкалам 1, 3 и 6 микрометренных винтов, наименьшее деление которых 0,05 мм.

Рис. 86. Базисное устройство:

1, 3 и 6 — шкалы микрометренных винтов; 2, 4 и 5—ручки суппортов bx, by и bz

Наблюдательная система предназначена для стереоскопического рассматривания фотоснимков и измерительных марок в процессе построения и измерения модели. Она расположена неподвижно в верхней части прибора и состоит из двух идентичных ветвей (рис. 87), симметричных относительно плоскости YZ прибора. Фотоснимок Р находится в главной фокальной плоскости объектива 15, который связан с направляющим стрежнем 14 коррекционного механизма трансформирующей системы и может перемещаться в продольном и поперечном направлениях. Визирный луч, пройдя неподвижный объектив 13, направляется призмами 12 и 11 к линзе 10 и далее к призме-кубу 9. Куб 9 предназначен для введения в оптическую систему светящейся измерительной марки. Далее визирный луч направляется трапециевидной призмой 7 вниз под углом 15° к вертикали и, пройдя коллективы 6 и 5, входит в пентапризму 4, которая направляет луч в бинокулярный микроскоп прибора. Каждая из ветвей бинокулярного микроскопа состоит из ромбической призмы 3, окуляра 2 и оптического клина 1. Ромбические призмы позволяют изменять расстояние между окулярами, а оптические клинья — устранять зрительный параллакс. Окуляры микроскопа сменные, рассчитанные на установку шести - или десятикратного увеличения.

Рис. 87. Схема правой ветви наблюдательной системы СПР-ЗМ:

/ — оптический клин; 2 — окуляр; 3 — ромбическая призма; 4 — пентапризма; 5 и 6 — коллективы; 7 — трапециевидная призма; 8 — диск с измерительными марками; 9 — призма-куб; 10 — линза; 11 и 12 — призмы; 13 и 15 — неподвижный и подвижный объективы; 14 — направляющий стержень; 16 — диск с цветными фильтрами

Измерительные марки выгравированы на стеклянных пластинах, укрепленных на диске 8. Смена марок осуществляется поворотом этого диска. Диаметры проекций измерительных кольцеобразных марок на плоскость фотоснимка равны 0,06; 0,12 и 0,18 мм. Освещение марки регулируется реостатом, а цвет — поворотом диска 16 с цветными фильтрами. Измерительная система состоит из трех кареток Кх (рис. 85), KY, KZ, перемещающихся по направляющим X, Y и Z прибора, счетчиков координат и высот, связанных с высокоточными винтами, планшета П и измерительных марок, введенных в наблюдательную систему. Каретка KY перемещается вдоль оси У прибора по направляющим, укрепленным на нижней плите станины. На этой каретке находятся направляющие каретки Кх, которая несет на себе каретку высот Kz вместе с базисным устройством. Положение каретки Кх может изменяться в пределах 170 мм, каретки KY — в пределах ±180 мм, каретки высот Kz — ±55 мм. Счетчики позволяют фиксировать перемещение кареток Кх и KY с точностью 0,02 мм, каретки Kz — 0,01 мм. Каретки Кх и KY приводятся в движение с помощью штурвалов через коробки скоростей, измерительные винты и валы. Каждое движение может выполняться с большой или малой скоростью и с изменением направления движения без изменения направления вращения штурвалов. Регистрация планового положения точек измеряемой модели кроме счетчиков может осуществляться графически на планшете прибора с помощью карандашного устройства, установленного на каретке Кx. Система освещения и сигнализации предназначена для освещения фотоснимков, планшета, шкал счетчиков, а также для включения зуммеров сигнализации при крайних положениях кареток прибора. Освещение фотоснимков возможно как на просвет, так и на отражение и регулируется с помощью реостатов. Рабочее напряжение системы освещения и сигнализации — 12 В. Выключатели прибора, освещения планшета, шкал и счетчиков расположены на передней панели стереопроектора. Известно, что наиболее просто фотограмметрическая засечка может быть осуществлена по идеальным фотоснимкам. Кроме того, при обработке фотоснимков на приборах, как правило, необходимо преобразование связок. Из теории обработки фотоснимков с преобразованными связками следует: во-первых, если фотоснимки имеют углы наклона, то преобразованная модель деформируется (неравномерно) как в плане, так и по высоте, причем при коэффициенте преобразования K  2 и углах наклона фотоснимков  > 1° эти деформации превышают допустимые пределы; во-вторых, если обрабатываются горизонтальные фотоснимки, то горизонтальный и вертикальный масштабы модели будут различны (tг  tB), но отличаются они в К раз. Таким образом, при использовании как подобных, так и преобразованных связок проектирующих лучей пространственная засечка наиболее просто и точно решается по горизонтальным фотоснимкам. При работе на стереопроекторе фотоснимки независимо от их углов наклона всегда располагаются в плоскости, параллельной плоскости XY прибора. Влияние же углов наклона фотоснимков учитывается коррекционными механизмами. С их помощью в положение каждой наблюдаемой точки наклонного фотоснимка вводится поправка r, что в геометрическом смысле равносильно трансформированию фотоснимков. Следовательно, если фокусные расстояния прибора и фотоснимков не будут равны (fпр  fсн), то модель, построенная на стереопроекторе с помощью проектирующих рычагов, будет деформирована только по высоте (tГ = Ktв). Рассмотрим устройство и теорию коррекционных механизмов стереопроектора. В стереопроекторе применен коррекционный механизм механического типа (рис. 88). Он состоит из каретки объектива 1, шарнира каретки 2, вертикальной каретки 4, шарнира вертикальной каретки 3, опорного стержня 5, тарелки 6, направляющего стержня 10, стержня тарелки 7, нижних шарниров 8 и 9. Под воздействием коррекционного механизма происходит смещение объектива 1 в плоскости, параллельной плоскости XY прибора. В результате изображение фотоснимка сместится относительно неподвижной марки на величину r = ab (рис. 89). В исходном положении опорный стержень 5 (рис. 88) касается плоскости тарелки в ее центре. В этом случае шарниры 2 и 3 совпадают своими центрами и при любых углах наклона стержней 7 и 10 объектив 1 не будет смещен. Если в результате взаимного ориентирования фотоснимков стержень 5 будет смещен относительно центра тарелки на величину U, то при визировании на точку а фотоснимка рычаг 7 наклонится на угол  и поднимет (опустит) опорный стержень на величину . Опорный стержень

Рис. 88. Схема работы коррекционного механизма в исходном положении (а) и при смещении стержня тарелки (б): 1—каретка объектива; 2—шарнир каретки; 3—шарнир вертикальной каретки; 4 — вертикальная каретка; 5 — опорный стержень; 6 — тарелка; 7 — стержень тарелки; 8 и 9—нижние шарниры; 10 — направляющий стержень; I и II — объективы

Рис. 89. Смещение изображения под влиянием перемещения объектива

увлечет за собой вертикальную каретку и вместе с ней шарнир 3, что приведет к смещению объектива 1 на величину r. Следовательно, для того чтобы под смещенный объектив попала точка а, фотоснимок необходимо передвинуть дополнительно на величину r, т. е. общее смещение фотоснимка r0 = r + r. В основу работы и устройства коррекционного механизма положены свойства точки нулевых искажений: углы с вершиной в точке нулевых искажений в плоскости наклонного фотоснимка равны соответствующим углам в плоскости горизонтального фотоснимка; линейные смещения r точек, обусловленные наклоном фотоснимка, направлены вдоль прямых, проходящих через точку нулевых искажений, и вычисляются по формуле r = rr0/f sin  sin,

(8.3)

где  — угол наклона фотоснимка по направлению главной вертикали;  — угол, составленный линией неискаженного масштаба и направлением на данную точку; r и r0 — расстояния от точки нулевых искажений с соответственно до данной точки на наклонном и горизонтальном фотоснимках. Величина r переменная. Она зависит от координат наблюдаемой точки и значений углов  и . Величина смещения объектива I также переменная и зависит от углов наклона тарелки и величины смещения опорного стержня относительно ее центра. Определим, на какую величину должен быть смещен опорный стержень, чтобы объектив I сместился на требуемую величину r. Согласно рис. 88 треугольники А и Б подобны, следовательно, r = r/l,

(8.4)

где l — постоянная коррекционного механизма (l  180 мм). Величина  зависит от наклона тарелки и смещения опорного стержня. Из подобия треугольников В и Г следует: = r0/lU. (8.5) Подставляя выражение (8.5) в (8.6), получим r = rr0 /l2 U.

(8.6)

Приравняв правые части формул (8.3) и (8.6), получим U= l2/f sin sin.

(8.7)

Следовательно, коррекционный механизм будет вводить поправки в каждую наблюдаемую точку за наклон фотоснимка при условии, что смещение опорного стержня по данному направлению будет равно U. В стереопроекторе же смещение стержня осуществляется по направлению, параллельному главной вертикали. В этом случае  = 90°, поэтому формула примет вид U = l2/f sin.

(8.8)

Величину смещения опорного стержня U в стереопроекторе принято раскладывать на две составляющие: Ux — проекция U на ось X и UY — проекция U на ось Y—и обозначают через ' и . Таким образом, связь между величинами смещения стержня ' и  и углами наклона снимка  и  выражается зависимостями: ' =

sin 

;

' =

sin 

.

(8.9) Создаваемая на стереопроекторе модель местности в общем случае — преобразованная (tB  tГ). Для строгого решения задачи необходимо, чтобы при наведении измерительной марки на точку надира соответствующий проектирующий рычаг занимал отвесное положение. В то же время требуется, чтобы начало введения поправок за наклон снимка было в точке нулевых искажений с, т. е. при наведении марки наблюдательной системы на точку с стержни коррекционного механизма должны быть также отвесны. Выполнить одновременно эти два требования путем децентрации фотоснимков невозможно. В связи с этим возникает необходимость децентрировать не только фотоснимки, но и шарнир стержня тарелки. Пусть фотоснимок Р установлен в снимкодержатель прибора и центрирован. Тогда при наведении измерительной марки на главную точку фотоснимка проектирующий рычаг R (рис. 90, а) и стержень t тарелки будут занимать отвесное положение. Для выполнения первого требования сместим (децентрируем) фотоснимок на величину on (рис. 9,б). Стержень тарелки соединен со снимкодержателем, поэтому тарелка получит наклон.

Согласно второму требованию при наблюдении точки с стержень тарелки должен занять отвесное положение. Как следует из рис. 90, в, это требование не будет выполнено. Следовательно, для установки стержня тарелки в отвесное положение необходимо децентрировать шарнир стержня на величину ос.

Рис. 90. Децентрация фотоснимка и шарнира тарелки:

а — исходное положение; б — фотоснимок децентрирован (смещен) на величину on; в — стержень тарелки децентрирован на величину ос

Известно, что децентрация фотоснимка on = t tg  f, а децентрация коррекционного механизма ос = f tg /2  0,5f. В стереопроекторе СПР-ЗМ при введении децентрации фотоснимков

х = f ; y = f  автоматически вводятся и децентрации коррекционных механизмов

х = 0,5f ; у = 0,5/ . Таким образом, для того чтобы в каждую наблюдательную точку вводилась поправка за наклон снимка, необходимо сместить опорный стержень относительно центра тарелки вдоль направления, параллельного главной вертикали фотоснимка, на величину U = l2/f sin   l2/f . Смещение выполняется с помощью рукояток ' и  вдоль координатных осей X и У (например, при взаимном ориентировании) на величины

'  l2/f ; '  l2/f . Чтобы начало введения поправок находилось в точке нулевых искажений, необходимо при наведении измерительной марки на точку с поставить стержень коррекционного механизма в отвесное положение. Введение децентраций коррекционных механизмов осуществляется автоматически при введении децентраций фотоснимков.

Основные характеристики стереопроектора СПР-ЗМ Формат обрабатываемых фотоснимков, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .До 180X180 Фокусное расстояние фотоснимков, мм. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . .35—350 Фокусное расстояние прибора, мм. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150—300 Увеличение наблюдательной системы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 и 10 х Поле зрения при увеличении 6x, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 30 Диаметр измерительных марок, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,06; 0,12; 0,18 Соотношение масштабов фотоснимков и карты: без координатографа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,5—2,0 с координатографом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,1 —10,0 Отношение превышений точек местности к высоте фотографирования при n = 0,5 и п = 2,6..... Не более 0,5 и 0,3 Предельные значения углов наклона фотоснимков при f =35 мм и f = 100 мм. . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,8 и 5,0° Средняя квадратическая ошибка определения планового положения точек модели тх, ту, построенной по снимкам-макетам, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. 0,04 Средняя квадратическая ошибка определения высот mz по горизонтальной сеточной модели, м 1/10 000 Н Размер стереопроектора, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . . . .1160X1200x1900 Размер координатографа, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .1200X1280X800 Масса стереопроектора, кг . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . .. . . . . . . . .. . 800

§ 45. Назначение, состав и основные характеристики стереопроектора аналитического СПА Стереопроектор аналитический СПА создан в 1978 г. в СССР и относится к приборам аналитического типа. Он предназначен для составления и обновления топографических и специальных карт по фотоснимкам в стационарных условиях. Результаты стереоскопической съемки могут отображаться графически, а также в цифровой форме с записью информации на магнитных носителях и перфоленте управляющего вычислительного комплекса УВК СМ.

Рис. 91. Стереопроектор аналитический СПА

/ — центральный процессор типа СМ-4; 2 — алфавитно-цифровой видеотерминал; 3 — ручка изменения глазного базиса; 4 — стереокомпаратор;5 — ручка изменения освещенности изображений фотоснимков; 6 — ручка оптического поворота изображений; 7 — координатограф;8 — пульт оператора; 9 — цифровое вычислительное устройство; 10— накопитель на магнитных дисках; 11 — печатающее устройство

В состав стереопроектора СПА (рис. 91, 92) входят: оптико-механическое устройство (ОМУ), состоящее из стереокомпаратора 4 (рис. 91) и координатографа 7; устройство управления (УУ), включающее цифровое вычислительное устройство (ЦВУ) 9, пульт оператора 8, системы автоматического управления (САУ), устройство сопряжения (УСО);

вычислительный комплекс (ВК), состоящий из центрального процессора 1 типа СМ-4 (СМ-1420) накопителя на магнитных дисках 10, печатающего устройства И, алфавитно-цифрового видеотерминала 2. Применение в стереопроекторе вычислительного комплекса значительно расширяет возможности прибора по обработке фотоснимков. ВК позволяет автоматизировать взаимное и внешнее ориентирование фотоснимков, регистрацию цифровой информации о рельефе местности в процессе съемки. Кроме того, он обеспечивает повышение точности обработки фотоснимков в результате более полного учета искажений стереомодели, обусловленных кривизной земной поверхности, атмосферной рефракцией, дисторсией объектива и деформацией фотоматериала. В некоторых случаях, например, когда требуется создавать только графические оригиналы топографических карт, стереоскопическая съемка контуров и рельефа может выполняться без использования ВК3.

Рис. 92. Блок-схема СПА

Основные характеристики СПА Формат обрабатываемых фотоснимков, мм … … … … … … … … … … … … … … … … …. . До 300X300 Фокусное расстояние фотоснимков, мм.. ……………………………………………………..50—500 Допустимые углы наклона фотоснимков………………………………………………… 5° Увеличение наблюдательной системы……………………………………………………..4, 6, 8, 12х Диаметр поля зрения, мм: 3

Стереопроектор СПА может поставляться в комплекте без вычислительного комплекса.

с окуляром 5х …………………………………………………………………………..36,1 с окуляром 15х …………………………………………………………………………14,3 Разрешающая способность наблюдательной системы, лин./мм: при увеличении 4 и 6х……………………………………………………………..50 при увеличении 12х ………………………………………………………………….80 Размер измерительных марок в плоскости фотоснимка, мм: точечных ………………………………………………………………………………..0,02; 0,04 кольцевых. ……………………………………………………………………………...0,035; 0,06 Соотношение масштабов карты и фотоснимка ………………………………………………0,5—20,0 Инструментальные средние квадратические ошибки измерения, мм: координат точек фотоснимков х, у ……………………………………………………0,005 продольных параллаксов р …………………………………………………………….0,003. поперечных параллаксов q ……………………………………………………………0,002 Точность графического отображения элементов карты, мм. ………………………………..0,2 Максимальная скорость перемещения кареток стереокомпаратора, мм/с ………………….5 Размер, мм: оптико-механического устройства ……………………………………………………1790ХН15Х1725 устройства управления ………………………………………………………………...890X690X830. Потребляемая мощность, кВ-А…………………………………………………………………До 4

§ 46. Оптико-механическое устройство стереопроектора СПА Оптико-механическое устройство стереопроектора СПА предназначено для стереоскопического наблюдения и измерения обрабатываемых фотоснимков и графической регистрации результатов съемки контуров и рельефа на съемочном оригинале. В состав ОМУ (рис. 92) входят стереокомпаратор и координатограф, скомпонованные в виде одной конструкции, состоящей из двух корпусов: верхнего и нижнего. В верхнем корпусе расположен стереокомпаратор, в нижнем — координатограф. Оба корпуса связаны между собой стойками. Кроме того, в корпусе ОМУ расположены системы освещения, блокировки и сигнализации. Стереокомпаратор (СК) предназначен для стереоскопического наблюдения и измерения фотоснимков и состоит из измерительной системы, наблюдательной системы и системы освещения, блокировки и сигнализации. Измерительная система предназначена для установки фотоснимков, поворота их по, перемещения кареток стереокомпаратора по своим направляющим и измерения величин этих перемещений. Измерительная система стереокомпаратора (рис. 93) построена по параллактическому принципу и состоит из кареток х, р, у, q, механизма перемещения кареток и отсчетных систем (датчиков обратной связи). Вдоль оси х прибора перемещаются каретки подвижных элементов обеих ветвей наблюдательной системы стереокомпаратора, а параллактическое смещение р выполняется в результате перемещения только правой ветви наблюдательной системы. Параллельно оси у прибора перемещаются одновременно каретки левого и правого снимкодержателей, а параллактическое смещение q осуществляется перемещением только левой каретки. Перемещение кареток осуществляется электродвигателями, механически связанными с высокоточными измерительными винтами. Измерение координат и параллаксов точек фотоснимков выполняется путем регистрации углов поворота измерительных винтов с помощью датчиков обратной связи ФЭП-10. Рассмотрим принцип работы механизма перемещения каретки х, несущей на себе подвижные ветви наблюдательной системы. От электродвигателя 1 через зубчатые колеса 5, телескопический вал 6 вращение передается измерительному винту 9. С помощью гайки 7, укрепленной на каретке х, вращательное движение измерительного винта преобразуется в поступательное движение каретки по своим направляющим 8 На оси зубчатого колеса 5 находится муфта 3, которая передает вращение на редуктор 4 датчиков обратной связи 2. Эти датчики фиксируют положение измерительного винта, и результаты передают в устройство управления. Принцип перемещения кареток р, у и q аналогичен.

.

Измерение величин х1, у2, р и q выполняется путем стереоскопического визирования на точки модели, опроса соответствующих датчиков измерительной системы и регистрации в памяти ЦВУ цифровых кодов Vx, Vy, Vp, Vq координат и параллаксов точек стереопары фотоснимков Р1 и Р2, установленных в снимкодержателях СК. Связь между величинами x1, y2, p, q и цифровыми кодами Vx, Уy, Уp, Vp, определяется зависимостями: x1 = Vxl — MOx0.c; y2 = Vy2 — MOyo.c; p = MOp — Vpo.c; q = Vq — MOqo.c;

(8.10)

где МО — места нулей датчиков обратной связи, определяемые путем их опроса при одновременном наведении левой измерительной марки на главную точку 01 фотоснимка Р1 а правой — на главную точку 02 фотоснимка Р2. УЧИТЫВАЯ, ЧТО P = X1- X2, q = y1 – y2 , плоских кoординат соответственных точек стереопары вычисляют по формулам: x1 = Vxl — MOx0.c; y1 = y2 + V q — MO q o.c; x2= x1 + V p — MO po.c; y2 = V y2 — MOyo.c;

(8.11)

Эти же зависимости используются и для вычисления значений управляющих кодов х3, у3, p3 и q3 для САУ стереопроектора СПА. Наблюдательная система (рис. 94) предназначена для построения, совмещения и наблюдения изображений измерительных марок и фотоснимков. Она представляет собой бинокулярный микроскоп с переменным увеличением (4, 6, 8 и 12 х). Дискретное изменение увеличения осуществляется сменой окуляров 17—20.

Рис. 94. Наблюдательная система СПА:

1 — диск с марками и светофильтрами; 2 — световод; 3 — конденсор; 4 — лампы; 5, 7—10, 12 и 16 — объективы; 5—призма Пехана; 11 — фотометрические клинья; 13 — линза Смита; 14—светоделительная пластина; 15 и 22 — призмы; 17—20 —сменные окуляры; 21 —оптические клинья

Наблюдательная система состоит из подвижной и неподвижной частей. Подвижная часть, включающая компоненты системы 8, 13—16, обеспечивает возможность наблюдения различных участков фотоснимков. Она может перемещаться вдоль оси X прибора на ±170 мм (по оси Y перемещаются каретки снимкодержателей). При перемещении подвижной части наблюдательной системы изменяется длина хода лучей в первой оборачивающей системе (объективы 16, 5 и 7) и происходит поворот компонентов 15, 16 и 22 так, что отражающие грани призм 15 и 22 остаются параллельными. Увеличение первой оборачивающей системы с линзой Смита 13 равно 0,72х. В неподвижной части после объективов 7 установлены призмы Пехана 6, позволяющие вращать изображение фотоснимков в своей плоскости. Вторая оборачивающая система (объективы 10 и 12) проектирует изображение, построенное объективами 7, в переднюю фокальную плоскость окуляров. Она обеспечивает увеличение 1,11х. В поле зрения наблюдательной системы с помощью светоделительных пластин 14 введены светящиеся измерительные марки белого или зеленого цвета. Узел марок представляет собой вращающийся диск / с награвированными марками и наклеенными светофильтрами. Система проектирования марки представляет собой оборачивающую систему (объективы 9 и 8). Расстояние между этими объективами может изменяться на ±170 мм при перемещении объектива 8 по направлению оси X прибора. Освещение марок выполняется лампами 4 через конденсоры 3 и световоды 2. Наблюдательная система обеспечивает возможность изменения освещенности изображений фотоснимков с помощью фотометрических клиньев 11 путем вращения ручек 5 (рис. 91) оптической головки, фокусировки измерительных марок вращением колец окуляров, изменения глазного базиса вращением ручки 3 и коррекции конвергенции глаз оператора с помощью колец оптических клиньев21 (рис. 94). Для выполнения оптического поворота изображений слева и справа на оптической головке расположены ручки 6, связанные с призмами Пехана. Координатограф (рис. 95) предназначен для графического отображения на какой-либо основе элементов составляемой (обновляемой) карты, а также для ввода в ЦВУ кодов координат ХК, УК точек карты и кодов высот Z фотографирования левого фотоснимка относительно текущей точки модели, которые являются исходными данными для решения фотограмметрических зависимостей. Рисовка элементов карты выполняется карандашным устройством 5, установленным на каретке 4, перемещающейся по направляющим моста 3 вдоль оси X координатографа и совместно с мостом — вдоль оси У.

Рис. 95. Координатограф:

1 и 2— датчики грубого и точного отсчета; 3— мост; 4 — каретка; 5 — карандашное устройство; 6 — ходовой винт; 7 и 12 — ручки изменения скорости — перемещения карандашного устройства; 8 и 13— штурвалы У и X; 9и 11 — потенциометры; 10 — ножной диск

Перемещение каретки 4 карандашного устройства осуществляется с помощью штурвалов X 13 и У 8, передающих вращение винтовым парам (ходовой винт — гайка) моста каретки. С ходовыми винтами 6 механически связаны задающие датчики 1 и 2, с помощью которых в ЦВУ вводятся исходные коды координат ХК, УК точек карты. Задающий датчик Z° также расположен на координатографе, механически связан с ножным диском. 10 и позволяет вводить в ЦВУ цифровые коды высот фотографирования левого фотоснимка относительно текущей точки модели. Рядом со штурвалами X и У расположены потенциометры 9 и 11, с помощью которых оператор может изменять коды величин, вводимых в ЦВУ, и выполнять необходимые перемещения каре-ток стереокомпаратора при неподвижном положении каретки карандашного устройства. Рабочая поверхность стола координатографа изготовлена из матированного стекла размером 900x900 мм. Скорость перемещения карандашного устройства может изменяться путем поворота ручек 7 и 12, расположенных в центре штурвала, из одного фиксированного положения в другое. Рассмотрим кинематическую цепь перемещения карандашного устройства вдоль оси X и его связь с задающим датчиком (рис. 96). Вращение штурвала X через шестерни 7, конические шестерни 6, шарнирную передачу 5, коническую передачу 8, вал 9, конические колеса 3, передается измерительному винту 4 и затем чертежной каретке. Перемещение чертежной каретки фиксируется редуктором датчика, который получает вращение от вала 9 через передачи 2 и 1. Перемещение каретки по оси У и фиксирование значений перемещений аналогично рассмотренному. Кроме редукторов задающих датчиков X и Y на координатографе расположен редуктор задающего датчика, фиксирующий поворот ножного штурвала прибора. Отсчетные системы (блоки задающих датчиков и датчиков обратной связи) предназначены для отсчета линейных перемещений по задающим координатам ХК, УК, Z и по координатам обратной связи хо.с., yо.с., ро.с., qо.с. характеризующих положение четырех кареток стереокомпаратора. В ОМУ использовано семь идентичных отсчетных систем. Каждая представляет собой позиционный датчик угол — код на 18 двоичных разрядов, построенный на базе двух позиционных датчиков угол — код ФЭП-10, которые выдают информацию в виде десятиразрядного кода Грея. Схема соединения двух фотоэлектрических датчиков-преобразователей показана на рис. 97.

Рис. 97. Схема соединения двух датчиков-преобразователей

Характерной особенностью фотоэлектрического преобразователя ФЭП-10 является то, что каждому фиксированному положению вала соответствует определенное значение выходного двоичного числа. Датчик точного отсчета (ДТО) формирует десять младших разрядов измеряемых величин, а датчик грубого отсчета (ДГО) формирует один разряд сопряжения с ДТО и следующие восемь старших разрядов. ДТО и ДГО соединены через согласующий редуктор Р2. По сигналу опроса с задающих датчиков и датчиков обратной связи информация в коде Грея поступает в цифровой преобразователь, преобразуется в двоичный код и поступает в канал считывания для подачи в арифметическое устройство.

В отличие от преобразователей «Вал — число» в датчиках ФЭП-10 используется маска в виде кольцевых разрядных дорожек, характерных для кода Грея 4. Кроме того, считывание осуществляется с помощью излучающих диодов и фотоприемников, а в преобразователе «Вал — число» АСК-М — с помощью магнитных головок. В остальном принцип преобразования угловых величин в пропорциональные числа аналогичен рассмотренному в § 39. Системы освещения, блокировки и сигнализации ОМУ предназначены для освещения фотоснимков, рабочей поверхности стола координатографа (на просвет или отражение), подсветки марок и регулирования их освещенности, а также для отключения исполнительных электродвигателей САУ при крайних положениях кареток ОМУ с одновременным включением световой и звуковой сигнализации. Лампы осветителей фотоснимков и стола координатографа включаются при нажатии клавиш «Пуск», «Фотоснимки», «Освещение КГ» на пульте оператора. Регулируется освещенность фотоснимков ручками, расположенными на корпусе оптической головки, которые связаны с фотометрическими клиньями наблюдательной системы. Яркость марок регулируется потенциометрами, установленными на пульте оператора. В состав системы блокировки и сигнализации входят: концевые выключатели, лампы световой сигнализации, элементы звуковой сигнализации и электронное устройство, формирующее сигналы для отключения САУ. Сигналы от концевых выключателей, установленных на СК, поступают в ЦВУ, где формируется сигнал «Блокировка». По этому сигналу прекращается поступление цифровых кодов на САУ, а на электродвигатели подается сигнал, создающий отрицательную обратную связь, что способствует сокращению времени движения каретки по инерции. Одновременно включается световая и звуковая сигнализация. § 47. Устройство управления стереопроектора СПА Устройство управления предназначено для управления работой отдельных элементов и блоков СПА как при автономной работе прибора, так и совместно с управляющим вычислительным комплексом УВК СМ-4 (СМ-1420). Согласно структурной схеме стереопроектора СПА (рис. 92) в состав устройства управления входят: цифровое вычислительное устройство, являющееся специализированным вычислительным средством; пульт оператора; четыре системы автоматического управления; устройство сопряжения; блок питания. Цифровое вычислительное устройство предназначено для решения фотограмметрических зависимостей между координатами соответственных точек карты, модели и фотоснимков, а также для вычисления значений управляющих сигналов для систем автоматического управления каретками стереокомпаратора. Методика обработки пары фотоснимков предусматривает процессы взаимного и внешнего ориентирования, съемки контуров и рельефа составляемой карты. В связи с этим ЦВУ обеспечивает: ввод с пульта оператора и хранение исходных данных, установку и подбор элементов ориентирования; обработку показаний ДОС и вывод результатов на цифровое табло, САУ и др. В состав ЦВУ входят следующие функциональные блоки: арифметическое устройство (АУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), постоянное перепрограммируемое запоминающее устройство (ППЗУ), цифровой преобразователь (ЦП), устройство набора исходных данных, регистры САУ, микропрограммное устройство' управления (МУУ) и дешифраторы цифрового табло. Блок-схема ЦВУ СПА показана на рис. 98. АУ реализовано на базе 24-разрядного сумматора комбинационно-накапливающего типа и двух регистров такой же длины. Оно позволяет выполнять операции сложения, умножения, деления и перевод двоичных чисел в десятичные. Все действия выполняются над числами с фиксированной запятой и соответствующим образом масштабированными. Запоминающие устройства, используемые в ЦВУ, предназначены: 4

Маску в коде Грея можно сформировать из маски в обычном двоичном коде, если сдвинуть кодовые дорожки относительно начала отсчета в направлении положительного перемещения маски на половины соответствующих разрядов.

ОЗУ — для хранения 32 величин, поступающих в виде кодов с датчиков X, У, Z, кодов управляющих воздействий, их перемещений и др. Значения кодов могут меняться от цикла к циклу работы ЦВУ; ПЗУ — для постоянного хранения зафиксированных в нем коэффициентов для вычисления управляющих сигналов САУ и других констант; ППЗУ — для размещения величин, которые заносятся с пульта оператора и длительное время не изменяются, например мест нулей, значений элементов ориентирования, масштабных коэффициентов и т. п. Запоминающие устройства выполняют только две операции: запись и считывание. Управление записью (считыванием) осуществляется сигналами, поступающими с МУУ. ЦП осуществляет прием информации от задающих датчиков и датчиков обратной связи, которая поступает в коде Грея, преобразует ее в двоичный код и выдает в канал считывания для подачи в арифметическое устройство. Устройство набора исходных данных и цифровое табло с дешифраторами позволяют выполнять ввод и контроль элементов ориентирования и других величин, необходимых для работы ЦВУ. Дешифраторы обеспечивают преобразование двоичного кода, координат точек модели и их геодезических высот, поступающих из арифметического устройства, в десятичный код цифрового табло. Регистры САУ осуществляют прием и хранение в каждом цикле работы ЦВУ значений регулирующих воздействий, которые формируются из управляющих сигналов.

Рис. 98. Блок-схема ЦВУ СПА

Микропрограммное устройство управления определяет логику работы ЦВУ. Оно предназначено для организации вычисления цифровым вычислительным устройством значений управляющих цифровых кодов для перемещения кареток стереокомпаратора и геодезических высот точек местности. По своему построению и характеру работы МУУ представляет собой цифровой микропрограммный автомат с неизменной последовательностью действий. Алгоритм его функционирования заложен в электросхемы устройства и не подвержен изменению без конструктивных переделок. Пульт оператора (ПО) (рис. 99) предназначен для управления работой стереопроектора. По своему назначению органы управления, цифровые и световые индикаторы, входящие в состав пульта оператора, можно подразделить на следующие функциональные группы: 1 — клавиши, выключатели, световые индикаторы и ручки управления, предназначенные для включения прибора и обеспечения режимов управления отдельными узлами ОМУ; 2 — цифровое табло; 3 и 4 — индексные клавишные группы; 7—контроль ЦВУ; 6 — группа клавиш, позволяющая контролировать САУ; 5 — клавиши, обеспечивающие набор числа и занесение его на регистры ЦВУ. Первая группа клавиш, выключателей и ручек управления предназначена для включения прибора, регулирования яркости и фокусировки измерительных марок, поворота фотоснимков по к, включения ЦВУ и двигателей САУ, контроля положений кареток СК и освещения координатографа и планшета.

Рис. 99. Пульт оператора:

1 — клавиши, выключатели, световые индикаторы, и ручки управления; 2 — цифровое табло; 3 и 4 — индексные клавишные группы; 5 — клавиши набора числа; 6 и 7 — клавиши контроля САУ и ЦВУ

Цифровое табло предназначено для цифровой индикации координат Х ; У и высот точек модели, построенной по паре фотоснимков. В зависимости от режима работы предусмотрена возможность подключения или отключения того или иного ряда индикаторов табло. Индексные клавиши разделены на две идентичные функциональные группы и используются совместно с группой клавиш 5 при вводе исходных данных о стереопаре, при взаимном ориентировании фотоснимков и при внешнем ориентировании модели. Клавиши этих групп позволяют вводить в ЦВУ значения: фокусного расстояния фотоснимков, базиса фотографирования, мест нулей задающих датчиков и датчиков обратной связи, синусов углов наклона фотоснимков и базиса фотографирования, коэффициентов, учитывающих поправку за кривизну Земли, и т. п. Система автоматического управления предназначена для преобразования управляющих цифровых кодов, вырабатываемых в ЦВУ, в линейные перемещения кареток СК. Она представляет собой четыре одинаковые цифровые следящие системы, управление которыми осуществляет ЦВУ.

Блок-схема системы автоматического управления показана на рис. 100. Условно САУ подразделяется на две составные части: цифровую и непрерывную. Цифровая входит в состав ЦВУ и

Рис. 100. Блок-схема системы автоматического управления (САУ)

состоит из устройства вычисления ошибок и алгоритмов цифровой коррекции Д 1i и Д2i (i = 1, 2, 3, 4), реализованных в ЦВУ. В состав непрерывной части входят: усилитель САУ, электродвигатель (ДВ), тахогенератор (ТГ), редукторы PI, Р2 и датчик обратной связи. Принцип работы САУ заключается в следующем. Сигналы с задающих датчиков в виде двоичных кодов поступают в ЦВУ, где вычисляются расчетные значения перемещений кареток СК. Эти расчетные значения одновременно подаются на вход цифровой коррекции Д1i, где вычисляются значения скорости и ускорения, и на устройство вычисления ошибки, на второй вход которого поступает сигнал двоичного кода с ДОС. Сигнал ошибки проходит звено цифровой коррекции Д 2i и совместно с сигналом расчетного значения скорости поступает на вход усилителя САУ, который предназначен для управления электродвигателем. Одновременно на другой вход усилителя САУ поступает сигнал с тахогенератора, который служит для преобразования угловой скорости вращения вала электродвигателя в напряжение постоянного тока. В усилителе САУ двоичный код сигнала ошибки и расчетной скорости преобразуется в сигнал постоянного тока, усиливается и сравнивается с сигналом тахогенератора. Сигнал разности преобразуется в широтно-импульсный модулированный сигнал и после усиления по мощности поступает на электродвигатель. Двигатель постоянного тока через редуктор Р1 вращает ходовой винт передачи винт — гайка. Значение утла поворота измерительного вала через редуктор Р2 поступает на датчик обратной связи и затем в виде двоичного кода — на устройство вычисления цифровой следящей системы в ЦВУ. Таким образом, регулирующие воздействия, вычисленные в ЦВУ, поступают на усилители САУ и далее на электродвигатели, которые изменяют положения датчиков обратной связи хо.с., yо.с., ро.с., qо.с. с до тех пор, пока регулирующее воздействие по каждой САУ не будет равно нулю. Это произойдет в том случае, если величины рассогласований:

т. е. системы отработают заданные координаты, а задающие датчики не будут менять свое состояние. При внесении изменений по любой из задающих или установочных величин система выйдет из состояния равновесия и примет новое положение. При непрерывном изменении указанных величин система постоянно будет отслеживать эти изменения. Устройство сопряжения предназначено для организации двухстороннего обмена информацией между СПА и УВК СМ.

В зависимости от выбранного режима передачи из СПА в УВК СМ передаются: значения мест нулей датчиков обратной связи; координаты и высоты точек модели; показания датчиков обратной связи о положениях кареток стереокомпаратора совместно с координатами точек модели; расчетные задающие координаты фотоснимков х3, у3, р3, q3. Для совместного режима работы необходимо на пульте оператора СПА нажать клавишу «Компл.» (рис. 99). Процесс приема-передачи информации выполняется согласно составленным алгоритмам. При отжатой клавише «Блокировка» происходит выбор одного из режимов работы: при отжатых переключателях М0уо.с. и М0ро.с. или М0ро.с. и M0qо.с., 2° и ОС в УВК циклично с частотой 150 Гц поступают координаты точек модели ХМ, YМ, ZГ при нажатии переключателя 2° происходит блокировка непрерывной передачи координат ХМ, YМ и ZГ и передача осуществляется однократным нажатием переключателя «Исполнить», по которому в УВК будут переданы координаты ХМ, УМ, Zr только одной точки; при попарном нажатии клавиш М0хо.с. и М0уо.с. или М0ро.с. и M0qо.с. в УВК передаются данные мест нулей датчиков обратной связи. Передача осуществляется при нажатии соответствующих клавиш «Запись». § 48. Принцип решения фотограмметрической засечки в СПА В СПА для решения фотограмметрической засечки используются: основная система координат точек модели, базисная система координат точек модели и системы координат фотоснимков.

5 Основная система координат точек модели (рис. 101) имеет начало в точке , ось Z совмещена с нормалью к поверхности эллипсоида и проходит через центр проекции S1, ось X расположена в надирной базисной плоскости стереопары, ось Y дополняет систему до правой тройки. Базисная система координат S1, X', У, Z' имеет начало в точке S1, ось абсцисс совмещена с базисом проектирования S1S2, ось аппликат расположена в надирной базисной плоскости.

Рис. 101. Системы координат, используемые в СПА

Связь между координатами точек модели в основной и базисной системах координат определяется зависимостями: (8.12) 5

Оси У и У перпендикулярны плоскости чертежа.

где Zуст — установочное значение высоты фотографирования фотоснимка P1 в масштабе модели;  — угол наклона базиса S1S2 относительно плоскости XY. Координаты X, Y и Z точек модели формируются в ЦВУ СПА по кодам задающих датчиков, механически связанных с ручными штурвалами и ножным диском по формулам:

(8.13) где ХК, YK — коды задающих датчиков координатографа; 1/RX, 1/RY — коэффициенты, определяющие отношения масштабов модели и составляемой карты по направлениям координатных осей X и У; МО — места нулей задающих датчиков (вводятся в ЦВУ с помощью потенциометров «Изменение кода»); ZГ=C(X2+Y2) — поправка за нелинейное искажение высот точек модели (С — коэффициент нелинейного искажения высот, определяемый при внешнем ориентировании); — высота фотографирования относительно текущей точки модели, исправленная за нелинейное искажение. Значение высоты фотографирования Z° определяется ЦВУ па кодам задающего датчика Z: ,

(8.14)

где Z° — входной код датчика . С учетом формул (8.13) и (8.14) зависимости (8.12) примут вид

(8.15) Таким образом, в СПА координаты X', У, Z' точек модели в базисной системе координат определяются по значениям входных кодов ХК, УК, Z° задающих датчиков и по значениям их мест нулей MOX, M0Y, MOZ. Параметры , С, 1/RX,1\RY определяются в процессе внешнего ориентирования модели. Значения плановых координат X', У и геодезических высот, вычисляемых по формуле (8.16) где RZ — коэффициент, учитывающий масштабное преобразование модели и аффинное искажение высот, выдаются на цифровое табло ЦВУ. Фотограмметрическая засечка в стереопроекторе СПА решается в два этапа. Сначала пространственные координаты X', Y, Z' точек модели, определенные в базисной системе координат S1X'Y'Z', преобразуют в координаты x1°,y1°, х2°,y2° соответственных точек условно горизонтальных фотоснимков P1,P2°

Рис. 102. Условно горизонтальные фотоснимки

(рис. 102), полученных с тех же точек фотографирования и аналогичной камерой, по формулам:

(8.17) Затем выполняют аналитическое трансформирование координат x1°, y1°, х2°, y2° точек условно горизонтальных фотоснимков в координаты х1, у1, х1, y2 соответственных точек наклонных фотоснимков P1 и Р2. Формулы трансформирования координат точек фотоснимков во взаимно соответственных 6 системах координат получают путем преобразования известных формул трансформирования:

Наконец, по значениям координат х 1, y1, х2, y2 соответственных точек обрабатываемых фотоснимков P1 и Р2, определяемым в результате решения фотограмметрической засечки, вычисляются управляющие цифровые коды для САУ СПА. С учетом выражений (8.11) формулы для вычисления управляющих кодов имеют вид** (8.18) Необходимые для вычисления управляющих кодов величины (параметры) определяются в результате решения задач взаимного ориентирования фотоснимков и внешнего ориентирования модели. Итак, оператор, наблюдая стереоскопическую модель, выполняет наведение измерительной марки на выбранную точку путем вращения ручных штурвалов X, Y и ножного диска Z. Ручные штурвалы механически связаны с карандашным устройством координатографа и с задающими датчиками абсцисс ХK и ординат YK точек составляемой карты. Диск Z связан с датчиком высот Z° точки фотографирования левого фотоснимка относительно текущих координат наблюдаемых точек модели. Задающие датчики ХK, УK, Z° и датчики обратной связи опрашиваются ЦВУ с частотой 145 Гц. Коды, получаемые в результате опроса датчиков, являются исходными для решения в ЦВУ фотограмметрической засечки. В результате решения в каждом цикле вычисляются координаты и 6

Начала координат таких систем находятся в точках нулевых искажений с° и с (общая точка для плоскостей фотоснимков Р° и Р), а одноименные оси систем координат расположены в одних и тех же проектирующих плоскостях.

Рабочие формулы для вычисления управляющих кодов х3, у3, р3, q3 приведены в сборнике «Стереопроектор аналитический СПА» (М., 1982) и в инструкциях по описанию работы прибора. **

параллаксы соответственных точек стереопары, а также управляющие цифровые коды для САУ измерительных кареток стереокомпаратора. Решение выполняется с учетом заданного соотношения масштабов составляемой карты и модели местности. САУ преобразовывает управляющие коды в линейные перемещения кареток СК, что обеспечивает стереоскопическое визирование на точки модели местности. Таким образом в каждой конкретной точке поддерживается однозначность соответствия между положением измерительных систем стереокомпаратора и координатографа, основанного на решении зависимостей, характеризующих связь между координатами точек составляемой карты и координатами соответственных точек пары фотоснимков. § 49. Аналитические универсальные стереофотограмметрические комплексы «Аналит» и «Ортомат» Комплекс «Аналит» предназначен для составления и обновления топографических карт путем совместной обработки основных и вспомогательных фотоснимков, дифференциального трансформирования фотоснимков с одновременным получением оригинала рельефа местности в горизонталях (орограмм), а также для определения геодезических координат и высот точек местности в пределах стереопары. В состав комплекса «Аналит» входят: вычислительный комплекс (ВК), два стереокомпаратора, два координатографа, два ортофототрансформатора (ОФТ), системы автоматического управления (САУ) и командные устройства. Вычислительный комплекс (рис. 103) предназначен для решения фотограмметрических задач исправления через САУ работой оптико-механических устройств, входящих в комплекс «Аналит». В состав ВК входят: центральный процессор 3, оперативное запоминающее устройство 2, пульт управления 5, устройства сопряжения 4 и 6, устройство ввода-вывода перфоленточное 1, устройство подготовки данных на перфоленте и пишущие машинки с блоками управления. Центральный процессор управляет работой, всех устройств комплекса и выполняет вычисления в соответствии с программами. Он представляет собой одноадресный: вычислитель, выполняющий действия над числами с фиксированной и плавающей запятой с быстродействием 180 000 операций в секунду (типа сложения) и 33 000 операций в секунду (умножения). Оперативное запоминающее устройство емкостью 32768 слов: длиной 26 бит предназначено для хранения программ, исходных данных и результатов обработки, а также для выдачи информации в процессор и на устройства вывода. Пульт управления позволяет управлять работой ВК при начальной, загрузке программ, их отладке, а также для визуального контроля состояния и режимов работы комплекса.

Рис. 103. Вычислительный комплекс:

1 — устройство ввода-вывода перфоленточное; 2 — оперативное запоминающее устройство; 3 — центральный процессор; 4 и 6 — устройства сопряжения; 5 — пульт управления

Для связи ВК с ортофототрансформаторами, стереокомпараторами и координатографами служит устройство сопряжения (УСО). Оно обеспечивает опрос датчиков, передачу опрошенных кодов, выдачу команд на САУ и квантование процесса обслуживания по времени. Время одного цикла выдачи управляющего воздействия — 35 мс. Ввод и вывод информации из центрального процессора осуществляется устройством вводавывода перфоленточным. Ввод-вывод осуществляется на 5-, 6-, 7- и 8- дорожечную ленту. Скорость ввода— 1000 строк в секунду, вывода— 150 строк в секунду. Стереокомпаратор (рис. 104) предназначен для установки, наблюдения и измерения основных и дополнительных фотоснимков, включения ряда вспомогательных программ, выдачи результатов измерений и другой исходной информации на ВК с целью выработки управляющих воздействий на САУ ортофототрансформатора и координатографа. Основные технические характеристики стереокомпаратора Формат обрабатываемых фотоснимков, мм Увеличение наблюдательной системы основных фотоснимков плавное Увеличение наблюдательной системы дополнительного фотоснимка дискретное Разрешающая способность наблюдательной системы основных фотоснимков при увеличении 18х, лип./мм Угол поворота снимкодержателей Угол поворота изображений фотоснимков Максимальная рабочая скорость перемещения, мм/с: основных фотоснимков дополнительного фотоснимка Инструментальная средняя квадратическая ошибка измерения координат точек, мм: основных фотоснимков дополнительного фотоснимка

До 300X300 6—18х 0,62; 1,25; 2,5х 95 3° 180° 3 15 0,004 0,035

Координатографы, входящие в состав комплекса «Аналит», предназначены для графической регистрации элементов составляемой (обновляемой) карты. Инструментальная погрешность координатографа не превышает 50 мкм. Управление регистрирующим устройством координатографа осуществляется оператором с рабочего места либо по командам, поступающим от вычислительного комплекса.

Рис. 104. Стереокомпаратор и координатограф аналитического стереофотограмметрического комплекса «Аналит»

Ортофототрансформатор ОФТ предназначен для дифференциального трансформирования фотоснимков. В состав ОФТ входит также устройство рисовки горизонталей (орограф), которое позволяет одновременно с ортофотоснимком получать оригинал рельефа местности (орограмму). В соответствии с предназначением комплекса «Аналит» работы на нем выполняются по следующей технологической схеме: редакционно-подготовительные работы; определение элементов внешнего ориентирования основных фотоснимков; определение элементов ориентирования дополнительного фотоснимка; составление оригинала топографической карты, либо дифференциальное трансформирование фотоснимка и одновременное получение оригинала рельефа, либо определение геодезических координат и высот точек местности. При составлении топографических карт основные фотоснимки используются для стереоскопической съемки рельефа и отображения на составительском оригинале основной контурной ситуации. Дополнительные фотоснимки используются для детальной съемки контуров и уточнения форм рельефа. Основные фотоснимки ориентируются аналитическим путем по опорным точкам, а дополнительный — по контурным точкам, координаты которых определяются по результатам измерений фото-снимков непосредственно на комплексе. Дифференциальное трансформирование фотоснимка выполняется после его ориентирования на стереокомпараторе относительно основных фотоснимков и последующего его переноса вместе со снимкодержателем на каретку трансформируемого фотоснимка ОФТ. Ортофотоснимок получают путем помаршрутного сканирования фотоснимка, перенесенного на ОФТ, щелью заданных размеров. Информация же о результатах непосредственного стереоскопического совмещения оператором измерительной марки с поверхностью модели вдоль сканируемого профиля на стереокомпараторе используется как для исключения ошибок за рельеф, так и для получения оригинала рельефа я горизонталях. Определение геодезических прямоугольных координат и; высот точек местности выполняется по измеренным координатам точек основных фотоснимков. Для уточнения визирования и идентификации точек используется дополнительный фотоснимок, предварительно ориентированный относительно основных фотоснимков. В процессе перечисленных видов работ, выполняемых на комплексе «Аналит», автоматически учитываются искажения фотоснимков, обусловленные влиянием деформации фотоматериала, дисторсии объектива фотоаппарата, а также вводятся поправки в результаты измерений за влияние кривизны Земли, рефракции световых лучей и инструментальных погрешностей измерительной системы.

Основные характеристики аналитического универсального стереофотограмметрического комплекса «Аналит» Формат обрабатываемых фотоснимков, мм Допустимые значения фокусных расстояний фотоснимков, мм: основных дополнительных Допустимые углы наклона фотоснимков: основных дополнительных Соотношение масштабов ортофотоснимков и исходных фотоснимков Соотношение масштабов карты и основных фотоснимков Требуемая площадь для размещения комплекса, м 2 Потребляемая мощность, кВА

До 300X300 50—500 До 3000 До 5° До 20° 0,5—6,0 Практически любое 120 35

Автоматизированный аналитический стереофотограмметрический комплекс «Ортомат» предназначен для создания топографических карт, цифровых карт, ортофотопланов и графических оригиналов рельефа по топографическим и вспомогательным фотоснимкам.

В состав комплекса «Ортомат» (рис. 105) входят: 2 — прецизионный стереокомпаратор; управляющий вычислительный комплекс типа СМ; 3 — координатограф; 1— видеотерминал; ортофототрансформатор; орографическое устройство; система автоматического управления и специальное программное обеспечение.

Рис. 105. Автоматизированный аналитический стереофотограмметрический комплекс «Ортомат»: 1 — видеотерминал; 2 — прецезионный стереокомпаратор; 3 — координатограф

Основные характеристики комплекса «Ортомат» Формат обрабатываемых фотоснимков, мм Средняя квадратическая ошибка измерения и ввода координат точек местности с исходных фотоснимков, мкм: топографических детальных Инструментальные средние квадратические ошибки оптико-механических устройств, мм: координатографа ортофототрансформатора орографического устройства Потребляемая мощность, кВА Требуемая площадь для размещения комплекса, м2

До 300X300 4 18 0,1 0,1 0,1 15 70

Стереокомпаратор, входящий в состав комплекса, предназначен для установки, стереоскопического наблюдения и измерения основных (топографических) и вспомогательных (дешифровочных) фотоснимков, включения вспомогательных программ, выдачи результатов измерений и другой исходной информации на вычислительный комплекс с целью выработки управляющих воздействий на САУ координатографа, ортофототрансформатора и орографического устройства. Наблюдательная система позволяет рассматривать основные фотоснимки с увеличением 6— 18х, дополнительные — 0,9; 1,36; 1,8; 2,4; 3,6х. Координатограф имеет размер рабочего стола 700x700 мм и позволяет перемещать каретки со скоростью 50 мм/с.

Устранение искажений фотоснимков, решение фотограмметрических задач, вычисление координат и высот точек местности, так же как в комплексе «Аналит», осуществляются аналитически.

Глава 9. МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ § 50. Основные понятия. Цели и задачи метрологического обеспечения приборов Для обеспечения достаточной точности фотограмметрических измерений наряду со строгим соблюдением технологической дисциплины и высокой квалификацией исполнителей необходимы надежные средства измерений, отвечающие задачам единства и достоверности измерений. В соответствии с ГОСТ 1.25—76 наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности называется метрологией (от греч. metron — мера и loqos — слово, учение). Военная метрология — отрасль общей метрологии, изучающая вопросы единства и точности измерений, проводимых в целях обеспечения боеготовности, надежности оружия и военной техники, боеспособности частей (соединений). Единство и достоверность измерений достигаются системой мероприятий, составляющих основу метрологического обеспечения. Метрологическое обеспечение — вид специально-технического обеспечения. Под метрологическим обеспечением понимают комплекс мероприятий, направленных на достижение необходимого качества и требуемой точности измерений и инструментального контроля измеряемых параметров вооружения и техники в целях поддержания их в постоянной готовности. К основным направлениям метрологического обеспечения относятся: разработка научных основ, требований и рекомендаций по вопросам развития метрологического обеспечения войск; обеспечение единства и точности измерений; совершенствование эксплуатации средств измерений; совершенствование практики измерений и способов контроля; повышение эффективности контроля параметров вооружения и техники; подготовка кадров метрологов; метрологический надзор и т. п. Метрологическое обеспечение осуществляется во всех видах Вооруженных Сил, родах войск и специальных войсках с использованием общевойсковых средств измерений и средств измерений целевого назначения, а также автоматизированных систем. Оценка метрологических качеств средства измерений и готовности последнего к выполнению измерений осуществляется путем контроля его параметров и метрологических характеристик. Понятие метрологической характеристики средства измерений охватывает такие параметры, как диапазон измерений физической величины, погрешность измерений, соотношение выходного и входного измерительных сигналов. Организационнотехническое руководство деятельностью личного состава по метрологическому обеспечению осуществляет метрологическая служба. Контроль состояния, применения и ремонта средств измерений называют метрологическим надзором. Основной формой метрологического надзора за фотограмметрическими средствами измерений являются их периодические поверки. Отдельные операции поверки осуществляются: внешним (визуальным) осмотром; опробованием, т. е. проверкой соблюдения заложенных в приборе геометрических, физических или иных условий; исследованием (определением) основных метрологических характеристик прибора. При внешнем осмотре обращают внимание на комплектность поставки, маркировку, качество покрытий, освещенность поля зрения, наличие механических повреждений и т. п.

При опробовании проверяют органы управления, юстировки и настройки, взаимодействие подвижных частей и элементов, наличие люфтов и т. п. В организационном плане выделяют два пути выявления метрологических характеристик прибора: первый — поэлементная поверка, при которой исправность средства измерений оценивается по характеристикам отдельных элементов прибора; другой путь — комплектная поверка, при которой метрологические характеристики прибора оцениваются в целом. Кроме того, как поэлементные, так и комплектные поверки подразделяются на первичные, осуществляемые при выпуске средств измерений из производства или ремонта, и периодические, выполняемые при эксплуатации или хранении средств измерений через определенные интервалы времени. По метрологическому назначению средства измерений подразделяются на рабочие средства измерений (РСИ) и образцовые средства измерений (ОСИ). РСИ — это меры или измерительные приборы, используемые для производственных измерений. ОСИ — меры или измерительные приборы, предназначенные для поверки и градуировки по ним других средств измерений: образцовых меньшей точности или рабочих. Установление средств измерений в качестве образцовых осуществляют по результатам их метрологической аттестации (аттестации). Аттестация-—это исследование средства измерений, выполняемое для определения его метрологических характеристик, с выдачей свидетельства об аттестации. Соподчинение образцовых средств измерений и рабочих средств измерений устанавливается поверочной схемой. Различают общесоюзные, ведомственные и локальные поверочные схемы (ГОСТ 8.061—80). Локальная поверочная схема (ЛПС) для фототопографических средств (рис. 106) распространяется на фотограмметрические (фототопографические) средства измерений со средними квадратическими ошибками 3—50 мкм и устанавливает образцовые средства измерений и порядок передачи единицы длины от образцовых средств измерений к рабочим фотограмметрическим средствам. В качестве исходных образцовых средств измерений приняты образцовые штриховые меры длиной до 1 м и образцовые шкалы длиной до 1 м, заимствованные из общесоюзной поверочной схемы (ГОСТ 8.020—75, ч. 1), аттестация и поверка которых осуществляются органами Госстандарта СССР. Они используются для поверки образцовых средств измерений 2-го и 3-го разрядов — монокомпараторов типа «Аскорекорд», имеющих среднюю квадратическую ошибку измерений 0,5 мкм, и микроскопов типа УИМ, имеющих предел допускаемой основной погрешности А= 1,0+0,01 L мкм , где L — номинальная измеряемая длина в миллиметрах. Согласно ЛПС рабочими средствами измерений являются стереокомпараторы типов СК-1818, СК-30, стереокомпараторы и координатографы, входящие в состав стереопроекторов аналитического типа СПА и аналитических универсальных стереофотограмметрических комплексов типа «Аналит» и «Ортомат», стереопроекторы типа СПР-ЗМ и стереоскопы измерительные типа СИ-2. Поверка рабочих средств измерений осуществляется методом прямых измерений с использованием контрольных сеток и контрольных пластин Г.А. Ошуркова, аттестованных со средней квадратической ошибкой соответственно 1 и 3 мкм. Поверки выполняют согласно инструкциям по эксплуатации, входящим в комплект приборов.

Рис. 106. Локальная поверочная схема для фототопографических средств

§ 51. Метрологические средства контроля и исследования инструментальной точности фотограмметрических приборов В качестве образцовых средств измерений при поверках и юстировках фотограмметрических приборов приняты контрольные сетки (рис. 107). Они представляют собой стеклянные пластины, на которые с определенным шагом нанесены взаимно перпендикулярные линии, образующие перекрестья. В качестве осей координат сеток обычно принимают две взаимно перпендикулярные линии, проходящие через центральное перекрестье. Сетки изготовляются из оптического стекла. Поверхность пластины, на которую наносятся штрихи, полируется под плоскость с точностью до 2 мкм.

Рис. 107. Контрольная сетка

Основные параметры контрольных сеток Формат, мм Количество перекрестий Распределение перекрестий равномерное с шагом, мм Расстояние между крайними перекрестьями по направлению осей координат сетки, мм Толщина линий сетки, мм

180X180, 300X300 Не менее 70 Не более 20 Не более 280 Не более 0,01

Установление контрольных сеток в качестве образцовых для поверки и юстировки фотограмметрических приборов осуществляется по результатам их метрологической аттестации, в результате которой определяют отклонения координат перекрестий сеток от их номинальных значений со средней квадратической ошибкой 1—2 мкм. При метрологической аттестации и поверке контрольных сеток применяют монокомпаратор типа «Аскорекорд» и термометр с ценой деления 0,5° С (ГОСТ 13646—68Е). Измерение координат перекрестий сетки формата 180X180 мм выполняют при одной ее установке в приборе, сетки формата 300X300 мм — по частям при двух установках. Измерение выполняют одним приемом, обходя их в прямом и обратном направлениях без перерыва в работе. Если требуется получить среднюю квадратическую ошибку аттестации (поверки) сетки не 2 мкм, а 1 мкм, то количество приемов измерений увеличивают до четырех. Обработка результатов измерений и оценка точности выполняются на ЭВМ с введением поправок за колебания температуры в процессе измерений и за разворот системы координат сетки относительно системы координат прибора. Если сетки применяются для поверки фотограмметрических приборов по методике, предусматривающей использование лишь некоторого количества перекрестий, то аттестация проводится только по необходимым перекрестьям. Поверки контрольных сеток выполняют с периодичностью один раз в три года. Результатами аттестации и поверки сетки являются сведения об отклонениях координат перекрестий от их номинальных значений, которые указываются в свидетельстве о метрологической аттестации. Контрольные сетки используются для поверок и исследований стереокомпараторов, универсальных фотограмметрических приборов, координатографов, фототрансформаторов, топографических проекторов и других фотограмметрических приборов. Наиболее полное и всестороннее исследование точности работы и выявления причин точностных отказов универсальных фотограмметрических приборов может быть выполнено с помощью контрольных пластин (их также называют снимками-макетами). В настоящее время находят применение контрольные пластины, предложенные в 1957 г. доцентом Г.А. Ошурковым, снимки-макеты ЦНИИГАиК, снимки-макеты, имитирующие пространственную целочисленную решетку. Снимок-макет — это стеклянная пластина размером 180Х Х180 мм, на которую нанесены точки, имитирующие изображение макета местности по законам центральной проекции при заданных элементах внутреннего и внешнего ориентирования. Макет же местности представляет собой несколько равномерно расположенных точек на площади, покрываемой отдельным снимком или несколькими снимками. Координаты точек макета местности подбираются так, чтобы точки располагались на поверхности определенного вида. По сравнению с контрольными сетками снимки-макеты позволяют производить поверки и исследования приборов в различных режимах их работы, так как макеты можно создавать с геометрическими характеристиками, соответствующими реальным фотоснимкам. Макеты ЦНИИГАиК предназначены для определения инструментальных погрешностей при построении как одиночной модели, так и маршрутной сети. Они имитируют случай плановой съемки горного участка и позволяют получить модель местности в пределах маршрута произвольной длины. В комплект входят шесть пластин P1—Р6, которые можно использовать в двух вариантах: P1—Р2—Р3—P4—P1 и т. д.; Р1—Р2—Р3—Р5—Р6—Р2 и т. д. Маршрутная сеть первого варианта показана на рис. 108. Макеты ЦНИИГАиК имеют следующие характеристики: фокусное расстояние снимков f=100 мм; продольные и поперечные углы наклона не превышают 30; взаимные продольные и поперечные

углы изменяются от 0 до 1°; углы поворота снимков в своих плоскостях  = 0. Высота фотографирования над начальной плоскостью H = 3000м, составляющие базиса Bz изменяются от — 10 до +5 м. Разности высот точек макета местности в пределах маршрута составляют 1150 м для первого варианта, 1700 м для второго. Точки на пластинах обозначены пересечением штрихов длиной 2 мм и шириной (0,02+0,002) мм. Предельная ошибка в положении точки макета фотоснимка относительно его центра не превышает 0,005 мм при средней квадратической ошибке mx,y=0,002 мм. Обусловленная этим ошибка в разности продольных параллаксов 0,004 мм. При b=72 мм относительная ошибка определения превышений в пределах одиночной модели mh/H= 1/18000.

Рис. 108. Маршрутная сеть, построенная по снимкам-макетам ЦНИИГАиК

По данным исследований ЦНИИГАиК свободные фотограмметрические сети, построенные по снимкам-макетам протяженностью 10 стереопар аналитическим способом, характеризуются следующими данными: средняя квадратическая ошибка определения высот mh— 0,60 м; относительная ошибка определения высот mh/H— 1/5000; ошибки в плановом положении точек (в масштабе построения cети) Xmах, Ymах — 0,04 мм. Контрольные пластины Г. А. Ошуркова (рис. 109) согласно локальной поверочной схеме для

фототопографических средств (рис. 106) являются образцовыми средствами измерений 4-го разряда.

Рис. 109. Контрольные пластины Г. А. Ошуркова

Они предназначены для исследования точностных метрологических характеристик универсальных фотограмметрических приборов типа стереопроектора СПР-3, С их помощью можно проверять и исследовать точность работы, как отдельных узлов, так и прибора в целом. Контрольные пластины представляют собой макеты фотоснимков, левые и правые части которых (А и Б) раздвинуты примерно на 2 мм и имеют свои центры O1 и O2, являющиеся началом координат. При установке пластин в снимкодержатель прибора для наблюдения левой ее части с центром снимкодержателя совмещается точка O2, а для наблюдения правой части —точка О 1. Пользуясь сочетаниями этих пластин, можно составить стереоскопические пары: горизонтальных фотоснимков плоской местности (сочетания половин Б 1 и А2); горизонтальных фотоснимков горной местности (сочетание половин Б 1 и А2)7; плановых фотоснимков плоской местности (сочетание половин Б 1 и А2 и верхняя часть пластины Р2); плановых фотоснимков горной местности (сочетание половин Б2 и A1). Основные параметры пластин Формат, мм. ……………………………………………………………………………………………….180X180 Количество перекрестий в каждой половине изображения пластины ………………………………..До 35 Распределение перекрестий ……………………………………………………………………………..Неравномерное Толщина линий перекрестий, мм ………………………………………………………………………..Не более 0,03 Средняя квадратическая ошибка определения отклонений координат перекрестий от их номинальных значений по результатам аттестации, мм ………………………………… ……Не более 0,003 Фокусное расстояние фотоснимков, мм ……………………………………………………………….100 Углы наклона фотоснимков  и ……………………………………………………………………....0: 2,16; 3° Углы поворота фотоснимков в своих плоскостях  …………………………………………………...0° Масштаб фотоснимков …………………………………………………………………………………..1: 20 000 Составляющие базиса фотографирования, м: Вх. ………………………………………………………………………………………………....1300; 1422,95.

BY …………………………………………………………………………………………………………….0; 106,39 Bz ………………………………………………………………………………………………….0; —2,79; 30 Разность высот точек макета местности, м …………………………………………………………….До 600

Расчет координат точек контрольных пластин выполняется по формулам, выражающим связь между координатами точек фотоснимка и местности:

(9.1) где X0, yo — координаты главной точки фотоснимка. Масштаб, продольное перекрытие, фокусное расстояние и элементы ориентирования фотоснимков задаются. Значения масштаба и перекрытия фотоснимков принимаются относительно средней плоскости.

7

Сочетание половин Б1 и А2 повторяется, но используются различные точки макета.

Допустим, что требуется рассчитать снимки-макеты плановой съемки, имитирующие макет местности в виде пространственной решетки (рис. 110), координаты точек которой Xi, Yi, Zi известны в системе координат S1 XYZ. Пусть фотоснимок P1 имеет элементы ориентирования: XS1 = YSl = Zs1,:=0; 1 = 1 = 1= 0; f  0, х0 = уо = 0, тогда координаты точек снимка-макета можно вычислить по формулам:

(9.2)

Рис. 110. Макет местности в виде пространственной решетки, построенной по снимкам-макетам

Для фотоснимка Р2 примем XS2 = BX, ZS2 = BZ, 2 = 2  0, остальные элементы ориентирования аналогичны элементам ориентирования фотоснимка P1. В этом случае формулы для вычисления координат точек на втором фотоснимке будут иметь вид:

Направляющие косинусы ai bi ci вычисляются по угловым элементам внешнего ориентирования снимка Р2 согласно формулам:

Используя результаты вычислений координат точек х1, у1, х2, у2 фотоснимков P1 и Р2, точки наносят на стеклянные пластины с помощью специальных приборов. Контрольные пластины Г. А. Ошуркова, являясь образцовым средством измерений для исследований и поверок универсальных фотограмметрических приборов, так же как и контрольные

сетки, подлежат периодической поверке один раз в три года. При аттестации и поверке пластин определяют отклонения координат их перекрестий от номинальных значений со средней квадратической ошибкой не более 3 мкм. Результаты аттестации и поверки пластин оформляют в свидетельстве об аттестации контрольных пластин. Уровни относятся к измерительным приборам гониометрического типа. Они предназначены для измерения малых углов и установки поверхностей изделий (деталей) в горизонтальное или отвесное положение. В зависимости от конструкции различают уровни брусковые, рамные и микрометрические. По типу используемых ампул они делятся на цилиндрические и круглые. Ампула с наполнителем и оправа, в которую заключена ампула, — основные детали уровня. Ампула представляет собой стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой отшлифована и отполирована под требуемую кривизну. Она заполняется спиртом или эфиром, за исключением небольшого объема (пузырька). На верхней поверхности ампулы наносятся штрихи со стандартным расстоянием между ними 2 мм. Для поверок и юстировок фотограмметрических приборов изготовляются уровни с ценой деления  =130". Под ценой деления понимается угол, на который нужно наклонить уровень, чтобы его пузырек сместился на одно деление. Иногда цену деления уровня характеризуют отношением превышения в миллиметрах на 1 м длины. Например, цена деления 2" может быть выражена превышением 0,01 мм на 1 м длины, т. е. 0,01 мм/м (0,01°/оо). Рамные и брусковые уровни предназначены для контроля положения поверхностей деталей при сборке, юстировке, а также для определения отклонения деталей от заданного положения при поверочных работах. Рамный уровень используется для контроля в горизонтальной и вертикальной плоскостях, брусковый — для контроля в горизонтальной плоскости. Согласно общесоюзной поверочной схеме для средств измерений плоского угла (ГОСТ 8.016— 75) ампулы уровней и уровни с ценой деления 1—4" поверяются образцовыми экзаменаторами 1-го разряда с ценой деления 0,1—0,5", ампулы и уровни с ценой деления 10—30" — образцовыми экзаменаторами 2-го разряда с ценой деления 1—4". Чувствительность уровня зависит от радиуса кривизны ампулы, сцепления жидкости со стенкой ампулы, вязкости жидкости, температуры и т. п. Приборы для измерения расстояний. Штангенциркули (рис. 111) предназначаются для измерения размеров, расстояний между деталями прибора и измерения самих деталей. Для измерений внутренних размеров наружные поверхности нижних губок 6 и 7 обрабатываются под цилиндрическую поверхность. Заостренные концы верхних губок 1 и 2 позволяют измерять расстояния между деталями и сами детали, а также производить, различного рода разметки.

Рис. 111. Штангенциркуль:

1 и 2 — верхние губки; 3 — шкала; 4 — штанга; 5 — нониус; 6 и 7 — нижние губки

При сдвинутых губках нулевой штрих нониуса 5 совпадает с нулевым штрихом шкалы 3, нанесенной на штанге 4. Шкала имеет деления через 1 мм. Отсчеты по ней выполняются с помощью нониуса, который может иметь различную цену делений, например, 0,1; 0,05 или 0,02 мм. Следует помнить, что при измерении внутренних размеров к отсчету следует прибавить ширину нижних губок, равную 10 мм. Индикаторы (рис. 112) служат для измерения небольших линейных величин.

По шкале прибора с помощью стрелки 2 отсчитываются миллиметры, а по стрелке 1— доли миллиметров. Измерительный стержень под действием пружины находится в крайнем нижнем положении, что позволяет использовать индикатор часового типа для измерения малых перемещений измерительного стержня в обоих направлениях. Для устранения мертвого хода в зацеплениях шестерен применена спиральная пружина, выбирающая зазоры во всех зацеплениях.

Рис. 112. Индикатор часового типа: 1 — стрелка для отсчета миллиметров; 2 — стрелка для отсчета долей миллиметров

Индикаторы имеют различные пределы измерений, например 0—3, 0—5, 0—10 мм. Для измерения небольших линейных величин с точностью до микрометров применяются индикаторы, имеющие пределы измерений 0—1 мм. Основная шкала индикатора имеет 100 делений. Если один оборот стрелки соответствует перемещению измерительного стержня на 1 мм, то цена деления шкалы индикатора равна 0,01 мм, а точность отсчета — 0,002 мм. Установка на нуль индикатора часового типа с измерительным стержнем в виде зубчатой рейки выполняется вращением шкалы. Кроме индикаторов и штангенциркулей для контроля размеров используются микрометры и плоскопараллельные концевые меры длины. Для поверки взаимной перпендикулярности плоских направляющих иногда применяют контрольные угольники в сочетании с индикатором. При юстировках и поверках правильности работы оптических систем в качестве контрольных приборов используются плоскопараллельные пластинки, микроскопы, коллиматоры и автоколлиматоры. Исследование разрешающей способности объективов и других оптических систем выполняется с помощью специальных штриховых таблиц, называемых мирами. § 52. Общие положения по метрологическому обеспечению стереокомпараторов, универсальных фотограмметрических приборов и комплексов Важнейшим понятием теории точности и надежности приборов является понятие отказа. Различают отказ функционирования и отказ по параметру. Для фотограмметрических приборов основными параметрами являются показатели точности, как основные метрологические характеристики приборов. Отказы функционирования и отказы по точности существенно различаются по характеру возникновения, методам обнаружения, последствиям и т. п. Действительно, легко обнаружить, что прибор не работает. Значительно сложнее установить, что один из показателей его точности перешел допустимые границы. Еще более сложной задачей является определение причин, которые приводят к понижению инструментальной точности средств измерений. Контроль за состоянием фотограмметрических приборов и комплексов — составная часть метрологического надзора, основной формой которого являются их периодические поверки, выполняемые с целью:

установления соответствия прибора техническим требованиям; определения его инструментальной точности и пригодности для выполнения предстоящих работ; выявления источников ошибок с целью их последующего устранения или учета, если показатели точности оказались ниже допустимого уровня. При периодической поверке стереокомпараторов, стереопроектора СПР-3 проверяемые параметры не должны превышать следующих значений: Средняя квадратическая ошибка измерения м: Отклонение от взаимной перпендикулярности направляющих X,Y, мм Согласование между грубым и точным датчиками "Угол-код" Масштабы измерительных винтов

СК-1818

СКА-30

Не более 0,010 Не более 0,0020 — —

Средняя квадратическая ошибка измерения точек модели, мм Места нулей счетчиков и шкал Постоянные коррекционного механизм Средняя квадратическая ошибка положений нанесенных точек, мм

Не более

Не более 0,003 Не более.

0,0015 — —

СПР-3 +

Не более Не более

0,04

0,30 0,04 (К+1)

При периодической поверке универсальных стереофотограмметрических проверяемые параметры не должны превышать значений, указанных в табл. 7.

комплексов Таблица 7

Комплекс типа «Аналит» Проверяемые параметры

Стереопроектор типа СПА

Координатограф

Ортофототрансформатор и орограф

Не более 0,004

—

—

Не более 0,005

Не более 0,035

—

—

—

—

Не более 0,1

Не более 0,15

Не более 0,2

Стереокомпаратор

Средняя квадратическая ошибка измерения координат точек, мм: основных фотоснимков дополнительного фотоснимка Средняя квадратическая ошибка измерения продольного и поперечного параллаксов, мм: Средняя квадратическая ошибка воспроизведения точек, мм: Периодичность поверки устанавливается в результате соответствующих техникоэкономических расчетов исходя из надежности прибора (гарантированной наработки прибора без отказов функционирования и отказов по точности). Так, например, параметры, характеризующие инструментальную точность стереокомпараторов, должны проверяться не реже раза в год, стереопроектора СПР-3-— не реже раза в два месяца, приборов типа СПА и комплексов типа «Аналит» — не реже двух раз в год. Приборы и средства измерений, находящиеся в резерве, подлежат периодической поверке не реже раза в два года, а состоящие на длительном хранении — раз в пять лет. Для выполнения поэлементных поверок используются контрольные сетки, уровни различной точности, индикаторы часового типа, штангенциркули и т. п., при комплектной поверке — контрольные сетки, контрольные пластины, а для фотограмметрических комплексов типа «Аналит»

— контрольные программы для стереокомпаратора, координатографа, ортофототрансформатора и орографа. Согласно ГОСТ 8.009—84 «Нормирование и использование метрологических характеристик средств измерений» погрешности средств измерений должны характеризоваться случайной и систематической составляющими. При этом указывается, что методика экспериментального определения и формулы для вычисления метрологических характеристик устанавливаются в нормативно-технической документации на средства измерений конкретных видов. Например, в эксплуатационной документации на стереокомпаратор СКА-30 рекомендуется в качестве систематических составляющих погрешностей прибора оценивать отклонение от взаимной перпендикулярности направляющих и изменение масштаба измерительных винтов. За основную же погрешность средства измерения приняты средние квадратические ошибки тх и ту координат точек. Они включают в себя случайные погрешности визирования, эталонирования контрольных сеток и систематические погрешности прибора, которые не учитываются уравнениями (9.9). В ГОСТ 8.009—84 указывается: «... Если систематическая погрешность определена и ее значение известно, то ее просто исключают путем введения поправки». В этом случае метрологические параметры стереокомпаратора могут характеризоваться только средними квадратическими ошибками тх и ту, а в результаты измерений необходимо ввести поправки за неперпендикулярность направляющих и изменение масштаба измерительных винтов. Методы нормирования можно рассматривать как существенное продвижение вперед в области метрологического обеспечения средств измерений, однако нельзя считать, что эти методы являются окончательным и полным решением проблемы.

§ 53. Комплектная поверка стереокомпараторов Комплектная поверка (исследование) стереокомпараторов позволяет выявить систематические и случайные ошибки в изготовлении и юстировке узлов и деталей прибора и на основе их анализа определить основную метрологическую характеристику — инструментальную точность прибора в целом. Комплектная поверка выполняется с использованием контрольных сеток. Методика выполнения поверки разработана в 1949 г. Н.А. Урмаевым, позже с незначительными дополнениями повторена рядом других советских и зарубежных авторов. Сущность методики исследования инструментальной точности стереокомпараторов с одновременным выявлением его систематических ошибок состоит в следующем. Пусть в снимкодержатели помещены контрольные сетки так, чтобы их взаимно перпендикулярные линии были параллельны осям X и У стереокомпаратора. Координаты точек пересечений линий контрольной сетки хс и ус известны с высокой точностью. Если измерить на стереокомпараторе координаты х и у несколько точек, то по разностям значений истинных и измеренных координат

можно было бы оценить инструментальную точность прибора:

где п — количество измеренных точек. Однако линии сетки, как правило, ориентированы относительно координатной системы прибора лишь приближенно и, кроме того, начала координат сетки и прибора могут не совпадать. Следовательно, прежде чем оценить инструментальную точность прибора, необходимо из результатов измерений исключить систематические ошибки, характеризующие ошибки установки контрольной сетки, а именно:

а и b —величины, характеризующие смещение начала координат стереокомпаратора относительно начала координат контрольной сетки; — угол между осью Xпр прибора и осью Xк. с контрольной сетки.

Рис. 113. Влияние ошибок ориентирования фотоснимка (а) неперпендикулярности осей X и У прибора (б) на точность измерения координат точек фотоснимков

Воспользовавшись формулами преобразования координат и рис. 113, а, можно записать: хс = (х — a) cos + (у — b) sin ; ус= — (х — a) sin  + (у — b) cos ..

(9.3)

Так как угол  мал, то, разложив sin  и cos  в ряды и ограничиваясь членами первого порядка малости, получим: хс = х + у' — (a + b); ус = у — х — (b — a)

(9.4)

Затем составляют уравнения поправок: a0 — y + xс — x= x bо + x + yс — y = x

(9.5)

где a0 = a +ba; bo = b — а.. Количество измеренных точек, как правило, больше количества неизвестных и задачу по отысканию величин a0, bо и  решают по методу наименьших квадратов с оценкой точности получения неизвестных. После определения величин a0, bо и  по формулам (9.5) находят расхождения между истинными значениями координат контрольной сетки и измеренными, исправленными за ошибки установки сетки, а затем определяют инструментальную точность прибора: mx (9.6)

=

;

my

=

Если mx, у окажется ниже допустимого значения, то необходимо исследовать измерительную систему прибора с целью выявления систематических ошибок в ее изготовлении и юстировке и последующего исключения их влияния на результаты измерений.

При комплектной проверке стереокомпараторов обычно определяют взаимную неперпендикулярность координатных осей X и У прибора и изменение масштаба измерительных винтов. Влияние неперпендикулярности осей X и У прибора на точность измерения координат точек фотоснимков показано на рис. 113, б. Переход от измеренных косоугольных координат х' и у/ контрольной сетки к прямоугольным координатам х и у с учетом изменения масштаба измерительных винтов выполняется по формулам: х = х'(1 + tx) cos; у = у'(1 +ty) - x'(1 + tx) sin..

(9.7)

где—  угол неперпендикулярности осей X и У прибора; tx, ty — поправки масштабов шкал X и У. Учитывая малость угла , получим: x = x + x tx; у = у' + y'ty — х'.

(9.8)

Подставляя выражение (9.8) в (9.5) и сохраняя лишь члены первого порядка малости, находим: а0 — x'tx — у' + хс — х' = х; bо — y'ty + х' + х' + ус — у' = y.

(9.9) В данные уравнения входят шесть неизвестных: а0, bо, , характеризующие ошибки установки контрольной сетки, и tx, ty и  — систематические ошибки прибора. Одна точка контрольной сетки, координаты которой измерены на стереокомпараторе, позволяет составить два уравнения. Следовательно, для определения указанных неизвестных достаточно измерить координаты не менее трех точек контрольной сетки и по результатам этих измерений составить и решить уравнения вида (9,9). Обычно измеряют не менее девяти точек контрольной сетки и задачу решают под условием [хх] + [yy]=mm. Отыскав неизвестные, вычисляют остаточные невязки с использованием уравнений (9.9), после чего определяют инструментальную точность прибора: mx,y =

.

(9.10)

Таким образом, комплектная поверка стереокомпаратора может выполняться в следующем порядке. Измеряют на исследуемом приборе координаты точек контрольной сетки. Используя паспортные значения координат тех же точек, составляют уравнения поправок (9.5); решая их, находят величины, характеризующие ошибки установки сеток, исправляют измеренные координаты и по формулам (9.6) оценивают инструментальную точность данного стереокомпаратора. Если тх,у превышает допуск, то составляют уравнения вида (9.9) и находят ошибки установки сетки и величины, характеризующие инструментальные ошибки прибора. Затем исправляют измеренные координаты и по формуле (9.10) оценивают инструментальную точность прибора. На этом комплектная поверка стереокомпаратора заканчивается. Если же тх,у вновь превысит допустимое значение, то выполняют поэлементные поверки и юстировки прибора, а затем повторяют комплектную поверку. Данная методика комплектной поверки используется при исследовании стереокомпараторов типа СК-1818, СКА-30, координатографов и стереокомпараторов, входящих в комплекс типа «Аналит», и универсальных приборов типа СПА. Следует отметить, что величины tx, iy и , определенные в результате комплектной поверки, позволяют сократить время на юстировку прибора. Если же юстировки прибора не будут

выполняться, то значения указанных величин, характеризующих систематические ошибки прибора, необходимо учитывать путем введения поправок в измеренные координаты точек. При комплектной поверке измерение координат точек контрольной сетки выполняется при максимальном увеличении наблюдательной системы одним или более приемами в прямом и обратном ходе. Количество точек может быть различным (9, 15, 25, 49 и т. п.), а их расположение произвольное или симметрично относительно начала координат. Поверка может выполняться раздельно для каждой каретки либо стереоскопически при 100%-м перекрытии контрольных сеток. В случае если вычисления предполагается вести вручную на специальных бланках, то для облегчения вычислений ограничиваются решением лишь уравнений (9.9), которые преобразовывают к виду а0 - x'tx - y' + xс - x' = х, b0 - y'tу + x' + yс- y' = y

(9.11)

где  =  +.. Оценку инструментальной точности прибора в этом случае выполняют по формулам: mx,

=

;

m,y

=

.

(9.12)

§ 54. Комплектная поверка универсальных фотограмметрических приборов аналогового типа Точность работы прибора определяется в результате его комплектной поверки по сеточной модели, построенной по контрольным сеткам либо снимкам-макетам. Эти комплектные поверки выполняются после поэлементных поверок и определения мест нулей шкал и счетчиков прибора. Они не только позволяют судить о точностных показателях прибора, но и дают общее представление о тщательности выполнения его поэлементных поверок и юстировок. Контрольные сетки и снимки-макеты позволяют установить истинные значения инструментальных ошибок, так как они изготовляются с высокой точностью, что исключает ряд погрешностей, сопровождающих построение и измерение моделей, создаваемых по реальным фотоснимкам. При этом точность наблюдений остается практически постоянной для любой точки модели, так как отсутствуют ошибки опознавания. При выполнении комплектной поверки приборов контрольные сетки используются в нескольких вариантах. Так, например, они могут быть приняты за горизонтальные фотоснимки плоской местности, горизонтальные фотоснимки всхолмленной местности или плановые фотоснимки плоской (либо пересеченной) местности. В любом случае контрольные сетки принимают за фотоснимки с определенным фокусным расстоянием, продольным перекрытием и масштабом. По ним образовывают стереопару для выбранного варианта и по формулам (8.2) вычисляют координаты и высоты точек макета (эталона) местности. Установив контрольные сетки в снимкодержатели прибора, тщательно ориентируют их и, создав модель местности, измеряют координаты и высоты выбранных точек в прямом и обратном направлениях. После обработки результатов измерений по разностям эталонных (вычисленных) и измеренных координат и высот точек оценивают точностные показатели прибора. Под обработкой результатов измерений понимают исключение из результатов измерений систематических ошибок, обусловленных продольным и поперечным углами наклона сеточной модели, а также ее поворотом в плоскости XY прибора и смещением начала координат, т. е. величинами, которые могут быть компенсированы рабочими движениями прибора. Так, если на приборе по контрольным сеткам построена горизонтальная модель плоской местности, то для определения величин, характеризующих систематические ошибки, составляют уравнения поправок:

Х0 -Y + Xt + Х = vx; Yo + X + Yt + Y = vY; Z0 + X + Y + Z = vz,,

(9.13)

где Х0,  Yo, Z0 — величины, характеризующие смещение начала координат сеточной модели относительно системы координат прибора;  и  — продольный и поперечный углы наклона сеточной модели соответственно;  — величина, пропорциональная синусу угла, образованного осью X (У) прибора с соответствующей осью сеточной модели; t — величина, характеризующая изменение масштаба модели; Х, У, Z — разности между истинными и измеренными значениями координат. В результате решения уравнений (9.13) по методу наименьших квадратов определяют значения неизвестных, вводят поправки в результаты измерений, а затем оценивают инструментальную точность прибора. Точность определения плановых координат обычно характеризуется средними квадратическими ошибками mX =

;

mY =

.

а точность определения высот отношением mz : Z, где mz— средняя квадратическая ошибка, вычисляемая по формуле mZ =

.

n — количество измеренных точек сеточной модели; X, Y, Z — искажения сеточной модели, которые не могут быть компенсированы рабочими движениями прибора; Z —средние значения высоты проектирования. Более полное и всестороннее исследование точностных показателей универсального фотограмметрического прибора выполняется с помощью снимков-макетов, так как они могут быть созданы с теми геометрическими характеристиками, какие имеют реальные фотоснимки. Это позволяет выполнить поверку прибора в различных режимах его работы. Так, например, пользуясь сочетанием снимков-макетов Г. А. Ошуркова, можно составить стереоскопические пары горизонтальных фотоснимков плоской или горной местности либо плановых фотоснимков плоской или горной местности. Для более полного выявления значений инструментальных ошибок комплексную поверку начинают со стереоскопической пары, составленной из плановых фотоснимков горной местности. Обработка макетов ведется теми же методами и приемами, что и обработка реальных фотоснимков. Измеренные координаты X, У и высоты Z точек модели макета местности сравнивают с истинными (паспортными) координатами ХИ, Yи, Zи и получают ошибки измерений: X = X - ХИ; Y = Y - Yи; Z = Z - Zи. Прежде чем вычислить средние квадратические ошибки, характеризующие инструментальную точность прибора, так же как и при поверках по контрольным сеткам, из результатов измерений необходимо исключить систематические ошибки. С этой целью, полагая, что имеются избыточные измерения, составляют уравнения поправок:

Х0 - Z - Y + Xt + Х = X; Y0 .- Z + X + Yt + Z = Y; Z0 + X + Y + Ztz + Z =  z,

(9.14)

решая их по методу наименьших квадратов, находят значения неизвестных Х0, Y0, Z0, , , , t, tz и вычисляют остаточные ошибки, носящие случайный характер и определяющие измерительные возможности данного прибора:

X = X + X0 — Z —Y +Xt — ХИ; Y = Y + Y0—Z + X + Yt — Yи; z = Z + Z0 + X + Y +Zt — Zи. Определение точностных показателей прибора выполняют по формулам: mX =

;

mY =

.

mZ =

.

Если же уравнения (9.14) решаются совместно, то средняя квадратическая ошибка одного измерения вычисляется по формуле m=

.

В том случае, если после построения сеточной модели и обработки результатов измерений будет установлено, что точностные показатели прибора превышают допустимые значения, то используют другие сочетания снимков-макетов с целью выявления узлов и систем прибора, работающих с искажениями. Так, например, при обработке стереоскопической пары, составленной из горизонтальных фотоснимков плоской местности, в работе практически не будут участвовать трансформирующая система прибора и узлы, служащие для измерения высот точек. И если точностные показатели не превысят установленного допуска, то можно полагать, что ошибки, полученные при обработке стереопары плановых фотоснимков с горным рельефом, вносит трансформирующая система или узлы, служащие для измерения высот. Для уточнения источника ошибок используют другие сочетания снимков-макетов, которые позволяют исключить из работы ту или иную систему поверяемого прибора. Таким образом, анализ результатов комплектной поверки с использованием различных сочетаний снимков-макетов позволяет установить не только инструментальную точность, но и вероятные источники (отдельные системы или узлы) ошибок прибора, что сокращает время на его последующую юстировку. § 55. Понятие о методике определения параметров юстировки прибора одновременно с оценкой его инструментальной точности В последнее время все большее внимание уделяется разработке различных приемов и способов определения не только инструментальной точности прибора, но и выявления источников ошибок, которые приводят к снижению его точностных показателей. Основоположниками подобного подхода к исследованию фотограмметрических приборов являются Н. А. Урмаев и Г. А. Ошурков. Сущность методики исследования инструментальной точности с одновременным выявлением источников ошибок прибора заключается в следующем: прибор (узел) рассматривается как счетно-решающее устройство, реализующее определенную математическую зависимость; точное решение данной зависимости воплощается в снимках-макетах или другом эталоне; на приборе выполняются построение модели макета местности по снимкам-макетам и ее измерение; на основе анализа расхождений между результатами эталонного и приборного решений определяют точностные показатели прибора и причины, вызывающие снижение инструментальной точности. При обработке фотоснимков на универсальном фотограмметрическом приборе (особенно при работе по установочным данным) необходимо знать ряд параметров прибора, и в первую очередь

места нулей его шкал и счетчиков, а в случае отказов по точности — источники ошибок, приводящие к недопустимым искажениям. Комплектные поверки, проводимые с использованием контрольных сеток и снимков-макетов, предусматривают в основном определение лишь точностных показателей прибора. Параметры же юстировки приборов обычно определяют путем поэлементных поверок по программе, исключающей взаимное влияние их друг на друга. В то же время значения систематических ошибок, исключенные из результатов измерений модели местности при вычислении точностных показателей прибора, содержат в неявном виде информацию о параметрах его юстировки и могут служить исходными данными для их определения. Рассмотрим возможность определения параметров юстировки прибора и источников его ошибок на примере универсального фотограмметрического прибора СПР-ЗМ, при этом за основу примем следующие соображения. Во-первых, в результате ориентирования снимков-макетов по установочным данным, как правило, будут наблюдаться остаточные поперечные параллаксы, которые устраняют движениями , bY, bz, ' и . Полученная таким образом сеточная модель будет иметь горизонтальный и вертикальный масштабы, несколько отличные от расчетных. Кроме того, модель будет развернута относительно координатных осей прибора, так как значения мест нулей шкал базисной каретки и шкал коррекционных механизмов известны лишь с точностью их определения в предыдущих поверках. Зная предвычисленные знаменатели tB вертикального и tГ горизонтального масштабов модели и получив по результатам измерений реальные значения tB и t'г, уточняют места нулей шкал базисной каретки и каретки фокусных расстояний:

М0bX = VbX -

; М0bУ = VbY + bX;

M0bz = Vbz +

;

M0F = VF - f

где VbX, VbY, Vbz, VF — отсчеты по соответствующим шкалам прибора; bx, bY, bz — составляющие базиса;  — угол поворота модели относительно осей прибора, определяемый после решения уравнений (9.14). Во-вторых, если считать, что места нулей шкал коррекционных механизмов известны и взаимное ориентирование выполнено с достаточной точностью, то можно предположить, что построенная модель будет иметь продольный и поперечный углы наклона, равные нулю, так как один из макетных фотоснимков имеет углы наклона  =  = 0, a другой подориентируется к нему. Однако, как правило, построенную модель необходимо горизонтировать. Следовательно, места нулей шкал коррекционного механизма, на кассету которого помещен горизонтальный фотоснимок, определены неточно. Исходя из этого, уточняют места нулей шкал левого коррекционного механизма: М0л = Vл-l2/f; М0л = Vл - l2/f, где Vл, Vл — отсчеты по соответствующим шкалам коррекционного механизма; ,  — величины, пропорциональные продольному и поперечному углам наклона модели, определенные в результате решения уравнений (9.14); l — постоянная коррекционного механизма; f — фокусное расстояние снимков-макетов. Зная углы наклона правого снимка-макета и отсчеты VП, Vп по шкалам коррекционного механизма, полученные после подориентирования его к левому снимку, уточняют места нулей шкал правого коррекционного механизма: MOп = VП — l2/f(—/); МOп = Vп — l2/f ( + /). Таким образом, значения систематических ошибок, выявленные при исследовании прибора в результате решения уравнений (9.14),. могут служить исходной информацией для определения некоторых его параметров. Следует отметить, что данный способ учитывает не только ошибки в определении мест нулей шкал, но и первичные ошибки, вызванные неточностью сборки и юстировки прибора, закон действия которых аналогичен. Результаты измерений стереоскопической сеточной модели могут быть использованы для определения и некоторых других параметров юстировки, если в уравнения (9.14) ввести неизвестные, характеризующие разномасштабность вдоль осей X и Y, неперпендикулярность направляющих X и У, кривизну направляющих и: проектирующих рычагов, ошибки юстировки

шарниров и т. п. Так,, если необходимо проверить, влияют ли на инструментальную точность неперпендикулярность направляющих и разномасштабность вдоль осей X и Y прибора, то уравнения (9.14) примут вид:

Х0 + Xtx - Z - Y - Y - ZX + Х = X; Y0 . + YtX + YtY -Z + X - ZY + Y = Y; Z0 + ZtB +X + Y + Z =  z,

 — величины, характеризующие разномасштабность и неперпендикулярность направляющих X и У прибора; X и Y — величины, характеризующие неперпендикулярность направляющей Z соответственно к направляющим X и Y. Неизвестные, входящие в уравнения (9.15), определяют характер искажения сеточной модели и позволяют сократить время на юстировку прибора. Особенность выявленных инструментальных ошибок заключается в том, что они характерны для тех установочных значений, при которых они были определены. При значительном изменении этих значений характер искажения модели может несколько измениться. В связи с этим для комплектных поверок прибора целесообразно использовать снимки-макеты с различными элементами внешнего ориентирования, имитирующие пространственную целочисленную решетку (рис. 110), что позволит более полно решить задачу по определению параметров юстировки прибора одновременно с оценкой его инструментальной точности. где

tY

(9.15)

и

§ 56. Компарирование снимков-макетов, используемых для поверок и исследований фотограмметрических приборов При комплектных поверках считают, что как координаты точек снимков-макетов, так и координаты точек макета местности безошибочны. По разностям между заданными координатами точек макета местности и полученными на приборе устанавливаются значения инструментальных ошибок, по которым судят о точностных показателях прибора. Однако процесс нанесения точек на стеклянные пластины сопровождается неизбежными ошибками. Как показывает опыт работ, средние квадратические ошибки нанесения точек на контрольные пластины тХ,У = 36 мкм при максимальных ошибках 8 мкм. Обусловленная этим средняя квадратическая ошибка разности продольных параллаксов тр = тр

= 2шх == 612 мкм.

При b = 65 мм относительная ошибка превышения mh/H = тр/P  1/11 000  1/5400. В настоящее время выпускаются универсальные фотограмметрические приборы, обеспечивающие определение плановых координат точек местности со средней квадратической ошибкой тх,y = 510 мкм (в масштабе фотоснимков) и высот с относительной ошибкой 1/10 0001/25000 H. Известно, что снимки-макеты, применяемые в качестве образцовых средств измерений для исследования и оценки точности универсальных фотограмметрические приборов, должны иметь трехкратный запас точности по отношению к проверяемому прибору. Следовательно, высоты точек макета местности, построенного по снимкам-макетам, должны характеризоваться относительными ошибками 1/30 000  1/75 000 H. В 1975 г. была предложена методика Компарирование снимков-макетов, позволяющая значительно повысить их точностные характеристики. Сущность ее заключается в следующем. После расчета и изготовления контрольных пластин с максимально возможной точностью измеряют (например, на монокомпараторе «Аскорекорд») координаты x1, y1, х2 и у2 нанесенных на них точек. Считая эти координаты истинными, выполняют аналитическое взаимное ориентирование снимков-макетов с целью получения наиболее вероятных значений элементов взаимного ориентирования, по ним уточняют элементы внешнего ориентирования снимков, а затем по формулам (8.2) вычисляют координаты точек макета местности в пространственной системе координат с началом в левой точке фотографирования. Полученные координаты X, У, Z

рекомендуется заносить в паспорт снимков-макетов. Следует отметить, что в некоторых случаях после компарирования имеется возможность использовать и грубо нанесенные точки. Данная методика компарирования снимков-макетов позволяет в три — пять раз повысить их точностные показатели при метрологической аттестации.

Глава 10. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ МЕСТНОСТИНА УНИВЕРСАЛЬНЫХ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИХПРИБОРАХ § 57. Построение модели местности Для построения геометрической модели местности на универсальных приборах необходимо выполнить внутреннее и взаимное ориентирование фотоснимков. При внутреннем ориентировании фотоснимков восстанавливаются связки проектирующих лучей, которые в зависимости от используемого прибора могут создаваться оптическим, механическим или аналитическим способом. В основе теории взаимного ориентирования стереопары фотоснимков лежит условие пересечения пары одноименных лучей. Это условие заключается в том, что пара одноименных лучей пересекается, если она лежит в одной базисной плоскости. Установим, что же является критерием взаимного ориентирования фотоснимков на универсальных фотограмметрических приборах. Пусть дана стереопара фотоснимков P1 и Р2. После выполнения внутреннего ориентирования фотоснимков развернем проектирующие камеры так, чтобы одноименные проектирующие лучи пересекались. Тогда, изменяя высоту экрана, можно установить его в такое положение, при котором точки а1 и а2 сольются в одну (рис. 114). В этом случае плоскость экрана пройдет через точку пересечения одноименных лучей.

Рис. 114. Принцип построения модели на универсальном приборе

Рис. 115. Поперечный параллакс в пространстве модели

Если же одноименные лучи не пересекаются, то при любом положении экрана точки а1 и а2 не совпадут одна с другой (рис. 115), но можно найти такое положение экрана, при котором расстояние между точками а1 и а2 по направлению оси Y будет наименьшим. Наименьшее расстояние между одноименными точками на экране называется поперечным параллаксом в пространстве модели. Условимся обозначать эту величину через Q. Итак, если Q в пространстве модели нет, то лучи пересекаются. Следовательно, Q можно использовать в качестве критерия взаимного ориентирования.

Чтобы ориентировать фотоснимки взаимно, необходимо движениями одной или обеих проектирующих камер устранить поперечные параллаксы на точках модели. Но поперечный параллакс нельзя устранить любым движением камеры и на любой точке. Оптимальная последовательность использования точек модели, их расположение и количество, выбор движения камеры, которым следует устранять параллакс на точках, определяются в результате анализа уравнения взаимного ориентирования. Решим эти вопросы применительно к двум способам взаимного ориентирования: поворотами обеих проектирующих камер и движениями одной камеры. Перед обоснованием последовательности устранения поперечного параллакса на модели в первом способе взаимного ориентирования рассмотрим, какова зависимость между поперечным параллаксом Q в пространстве модели и поперечным параллаксом q на стереопаре фотоснимков (рис.116). Установим проектирующие камеры так, чтобы фотоснимки были горизонтальны, а оси х1 и х2 находились на одной прямой. Из подобия треугольников S1 a1 a2 и S1 a'1 a'.2 получим: При Z=f, Q = q.

Q=qZ/f.

Рис. 116. Зависимость между поперечным параллаксом в пространстве модели и поперечным параллаксом на стереопаре фотоснимков

Следовательно, при удалении центров проекции S1.и S2 от экрана Е на фокусное расстояние f поперечный параллакс Q равен соответствующему поперечному параллаксу q на стереопаре фотоснимков. Для обоснования взаимного ориентирования фотоснимков первым способом воспользуемся уравнением взаимного ориентирования (3.12): q = — x1 y/f'1 + x2y/f'2+ (f+y2/f) 2 — x1 1' + x2 2'. Элементам взаимного ориентирования '1, '2, 2, 1,' 2', входящим в данное уравнение, соответствуют рабочие движения камер прибора 1, 2, 2, 1, 2. Из формулы (3.12) следует, что поперечные параллаксы зависят от элементов взаимного ориентирования, но влияние их в различных зонах стереопары неодинаково. Следовательно, при устранении поперечных параллаксов необходимо выбирать такое расположение точек, чтобы на них проявлялось максимальное влияние элементов взаимного ориентирования (движений камер прибора). Так, влияние на поперечный параллакс элемента '1 будет максимальным в точках с наибольшими координатами х1, у, элемента '2 — в точках с наибольшими координатами x2, у, элемента 2 — в точках с наибольшими ординатами, элемента 1,' — в точках с наибольшими абсциссами х1 элемента 2' — в точках с наибольшими абсциссами х2.

Таким требованиям удовлетворяют стандартно расположенные точки. При взаимном ориентировании используют только пять точек (по количеству неизвестных в уравнении взаимного ориентирования), а шестая точка является контрольной (рис. 27). Учитывая стандартное расположение точек и принимая р  b, подсчитаем поперечные параллаксы на точках 1—5 в начале взаимного ориентирования:

Последовательность устранения поперечных параллаксов установим в результате анализа влияния движений 1, 2, 2, 1, 2 проектирующих камер на значения этих параллаксов. Допустим, что на всех точках q = 0. При повороте левого фотоснимка на угол 1 (рис. 11.7, а) возникают поперечные параллаксы на точках 2, 4, 6. Поворот правого фотоснимка вызывает поперечные параллаксы на точках 1,3, 5.

РИС. 117. Влияние поворотов 1, 2 проектирующих камер (а), продольных наклонов 1, 2 камер (б) и поперечного наклона 1, 2 камеры (в) на поперечные параллаксы стандартных точек

Наклон левой камеры на угол 1 вызывает равные по абсолютной величине и противоположные по знаку поперечные параллаксы на точках 4 и 6 (рис. 117, б). Аналогично действует поворот 2 в точках 3 и 5.

Наклон правой камеры на угол 2 (1) приводит к возникновению поперечных параллаксов на всех точках (рис. 117, в). Таким образом, на точках 1 и 2 поперечные параллаксы зависят от двух движений проектирующих камер (от двух элементов взаимного ориентирования), а на любой другой — от трех, а именно: на точке 1 — от 2, 2; на точке 2 — от 1 ,2; на точке 3 — от 2, 2, 2; на точке 4 — от 1, 1 2; на точке 5 — от 2, 2, 2; на точке 6 — от 1, 1, 2. В связи с этим устранение поперечных параллаксов целесообразно начинать с точек 1 или 2 поворотами фотоснимков на угол 2 или 1. С учетом всех факторов рекомендуется такая последовательность устранения поперечных параллаксов, наблюдаемых в начале взаимного ориентирования.

I. На точке 1 поперечный параллакс устраняют движением 2. В результате этого движения параллаксы на точках 1, 3 и 5 изменятся на величину q1 и вместо равенств (10.1) получим:

II. На точке 2 поперечный параллакс устраняют движением 1. Это движение вызовет изменение параллакса и на точках 4 и 6 на величину 11:

III. Из анализа формул (10.3) видно, что можно устранять поперечный параллакс на точках 3 и 5 движением 2 или на точках 4 и 6 движением 1. Принято начинать устранение поперечного параллакса на точке 3. Тогда (10.4)

5, то

Так как поворот камеры на 2 вызывает равные смещения, но с разными знаками на точках 3 и

IV. На точке 4 поперечный параллакс устраняют движением 1: (10.5)

V. На точке 5 поперечный параллакс устраняют движением 2. Сравнивая выражения (10.1) и (10.5), видим, что после устранения параллаксов на точках 1—4 на точке 5 осталась только часть поперечного параллакса, обусловленного влиянием элемента 2. Полное его значение из формул (10.1) равно

Поэтому, прежде чем устранить поперечный параллакс на точке 5, необходимо восстановить его полное значение по наблюдаемому параллаксу в этой же точке. Для этого вычисляют коэффициент взаимного ориентирования С, который определяют как отношение поперечного параллакса на точке 5, вызванного элементом 2, к поперечному параллаксу, наблюдаемому на точке 5 (6) после устранения параллаксов на точках 1—4: (10.6) При устранении поперечного параллакса на точке 5 (6) действуют следующим образом (рис.

118). Движением 2 необходимо не только устранить наблюдаемый параллакс, но и, устранив, воспроизвести его с другим знаком с учетом коэффициента С. Например, при С=1 необходимо просто устранить поперечный параллакс, при С= 1,5 — устранив, воспроизвести с другим знаком половину наблюдаемого. В результате поворота 2 возникнут поперечные параллаксы на точках 1—5. Поэтому приступают к следующему приближению, т. е. действия на точках 1—5 повторяют. Рассмотренная последовательность взаимного ориентирования первым способом показана в виде схемы на рис. 119. При выполнении взаимного ориентирования фотоснимков вторым способом поперечные параллаксы устраняют движениями 2, 2, 2 только правой проектирующей камеры и составляющими базиса проектирования bу, bz. Будем считать, как и при обосновании схемы взаимного ориентирования первым способом, что высота проектирования Z равна фокусному расстоянию f и, следовательно, поперечный параллакс Q, наблюдаемый на какой-либо точке модели, равен соответствующему поперечному параллаксу на стереопаре фотоснимков q. Для обоснования схемы взаимного ориентирования фотоснимков вторым способом воспользуемся уравнением взаимного ориентирования применительно ко второй системе элементов взаимного ориентирования (3.17):

Элементам , ,  соответствуют движения 2, 2 и 2 правой проектирующей камеры.

Рис. 118. Порядок устранения поперечного параллакса на точке 5

Рис. 119. Последовательность выполнения взаимного ориентирования на универсальном приборе оптического типа первым способом

В соответствии с зависимостями (3.5) значения ' и ' можно изменять, меняя составляющие базиса проектирования bу и bz. Принимая, что получим: (10.7) Чтобы решить, какими движениями и в какой последовательности необходимо устранять поперечные параллаксы на стандартно расположенных точках, найдем по формуле (10.7) поперечные параллаксы на точках 1—6, принимая х2 = b, у = ± a (рис. 27):

(10.8) Влияние поворотов 2, 2, 2 правого фотоснимка на поперечные параллаксы показано на рис.

117. Из уравнений (10.8) и рис. 120, а видно, что движение bz приводит к параллаксам, пропорциональным ординате у, а движение by вызывает одинаковые параллаксы на всех точках модели (рис. 120, б). Перейдем к устранению поперечных параллаксов на стандартно расположенных точках, выполняя те же условия, что и при определении последовательности взаимного ориентирования фотоснимков первым способом.

Рис. 120. Влияние изменения величины вz(а) и величины вy(б) на поперечные параллаксы стандартных точек

I. На точке 2 поперечный параллакс устраняется движением by, В результате этого вместо (10.8) получим: (10.9)

II. На точке 1 поперечный параллакс устраняется движением 2, так как из формул (10.9) следует, что на точке 1 остался поперечный параллакс, зависящий только от . Тогда (10.10) III. Анализ формул (10.10) показывает, что следующий этап — устранение поперечного параллакса на точке 4 или 6 движением bz: (10.11) IV. На точке 3 поперечный параллакс устраняется движением 2. Тогда

V. На точке 5 (6) осталась только часть поперечного параллакса, зависящего от . Поэтому предварительно вычисляется коэффициент взаимного ориентирования по формуле (10.6) и движением 2 необходимо не только устранить наблюдаемый параллакс, но и, устранив, воспроизвести его с другим знаком с учетом коэффициента С. Например, при С=1 необходимо просто устранять поперечный параллакс, при С=1,5 — устранив, воспроизвести с другим знаком половину наблюдаемого. Взаимное ориентирование фотоснимков вторым способом также выполняется путем последовательных приближений. Последовательность взаимного ориентирования вторым способом показана на рис. 121. Рассмотренные схемы взаимного ориентирования фотоснимков относятся к оптическим универсальным приборам. Рассмотрим порядок выполнения взаимного ориентирования на универсальном приборе механического типа, например на СПР-ЗМ. На этом приборе фотоснимки располагаются горизонтально, а поправки за перспективу в координаты точек вводятся с помощью коррекционных механизмов, работа которых не зависит от углов, поворотов фотоснимков.

Рис. 121. Последовательность выполнения взаимного ориентирования на универсальном приборе оптического типа вторым способом

С учетом этих особенностей прибора уравнения взаимного ориентирования (3.12), (10.7) примут вид: (10.12) Влияние слагаемых, заключенных в скобки, учитывается коррекционными механизмами при выполнении взаимного ориентирования фотоснимков, а влияние остальных членов учитывается в результате поворотов и перемещений фотоснимков. Выполнить взаимное ориентирование фотоснимков на стереопроекторе можно по схемам, рассмотренным ранее. При этом на последней точке появится поперечный параллакс, в два раза больший параллакса, который должен быть устранен коррекционным механизмом ( или ). Коэффициент взаимного ориентирования в этом случае не зависит от фокусного расстояния фотоснимков и равен 0,5. Поэтому целесообразно после устранения поперечных параллаксов на точках 1 и 2 движениями 1, 2, by устранять поперечные параллаксы на точках 3 и 5 наполовину движением 2 и наполовину движением '2 (первая схема взаимного ориентирования) или на точках 4 и 6 наполовину движением bz и наполовину — '2 (вторая схема взаимного ориентирования). Наблюдаемые поперечные параллаксы устраняются при этом полностью, так как С = 1. На практике взаимное ориентирование фотоснимков на стереопроекторе первым и вторым способами выполняется по схемам, представленным на рис. 122. В процессе взаимного ориентирования фотоснимков на стереопроекторе вследствие конструктивных особенностей прибора вводятся децентрации фотоснимков и коррекционных механизмов. После введения децентрации взаимное ориентирование стереопары фотоснимков уточняется.

Рис. 122. Последовательность выполнения взаимного ориентирования фотоснимков первым (а) и вторым (б) способами на СПР-ЗМ

Отсчеты Vx и Vy для установки на шкалах децентрации определяются по таблицам с учетом значений 1, 2, 2 снятых со шкал коррекционных механизмов. Таблицы составляются для различных значений фокусных расстояний фотоснимков по формулам: (10.13) где (l — постоянная коррекционного механизма); МОдх, МОду — места нулей шкал децентраций. Рассмотрим порядок выполнения взаимного ориентирования на универсальных аналитических приборах, например на стереопроекторе аналитическом СПА. На СПА взаимное ориентирование стереопары фотоснимков может выполняться двумя способами: с помощью универсального вычислительного комплекса УВК СМ-4 (СМ-1420); без УВК СМ-4 (СМ-1420) последовательными приближениями. Первый способ предусматривает вычисление элементов взаимного ориентирования с помощью УВК СМ-4 (СМ-1420) по результатам измерений координат и параллаксов точек стереопары фотоснимков и ввод их в память цифрового вычислительного устройства (ЦВУ). В дальнейшем элементы взаимного ориентирования используют при решении прямой фотограмметрической засечки. Перед наблюдением точек измеряют координаты координатных меток фотоснимков и их центральных крестов. Так как количество измеряемых точек всегда больше пяти, то задача решается с использованием метода наименьших квадратов. Особенностью этого способа взаимного ориентирования фотоснимков является то, что после ввода в память ЦВУ вычисленных элементов взаимного ориентирования стереопары фотоснимки

необходимо ориентировать по начальному направлению, т. е. устранить поперечные параллаксы движениями л и п на стандартных точках 1 и 2. Точность взаимного ориентирования стереопары фотоснимков (построения модели) определяется по значениям средних квадратических ошибок определения элементов взаимного ориентирования и остаточным поперечным параллаксам на измеряемых точках. В случае превышения заданных допусков выполняется повторное определение элементов взаимного ориентирования стереопары фотоснимков. Второй способ взаимного ориентирования стереопары фотоснимков заключается в последовательном устранении видимых поперечных параллаксов на стандартных точках стереопары. Взаимное ориентирование фотоснимков этим способом выполняют в такой последовательности: устраняют поперечные параллаксы на точках 1 и 2 поворотами фотоснимков л и п; устраняют поперечный параллакс на точке 3 движением п (изменяя в памяти ЦВУ значение ); устраняют параллакс на точке 5 движением п ( ) и вычисляют

где

— полученное значение п при устранении поперечного параллакса на точке 3; — полученное значение п при устранении поперечного параллакса на точке 5.

Полученное значение записывают в ЦВУ. Остаточный поперечный параллакс на точке 5 устраняют движением п (sin п); устраняют поперечный параллакс на точке 4 движением л (sin л). Если остаточный поперечный параллакс на контрольной точке превышает заданный допуск, то выполняется следующее приближение взаимного ориентирования. § 58. Внешнее ориентирование модели местности Модель местности, полученная в результате взаимного ориентирования на универсальном приборе, должна быть приведена к заданному масштабу и ориентирована относительно геодезической системы координат по опорным точкам. Этот процесс называется внешним (геодезическим) ориентированием модели. Внешнее ориентирование на универсальных приборах выполняют в два этапа. Сначала модель приводят к заданному масштабу, а затем горизонтируют. При внешнем ориентировании модели на приборе, предназначенном для обработки только плановых фотоснимков, решают уравнения внешнего ориентирования вида (5.5):

Чтобы выполнить внешнее ориентирование модели, необходимо иметь не менее трех опорных точек. Так как внешнее ориентирование должно выполняться с контролем, то на каждую стереопару фотоснимков определяют не менее четырех опорных точек, имеющих расположение, близкое к стандартному. На стереопроекторе СПР-ЗМ внешнее ориентирование модели местности выполняют следующим образом. При масштабировании модели приводят горизонтальный масштаб модели к масштабу создаваемой карты изменением базиса проектирования b (определяют ). Для масштабирования необходимо иметь две опорные точки, расположенные по диагонали, например 1 и 4 (рис. 123, а). Опознав эти точки на фотоснимках, стереоскопически наводят марку сначала на точку 1 модели, а острие карандашного устройства совмещают с соответствующей точкой планшета, затем наводят на точку 4 модели, отмечают на планшете точку 4 на линии 1—4, повернув планшет вокруг точки 1. Несовмещение точки 4' с однозначной точкой 4 на планшете устраняют введением поправок в составляющие базиса по формуле

где

. Изменив базис проектирования (движением bx) введением этой поправки, повторяют указанные выше действия до тех пор, пока игла карандашного устройства не совпадет с точкой 4. Опытные наблюдатели эти вычисления не выполняют, а базис проектирования подбирается последовательными приближениями. В конце масштабирования проверяют совпадение иглы карандашного устройства с другими опорными точками. Изменяя в небольших пределах базис проектирования и ориентирование планшета, распределяют невязки по всем опорным точкам равномерно.

Рис. 123. Последовательность выполнения масштабирования (а) и горизонтирования (б) на стереопроекторе СПР-ЗМ

Масштабирование считается выполненным, если невязки на опорных точках не будут превышать заданных допусков (0,2 мм — для точек полевой подготовки, 0,4 мм — для точек, полученных из фототриангуляции). Горизонтирование модели (рис. 123, б) заключается в наклонах ее вдоль осей X и У прибора до тех пор, пока высоты опорных точек, измеренные по модели, не станут равны соответствующим геодезическим высотам (определяются , ). Процесс горизонтирования модели делится на два этапа: горизонтирование модели в поперечном направлении; горизонтирование модели в продольном направлении. В поперечном направлении модель горизонтируется по двум наиболее удаленным одна от другой опорным точкам, расположенным по разные стороны от оси X прибора на прямой, примерно перпендикулярной к оси X (точки 1 и 3). При горизонтировании модели в поперечном направлении стереоскопически визируют на точку 1 и на счетчике высот поворотом шкалы устанавливают ее геодезическую высоту . Стереоскопически визируют на точку 3 и по счетчику высот определяют ее фотограмметрическую высоту Z3. Действуя ножным штурвалом, устанавливают на счетчике высот отсчет

и одновременными движениями рукояток коррекционных механизмов л и 'п совмещают измерительную марку с точкой 3 модели. Возникающий при этом поперечный параллакс устраняют движением л. На счетчике высот поворотом шкалы устанавливают геодезическую высоту точки 3. Проверяют высоту точки 1. Если она не равна геодезической, то повторяют описанные выше действия, добиваясь, чтобы измеренные высоты точек 1 и 3 были равны геодезическим (совмещение высот выполняют с точностью стереоскопического визирования). После этого горизонтируют модель в продольном направлении. Для этого измеряют фотограмметрические высоты точек 2 и 4 модели Z2 и Z4 и вычисляют разности между геодезическими и фотограмметрическими высотами:

Z2 = ZГ2 – Z2 Z4 = ZГ4 – Z4 (10.14) На точке 2 или 4 устанавливают движением Z (ножным штурвалом) отсчет, равный Z2(4) = Z2(4) +

(Z2 + Z4).

(10.15)

Визирную марку совмещают с точкой 2 (или 4) одновременным движением 'л и bг. Возникающий поперечный параллакс в районе точки 1 (3) устраняют движением 'п. После выполнения горизонтирования вновь вводят децентрации фотоснимков и коррекционных механизмов, уточняют взаимное ориентирование фотоснимков и внешнее ориентирование модели местности. Горизонтирование считается выполненным, если высотные невязки на опорных точках не превосходят полутора значений допустимых средних ошибок, установленных для подписываемых на карте высот. На аналитических универсальных приборах, например на СПА, внешнее ориентирование модели может быть выполнено, как и взаимное ориентирование фотоснимков, одним из двух способов: аналитически с использованием УВК СМ-4 (СМ-1420); последовательными приближениями без УВК СМ-4 (СМ-1420). При первом способе измеряют координаты и высоты опорных точек путем стереоскопического наведения марки на эти точки. Вводят в память УВК их фотограмметрические и геодезические координаты, значения констант, необходимых для вычисления элементов внешнего ориентирования модели, и решают уравнения внешнего ориентирования. Вычисленные элементы внешнего ориентирования вводят в память ЦВУ, после чего проверяют точность выполнения внешнего ориентирования. Оценку точности производят по выданным на печать значениям средних квадратических ошибок определения элементов внешнего ориентирования модели, по вычисленным невязкам на опорных точках, участвовавшим в ориентировании модели, а также путем измерения высот опорных точек, не участвовавших в определении элементов внешнего ориентирования модели, и сравнением их высот с исходными. Точность планового положения измеряемых опорных точек проверяется по отклонениям их от наколов на основе (фотоплане). При втором способе внешнего ориентирования модели на СПА сначала измеряют координаты опорных точек и по фотограмметрическим X, Y и геодезическим ХГ, YГ координатам вычисляют масштаб модели (10.16) где п — количество опорных точек, выбранных для определения масштаба. Для полученного значения масштаба модели вычисляют коэффициенты преобразования координат и высот модели: (10.17) Вычисленные коэффициенты вводят в память ЦВУ комплекса, после чего выполняют горизонтирование модели по схеме, рассмотренной для стереопроектора СПР-ЗМ. После масштабирования и горизонтирования модели на рабочем столе координатографа устанавливают планшет (фотоплан) и ориентируют его по наколам опорных точек путем совмещения их положения с иглой карандашного устройства при наведении марки на соответствующие точки модели.

Глава 11. ОРТОФОТОТРАНСФОРМИРОВАНИЕ ФОТОСНИМКОВ

§ 59. Способы трансформирования фотоснимков горной и холмистой местности В настоящее время, как в народном хозяйстве, так и в войсках наряду с топографическими картами используются фотопланы и трансформированные фотоснимки. Фотопланы (трансформированные фотоснимки) не только геометрически подобны топографическим картам, но и содержат много ценной информации о рельефе, растительном покрове и т. п. Кроме того, фотопланы и особенно трансформированные фотоснимки могут быть доведены до потребителя в более сжатые сроки, чем топографические карты. Фотопланы используются в качестве основы при создании карт комбинированным и стереотопографическим методами, освобождая топографа от инструментальной мензульной съемки контуров. При обновлении топографических карт фотопланы и трансформированные фотоснимки также находят широкое применение. В общем случае различные части фотоснимка изображены в разных масштабах. Если изобразившаяся на фотоснимке земная поверхность может быть принята за горизонтальную плоскость (учитывая допустимые ошибки планового положения), то эта разномасштабность вызвана лишь углами наклона фотоснимка. Поэтому переход к изображению местности в одном (заданном) масштабе осуществляется путем одновременного проектирования на экран фототрансформатора всех частей фотоснимка. Процесс преобразования наклонных фотоснимков в горизонтальные заданного масштаба называют трансформированием фото-снимков. Однако в большинстве случаев земная поверхность, изобразившаяся на фотоснимках, не может быть принята за плоскость. Следовательно, приведение такого фотоснимка к заданному масштабу путем обычного трансформирования невозможно, так как в зависимости от рельефа местности масштаб фотоснимка в каждой точке будет различен. Рассмотрим способы трансформирования фотоснимков горной и холмистой местности. Зависимость между координатами точек местности и фотоснимка выражается уравнениями:

(11.1) Если начало координат совместить с центром проекции, то для идеального фотоснимка ( ) эти уравнения примут вид: (11.2) Из этих уравнений следует, что координаты Xi, Yi зависят от высоты проектирования (фотографирования) Z, над каждой точкой. Следовательно, если при трансформировании принять, что высота проектирования Zпр — величина постоянная, то в каждую точку будут внесены ошибки: (11.3) где

пр. Особенно значительными эти ошибки будут при трансформировании фотоснимков горной местности. Устранить или свести к допустимому значению ошибки, обусловленные рельефом местности, возможно следующими приемами: трансформированием фотоснимков по зонам; способом обратной модели местности; дифференциальным трансформированием (ортофототрансформированием). Используя любой из этих способов, можно получить ортофотоснимок, т. е. фотографическое изображение местности в ортогональной проекции. Способ трансформирования по зонам был предложен в 1903 г. и применялся довольно широко. Зоной называют часть фотоснимка, в пределах которой смещения контуров, вызванные рельефом, не превышают заданных значений. Таким образом, трансформирование фотоснимка выполняют несколько раз (по частям) с различными (рассчитанными) высотами проектирования Z. Этот способ трансформирования находит применение, если количество зон не превышает трех. Способ обратной модели разработан в 1952 г. Сущность его заключается в следующем. Создается такой обратный макет местности, чтобы при его фотографировании ошибки за рельеф на

фотоснимке были бы равны по абсолютной величине смещениям на оригинальном фотоснимке, но противоположны по знаку. Затем на этот макет местности укладывается фотоснимок, подлежащий трансформированию, и фотографируется. В результате получают фотоснимок в ортогональной проекции — ортофотоснимок. Однако процесс создания обратной модели местности оказался весьма трудоемким и плохо контролируемым. В связи с этим данный способ не нашел широкого применения. Кроме того, как способ трансформирования по зонам, так и способ обратной модели местности невозможно применить без наличия топографических карт или знания высот точек местности, а также при сильно пересеченной местности. В настоящее время наиболее широко для трансформирования фотоснимков горной и холмистой местности используется так называемое дифференциальное трансформирование. Впервые идея дифференциального трансформирования была высказана французским инженером Р. Фербером в 1927 г., но по ряду причин не нашла практического применения. Лишь в 1954 г. в СССР Е.И. Калантаров и Г.П. Жуков предложили, а затем и изготовили фототрансформатор щелевой ФТЩ-2, который успешно применялся при изготовлении ортофотоснимков. В том же году в США Рассел Бин запатентовал прибор ортофотоскоп. Именно эти два прибора дали мощный толчок развитию ортофототехники и технологии изготовления ортофотоснимков. В настоящее время данный способ трансформирования фотоснимков горной и холмистой местности общепризнан и считается наиболее перспективным.

§ 60. Принцип дифференциального трансформирования Дифференциальным трансформированием (ортофототрансформированием) называют процесс получения ортофотоснимка, основанный на последовательном проектировании изображения исходного фотоснимка на светочувствительный материал элементарными (малыми) участками в едином масштабе. Рассмотрим принцип дифференциального трансформирования (рис. 124).

Рис. 124. Принцип дифференциального трансформирования

Пусть на экран Е уложен светочувствительный материал и закрыт шторно-щелевым устройством. С помощью камеры К осуществляется проектирование фотоснимка на светочувствительный материал через щель Щ, которая может перемещаться вдоль осей X и Y координатной системы по параллельным один другому маршрутам.

При движении щели по маршруту (например, вдоль оси Y) на светочувствительный материал проектируется и фиксируется на нем изображение, проходящее через щель. В следующий момент, когда щель переместится по маршруту своего движения на бесконечно малый отрезок, на светочувствительный материал будет проектироваться новый элементарный участок и т. д. При достижении границы участка щель смещается вдоль оси X на величину, равную длине щели, и перемещается в обратном направлении по параллельному маршруту. Таким образом, трансформированный данным способом фотоснимок нужно рассматривать как сумму бесконечного количества взаимно перекрывающихся изображений, полученных при последовательном проектировании элементарных участков. Устранение же ошибок планового положения точек фотоснимка, вызванных рельефом местности, осуществляется путем непрерывного изменения высоты проектирования 2 согласно профилю модели местности по данному направлению. Для получения информации о рельефе местности ортопроектор может быть соединен с универсальным фотограмметрическим прибором (УФП), на котором построена стереомодель и оператор осуществляет ее профилирование по заданным направлениям. При этом предполагается, что движения измерительной марки УФП в направлении осей X и У взаимосвязаны с движением щели, а перемещение марки по высоте — с изменением высоты проектирования ортопроектора. В принципе, в качестве исходной информации о рельефе может быть использована цифровая модель местности или горизонтали с имеющихся топографических карт. § 61. Основные сведения по теории дифференциального трансформирования При дифференциальном трансформировании изображение исходного фотоснимка последовательно проектируется на светочувствительный материал через щель, перемещаемую по параллельным маршрутам (рис. 124). Скорость перемещения щели, ее форма и размеры должны быть вполне определенные. Так, при движении щели по маршруту время t экспонирования изображения данного участка будет определяться по формуле (11.4) где U — ширина щели;  — скорость ее перемещения. Размеры щели в процессе перемещения остаются постоянными, следовательно, для обеспечения постоянства времени экспонирования необходима постоянная скорость перемещения либо изменение освещенности в зависимости от изменения скорости перемещения щели. В первых образцах приборов дифференциального трансформирования применялась прямоугольная форма щели, что приводило к значительной «полосатости» изображения. Изображение ортофотоснимка получалось в виде четко выраженных стыков соседних маршрутов профилирования вследствие неточности в работе координатной системы прибора, рассеяния света микрокристаллами галоидного серебра, дифракции от края щели и т. п. При создании щелевого фототрансформатора ФТЩ-2 от прямоугольной формы щели отказались и использовали щель в виде параллелограмма, что позволило значительно уменьшить «полосатость» изображения. Экспериментально установлено, что острый угол параллелограмма должен быть равен 45—55°. В настоящее время в большинстве приборов дифференциального трансформирования применяется щель именно такой формы. Очевидно, что чем больше участок, ограниченный щелью, тем меньше полос профилирования и трансформирование фотоснимка может быть выполнено быстрее. Но как в пределах фотоснимка, так и в пределах щели точки местности имеют разные высоты, что приводит к ошибкам ортофотоснимка. Наибольшие ошибки будут иметь точки, изобразившиеся на границах элементарных участков, ограниченных щелью. Значения этих ошибок зависят не только от рельефа местности, но и от длины щели (рис. 125).

Рис. 125. Влияние рельефа местности и длины щели на точность дифференциального трансформирования

Пусть выполняется дифференциальное трансформирование горизонтального фотоснимка Р° 2. Щель длиной l перемещается параллельно оси У и совместно с фотоматериалом согласно профилю местности вдоль оси Z. В некоторый момент центр щели будет совмещен с точкой А модели местности. Точка b фотоснимка в ортогональной проекции должна изобразиться точкой b, однако изза угла наклона местности vx она изобразится точкой b. Отрезок обозначим через х и будем называть ошибкой дифференциального трансформирования. Из подобия треугольников Sbn и ВВ'В" следует: (11.5) Из рассмотрения прямоугольного треугольника ABC можем записать: (11.6) где x — угол наклона местности в направлении, перпендикулярном направлению движения щели. Подставляя выражение (11.6) в (11.5), получим формулу для подсчета ошибки за рельеф на краю щели: (11.7) После учета коэффициента трансформирования п формула (11.7) примет вид: (11.8) Используя выражение (11.8), получим формулу для вычисления допустимой длины щели: (11.9) Анализ данной формулы показывает, что допустимая длина щели зависит: от удаления проектируемого элементарного участка от точки надира; от рельефа местности; от фокусного расстояния фотоснимков;

от допустимой ошибки дифференциального трансформирования и коэффициента трансформирования. Следует отметить, что на длину щели значительное влияние оказывает и направление наклона местности по отношению к точке надира. Зависимость (11.9) получена при условии, что скат обращен к точке надира. Если же он будет обращен по направлению от точки надира, то зависимость (11.9) запишется в виде: (11.10) Данная формула накладывает более жесткие требования к длине щели. Так, если фотоснимок получен с помощью АФА-41/10, допустимая ошибка трансформирования х = 0,2 мм, коэффициент трансформирования п =1, преобладающие углы наклона местности x=6° и максимальное удаление от точки надира х = 70 мм, то, подставив эти данные в формулы (11.9) и (11.10), получим l  5,8 мм, l'  5,0 мм. Если принять, что преобладающие углы наклона местности vx = 20°, а остальные условия оставить прежними, то получим l  2,0 мм, l'  1,2 мм. Как следует из рассмотренного примера, при значительной крутизне скатов допустимая длина щели очень мала. Это приводит к увеличению полос профилирования, а следовательно, и времени ортофототрансформирования. Ширина щели также оказывает влияние на качество ортофотоснимка. Очевидно, что чем она больше, тем больше будет размытость (смаз) изображения при изменении высоты проектирования. Следовательно, необходимо стремиться к уменьшению ширины щели. В то же время щель должна быть достаточно широкой, чтобы не использовать высокочувствительный фотоматериал и мощный источник света. Получим формулу для вычисления допустимой ширины щели в зависимости от допустимого смаза изображения. Пусть щель шириной U (рис. 126) перемещается над светочувствительным материалом в направлении оси У и совместно с фотоматериалом — параллельно оси Z согласно профилю местности. При указанных движениях щели точка В модели местности изобразится отрезком B2°B1° = y, что приведет к смазу фотоизображения.

Рис. 126. Влияние рельефа местности и ширины щели на смаз изображения

Из подобия треугольников

и

следует, что смаз (11.11)

Но

(11.12) Следовательно, (11.13) где у — удаление щели от точки надира в масштабе фотоснимка; y — крутизна ската в направлении оси У. Используя выражение (11.13), можем подсчитать допустимую ширину щели (11.14) Пусть f = 100 мм, у = 70 мм,  = 20°, п = 1. Потребуем, чтобы смаз изображения не превышал 0,1 мм. Тогда мм. Следовательно, ширина щели должна быть не более 0,5 мм. В современных приборах дифференциального трансформирования ширина щели колеблется от 0,2 до 2,0 мм. § 62. Некоторые пути уменьшения ошибок ортофототрансформирования Ошибки за влияние рельефа в пределах каждой полосы профилирования вызывают сдвиг точек на краю полос, что приводит к удвоению или исчезновению контуров. Пусть точки A, В, С, D (рис. 127) являются точками модели местности. Щель длиной l движется последовательно по параллельным маршрутам перпендикулярно к плоскости чертежа, причем ее положения отличаются по высоте. При перемещении щели по маршрутам центр ее совпадает с точками 1—4 модели, остальные же точки, высоты которых отличаются от высоты щели, будут проектироваться с ошибками, значения которых могут быть подсчитаны по формулам (11.7) и (11.8).

Рис. 127. Удвоение или исчезновение контуров при дифференциальном трансформировании

Так, например, участок аb фотоснимка при профилировании по маршрутам 1 и 2 вообще не изобразится, а участок cd изобразится дважды. Таким образом, задача трансформирования фотоснимка решается не строго. Размер этих смещений зависит от крутизны ската, удаления маршрута от точки надира, длины щели и т. п. Безусловно, эти искажения можно свести к минимуму

путем уменьшения длины щели, но это приведет к увеличению полос профилирования. Поэтому одним из путей решения проблемы является уменьшение ошибок на границах полос.

Рис. 128. Проектирование с двух фотоснимков, составляющих стереопару

Анализ формулы (11.8) показывает, что если уменьшить в К раз удаление щели от точки надира, то ошибка х также уменьшится в К раз. В связи с этим в некоторых приборах предусматривается проектирование элементарных участков с двух фотоснимков, составляющих стереопару (рис. 128). Благодаря этому при монтаже ортофотоплана используются только те части ортофотоснимков, которые находятся ближе к соответствующим точкам надира, т. е. , что позволяет увеличить длину щели примерно в два раза. С целью улучшения дешифровочных свойств предложено получать отдельные участки ортофотоснимка с любого из фотоснимков стереопары. Для этого с учетом движения марки и щели выполняется проектирование с того фотоснимка, на котором изобра-жение ската местности обращено к точке надира, т. е. с того фотоснимка, на котором более подробно изобразились объекты местности. Для исключения двоения (исчезновения) контуров в ортопроекторе GZ-1 осуществляется проектирование на наклонную плоскость с помощью волоконного преобразователя (рис. 129). Преобразователь с основанием, перпендикулярным направлению волокон, устанавливается над щелью ортопроектора. Нижняя поверхность представляет собой плоскость, а верхняя — поверхность с переменными углами наклона, которая располагается под углом относительно экрана. В процессе профилирования преобразователь поворачивается таким образом, чтобы каждый элементарный участок проектировался на поверхность, имеющую наклон такой же, как скат модели местности. Поворот осуществляется автоматически в соответствии с разностью высот точек соседних профилей.

Рис. 129. Волоконный преобразователь ортопроектора GZ-1

Наибольшие возможности по уменьшению ошибок ортофотоснимков имеют приборы с электронным считыванием и воспроизведением изображения, а также аналитические ортофототрансформаторы. Так, например, в приборах с электронным воспроизведением изображения ошибки устраняются путем деформации растра развертки. В аналитических приборах имеется

возможность изменять длину щели в зависимости от удаленности полосы относительно точки надира или сложности рельефа местности с одновременным изменением шага перемещения щели. § 63. Приборы, применяемые для дифференциального трансформирования фотоснимков Различают два метода дифференциального трансформирования: непосредственный (on-line) и автономный (off-line). При использовании непосредственного метода одновременно с профилированием модели местности, построенной на универсальном фотограмметрическом приборе, производится печать ортофотоснимка. В этом случае ортопроектор механически через сельсины или иным путем соединен с универсальным фотограмметрическим прибором. Технологическая схема изготовления ортофотоснимка при использовании данного метода включает следующие процессы: создание модели местности на универсальном фотограмметрическом приборе и ее внешнее ориентирование; установку трансформируемого фотоснимка в камеру ортопроектора и отсчетов на его шкалах, соответствующих элементам ориентирования, снятых со шкал соответствующей камеры универсального прибора8; профилирование с одновременным проектированием элементарных участков трансформируемого фотоснимка на фотоматериал в определенной последовательности в едином масштабе; фотолабораторную обработку полученного ортофотоснимка и контроль его качества. При автономном методе дифференциального трансформирования сначала каким-либо путем (например, путем профилирования) получают информацию о рельефе местности по заданным направлениям в цифровом или графическом виде, а затем используют эту информацию для печати ортофотоснимка без участия оператора. При автономном методе дифференциального трансформирования порядок получения ортофотоснимка включает: создание модели местности и ее внешнее ориентирование; профилирование модели с одновременной записью информации о рельефе местности по заданным направлениям; установку трансформируемого фотоснимка в ортопроектор и ориентирование его по установочным данным; автоматическое проектирование на ортопроекторе по записанной информации о рельефе; фотолабораторную обработку ортофотоснимка и контроль его качества. Автономный метод получения ортофотоснимка позволяет использовать любой универсальный фотограмметрический прибор, позволяющий регистрировать информацию о рельефе по заданным направлениям, достигнуть более экономичной работы, так как один ортопроектор можно использовать с несколькими универсальными приборами, использовать многократно информацию о профилях, а также повторять ортофототрансформирование фотоснимков, неудовлетворительных по качеству. Следует отметить, что в качестве исходных данных при данном методе эффективно может быть использована информация о рельефе в виде горизонталей, так как по ним возможно построить профили любой плотности, требуемой при печати ортофотоснимка. Приборы ортофототрангформирования, выпускаемые у нас в стране и за рубежом, отличаются один от другого своими конструктивными особенностями, точностью, техническими приемами передачи изображения, степенью автоматизации и т. п. В настоящее время для получения ортофотоснимков используются следующие три технических приема: прямое проектирование, оптическая передача изображения и электронная передача изображения. Именно от этих приемов в большой степени зависят удобство работы, производительность, стоимость приборов и ряд других показателей. В связи с этим было предложено классифицировать приборы дифференциального трансформирования следующим образом: приборы прямого проектирования; приборы с оптической передачей изображения; приборы с электронной передачей изображения.

8

На некоторых приборах данный пункт технологической схемы исключается .

Большинство ортофотоприборов являются приборами прямого проектирования. Их можно подразделить на две группы: приборы с дополнительной проектирующей камерой (рис. 130); приборы с ортофотоскопом.

Рис. 130. Принципиальная схема прибора прямого проектирования

Прибор прямого проектирования первой группы состоит из двух основных частей: аналогового универсального прибора, например оптического типа, и щелевого проектора (ортопроектора). Универсальный фотограмметрический прибор предназначен для построения модели местности и ее внешнего ориентирования. В пространстве модели размещается измерительная марка, перемещения которой параллельно координатным осям X, Y и Z взаимосвязаны с соответствующими движениями щели (X' и У) и проектирующей камеры ортопроектора (Z'). В ходе профилирования оператор, постоянно удерживая измерительную марку на поверхности модели, обеспечивает изменение высоты камеры проекционной системы ортопроектора над экраном, что позволяет проектировать элементарные участки фотоснимка в едином масштабе. К приборам данной группы относятся: щелевой фототрансформатор ФТЩ-2 (рис. 131, а); фотоприставка ФПД к стереографу СД-3; ортофототрансформаторы ОФТ, входящие в состав комплексов «Аналит» и «Ортомат»; ортопроектор GZ-1 (рис. 131,6); трехпроекторный ортофототрансформатор Ortho-3-Projector (рис. 131, в) и другие приборы.

Рис. 131. Приборы прямого проектирования с дополнительной проектирующей камерой: а — фототрансформатор ФТЩ-2; б — ортопроектор GZ-1; в — ортофототрансформатор «Ortho-3-Projector»

Вторая группа включает ряд приборов прямого проектирования, сконструированных на основе ортофотоскопа. Ортофотоскоп (рис. 132)—прибор, состоящий из координатной системы, экрана и шторно-щелевого устройства. Ортофотоскоп можно использовать совместно с любым универсальным прибором двойного проектирования, если в нем применено анаглифическое наблюдение стереомодели.

Рис. 132. Принципиальная схема ортофотоскопа

К данной группе приборов относятся: ортофотоскопы Т-64, ER-55, ортоскан Келша, оргофотограф SFOM типа 690 (рис. 133) и др.

Рис. 133. Ортофотограф SFOM типа 690

Трансформирование с помощью ортофотоскопа выполняют в следующем порядке. С помощью двойного или тройного проектора строят модель местности и выполняют ее внешнее ориентирование. На стол проектора устанавливают ортофотоскоп, на экран которого укладывается фотопленка и закрывается шторно-щелевым устройством. Эмульсия фотопленки должна быть сенсибилизирована к синим лучам. Фотопечать осуществляют только с фотоснимка, заложенного в проектор с синим фильтром. При профилировании движущаяся щель одновременно является и измерительной маркой. Оператор, наблюдая модель, с помощью специального рычага или штурвала удерживает щель на поверхности модели, благодаря чему изображения элементарных участков проектируются в едином масштабе. Перемещение щели в направлении осей X и У прибора выполняется автоматически. В направлении оси Z щель перемещается оператором совместно с экраном, на котором размешен фотоматериал. К приборам с оптический передачей изображения относятся стереофотопроектор СФП, ортофотопросктор ОФПД, стереотригомат, комплекс приборов «Топокарт-ортофот» (рис. 134) и др.

Рис. 134. Комплекс приборов «Топокарт-ортофот»

Оптическая система (рис. 135) предназначена для переноса изображения. Свет от лампы 8 освещает фотоснимок 9, в положение которого для проектируемого элементарного участка введена поправка за углы наклона и за влияние рельефа. Пройдя фотоснимок, световой луч делится с помощью зеркала / (50%-е серебрение) на две части. Одна часть идет к окуляру, другая — в оптическую систему передачи изображения к фотопечатающему устройству 5.

Рис. 135. Оптическая система для переноса изображения:

/ — зеркало (50% серебрение); 2 и 7 — зеркала; 3 и 6 — прямоугольные призмы; 4—щель; 5 — фотопечатающее устройство; 8 — лампа; 9 — фотоснимок (диапозитив)

Изображение элементарного участка фотоснимка, отражаясь от зеркал 1, 2 и 7, проходит через прямоугольные призмы 6, 3 и через щель 4 проектируется на светочувствительный материал. Прямоугольные призмы подвижны и связаны с движением измерительной марки универсального прибора по высоте. Перемещаясь в плоскости рисунка, эти призмы изменяют длины проектирующих лучей, что обеспечивает приведение изображений всех элементарных участков фотоснимка к единому масштабу.

Оптическая система переноса изображения и фотопечатающее устройство, в принципе, могут использоваться со многими универсальными приборами. Однако приборы дифференциального трансформирования данной группы, выпускаемые в настоящее время, предназначены для работы с конкретными универсальными приборами. Например, фотоприставка ОФПД может использоваться только совместно со стереографом СД-3, ортофот — только с универсальным прибором «Топокарт». Приборы с электронной передачей изображения. Электронный перенос изображения осуществлен в универсальных фотограмметрических приборах и фотограмметрических системах, в которых используется автоматическая корреляция изображения, позволяющая без участия оператора выполнять профилирование модели. Принцип автоматического профилирования основан на том, что после взаимного ориентирования положению измерительной марки относительно поверхности модели (выше или ниже) соответствует наличие продольного параллакса. Следовательно, для автоматического совмещения марки с поверхностью модели необходимо определить величину взаимного смещения одноименных точек фотоснимков вдоль оси X и устранить это смещение. Для определения параллаксов (рис. 136) изображения фотоснимков преобразуются в электрические сигналы. При этом фото-

Рис. 136. Принцип обнаружения продольного параллакса

снимок рассматривают как поле точек, имеющих разные оптические плотности. Величине оптической плотности ставится в соответствие какая-либо электрическая величина (сила тока, напряжение, амплитуда и т. п.). Участки фотоснимков синхронно сканируются по прямым линиям 1—5 параллельно оси X. Каждый раз при пересечении контура ii фотоумножитель вырабатывает прямоугольный сигнал-. Сигнал В будет иметь в пределах каждой строки постоянную задержку на время т относительно сигнала А. Зная значение задержки т и скорость v перемещения светового пятна, легко определить значение разности продольных параллаксов

р = v. Таким образом, для автоматического профилирования стереоприбор должен решать задачи: синхронного сканирования фотоснимков для преобразования оптических плотностей в электрические сигналы; корреляции сигналов с целью определения параллаксов; автоматического устранения параллаксов.

Принцип автоматического совмещения марки с поверхностью модели показан на рис. 137. Если рычаги R1 и R2, имитирующие проектирующие лучи, пересекаются выше (ниже) поверхности модели, то оптические оси левой ЭЛТ и правой ЭЛТ проектируются не на одноименные точки диапозитивов Р1 Р2 и сигналы, соответствующие границе светлых и темных участков снимков, поступят в фотоумножители с разностью во времени т. В результате коррелятор вырабатывает сигнал для исправления высоты проектирования.

Рис. 137. Принцип автоматического совмещения марки с поверхностью модели

Для получения ортофотоснимка используют третью ЭЛТ, отклоняющая система которой работает синхронно с трубками сканирующей системы. Интенсивность луча фотопечатающей трубки ФЭЛТ регулируется сигналами, поступающими от одного из двух фотоумножителей сканирующей системы. Изображение, построенное на экране ФЭЛТ, проектируется через оптическую систему на фотоматериал. Синхронно с измерительной маркой перемещается или ФЭЛТ, или фотоматериал. К данной группе приборов относятся: стереомат В 8, стереомат А 2000, автоматическая система составления карт UNAMACE, автоматическая электронная ортофотосистема AS-11 С и др. § 64. Понятие о получении орограмм при дифференциальном трансформировании В последние годы в состав универсальных фотограмметрических приборов и комплексов кроме ортофототрансформаторов вводят специальные устройства — орографы, которые обеспечивают использование информации о высотах точек местности, получаемой в процессе дифференциального трансформирования, для создания оригинала рельефа в горизонталях — орограммы. Существуют различные возможности преобразования информации о высотах точек для создания оригиналов рельефа (рис. 138). Они основаны на том, что при перемещении измерительной марки вдоль линии профилирования на чертежную головку координатографа в момент пересечения маркой заданных горизонтальных плоскостей подается сигнал, включающий чертежное устройство координатографа. Наиболее простая форма графической регистрации моментов прохождения марки через заданные горизонтальные плоскости вдоль линии профиля — точечная (рис. 139, а и 138, а). Очевидно, что этот принцип регистрации с использованием чертежной головки координатографа приемлем для изображения плавных форм рельефа с незначительными превышениями и совершенно не пригоден при сильно пересеченной местности. Более точные результаты можно получить по штриховой орограмме (рис. 139,6 и 138,6). При этом каждый штрих или промежуток между ближайшими штрихами представляет собой заложение между горизонталями по направлению сканирования. Соединив соответствующие начальные (конечные) точки штрихов, получают горизонтали. Однако и в этом случае при сильно пересеченной местности отыскание одноименных штрихов вызывает определенные трудности. Для облегчения отыскания одноименных штрихов орограммы используют чередующиеся штрихи различной толщины (рис. 139, в и 138, в). Данный способ получения орограмм применен в орографах стереотригомата (ГДР), ортопроектора GZ-1 (ФРГ) и некоторых других приборах.

Например, орограф, входящий в комплект стереотригомата, профильный след вычерчивает без прерывания линии (рис. 139, г и 138, г), а специальная чертежная головка позволяет наносить чередующиеся штрихи толщиной 0,1, 0,4 и 0,8 мм.

Рис. 138. Некоторые способы регистрации информации о высотах точек для создания оригиналов рельефа

Рис. 139. Орограммы участка местности:

а-точечная; б — штриховая; в — штриховая с чередующимися штрихами различной толщины; г — штриховая без прерывания линии профильного следа

Информация о плановом положении измерительной марки поступает от универсального прибора 1 (рис. 140) непосредственно на координатограф 6, а положение марки по высоте — на аналогово-цифровой преобразователь 2 с помощью сельсинной передачи. Из преобразователя

Рис., 140. Блок-схема орографа, входящего в комплект стереотригомата:

а — универсальный фотограмметрический прибор (УФП); 2 — аналого-цифровой преобразователь; 3 — счетчик; 4 — блок опроса; 5 — схема управления; 6 — координатой граф; 7 — чертежная головка

информация о высотах в цифровой форме поступает в счетчик 3, который постоянно контролируется блоком опроса 4. При прохождении марки через заданные горизонтальные плоскости блок опроса посылает импульсы совпадения в схему управления 5 чертежной головкой 7 координатографа, которая осуществляет орографирование на чертежной бумаге, прозрачных пленках или на гравировальных пластинах. Указанные способы орографирования не позволяют проводить дополнительные и вспомогательные горизонтали. Для устранения этого недостатка может использоваться дискретнонепрерывный способ представления профиля местности. Сущность этого способа заключается в том,

Рис. 141. Дискретно-непрерывный способ представления профиля местности

что непрерывно профиль изображается только в пределах заданной высоты сечения рельефа, а на концах заложений — в виде резких скачков на величину сечения рельефа (рис. 141). В приборах с электронной передачей изображения имеется возможность получать орограммы более высокого качества. Так, в стереомате А 2000 для получения орограммы в виде отрезков касательных к горизонталям использована дополнительная электронно-лучевая трубка, которая

позволяет одновременно с печатью ортофотоснимка получать горизонтали на одном негативе (рис.142).

Рис. 142. Схема устройства для получения ортофотоплана с горизонталями:

1 — светочувствительный материал; 2 — полупосеребренная пластина; 3 и 5 — объективы; 4 и 6 — электронно-лучевые трубки

Изображение элементарных участков, построенное на экране электронно-лучевой трубки 4, проектируется объективом 3 через полупосеребренную пластину 2 на светочувствительный материал 1, который имеет двухслойную эмульсию (один слой чувствителен к синим лучам, другой — к красным). В процессе профилирования, в моменты, когда высота проектирования соответствует отметкам горизонталей, на экране электронно-лучевой трубки 6 строится изображение отрезка, которое проектируется объективом 5 на светочувствительный материал. Длину отрезка и его направление задает вычислительное устройство, определяющее направление ската местности. Люминофор трубки 4 имеет синее свечение, а трубки 6 — красное, что дает возможность разделить на негативе ортофотоизображение местности и отрезки касательных — орограмму. Аналитические универсальные фотограмметрические приборы и комплексы, в состав которых введены специализированные ЭВМ, позволяют получать орограммы еще более высокого качества. В процессе профилирования на стереоприборе аналитического типа в памяти управляющей ЭВМ в каждый момент времени имеются данные о текущих координатах точек модели X, Y и их геодезических высотах Н с заданной дискретностью. При наличии упорядоченности элементов регистрации некоторые из этих величин могут быть пропущены. Так, профиль вдоль оси У опре деляется записью вида XiYiHi,

Y2H2,

,

YnHn,

а при регулярном шаге дискретности  — записью вида

, X1 Y1 H1, H2, H3, ..., Нп. Сокращенные записи обеспечивают экономию объема памяти, что в ряде случаев весьма существенно при получении цифровой информации на аналитических приборах. Аналитические приборы и комплексы позволяют учитывать ошибки как ортофотоснимков, так и орограмм. Координаты X, Y с учетом элементов ориентирования и высоты Z преобразуются в ЭВМ в координаты х, у фотоснимков и выдаются для соответствующих перемещений кареток ортофотопроектора и орографа. Одновременно ЭВМ вычисляет масштаб проектирования и угол поворота элементарного участка, что позволяет устранять ошибки ортофотоснимка и орограммы на

стыках полос профилирования. Например, орограф, входящий в состав комплекса «Аналит», в результате использования информации о высотах точек соседнего профиля позволяет получать орограмму в виде горизонталей практически без разрывов. § 65. Ортофототрансформатор ОФТ Ортофототрансформатор ОФТ входит в состав аналитического универсального стереофотограмметрического комплекса «Аналит». ОФТ предназначен для получения ортофотоснимков и ортофотопланов с нанесенными горизонталями методом дифференциального трансформирования фотоснимков и относится к приборам прямого проектирования. Ортофототрансформатор ОФТ состоит из следующих основных частей (рис. 143): системы трансформируемого фотоснимка 20, каретки ортофотоснимка 22, оптической проекционной системы 18, устройства рисовки горизонталей 5, электропривода 19, осветительной системы, пульта управления и корпуса с приводами 21. Система трансформируемого фотоснимка предназначена для его размещения и перемещения в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В результате этих перемещений с помощью проекционной системы 18 последовательно осуществляется передача изображений освещенных элементарных участков фотоснимка в заданном масштабе на фотоматериал, размещенный на барабане каретки ортофотоснимка. Каретка ортофотоснимка состоит из собственно каретки и барабана, установленного на ней. Конструкция барабана позволяет установить одновременно две фотопленки: одну — для получения ортофотоснимка 7, другую — для получения орограммы 2. Сканирование по маршруту выполняется при перемещении каретки с барабаном вдоль его оси вращения, а переход на соседний маршрут сканирования осуществляется путем поворота барабана вокруг своей оси на ширину щели. Оптическая проекционная система ОФТ предназначена для проецирования участков трансформируемого фотоснимка на светочувствительный материал с увеличением 0,5—6 х.

Рис. 143. Ортофототрансформатор ОФТ комплекса «Аналит»:

1 и 2 — барабаны для установки фотопленки с целью получения ортофотоснимка и орограммы; 3— объектив; 4 — стопорные винты; 5 — устройство рисовки горизонталей; 6 — кожух; 7 и 10 — линейки со светодиодами; 8— плита; 9 — призма с зеркальными гранями; 11 и 12 — ручки для установки требуемой ширины щели и увеличения; 13—15 — клавиши управления освещением; 16 и 17 — клавиши для установки барабана и каретки фотоснимка; 18 — оптическая проекционная система; 19 — электропривод; 20 — система трансформируемого фотоснимка; 21 — корпус с приводами; 22 — каретка ортофотоснимка

Оптическая система состоит из оборачивающей системы, включающей объективы 6, 9, 14 (рис.144), и проекционного объектива 16. Смена ступеней увеличения осуществляется

переключением вторых объективов 6 и 14 оборачивающей системы с соответствующими коллективами 12 и 13. Плановое изменение увеличения осуществляется перемещением вдоль оптической оси объектива 16 и крышеобразных призм 15 и 17 с помощью инверсора, обеспечивающего оптическое сопряжение.

Рис. 144. Оптическая схема ОФТ комплекса «Аналит»:

1 — окуляр микроскопа; 2 — трапециевидная призма; 3 — объектив микроскопа;4, 5 и 18 —призмы, осуществляющие поворот хода лучей; 6, 9 и 14 — объективы поворачивающей системы; 7 — фотометрический клин; 8 — призма Дове; 10 и 11—стекла; 12 и 13 — коллективы; 15 и 17 — крышеобразные призмы; 16—проекционный объектив, 19 и 20 — конденсоры

Для регулирования освещенности в плоскости фотоматериала в оптическую систему введен фотометрический клин 7. Для поворота изображения исходного фотоснимка в своей плоскости между объективами оборачивающей системы установлена призма Дове 8. Трансформируемый фотоснимок устанавливается между стеклами 10 и 11 эмульсией к объективу 9. Освещение участка фотоснимка выполняется лампой СЦ-62В через конденсоры 19 и 20. Призмы 4, 5 и 18 осуществляют поворот хода лучей. Для выполнения юстировок ОФТ и контроля за работой инверсора в оптическую систему введен микроскоп с увеличением 20х, включающий окуляр 1, трапециевидную призму 2 и объектив 3. Устройство рисовки горизонталей (орограф) предназначено для воспроизведения на фотоматериале рельефа модели местности, покрываемой трансформируемым фотоснимком. Рельеф в виде горизонталей рисуется одновременно с получением ортофотоснимка по командам, поступающим с вычислительного комплекса.

Рис. 145. Схема линейки со светодиодами для получения орограмм

Устройство рисовки горизонталей состоит из линеек 7 и 10 {рис. 143) с источниками света и оптической проецирующей системы 5. В качестве источников света для рисовки горизонталей применяются светодиоды 2Л101Б. На линейке 10 размещено 100 светодиодов (рис. 145). Для рисовки утолщенной горизонтали на линейке 7 (рис. 143) размещен 101 светодиод. Обе линейки крепятся на кронштейнах платы 8. Оптическая проекционная система орографа обеспечивает проектирование световых пятен, излучаемых светодиодами на фотоматериал, укрепленный на барабане ОФТ с уменьшением 0,05 х. "Система состоит из объектива «Гелиос-33» (f = 34,93 мм, относительное отверстие 1:2) и призмы 9 с зеркальными гранями, предназначенной для сведения изображений двух линеек в одну предметную плоскость объектива 3. Для изменения резкости изображения световых пятен, излучаемых светодиодами, объектив регулируется и фиксируется стопорными винтами 4. Все устройство закрыто кожухом 6. Пульт управления ОФТ предназначен для автономного управления прибором при подготовке и в конце работы. Пульт расположен на передней панели прибора и позволяет: с помощью клавиши 17 устанавливать каретку трансформируемого фотоснимка в положение, удобное для установки снимкодержателя; клавише 16 устанавливать барабан перед зарядкой фотоматериала; клавишами 13 —15 управлять освещением; ручками 11 и 12 устанавливать требуемое увеличение и ширину щели. Ортофототрансформатор ОФТ и орографическое устройство ОРУ, входящие в аналитический стереофотограмметрический комплекс «Ортомат» (рис. 146), в отличие от ОФТ комплекса «Аналит» изготовлены отдельными блоками. Технологическая схема дифференциального трансформирования фотоснимков и получения орограммы рельефа местности на ОФТ комплекса «Аналит» включает следующие основные процессы: подготовительные работы; определение параметров геометрической модели местности; определение границ участка трансформирования; приведение кареток ОФТ в исходное положение; зарядку барабана ОФТ фотопленкой; профилирование стереомодели с одновременным ортотрансформированием и получением орограммы рельефа; фотолабораторную обработку фотопленки; контроль качества и точности получения ортофотоснимка и орограммы. Подготовительные работы выполняются с целью подготовки исходных данных для ортофототрансформирования и подготовки комплекса к работе. К исходным данным относятся: значение знаменателя масштаба трансформированного фотоснимка и орограммы; размеры щели; высота основного сечения рельефа; исходное значение скорости перемещения измерительной марки; дискретность записи точек профиля в процессе сканирования стереомодели; начальное значение экспозиции. Эти данные записывают в специальном бланке с последующей перфорацией.

Рис. 146. Ортофототрансформатор ОФТ (а) и орографическое устройство (б) комплекса «Ортомат»

При подготовке комплекса необходимо: включить ЭВМ комплекса, загрузить память ЭВМ рабочими программами и включить питание оптико-механического устройства (стереокомпаратора, ортотрансформатора и координатографа). Определение параметров модели местности заключается в ориентировании фотоснимков, по которым она строится, и ориентировании фотоснимка, подлежащего ортофототрансформированию. Фотоснимки стереопары ориентируются аналитически по опорным точкам, а ориентирование фотоснимка, предназначенного для трансформирования, — по контурным точкам, координаты которых определяются по результатам измерений непосредственно на комплексе. В дальнейшем фотоснимок, предназначенный для трансформирования, вместе со снимкодержателем переносится на каретку ОФТ. Для определения границ участка трансформирования намечают две контурные точки. Одну из них выбирают в левом нижнем углу, другую — в правом верхнем углу участка трансформирования. Затем с помощью штурвалов X, Y и Z стереокомпаратора комплекса выполняют последовательно стереоскопическое визирование измерительной марки на эти контурные точки и регистрируют их координаты.

По специальной программе устанавливают каретки ОФТ в исходное положение и осуществляют передачу управления положением измерительной марки по высоте с ножного штурвала Z на штурвал Y. Фотопленка укладывается и закрепляется на поверхности барабана ОФТ при красном свете эмульсионной стороной вверх. Профилирование стереомодели выполняется с помощью программы дифференциального трансформирования по маршрутам, параллельным оси ординат координатной системы модели. При профилировании оператор непрерывно удерживает измерительную марку на поверхности модели штурвалом Y. В зависимости от сложности рельефа оператор может изменить скорость профилирования поворотом штурвала X, а постоянство экспозиции обеспечивается системой автоматического управления (САУ-Э). Переход на следующий маршрут профилирования выполняется автоматически. Информация о положении измерительной марки с заданной дискретностью с датчиков стереокомпаратора поступает в вычислительный комплекс, обрабатывается и поступает на системы автоматического управления ортофототрансформатора и орографа. Дифференциальное трансформирование фотоснимка выполняется путем сканирования элементов изображения фотоснимка, ограниченных щелью заданных размеров и построенных проекционной системой на светочувствительном материале, укрепленном на барабане. Сканирование осуществляется помаршрутно вдоль оси вращения барабана. При достижении щелью конца маршрута автоматически включается привод, который поворачивает барабан на ширину щели и сканирование продолжается в обратном направлении. Устранение ошибок за рельеф осуществляется изменением масштаба изображения элементарных участков трансформируемого фотоснимка путем перемещения вдоль оптической оси объектива 16 и призм 15 и 17 (рис. 144).

Рис, 147. Часть ортофотоснимка (а) и орограммы (б), полученных на комплексе «Аналит»

Информация о высотах точек вдоль маршрутов профилирования используется также для создания орограммы рельефа. Вычислительный комплекс, используя эту информацию, предвычисляет координаты точек горизонталей и выдает команды, по которым включаются светодиоды, соответствующие местоположению этих точек. Оптическая система орографа проецирует световые точки включенных в данный момент светодиодов на фотопленку, установленную на барабане ОФТ. Данные о местоположении точек горизонталей поступают на

линейки со светодиодами каждые 35 мс, что позволяет получать изображение горизонталей без заметных разрывов даже при максимальной скорости ортофототрансформирования. По окончании дифференциального трансформирования выполняются фотолабораторная обработка фотопленок ортофотоснимка и орограммы, а также контроль качества их изготовления. Для получения контрольных и подписных точек оригинал рельефа помещают на координатограф комплекса и ориентируют его по контрольным меткам и точкам. Затем по результатам стереоскопического визирования на выбранные контрольные и подписные точки определяют их плановое положение и высоты. По значениям расхождений координат и высот контрольных точек и оригинала рельефа делают заключение о точности орограммы и правильности изображения на ней форм рельефа. На рис. 147 показаны часть ортофотоснимка и орограммы, полученных на ортофототрансформаторе ОФТ комплекса «Аналит». Программное обеспечение комплекса «Ортомат» позволяет кроме изготовления ортофотоплана и орограммы, получать оригинал рельефа непосредственно на координатографе, входящем в состав комплекса, по цифровым данным, полученным в процессе профилирования модели.

Основные характеристики ОФТ комплекса «Аналит» Формат трансформируемых фотоснимков, мм … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. . До 300><300 Формат фотоматериала для получения ортофотоплана и орограммы, мм ……………………………480x600 Диапазон изменения коэффициентов увеличения 9…………………………………………………..0,5—2,5; 1,2—6,0х Инструментальная средняя квадратическая ошибка трансформирования, мм………………………0,15 Размеры применяемых щелей, мм: длина………………………………………………………………………………………………..1, 2, 4, 8, 16 ширина……………………………………………………………………………………………...0,3; 0,7; 1,0; 1,4; 2,0 Максимальная скорость перемещения, мм/с: каретки трансформируемого фотоснимка ………………………………………………...15 каретки с барабаном и барабана с фотоматериалом по двум взаимно перпендикулярным направлениям ………………………………………………………………20 Максимальная длина строки воспроизведения светового пятна в плоскости фотоматериала орографа, мм……………………………………………………………………………………….10 Диаметр светового пятна в плоскости фотоматериала, мм.ОД; ………………………………….0,2 Разрешающая способность проецирующей системы при максимальной длине щели, лин./мм: при увеличении ……………………………………………………………………………………1,2х 25 при увеличении ……………………………………………………………………………………3,0Х 15 при увеличении …………………………………………………………………………………....6,0х 7,5

Основные характеристики ОФТ комплекса «Ортомат» Максимальный размер ортофотоплана, мм … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. 600X600 Диапазон изменения масштаба трансформирования ……………………………………………….0,8—6,0х Инструментальная средняя квадратическая ошибка, мм…………………………………………….0,1 Скорость перемещения кареток, мм/с ………………………………………………………………...45 Масса, кг…………………………………………………………………………………………………….300 Размер, мм…………………………………………………………………………………………………..980X1310x1785

Основные характеристики орографического устройства комплекса «Ортомат» Максимальный размер орограммы, мм……………………………………………………………….600X600 Инструментальная средняя квадратическая ошибка, мм……………………………………………..0,1 Максимальная скорость перемещения кареток, мм/с ……………………………………………...45 Масса, кг……………………………………………………………………………………………………150 Размер, мм……………………………………………………………………………………………………960X1320X1160

9

В пределах каждого диапазона изменение коэффициента

увеличения плавное.

Глава 12. ПОДВИЖНОЙ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПФК-5 (ПФК-5М) § 66. Назначение и состав подвижного фотограмметрического комплекса ПФК-5 Подвижной фотограмметрический комплекс ПФК-5 предназначен для обработки материалов аэрофотосъемки в целях создания оригиналов специальных карт и фотодокументов местности, а также для определения координат объектов местности по фотоснимкам. В состав комплекса ПФК-5 входят: информационная спецмашина (ИС); три фотограмметрических спецмашины (ФГС); фотопроекторная спецмашина (ФПС); электропитающая спецмашина (ЭПС-2). Транспортной базой спецмашин являются автомобильные шасси Урал-375А10 с установленными на них кузовами-фургонами К-375 (рис. 148, а). Электропитающая спецмашина имеет специальный кузов ЭК-375 (рис. 148, б). В кузовах-фургонах размещаются: отопительно-вентиляционная система; электрооборудование; средства связи ПФК-5; технологическое и вспомогательное оборудование.

Рис, 148. Унифицированные кузов-фургон К-375 (а) на шасси «Урал-375А10» и кузов-фургон ЭК-375 (б) на шасси «Урал-375А»

Отопительно-вентиляционная система предназначена для обогрева кузовов в холодное время года и их вентиляции. Все кузова, кроме кузова электропитающей спецмашины, помимо приточно-вытяжных вентиляторов имеют фильтровентиляционные установки типа ФВУА-100Н-12, предназначенные для очистки воздуха специальными фильтрами и создания избыточного давления (подпора) внутри герметизированного кузова с целью защиты экипажа от газообразных, капельно-жидких

отравляющих веществ и радиоактивной пыли. Установка подает в кузов до 100 м 3/ч очищенного воздуха. Электропитание ФВУА осуществляется от любого источника постоянного тока с напряжением 12 В. Отопительно-вентиляционная система ПФК-5 обеспечивает нормальные условия работы в кузовах-фургонах при температуре наружного воздуха от —40 до +50  С. Электрооборудование кузовов предназначено: для обеспечения питания технологического и вспомогательного оборудования трехфазным переменным током с частотой 50 Гц и напряжением 220 В (без нулевого провода); для освещения, отопления, вентиляции и светомаскировки кузовов. Питание электроэнергией комплекса осуществляется от внешней сети трехфазного переменного тока напряжением 220/380 В или от трех электростанций, установленных в электропитающей спецмашине. Средства связи ПФК-5 предназначены для обеспечения телефонной связи между спецмашинами на стоянке, а также двухсторонней переговорной связи между кабиной водителя и кузовом спецмашины на марше. Телефонная связь между спецмашинами осуществляется с помощью телефонных аппаратов и коммутатора, установленного в информационной спецмашине. Кроме того, в информационной спецмашине предусмотрено место и установлен антенный ввод к штатной радиостанции, обеспечивающей внешнюю связь как на стоянке, так и в движении. Технологическое и вспомогательное оборудование ПФК-5 позволяет выполнять следующие виды работ: просмотр и дешифрирование аэрофильмов и отдельных фотоснимков; трансформирование фотоснимков; фотокопирование и фотолабораторную обработку материалов; перенос изображений с фотоматериалов и картографических материалов на оригинал составляемой или обновляемой карты; определение координат объектов по фотоснимкам; монтаж фотопланов и фотосхем; чертежно-оформительские работы; систематизацию и хранение аэрофильмов, карт, фотопланов и других материалов; прием и отправку материалов. Ориентировочный запас расходных материалов, возимый в спецмашинах ПФК-5, рассчитан на работу в течение четырех суток и позволяет изготовить при полной загрузке технологического оборудования и рабочих мест: 120 оригиналов спецкарт; 260 оригиналов фотодокументов; 1000 контактных копий фотодокументов. Основные характеристики ПФК-5

Максимальная скорость, км/ч Суммарный расход топлива спецмашинами комплекса на 100 км пути, л Суммарная вместимость бензиновых баков спецмашин комплекса, л. Внутренний объем кузова, м3 Площадь пола спецмашины, м2 Размеры спецмашины, мм: длина ширина высота Масса спецмашины (с технологическим оборудованием и обслуживающим персоналом), т Суммарная мощность электростанций комплекса, кВА Длина электрокабелей для присоединения спецмашин к электростанциям, м Суммарная вместимость баков для воды, установленных в кузовах спецмашин, л Количество рабочих мест исполнителей: в каждой фотограмметрической спецмашине в фотопроекторной спецмашине

75 Около 300 3000 18 10,8 8000 2540 3105 Около 11 20 50 340 5 3

Комплекс ПФК-5 может находиться в рабочем или походном положении. Приведение ПФК-5 в рабочее или походное положение включает мероприятия по размещению, укрытию, маскировке и

охране спецмашин в районе дислокации, а также по подготовке к маршу, приведению оборудования спецмашин в рабочее или походное положение, организации связи, электропитания и обеспечения водой. При выборе места для размещения спецмашин необходимо учитывать защитные и маскировочные свойства местности, наличие источников воды и удобных подъездных путей. § 67. Назначение и технологическое оборудование спецмашин комплекса ПФК-5 Информационная спецмашина предназначена для выполнения работ по приему, учету, хранению, систематизации и выдаче (отправке) картографических и аэрофотосъемочных материалов, а также изготовленной продукции.

Рис. 149. Размещение оборудования в информационной спецмашине:

1 — телефонный аппарат ТА-57; 2 — стол ИША-04; 3 — шкаф ИША-05; 4 — шкаф ИША-06; 5 — шкаф ИША-14; 6 — блок подключения электропитания; 7 — раскладной стол АСГ-66; 8 — шкаф ИША-08; 9 — стол СМП-2; 10 — лампа местного освещения; 11 — винтовой поворотный стул; 12 — откидное сиденье; 13 — шкаф ИША-11; 14 — стол СДО-1; 15 — коммутатор П-193М

Все оборудование ИС размещено в двух изолированных отсеках кузова-фургона (рис. 149). В переднем отсеке размещены: два стола (СДО-1 и ИША-04) и шкаф ИША-11. Стол СДО-1 является рабочим местом начальника ПФК-5, а стол ИША-04 — рабочим местом связиста. На столе ИША-04 устанавливаются телефонный коммутатор П-193, полевой телефонный аппарат ТА-57 и штатная радиостанция. Шкаф ИША-11 предназначен для хранения рабочих материалов начальника комплекса. В заднем отсеке размещены: монтажно-просветный стол СМП-2 в комплекте с измерительным стереоскопом СИ-2 и оптическим пантографом ОПМ-2, пять шкафов и раскладной стол. Стол СМП-2 является рабочим местом начальника хранилища и предназначен для просмотра, привязки и оценки качества исходных аэрофотосъемочных материалов. Шкафы предназначены для хранения аэрофотосъемочных и картографических материалов, микрофильмов, каталогов геодезических пунктов и готовой продукции. В обоих отсеках кузова кроме основного имеется вспомогательное оборудование, размещенное в столах (набор дешифровочных луп НДЛ-2, микрокалькуляторы, чертежные инструменты, грузики), огнетушители, шанцевый инструмент и производственная мебель (винтовые стулья, откидные сиденья, крепления для оружия, вешалки). Фотограмметрическая спецмашина предназначена для выполнения отдельных процессов обновления топографических карт, составления оригиналов специальных карт и фотодокументов и определения координат объектов местности по фото-снимкам.

В кузове-фургоне ФГС установлено следующее технологическое оборудование: четыре монтажно-просветных стола СМП-2 и стереотопограф СТП-2. Один из столов СМП-2 в любой из трех ФГС может быть заменен на автоматизированный стереокомпаратор ПСКА с автоматическим счетчиком координат. Каждая ФГС имеет вспомогательное оборудование и производственную мебель (рис. 150). Монтажно-просветный стол СМП-2 (рис. 151) предназначен для выполнения работ по обновлению и оперативному исправлению топографических карт, составлению оригиналов спецкарт и фотодокументов, а также для просмотра аэрофильмов и отбора кадров с полезной информацией. Каждый стол укомплектован оптическим пантографом ОПМ-2, измерительным стереоскопом СИ-2, набором дешифровочных луп НДЛ-2, чертежно-монтажными принадлежностями и защитным стеклом. ОПМ-2 и СИ-2 в рабочем положении устанавливаются над просветной частью стола на специальной координатной системе.

Рис. 150. Размещение технологического оборудования в фотограмметрической спецмашине : 1 — монтажно-просветный стол СМП-2; 2 — штатив микроскопа МБС-2; 3 — шкаф ТГА-05; 4 — блок подключения электропитания; 5 — лампа местного освещения; 6 — винтовой поворотный стул; 7 — стереотопограф СТП-2; 8 — тумбочка ТГА-4

Рис. 151. Монтажно-просветный стол СМП-2:

1 - наклоняющаяся крышка с просветной частью; 2 - штурвалы ручной перемотки аэрофильма; 3- пульт подключения электропитания; 4 - координатная система; 5 -ящик для хранения чертежно-монтажных принадлежностей и туши; 5- ящик для хранения и перевозки ОПМ-2; 7 - левая и правая боковые тумбы; 8-блок питания; 9 - измерительный стереоскоп СИ-2 в упаковочном ящике

Основные характеристики СМП-2 Размер рабочей поверхности стола, мм Размер просветной части стола, мм Диапазон перемещения ОПМ-2 и СИ-2, мм: вдоль стола поперек стола Угол наклона крышки стола Высота без подставок, мм Масса, кг

1300700 700520 ±350 ±200 До 60° 600 Не более 160

СМП-2 состоит из следующих основных частей: наклоняющейся крышки с просветной частью, двух тумб с ящиками для входящих в комплект стола приборов и принадлежностей, координатной системы для навески ОПМ-2 и СИ-2, левого и правого узлов перемотки аэрофильмов со штурвалами. Для приведения СМП-2 в рабочее положение необходимо: снять защитное стекло; подключить прибор к электросети; установить поворотом штурвала необходимый угол наклона крышки стола (при работе с приборами СИ-2 и ОПМ-2 крышка стола остается в горизонтальном положении, а координатная система устанавливается над его просветной частью); при необходимости установить СИ-2 или ОПМ-2 на координатную систему и подключить их шнур электропитания к разъему на столе. Стереоскоп измерительный СИ-2 (рис. 152) предназначен для стереоскопического дешифрирования фотоснимков, измерения на них линейных величин объектов и разностей продольных параллаксов точек. Основные характеристики СИ-2 Формат обрабатываемых фотоснимков, мм Допустимое продольное перекрытие фотоснимков Базис прибора, мм Увеличение наблюдательной системы Диаметр поля зрения, мм: при увеличении 2 при увеличении 6 Инструментальная ошибка линейных измерений в масштабе фотоснимка, мм Цена деления измерительных лимбов, мм Размер измеряемых объектов, мм Размер, мм Масса, кг

До 300300 До 80% 260 2,6 100 33 0,02 0,01 До 10 395380320 Не более 11

СИ-2 состоит из следующих основных частей: корпуса, блока окуляров, измерительных насадок и осветителей. Электропитание осветителя осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В, а измерительного устройства — от сети постоянного тока напряжением 28В. Блок окуляров служит для стереоскопического рассматривания фотоснимков стереопары. На окулярах имеются кольца для фокусировки. Оптические клинья устраняют зрительный параллакс фотоизображения. Глазной базис устанавливается изменением расстояния между окулярами. Левая и правая измерительные насадки снабжены измерительными марками, их перемещение в пределах 10 мм фиксируется отсчетными приспособлениями. Яркость и нужный цвет марок устанавливаются специальными рукоятками. Осветители — съемные, предназначены для работы с фотоснимками на бумаге. Для дешифрирования фотоснимков СИ-2 устанавливается на координатную систему монтажнопросветного стола, включаются осветители СМП-2 и СИ-2. На поверхность матового стекла СМП-2 помещается стереопара фотоснимков, выполняется их взаимная установка для получения наилучшего стереоэффекта путем перемещения и поворота фотоснимков один относительно другого, а затем

производится дешифрирование интересующих участков. При дешифрировании мелких объектов используется комплект НДЛ-2.

Рис. 152. Стереоскоп измерительный СИ-2: 1 — корпус; 2 — блок окуляров; 3 — измерительная насадка; 4 — барабан со шкалой для перемещения марки

Для измерения линейных размеров объектов местности с использованием измерительной насадки СИ-2 необходимо: установить окуляры с увеличением 6х; вращением микрометренного винта монокулярно навести измерительную марку на одну из крайних точек измеряемого объекта и снять отсчет V1; монокулярно совместить измерительную марку с другой крайней точкой измерительного объекта и снять отсчет V2 вычислить линейные размеры L объекта на местности по формуле

где т — знаменатель масштаба фотоснимка. Для измерения высот объектов или превышений между точками местности необходимо: навести измерительную марку на определяемую точку и снять со шкал левой и правой измерительных насадок отсчеты и ; навести измерительную марку на другую точку, относительно которой измеряется превышение, и также снять отсчеты и вычислить разность продольных параллаксов точек как раз-ость отсчетов по формуле

вычислить превышение h (высоту объекта) по формуле

Где

Н — высота фотографирования, м; b — базис фотографирования в масштабе фотоснимка, мм; р — разность продольных параллаксов, мм. Все измерения выполняют в два приема, из результатов которых выводится средний. Расхождения между результатами не должны превышать 0,02—0,03 мм.

К вспомогательному оборудованию и производственной мебели ФГС относятся: микроскоп МБС-2 в укладочном ящике, пять синусных линеек в укладочных ящиках, контрольная линейка КЛ, линейка для нанесения координатных сеток ЛБЛ, тумбочка, шкаф и пять винтовых стульев. В тумбочке хранятся комплекты ЗИП для СМП-2, СИ-2 и ОМП-2. Шкаф предназначен для хранения рабочих материалов, вспомогательного оборудования и ЗИП к СТП-2. В каждой ФГС имеется огнетушитель, вешалки и крепления для оружия. Фотопроекторная спецмашина предназначена для переноса результатов дешифрирования с фотоснимков на составляемый (обновляемый) оригинал карты, трансформирования фотоснимков, изготовления контактных отпечатков с аэрофильмов, размножения фотодокументов и других фотолабораторных работ. В ФПС установлены (рис. 153): универсальный топографический проектор УТП-2; универсальный контактно-копировальный станок УКС-2; сушильный шкаф СШ-11; охладитель фоторастворов ОФ-1м; фотолабораторное оборудование; вспомогательное оборудование и производственная мебель.

Рис. 153. Размещение технологического оборудования в фотопроекторной спецмашине:

1 — стеллаж ФПА-24; 2 — вакуумная установка ВАКУ-4; 3 — подвесная кассета для фотопленки ПКФ; 4 — универсальный контактно-копировальный станок УКС-2; 5 — сушильный шкаф СШ-11; 6 — блок подключения электропитания; 7 — винтовой поворотный стул; 8 — система водоснабжения СВК-6; 9 — фотолабораторный фонарь ФЛФ-2; 10 —- шкаф для хранения химических материалов ШПФ-1; 11 — стол-шкаф с кюветкой СШК-2; 12 — охладитель фотораствора ОФ-1М; 13 — шкаф для фотобумаги СШК-3; 14 — универсальный топографический проектор УТП-2; 15 — весы Т-200-4; 16 — ящик для запасных стекол УКС-2

Универсальный контактно-копировальный станок УКС-2 предназначен для контактного копирования штриховых и полутоновых изображений с отдельных негативов и позитивов, а также с аэрофильмов на фотографические материалы. Формат копируемых изображений при работе с пневматическим прижимом до 490590 мм, а при работе с механическим прижимом до 300300 мм. Сушильный шкаф СШ-11 предназначен для сушки фотоотпечатков после их фотолабораторной обработки. Наибольший формат обрабатываемых фотоотпечатков 636730 мм. Одновременно можно сушить до пяти листов. Время сушки — до 40 мин. Фотолабораторное и вспомогательное оборудование предназначено для подготовки фоторастворов, фотохимической обработки фотоматериалов и обеспечения технологических процессов, выполняемых в ФПС. В состав оборудования входят: система водоснабжения, стол-шкаф с кюветой, шкаф для химических материалов, шкаф для фотобумаги, подвесная кассета для фотопленки, три фотолабораторных фонаря, два винтовых поворотных стула, электроплитка. В кузове ФПС имеются огнетушитель, крепления для оружия, вешалка. Электропитающая спецмашина ЭПС-2 предназначена для питания комплекса ПФК-5 трехфазным током частотой 50 Гц, напряжением 220 В (без нулевого провода), мощностью до 20 кВА.

Кузов ЭПС-2 разделен на два отсека: в переднем (утепленном) размещены расходные материалы, укладочный ящик для хранения и перевозки четырех канистр вместимостью 5 и 2,5 л; в заднем (неутепленном) отсеке установлены три бензоэлектрических агрегата и понижающий трансформатор 380/220В, кроме того, имеются электрощит ввода стационарной электросети и штепсельные разъемы для подключения кабельной сети ПФК-5. Бензоэлектрические агрегаты являются автономными источниками электрической энергии переменного тока и предназначены для электропитания технологического оборудования, осветительной и отопительной аппаратуры спецмашин комплекса. § 68. Универсальный топографический проектор УТП-2 Проектор УТП-2 предназначен для оптического проектирования фотоснимков и картографических материалов при составлении, обновлении, оперативном исправлении топографических карт и создании других документов о местности в стационарных и походных условиях. Кроме переноса изображений объектов и изменений с фотоснимков и картографических материалов на составляемые или обновляемые оригиналы карт с помощью УТП-2 можно выполнять: трансформирование фотоснимков, редуцирование фотограмметрических сетей, сводки по рамкам трапеций, проектирование по зонам и другие виды работ. Проектор УТП-2 — трансформатор второго рода. Принцип действия его по сравнению с обычными фототрансформаторами имеет три особенности: использование ломаных проектирующих лучей; использование прямого и обратного хода проектирующих лучей (взаимозаменяемость экрана и кассеты при двух рабочих положениях прибора — горизонтальном и вертикальном); возможность работы как на просвет, так и на отражение. При горизонтальном положении прибора (рис. 154, а) проектирование ведется на уменьшение, при вертикальном (рис. 154, б) — на увеличение.

Рис. 154. Проектор УТП-2 в горизонтальном (а) и вертикальном (б) положениях:

1 — рукоятки-индексы; 2 — объективная коробка; 3 — съемный осветитель; 4 — кассета; 5 и 19 — подвижный и наклоняемый экраны; 6 — перемычка; 7 — трубчатые направляющие; 8 — лекало; 9 — параллелограммный механизм; 10 — муфта; 11 — каретка; 12 — подставка; 13 — пульт управления; 14 и 16 — штурвалы; 15 — ручка коробки передач; 17 — станина; 18 — кожух

При работе на уменьшение (рис. 155) методом отражения пучок световых лучей отражается от оригинала Р и падает на плоское зеркало, установленное под углом 45° к плоскостям оригинала и экрана Е. Отраженные от зеркала лучи проходят через объектив, который строит изображение оригинала Р в плоскости подвижного экрана Е. При работе на увеличение ход лучей обратный. От плоскости оригинала Е (плоскость подвижного экрана в этом случае считается кассетой) через объектив пучок лучей попадает на зеркало и, изменив направление на 90°, строит изображение в плоскости экрана Р. При работе на просвет ход проектирующих лучей такой же, как при отражении, но в этом случае используются источники света, расположенные за оригиналом. Проектор УТП-2 обеспечивает выполнение необходимых геометрических и оптических условий трансформирования. Получение геометрически правильного трансформированного изображения в заданном масштабе достигается изменением высоты проектирования, наклонами одного из экранов и децентрационными движениями. Резкость изображения на экране при изменении масштаба проектирования обеспечивается автоматически с помощью лекального масштабного инверсора. Второе оптическое условие выполняется от руки путем наклонов объектива. Проектор УТП-2 (рис. 154, б) состоит из следующих основных частей: подставки 12, станины 17, каретки 11, наклоняемого 19 и подвижного 5 экранов, объективной коробки 2, съемного осветителя 3, кассеты 4, пульта управления 13 и блока питания.

Рис. 155. Ход лучей в проекторе УТП-2 при работе на уменьшение

Подставка 12 является основанием прибора. На ее раме смонтирован механизм ножного привода с двумя штурвалами 14 и 16, предназначенными для изменения масштаба проектирования. Ручка 15 коробки передач позволяет' переключать штурвалы 14 и 16 в зависимости от положения прибора (горизонтальное или вертикальное). Внутри подставки размещен блок питания, а на ее боковой панели — пульт управления 13. Станина 17 предназначена для крепления узлов и механизмов прибора. Она состоит из стоек и трубчатых направляющих 7, скрепленных перемычкой 6. Пальцы станины входят в гнезда подставки и служат осью вращения прибора при переводе его из горизонтального положения в вертикальное и обратно. Каретка 11 несет на себе объективную коробку, подвижный экран с осветителем и, перемещаясь по направляющим 7 на шарикоподшипниковых муфтах 10, позволяет изменять масштаб изображения. Экран наклоняемый 19 предназначен для закрепления оригинала или подвески кассеты при горизонтальном положении прибора и размещения основы (фотоматериала) при вертикальном. Экран представляет собой металлическую раму, с одной стороны закрытую матированным стеклом, а с другой — кожухом 18 с люминесцентными лампами. С помощью винтовых механизмов экран может наклоняться в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на ±15°. Экран подвижный 5 служит для закрепления оригинала или подвески кассеты при вертикальном положении прибора и размещения основы (фотоматериала) при горизонтальном. При

изменении масштаба изображения экран перемещается не только вдоль направляющих, но и вдоль оптической оси объектива с помощью лекального масштабного инверсора, состоящего из параллелограммного механизма 9 и лекал 8. Объективная коробка 2 предназначена для крепления плоского зеркала наружного серебрения и объектива, установленного в шарнирное устройство. С помощью рукояток-индексов 1 и микрометренных винтов объектив может наклоняться до ±10°. Съемный осветитель 3 служит для освещения оригиналов при работе прибора на отражение. Он крепится к наклоняемому или подвижному экрану с помощью кронштейнов, что позволяет быстро переставлять съемный осветитель с одного экрана на другой. К корпусу осветителя прикреплена светозащитная штора. Внутри корпуса установлены 14 люминесцентных ламп. Кассета 4 предназначена для крепления на экране малоформатных оригиналов размером 300X300 мм, фотоснимков или негативов. Она представляет собой коробку с двумя рамками, передвигая которые в двух взаимно перпендикулярных направлениях, можно вводить децентрацию ±30 мм. Для крепления на экране материалов больших форматов в комплект прибора входит металлический лист, на котором с помощью магнитов крепятся оригиналы. Пульт управления 13 служит для включения прибора в сеть, включения и отключения осветителей и раздельного включения ламп в осветителях. Основные характеристики проектора УТП-2 Формат обрабатываемого оригинала, мм: … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … при работе на просвет. …………………………………………………………………………До 300300 при работе на отражение. ………………………………………………………………………...До 400400 Размер экранов, мм …………………………………………………………………………………………620550 Углы наклона экрана ………………………………………………………………………………………. 15 Углы наклона объектива …………………………………………………………………………………... 10 Фокусное расстояние объектива «Индустар-51», мм………………………………………………… 210 Диапазон изменения масштаба (в полевом варианте) …………………………………………………...0,3 – 2,6 Предельная инструментальная ошибка оптического проектирования (трансформирования) в квадрате 240240 мм, мм……………………………………………....0,5 Размер, мм: при горизонтальном положении направляющих … … … … … … … … … … … … … … … …. . 15307201860 при вертикальном положении направляющих ………………………………………………20607201630 Масса, кг ……………………………………………………………………………………………………150

На проекторе могут обрабатываться значений, указанных в табл. 8.

фотоснимки с углами наклона, не превышающими Т а б л и ц а

Коэффициент проектирования  4 0,25

8

Максимальный угол наклона фотоснимков при фокусном расстоянии, мм 75 100 200 250 3° 0°45'

4° 1°

8° 2°

10° 2°30'

§ 69. Оптический монокулярный пантограф ОПМ-2 Оптический пантограф ОПМ-2 (рис. 156) предназначен для монокулярного переноса результатов дешифрирования с плановых фотоснимков на исправляемый оригинал топографической карты. Его можно также использовать для переноса координатной сетки с карты на плановые фотоснимки. ОПМ-2 используется как самостоятельно, так и совместно с монтажно-просветным столом СМП-2. Принцип действия оптического пантографа основан на одновременном монокулярном рассматривании совмещенных изображений фотоснимка и карты. Совместное наблюдение изображений фотоснимка и карты обеспечивается двойной призмой со светоделительной

поверхностью. Благодаря соответствующим приспособлениям имеется возможность компенсировать искажения, обусловленные углами наклона фотоснимка и разномасштабностью фотоснимка и карты. Оптический пантограф ОПМ-2 является оптико-механическим прибором и состоит из следующих основных частей: основания прибора 5, вертикальной колонки 1, каретки 2, штанги 8, оптической системы 7, снимкодержателя 5, осветителей 4 и 6. На основании пантографа закреплена вертикальная колонка, по которой передвигается каретка прибора. К каретке прикреплены: штанга с оптическим устройством, снимкодержатель и осветительное устройство снимка. Вращением приводной рукоятки каретку вместе с закрепленными на ней узлами можно перемещать по вертикальной колонке в пределах 250—500 мм и изменять тем самым масштаб изображения карты.

Рис. 100. Оптический пантограф ОПМ-2: 1 — вертикальная колонка; 2 — каретка; 3 — снимкодержатель; 4 и 6 — осветители; 5 — основание прибора; 7 — оптическая система; 5 — штанга

Штанга с оптическим устройством также может перемещаться относительно снимкодержателя в пределах 250—500 мм, что позволяет изменять масштаб изображения фотоснимка. Оптическая система (рис. 157) состоит из блока призм, набора сменных очковых линз и нейтральных светофильтров. Блок призм имеет общую светоделительную (50%) грань. Луч от снимка, проходя через блок призм, отражается от светоделительной грани и попадает в глаз наблюдателя. Луч от карты проходит светоделительную грань и также попадает в глаз наблюдателя. Таким образом, наблюдатель одновременно видит изображения фотоснимка и карты. Набор очковых линз позволяет рассматривать изображения фотоснимка и карты на расстоянии наилучшего зрения (250 мм). Нейтральными светофильтрами со светопропусканием 25, 50 и 75% можно компенсировать разницу в освещенности карты и фотоснимка. Снимкодержатель связан с кареткой прибора. Фотоснимок прикрепляется к снимкодержателю магнитными прижимами. На снимкодержателе можно закрепить фотоснимки форматом до 300 300 мм. Снимкодержатель закреплен в каретке прибора на шаровой опоре и может наклоняться в любом направлении на угол до 20° и поворачиваться вокруг своей оси. Для оптического проектирования объектов и изменений с фотоснимка на исправляемый оригинал (или другую основу) фотоснимок центрируют в снимкодержателе и закрепляют так, чтобы его стороны были примерно параллельны осям X и У снимкодержателя. Основу (оригинал) с выбранными опорными точками для

Рис. 157. Оптическая система ОПМ-2

ориентирования помещают на стол таким образом, чтобы исправляемый участок был в поле зрения прибора. Рекомендуется выбирать не менее пяти опорных точек, в качестве которых могут быть опознанные на снимках пункты ГГС, точки фотограмметрических сетей, а при оперативном исправлении топографических карт и «твердые» контурные точки. В зависимости от соотношения масштабов фотоснимок — карта (коэффициент К) блок призм устанавливают на расстояниях от фотоснимка и карты, указанных в табл. 9. Таблица 9 Расстояние, см, от глаза до К 0,4

2,50

фотоснимка 40

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1.0 1,1 1.2 1,3 1,4 1,5 1,75 2,0 2,5 2,7

2,00 1,67 1,43 1,25 1,11 1,00 0,91 0,83 0,77 0,71 0,67 0,57 0,50 0,40 0,37

40 40 36 32 28 25 23 21 19 18 18 16 16 16 15

карты 18 21,5 24,8 25,7 25,8 25,0 24,4 24,2 23,5 23,0 22,6 24,0 24,0 27,0 32,7 32,9

Диоптрии Сторона Сторона фотоснимка карты -2,0 +2,0 -2,0 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0 +0,5 +1,0 +2,0 +2,5 +2,5 +3,5 +3,5 +3,5 +4,0

+1,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 +0,5 +0,5 0,0 0,0 -1,0 -1,5 -2,0

Руководствуясь этой же таблицей, для выравнивания аккомодаций в соответствующие гнезда устанавливают очковые линзы. Для равномерного освещения фотоснимка и карты подбирают нейтральные светофильтры. Наклонами снимкодержателя, перемещением и поворотами исправляемого оригинала, а также изменением расстояния от блока призм до карты добиваются совмещения опорных точек. Несовмещение проекций опорных точек с их изображением на оригинале не должно превышать 0,5 мм. Закончив ориентирование, приступают к перенесению объектов и изменений с фотоснимка на карту. Основные характеристики оптического пантографа ОПМ-2 Максимальный формат обрабатываемых фотоснимков, мм … … … … … … … … … … … … … … До 300300 Фокусное расстояние фотоснимков, ………………………………………………………………...мм 70—500 Вид фотоматериала ……………………………………………………………………………………Черно-белые, цветные диапозитивы, контактные отпечатки Инструментальная средняя ошибка проектирования, мм ………………………………………….0,3 Соотношение масштаба фотоснимков и масштаба исправляемой карты (коэффициент преобразования К) …………………………………………………………………....0,4—2,7 Углы наклона снимкодержателя………………………………………………………………………±20° Угол поля зрения оптической системы ……………………………………………………………40° Диапазон регулирования расстояния от блока призм до снимкодержателя и до карты, мм …………………………………………………………...250—500 Размер прибора в рабочем положении, мм…………………………………………………………....570450520 Масса, кг…………………………………………………………………………………………………10 Напряжение питающей сети переменного тока частотой 50 Гц, В………………………………….220+10 %. Время подготовки прибора к работе, мин Не более ………………………………………………5 Время ориентирования фотоснимка, мин Не более …………………………………………………3

§ 70. Стереотопограф СТП Стереотопограф является аналоговым стереофотограмметрическим прибором оптического типа, Он предназначен для исправления топографических карт на холмистую и горную местность по плановым фотоснимкам в стационарных и походных условиях. Принцип работы прибора СТП (рис. 158) основан на построении по паре фотоснимков мнимой модели местности и совмещении ее с изображением карты. Стереомодель местности строится с

Рис. 158. Принципиальная схема стереотопографа СТП: / и 4 — отражающие зеркала; 2 и 3 — диафрагмы; 5 и 16 — полупрозрачные зеркала; 6 и 15 — очковые линзы; 7, 8, 13 и 14 — призмы; 9 и 12 — снимкодержатели; 10 — экран: 11 — измерительный столик

помощью зеркального стереоскопа путем восстановления по паре фотоснимков связок проектирующих лучей с центрами проектирования в узловых точках глаз оператора, последующего взаимного ориентирования фотоснимков и внешнего ориентирования построенной модели. Малые зеркала 5 и 16 стереоскопа посеребрены на 50%, благодаря чему оператор видит не только мнимую модель, но и изображение карты, которая располагается на экране 10 прибора. Измерение стереомодели производится с помощью действительной марки. В качестве измерительной (действительной) марки могут использоваться: марка измерительного столика 11, специальный карандаш со светящейся маркой либо отдельные точки карты, расположенной на подъемном экране. Плановое положение контуров (точек) модели фиксируется на картографическом материале, а высоты отсчитываются по счетчику высот экрана либо по шкале измерительного столика с последующим переводом их в метры. Стереотопограф (рис. 159) конструктивно выполнен в виде двух сборочных частей: стола прибора 5 и основания 18 со стереоскопом 1 и снимкодержателями 3 и 17. В соответствии с функциональным предназначением узлов и частей прибора можно выделить три основные системы: оптическую, механическую и систему управления.

Рис. 159. Стереотопограф СТП:

1 — стереоскоп; 2 и 19 — осветители; 3 и 17 — снимкодержатели; 4 и 15 — механизмы перемещения основания; 5 — стол прибора; 6, 13 и 14 — маховики; 7 — ножной штурвал; 8 — опорные штанги; 9 — ходовой винт; 10 — экран подъемный; 11—счетчик высот; 12 — пульт управления; 16 — штурвал изменения фокусного расстояния; 18 — основание

Оптическая система предназначена для наблюдения и построения модели по паре перекрывающихся фотоснимков, согласования масштабов стереомодели и карты и включает зеркальный стереоскоп, масштабные оптические насадки и набор очковых линз. Стереоскоп состоит из двух отражающих зеркал 1 и 4 (рис. 158), двух подвижных полупрозрачных зеркал 5 и 16, каретки оптических насадок. Подвижные полупрозрачные зеркала позволяют изменять глазной базис от 58 до 72 мм и видеть одновременно мнимую модель местности и карту. К оправам зеркал с помощью магнитов крепятся сменные диафрагмы 2 и 3. Приведение масштаба карты к горизонтальному масштабу модели осуществляется с помощью оптических насадок, состоящих из корпуса, двух шестерен и призм 7, 8, 13 и 14. Поворачивая призмы одну относительно другой, изменяют базис рассматривания карты, а следовательно, изменяют и масштаб изображения карты. Каретка оптических насадок позволяет перемещать их в двух взаимно перпендикулярных направлениях (±20 мм), что дает возможность расширить поле зрения прибора.

Фокусное расстояние прибора равно расстоянию от глаз оператора до центров снимкодержателей 9 и 12 и может плавно изменяться. Изменение этого расстояния приводит к изменению вертикального масштаба стереомодели. Набор очковых линз 6 и 15 состоит из 21 пары линз и предназначен для установления равной аккомодации глаз оператора при одновременном рассматривании им снимков и карты. Механическая система состоит из стола прибора 5 (рис. 159) и установленного на нем основания 18 со стереоскопом 1 и снимкодержателями 3 и 17. Стол предназначен для подъема (опускания) и наклонов на угол до ±10° основания вместе со стереоскопом и снимкодержателями (при внешнем ориентировании модели) вращением маховиков 6, 13 и 14, а также для крепления на нем экрана подъемного 10, механизмов 4 и 15 перемещения основания, ножного штурвала 7, пульта управления 12 и двух опорных штанг 8. Экран подъемный служит для размещения на нем картматериалов и измерительного столика. Подъем и опускание экрана осуществляются ходовым винтом 9 при вращении ножного штурвала. Величина перемещения фиксируется счетчиком высот 11. Снимкодержатели 3 и 17 предназначены для установки фотоснимков (негативов, диапозитивов, фотоотпечатков) и их взаимного ориентирования. Каждый снимкодержатель имеет механизмы, позволяющие наклонять фотоснимки на углы а и со, поворачивать их в своей плоскости на угол х, вводить продольные и поперечные децентрации и перемещать снимкодержатели по направляющим Z с помощью штурвалов 16 для изменения фокусного расстояния прибора. Пульт управления 12 расположен на левой тумбе стола и предназначен для подключения сети к блоку питания прибора, включения и переключения осветителей 2 и 19, подсветки марок и регулирования их яркости. Опорные штанги служат для опоры и закрепления на них основания со стереоскопом и снимкодержателями при транспортировании прибора. Измерительный столик со светящейся маркой предназначен для взаимного и внешнего ориентирования, измерения высот точек модели местности, проведения горизонталей, а также для нанесения планового положения объектов и контурных точек. Основные характеристики стереотопографа СТП Формат обрабатываемых фотоснимков, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180x180 Фокусное расстояние фотоснимков, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70—200 Вид фотоматериала. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . Негативы, диапозитивы, контактные отпечатки Инструментальная средняя квадратическая ошибка определения планового положения точек, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,4 Относительная ошибка определения высот точек местности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1/500 Н Фокусное расстояние прибора, мм.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 300—450 Диапазон перемещения экрана по высоте, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  185 Предельные углы поворота и наклона снимкодержателей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . ±15° Возможная децентрация фотоснимков, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . ±40 Продольные углы наклона основания со стереоскопом и снимкодержателями в направлении осей X и У. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ±10° Соотношение К масштаба обрабатываемых фотоснимков и масштаба исправляемой карты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .0,6—1,75 Наибольшая разность высот точек местности в пределах стереопары при высотах фотографирования Н=4000  20000 м, м . . . . . . . . . . . . . . 1000 Напряжение питающей сети переменного тока частотой 50 Гц, В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Размер, мм . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. 1250X680X1380 Масса, кг. . .. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .. . . . . . . 240

§ 71. Подвижной фотограмметрический комплекс ПФК-5М Подвижной фотограмметрический комплекс ПФК-5М имеет то же назначение, что и комплекс ПФК-5, но отличается от него составом и отдельными видами технологического оборудования. В состав ПФК-5М входят пять спецмашин (информационная, три фотограмметрических, фототрансформаторная) и пять спецприцепов. Информационная спецмашина имеет то же оборудование, что и в ПФК-5.

В фотограмметрических спецмашинах и спецприцепе размещено следующее технологическое оборудование: полевой автоматизированный стереокомпаратор СДА («Дериват»); полевой автоматизированный координатограф КПА; радиал-пантограф модернизированный РП-ЗМ; монтажно-просветные столы СМП-2. Полевой автоматизированный стереокомпаратор СДА («Дериват») предназначен для измерения прямоугольных координат точек фотоснимков в полевых условиях с автоматической регистрацией результатов измерений. Основные характеристики СДА Формат обрабатываемых фотоснимков, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .До 300x300 Средняя квадратическая ошибка измерений, мкм: для формата 180x180 мм… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 для формата 300X300 мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 10 Увеличение оптической системы.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. 5, 8, 12 х Напряжение сети переменного тока частотой 50 Гц, В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 220  10% Потребляемая мощность, кВ-А.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 0,6 Занимаемая площадь, м2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,0

Полевой автоматизированный координатограф КПА предназначен для автоматического нанесения на топографическую основу контурных точек и значений их геодезических координат, линий километровой сетки и углов рамок трапеций, а также для измерения координат точек. Основные характеристики КПА Формат топографической основы, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . До 600700 Время нанесения на основу 100 точек с подписями координат, мин. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Нe более 20 Предельная ошибка нанесения точек, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .0,2 Напряжение сети переменного тока частотой 50 Гц, В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220 ±10 % Потребляемая мощность, кВ А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 0,6 Занимаемая площадь, м2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1,8

Радиал-пантограф модернизированный РП-ЗМ предназначен для дешифрирования стереопары фотоснимков и переноса результатов дешифрирования на топографическую основу. Основные характеристики РП-ЗМ Формат обрабатываемых фотоснимков, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . До 300300 Соотношение масштаба фотоснимка и масштаба топографической карты .. . . . . . .. . . . . . . . .1,4 Видимое увеличение стереоскопа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,5х Напряжение сети переменного тока частотой 50 Гц, В . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . 220±10% Потребляемая мощность, кВ А. .. . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,1 Размер в рабочем положении, мм. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 14407551540

В фототрансформаторных спецмашине и спецприцепе установлены: полевой автоматизированный фототрансформатор ФПА; универсальный контактно-копировальный станок УКС-2; подвижная фотолаборатория ПФЛ; сушильный шкаф СШ-11; вспомогательное оборудование и производственная мебель. Полевой автоматизированный фототрансформатор ФПА предназначен трансформирования фотоснимков с большими углами наклона и фокусными расстояниями. Основные характеристики ФПА Формат обрабатываемых фотоснимков, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . До 300500 Углы наклона обрабатываемых фотоснимков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . До 50° Фокусное расстояние обрабатываемых фотоснимков, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . До 750

для

Коэффициент преобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .0,35—6,0 Напряжение сети переменного тока частотой 50 Гц, В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..380/220 Потребляемая мощность, кВ А.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,5 Занимаемая площадь, м2.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Подвижная фотолаборатория фотоматериалов в полевых условиях.

ПФЛ

предназначена

для

обработки

черно-белых

Основные характеристики ПФЛ Формат обрабатываемых фотоматериалов, мм . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .До 500X600 Напряжение сети переменного тока частотой 50 Гц, В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380/220 Потребляемая мощность, кВ А.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Не более 3 Занимаемая площадь, м2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

РАЗДЕЛ III

ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЕ СЕТИ Глава 13. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ФОТОТРИАНГУЛЯЦИЯ § 72. Назначение и классификация фототриангуляции Фототриангуляция — это метод определения планового положения и высот точек местности по перекрывающимся фотоснимкам. Различают плоскостную (плановую) и пространственную фототриангуляцию. При построении плоскостной фототриангуляции определяют только плановое положение точек, при построении пространственной фототриангуляции определяют и плановые координаты, и высоты точек местности. Плоскостная фототриангуляция основана на определении планового положения точек местности засечками в плоскости фотоснимка. Плоскостная фототриангуляция находит ограниченное применение. В дальнейшем рассматривается только пространственная фототриангуляция. При фототриангуляции координаты точек местности определяют в системе координат, принятой в геодезии. Для этого модель, построенную по фотоснимкам одного или нескольких маршрутов, ориентируют относительно геодезической системы координат по координатам опорных точек. Геометрическая сущность пространственной фототриангуляции заключается в том, что точки модели получают на пересечениях одноименных проектирующих лучей. Каждая пара одноименных проектирующих лучей совместно с базисом проектирования образует треугольник. Следовательно, точки модели получают путем построения системы пространственных треугольников. Элементарное звено фототриангуляции (одиночная модель) образуется в результате взаимного ориентирования стереопары фотоснимков. Соединение элементарных звеньев в единую сеть (модель одного или нескольких маршрутов) выполняется по связующим точкам — общим точкам соседних моделей. В результате соединения отдельных звеньев образуется свободная сеть фототриангуляции (рис. 160). Пространственное положение точек свободной сети определяется фотограмметрическими координатами. Чтобы найти геодезические координаты точек сети фототриангуляции, ее внешне ориентируют. Для этого необходимо совместить точки свободной сети а, b, с, d c точками местности А, В, С, D, положение которых задано геодезическими координатами. Таким образом, пространственная фототриангуляция — это метод определения пространственного положения точек местности, в основу которого положено построение системы треугольников. Отметим, что наряду с термином «сеть фототриангуляции» используется и другое название этого понятия — «фотограмметрическая сеть».

Рис. 160. Внешнее ориентирование свободной фотограмметрической сети

Основное назначение фототриангуляции — это сгущение геодезической основы для создания (обновления) топографических карт. Фототриангуляция позволяет максимально сократить трудоемкие полевые геодезические работы, заменив их камеральными. При комбинированном методе создания топографических карт в результате построения фотограмметрических сетей определяют координаты трансформационных точек. Таких точек необходимо иметь не менее пяти на каждый трансформируемый фотоснимок. Четыре трансформационные точки располагаются примерно в углах рабочей площади фотоснимка (рис. 161, а), а пятая — в центре фотоснимка. При стереотопографическом методе создания топографических карт точки, полученные в процессе построения сетей фототриангуляции, используют для трансформирования (ортофототрансформирования) фотоснимков и для внешнего ориентирования модели. Модель местности строят на универсальном фотограмметрическом приборе и используют ее для съемки рельефа и контуров. Для внешнего ориентирования модели необходимо иметь четыре опорные точки, расположенные в углах стереопары (рис. 161,6). При обновлении топографических карт точки фотограмметрических сетей используют для проверки точности карты, для трансформирования фотоснимков и для переноса изменений на оригинал обновляемой карты. Сети фототриангуляции используют также для сгущения геодезической основы при создании специальных карт и фотодокументов. Применяют фототриангуляцию и для получения исходных данных для геодезической привязки позиций боевой техники, для определения координат объектов и целей. Кроме того, фототриангуляцию используют для решения многих нетопографических задач.

Рис. 161. Расположение трансформационных точек на фотоснимке (а) и опорных точек для внешнего ориентирования модели, построенной по стереопаре фотоснимков (б)

Для построения сети фототриангуляции могут использоваться фотоснимки одного или нескольких маршрутов. В зависимости от количества используемых маршрутов фототриангуляцию

делят на одномаршрутную или маршрутную, и многомаршрутную или блочную. Маршрутную фотограмметрическую сеть строят по фотоснимкам одного маршрута. Маршрут должен быть обеспечен опорными точками для внешнего ориентирования свободной сети фототриангуляции (рис. 162, а). Многомаршрутная (блочная) фототриангуляция развивается по фотоснимкам двух и более маршрутов. При этом нет необходимости в обеспечении опорными точками каждого маршрута, достаточно иметь несколько опорных точек на весь блок (рис. 162, б). Поэтому блочная фототриангуляция позволяет в большей степени сократить полевые геодезические работы по сравнению с маршрутной. Это имеет большое значение, особенно при картографировании труднодоступных и недоступных территорий. Различают фототриангуляцию без использования элементов внешнего ориентирования фотоснимков и фототриангуляцию с использованием элементов внешнего ориентирования фотоснимков, полученных по зарегистрированным в полете результатам измерений. Применение элементов внешнего ориентирования фотоснимков при построении сетей фототриангуляции позволяет сократить полевые геодезические работы.

Рис. 162. Расположение опорных точек для маршрутной (а) и блочной (б) фототриангуляции

В зависимости от назначения фототриангуляцию разделяют на каркасную и заполняющую. Каркасные фотограмметрические сети строят обычно по маршрутам, образующим четырехугольники (рис. 163), с целью обеспечения опорными точками фототриангуляции по заполняющим маршрутам.

Рис. 163. Каркасная фотограмметрическая сеть

В зависимости от применяемых технических средств различают два метода пространственной фототриангуляции — аналитическую и аналоговую (инструментальную). В аналитической фототриангуляции для определения координат точек местности используют координаты точек фотоснимков, измеренные на стереокомпараторах или монокомпараторах, и координаты опорных точек. Вычисления выполняют на электронно-вычислительных машинах. В аналоговой фототриангуляции используют универсальные фотограмметрические приборы, позволяющие строить одиночные модели или общую модель в пределах маршрута. В отдельных случаях аналоговую фототриангуляцию сочетают с аналитической: на универсальных фотограмметрических приборах строят независимые одиночные модели, соединение которых в модель маршрута, а затем и внешнее ориентирование модели маршрута выполняется в процессе вычислений на ЭВМ. Такую фототриангуляцию называют аналогово-аналитической. § 73. Аналитическая фототриангуляция По сравнению с аналоговой аналитическая фототриангуляция обладает рядом существенных преимуществ: более высокой точностью, обусловленной использованием прецизионных стереокомпараторов для измерения фотоснимков и строгих методов обработки результатов измерений; большой производительностью, достигаемой благодаря применению автоматизированных стереокомпараторов и электронных вычислительных машин; универсальностью (не накладываются ограничения на значения элементов ориентирования фотоснимков и их формат). Кроме того, при построении аналитической фототриангуляции имеется возможность учитывать систематические ошибки, влияние которых можно выразить в математической форме. К источникам таких ошибок относятся дисторсия объектива фотокамеры, кривизна Земли, атмосферная рефракция, деформация фотоснимков и др. Аналитическая фототриангуляция получила общее признание как наиболее эффективный способ фотограмметрического сгущения геодезических сетей. Теоретической основой аналитической фототриангуляции служат: зависимости между координатами точек фотоснимка и местности (1.8); формулы прямой фотограмметрической засечки (2.11), (2.12). Могут использоваться и другие зависимости. Однако в любом случае геометрический смысл фототриангуляции заключается в том, чтобы добиться прохождения каждого проектирующего луча через три точки: свой центр проекции, точку местности и ее изображение на фотоснимке. В этом случае все одноименные проектирующие лучи фотоснимков, в том числе и соседних маршрутов, будут пересекаться в точках местности А и В (рис. 164).

Рис. 164. Геометрический смысл фототриангуляции

Аналитическая фототриангуляция предполагает ряд последовательных преобразований координат. При этом используются плоские и пространственные координаты точек фотоснимков.

Измерение плоских координат точек фотоснимков каждой стереопары осуществляется в системах координат o1x1y1 и о2х2у2 (рис. 165). Начала плоских систем координат фотоснимков стереопары находятся в точках о1 и о2 на пересечениях прямых, соединяющих противоположные координатные метки. В качестве пространственных систем координат используются: S1x1y1z1 и S2x2y2z2 —вспомогательные системы координат с началами в точках S1 и S2 (рис. 166). Координатные оси х и у вспомогательных систем параллельны соответствующим осям х и у плоских систем координат стереопары фотоснимков, а оси z1 и z2 совпадают с главными лучами фотоснимков S1o1 и S2o2 и направлены вверх от точек S1 и S2. Используются вспомогательные системы координат для преобразования плоских прямоугольных координат точек фотоснимков в пространственные;

Рис. 165. Плоские системы координат фотоснимков стереопары

S1XYZ— базисная система координат (рис. 166). Условия ее выбора рассмотрены в § 18. В ней определяют элементы взаимного ориентирования первой системы: 1, 1, 2, 2, 2; S1ХУZ, S2XYZ — системы координат, в которых строят одиночные модели. Оси X, Y одной из этих систем параллельны соответствующим осям другой, а начала координат находятся в центрах проекции S1, S2 и т. д.

Рис. 166. Пространственные системы координат, используемые в аналитической фототриангуляции

Систему координат первой модели S1XYZ принимают в качестве единой для всего маршрута. Ее ось X направлена вдоль маршрута, ось Z совпадает с нормалью к поверхности эллипсоида в данной точке (с точностью до нескольких градусов, так как принимают обычно, что углы наклона  и  первого фотоснимка в маршруте равны нулю). Перечисленные системы координат являются правыми. Рассмотрим связи между координатами точек фотоснимков в различных системах. Так как оси х и у вспомогательных координатных систем параллельны соответствующим осям х и у плоских систем координат фотоснимков, то аппликаты всех точек фотоснимков P1 и Р2 равны фокусному расстоянию камеры АФА со знаком «минус». Фотографирование в маршруте обычно выполняется одним АФА, поэтому z1 = z2 = —f. Положение одноименных точек а1 и а2 фотоснимков стереопары определяется координатами:

x1, у1 и х2, у2 — в плоских системах координат o1x1y1 и о2х2у2; х1, у1, —f и х2, у2, —f — во вспомогательных системах координат S1x1y1z1 и S2x2y2z2. Связь между вспомогательными системами координат S1x1y1z1, S2x2y2z2и системами координат S1XYZ, S2XYZ устанавливается через угловые элементы внешнего ориентирования фотоснимков 1, 1, 1 и 2, 2, 2. На основании формул (1.5) будем иметь:

(13.1)

где a1i, b1i, c1i и a2i, b2i, c2i (i = 1, 2, 3) —направляющие косинусы, вычисленные по угловым элементам левого (1, 1, 1) и правого ((2, 2, 2) фотоснимков стереопары. Положение вспомогательных систем координат, т. е. положение фотоснимков Р1 и Р2 стереопары, относительно базисной системы координат определяется элементами взаимного ориентиро-вания. Поэтому зависимости между координатами имеют вид:

(13.2)

где a'1i, b'1i, c'1i и a'2i, b'2i, c'2i (i—1, 2, 3) —направляющие косинусы, вычисленные по элементам взаимного ориентирования 1, 1 и 2, 2, 2. Матрицы направляющих косинусов, используемые в формулах (11.1) и (11.2), обозначим

(13.3)

(13.4) В аналитической фототриангуляции применяют не только преобразования вида (13.1) и (13.2), но и обратные этим преобразованиям зависимости. В обратных зависимостях используют транспонированные матрицы. Для матриц (13.3), (13.4) транспонированные матрицы, имеют вид:

(13.5)

(13.6) С учетом обозначений (13.5) и (13.6) обратные преобразованиям (13.1) и (13.2) зависимости:

(13.7)

(13.8) В настоящее время разработано много способов аналитической фототриангуляции. При построении маршрутных фотограмметрических сетей распространение получили в основном три способа [9]. Первый способ основан на последовательном построении по стереопарам фотоснимков частично зависимых моделей и соединении их в общую модель маршрута. Второй способ основан на построении по стереопарам фотоснимков независимых моделей, которые затем последовательно соединяются в общую модель маршрута. Теоретической основой обоих способов являются формулы прямой фотограмметрической засечки (2.11), (2.12). В третьем способе, который получил название способа связок (проектирующих лучей), строят модель маршрута одновременно по всем фотоснимкам. Для этого используют зависимости между координатами точек фотоснимков и местности (1.8). Наиболее всесторонне исследован способ частично зависимых моделей, который нашел широкое применение в первые годы внедрения аналитических способов фототриангуляции. § 74. Аналитическая маршрутная фототриангуляция способом частично зависимых моделей Данный способ аналитической фототриангуляции основывается на построении частично зависимых моделей, которые последовательно приводятся к масштабу первой модели. В результате образуется модель маршрута (свободная фотограмметрическая сеть). Внешнее ориентирование и устранение деформации модели маршрута выполняются по опорным точкам. Способ частично зависимых моделей имеет ряд особенностей, составляющих его сущность и отличие от других способов аналитической фототриангуляции. Эти особенности проявляются на разных этапах, в частности при построении одиночных моделей и их соединении в модель маршрута. Построение одиночных моделей включает: определение элементов взаимного ориентирования фотоснимков; определение дирекционного угла и угла наклона базиса фотографирования; определение угловых элементов внешнего ориентирования правого фотоснимка; определение координат точек одиночной модели. В способе частично зависимых моделей используются элементы взаимного ориентирования первой системы. Исходными данными для определения элементов взаимного ориентирования являются координаты x1, у1 и х2, y2 одноименных точек стереопары фотоснимков. Как правило, измеряют координаты не менее шести стандартно расположенных точек. Используя координаты измеренных точек, составляют уравнения поправок вида (3.51). Уравнения поправок решают по методу наименьших квадратов с соблюдением его принципа: где р — веса измеренных координат точек. В результате решения получают поправки 1, 1, 2, 2, 2 к приближенным значениям элементов взаимного ориентирования. Суммировав их с приближенными значениями, получают элементы взаимного ориентирования в первом приближении: (13.8)

Затем, используя полученные элементы взаимного ориентирования (13.9), вновь составляют уравнения поправок и в результате их решения определяют поправки к первому приближению. Прибавив поправки к значениям элементов взаимного ориентирования (13.9), получают их во втором приближении. Так действуют до тех пор, пока поправки не будут меньше заданного допуска. Поиск и отбраковка ошибочных точек осуществляется по остаточным поперечным параллаксам , (13.10) где

(13.11) Направляющие косинусы b'1i, с'1i и b'2i, с'2i (i = 1, 2, 3) вычисляют, используя значения элементов взаимного ориентирования в последнем приближении, по формулам (3.40) и (3.41). Если остаточный поперечный параллакс (13.10) для какой-либо точки выходит за пределы установленного допуска, то выполняют следующее приближение, исключив из вычислений координаты данной точки. Элементы взаимного ориентирования используют для определения дирекционного угла и угла наклона базиса фотографирования и угловых элементов внешнего ориентирования правого фотоснимка. Исходными данными для определения дирекционного угла  и угла наклона  базиса фотографирования служат угловые элементы внешнего ориентирования левого фотоснимка 1, 1, 1 и элементы взаимного ориентирования 1, 1.Положение системы координат S1XYZ относительно S1X'Y'Z' определяется углами ,  и  (рис. 167). Поэтому математическое описание преобразования координат X, У, Z в координаты Х, Y, Z имеет вид:

(13.12)

где (ai), (bi), (ci) при i=1, 2, 3 — направляющие косинусы — функции углов ,  и . Формулы для определения (ai), (bi), (ci) можно получить, воспользовавшись известными выражениями (1.6) и правилом циклической замены букв и индексов.

Рис. 167. Взаимное положение систем координат S1XYZ и S1X'Y'Z''

Направляющие косинусы определяют по угловым элементам внешнего ориентирования фотоснимка а, со и х, являющимся углами Эйлера. При введении углов , ,  за основные оси приняты оси z и Z. При использовании углов ,  и , которые также являются углами Эйлера, в качестве основных выбраны одноименные оси X и X'. При этом углам  и  соответствуют углы —  и — . Правило циклической замены букв и индексов (рис. 168) состоит в следующем: ось Z переходит в ось X; буква а заменяется на букву b, b — на с и с — на а; индексы 1, 2, 3 переходят соответственно в 2, 3, 1.

Рис. 168. Правило циклической замены

Учитывая правило циклической замены, на основании формул (1.6) получим: (13.13) Из зависимостей (13.13) имеем: (13.14) Таким образом, задача определения дирекционного угла  и угла наклона  базиса фотографирования сводится к нахождению направляющих косинусов. Из зависимостей (13.1) и (13.2) следует, что

(13.15) Сравним зависимости (13.12) и (13.15). Анализ показывает, что преобразованию координат из системы S1X'Y'Z' в систему S1XYZ соответствует произведение матриц

,

т. е.

(13.16) Подставляя в зависимость (13.16) значения матриц направляющих косинусов (13.3) и (13.6) получим:

и

(13.17) где a1i, b1i, c1i (i=l, 2, 3) — направляющие косинусы, вычисляемые по угловым элементам 1, 1, 1 левого фотоснимка стереопары; a1i, b1i, c1i (i=l, 2, 3) —направляющие косинусы, определяемые по элементам взаимного ориентирования 1, 1. Итак, направляющие косинусы (а1), (b1), (c1) — функции углов ,  и равны: (13.18) Следовательно, дирекционный угол  и угол наклона  базиса фотографирования (13.14) определяются соотношениями:

(13.19) Элементы взаимного ориентирования 1, 1, необходимые для нахождения дирекционного угла и угла наклона базиса фотографирования, определяют для каждой стереопары по измеренным координатам x1, у1 и х2, у2 ее одноименных точек. Угловые элементы внешнего ориентирования 1, 1, 1 левого фотоснимка для первой стереопары принимают равными нулю или задают приближенно. Для каждой последующей стереопары возникает задача определения угловых элементов левого фотоснимка, т. е. фотоснимка, который в предыдущей стереопаре был правым. Определение угловых элементов 2, 2, 2 правого фотоснимка стереопары. Угловые элементы внешнего ориентирования 2, 2 и 2 определяют положение фотоснимка относительно системы S2XYZ или относительно S1XYZ, так как у этих систем одноименные оси взаимно параллельны (рис. 169).

Рис. 169. Элементы внешнего и взаимного ориентирования фотоснимков стереопары

Взаимное положение систем S2XYZ и S2xyz определяется зависимостью:

(13.20)

где — матрица (13.3), составленная из направляющих косинусов, вычисленных по угловым элементам внешнего ориентирования правого фотоснимка стереопары. Элементы этой матрицы найдем по формулам (1.6), подставляя вместо , ,  углы 2, 2, 2: (13.21) Из зависимостей (13.21) имеем:

(13.22) Выразим направляющие косинусы (13.21) через известные угловые элементы внешнего ориентирования 1, 1, 1 левого фотоснимка и элементы взаимного ориентирования 1, 1, 2, 2, 2 стереопары. Взаимное положение систем координат S1(S2)X'Y'Z' и S2x2y2z2 определяется через элементы взаимного ориентирования 2, 2, 2:

(13.23)

Подставляя значения координат X', У, Z' в уравнение (13.12), получим: (13.24)

где , — обозначения матриц направляющих косинусов, входящих в формулы (13.12) и (13.23) соответственно. Из сравнения зависимостей (13.20) и (13.24) имеем: (13.25) или

(13.26)

Угловые элементы внешнего ориентирования 2, 2, 2 правого фотоснимка найдем из соотношений (13.22), подставив в них значения направляющих косинусов из уравнения (13.26):

(13.27) Таким образом, для определения угловых элементов внешнего ориентирования 2, 2, 2 правого фотоснимка необходимо иметь угловые элементы внешнего ориентирования 1, 1, 1 левого фотоснимка стереопары и ее элементы взаимного ориентирования 1, 1, 2, 2, 2. Найденные угловые элементы внешнего ориентирования правого фотоснимка в каждой стереопаре являются исходными для определения угловых элементов внешнего ориентирования следующего фотоснимка. Таким образом, при последовательном определении угловых элементов внешнего ориентирования передается ориентировка от одного фотоснимка к другому. Это ведет к тому, что угловые элементы ориентирования всех фотоснимков маршрута будут определены в единой системе координат — в системе координат первой модели S1XYZ. В этом состоит частичная зависимость моделей. Сущность указанной зависимости состоит в том, что координаты точек всех одиночных моделей будут определяться в системах координат с взаимно параллельными осями (рис.

170).

Рис. 170. Системы координат одиночных моделей

Для определения координат точек одиночной модели используют трансформированные значения измеренных координат точек фотоснимков:

(13.28) где х1, у1 и х2, y2 — плоские прямоугольные координаты одноименных точек стереопары; x1°, у1° и х2°, y2° —трансформированные координаты тех же точек; a1i, b1i, c1i и a2i, b2i, c2i (i = 1,2,3) — направляющие косинусы — функции угловых элементов внешнего ориентирования 1, 1, 1 и 2, 2, 2 фотоснимков стереопары. Для горизонтальных фотоснимков согласно зависимостям (2.15) и (2.16) Х1 = х1°; Х2 = х2°; Y1=y1°; Y2=y2°; Z1 = — f; Z2= — f. В соответствии с рис. 167 составляющие базиса фотографирования равны: (13.29) С учетом зависимостей (2.15), (2.16) и (13.29) формулы прямой фотограмметрической засечки (2.11) и (2.12) примут вид:

(13.30) где Формулы (13.30) используются для построения одиночных моделей. Здесь через Х,  У, Z обозначены координаты точек одиночной модели с началом в точке фотографирования S1 левого фотоснимка стереопары. При построении одиночной модели определяют и координаты правой точки фотографирования S2: (13.31) где — координаты левой точки фотографирования; они равны координатам правой точки фотографирования предыдущей стереопары; для первой стереопары значения координат точки S1 принимают равными нулю. Значение базиса фотографирования задают одинаковым для всех стереопар. Поэтому модели будут отличаться одна от другой масштабом. Приведение моделей к одному масштабу выполняют последовательно: вторую модель приводят к масштабу первой, третью — к масштабу второй и т. д. Кроме того, координаты точек каждой одиночной модели определяют в единой для всего маршрута системе координат. В итоге будет построена модель маршрута (свободная фотограмметрическая сеть). Для построения модели маршрута необходимо привести все одиночные модели к одному масштабу и определить координаты всех точек в системе S1XYZ. Приведение одиночных моделей к одному масштабу выполняется по координатам связующих точек (рис. 171). Допустим, что по формулам (13.31) определены координаты точек первой и второй моделей. Для определения координат точек второй модели в единой системе координат необходимо учесть масштабный коэффициент, характеризующий уклонение масштаба второй модели от масштаба первой. Точки M1 и М2 (рис. 172)—это изображения центральной связующей точки М (рис. 171) соответственно в первой и второй моделях. Точки M1 и М2 не совпадают потому, что масштаб второй модели отличается от масштаба первой модели.

Рис. 171. Связующие точки

Рис. 172. Приведение смежных моделей к одному масштабу

Масштабный коэффициент второй модели представим отношением проекций расстояний S2M2 и S2M1 на координатную ось Z: (13.32) но так как

,a

, то

(13.33) где

— высота связующей точки в первой модели; — высота связующей точки во второй модели; — составляющая базиса фотографирования первой модели по оси Z. Для третьей модели

а для модели i (13.34) Масштабный коэффициент следует определять не только по центральной, но и по боковым связующим точкам А и В. При этом принято считать, что вес масштабного коэффициента, вычисленного по центральной точке, равен 2 [9], а по боковым — 1. Поэтому за окончательное значение масштабного коэффициента принимают среднее весовое (13.35) Координаты точек одиночной модели, приведенные к масштабу предыдущей модели, обозначим через . Их определяют по формулам:

(13.36) Координаты правой точки фотографирования с учетом масштабного коэффициента равны: (13.37) Чтобы определить координаты точек в единой для маршрута системе координат, начало переносят из точки Si в точку S1: (13.38) где X, Y, Z — фотограмметрические координаты точек модели маршрута (фотограмметрические координаты точек свободной сети). § 75. Внешнее ориентирование и устранение деформации свободной фотограмметрической сети Чтобы использовать точки фототриангуляции, необходимо определить их геодезические координаты (§ 5, рис. 3). Определение геодезических координат точек фототриангуляции включает два этапа: внешнее ориентирование модели маршрута и устранение ее деформации. Задача внешнего ориентирования решается по опорным точкам, координаты которых определяют в поле геодезическими способами. Сначала выполняют приближенное масштабирование модели маршрута: (13.39)

где X', У, Z' — фотограмметрические координаты, масштабирования. Знаменатель масштаба определяют по формуле

найденные

после

приближенного

где DГ — расстояние между опорными точками в геодезической системе координат; D — расстояние между теми же опорными точками в фотограмметрической системе координат; XГ, YГ, ZГ —приращения геодезических координат между парами опорных точек; Х, Y, Z— приращения фотограмметрических координат между этими же точками. Затем, используя координаты опорных точек (фотограмметри-ческие и геодезические), определяют элементы внешнего ориентирования модели маршрута , , , t. Для определения элементов внешнего ориентирования модели маршрута применяют способ, описанный в § 30. Геодезические координаты всех точек модели маршрута находят по уравнениям внешнего ориентирования: (13.40) где ai, bi, ci (i—1, 2, 3) —направляющие косинусы, определяемые по угловым элементам внешнего ориентирования модели маршрута , , . Кроме того, высоты точек сети фототриангуляции следует исправить поправками за кривизну Земли [9] (13.41) где D — расстояние от начала координат, совмещенного с одной из опорных точек, до данной точки. Геодезические координаты точек фототриангуляции, вычисленные по формулам (13.40), будут содержать систематические ошибки, вызванные дисторсией объектива АФА, деформацией фотопленки, невыравниванием ее в плоскость и другими причинами. Эти ошибки приводят к деформации модели маршрута, которая выражается полиномами. На основании полиномов деформации модели для каждой опорной точки составляют уравнения поправок: (13.42) где Аi, Bi, Ci (i = 0, 1, 2, 3, 4) —коэффициенты полиномов деформации модели маршрута; — геодезические координаты опорных точек фотограмметрической сети после ее внешнего ориентирования, вычисленные по формулам (13.40); — геодезические координаты опорных точек. Каждая опорная точка позволяет составить три уравнения вида (13.42). Следовательно, для определения коэффициентов Аi, Bi, Ci необходимо иметь минимум пять опорных точек. Но так как задача обычно решается по методу наименьших квадратов, то опорных точек должно быть не меньше шести. Итак, коэффициенты Аi, Bi, Ci находят в результате решения уравнений (13.42) под условием [py2] = min. Используя найденные коэффициенты деформации модели маршрута, определяют окончательные значения координат точек фотограмметрической сети: (13.43) Изложенный способ определения геодезических координат фотограмметрической сети пригоден для обработки маршрута, расположенного в одной шестиградусной зоне.

§ 76. Особенности внешнего ориентирования фотограмметрических сетей большой протяженности Конечной целью построения пространственной фотограмметрической сети является определение геодезических координат точек местности ХГ, YГ, ZГ. Под геодезическими координатами, как указано в § 5, в фотограмметрии подразумевают плоские прямоугольные координаты х, у в проекции Гаусса и высоты точек в Балтийской системе высот. Именно эти координаты опорных точек используют для внешнего ориентирования сети фототриангуляции. Для построения свободной фотограмметрической сети применяют пространственную прямоугольную систему координат (обычно S1XYZ, рис. 166), которая имеет постоянный масштаб по всем осям. В проекции Гаусса длины всех линий искажаются пропорционально удалению от осевого меридиана: (13.44) где d — искажение длины линии на плоскости в проекции Гаусса; d0 —длина линии на поверхности эллипсоида (шара); у — ордината средней точки линии; R — радиус земного шара. Чтобы ограничить искажения длин линий d, все топографические съемки начиная с масштаба 1:10000 производят в шестиградусных зонах. Каждая зона имеет свои начало и направления осей прямоугольной системы координат. Поправки в длины линий па краю шестиградусной зоны незначительны (d = 1/1000 d). Поэтому ими пренебрегают и считают, что масштаб проекции Гаусса в пределах зоны постоянен. Следовательно, для одной зоны можно считать, что система координат OГXГYГZГ (рис. 3) является пространственной прямоугольной системой координат с постоянным масштабом. Поэтому внешнее ориентирование фотограмметрической сети, расположенной в одной зоне, не вызывает затруднений. В общем случае сеть фототриангуляции может быть значительной протяженности и располагаться в нескольких зонах. Для внешнего ориентирования сети необходимо определить положение опорных точек в единой системе координат. В качестве такой системы используют систему пространственных прямоугольных геоцентрических координат OГЦ XГЦYГЦZГЦ (§ 5, рис. 4). Кроме внешнего ориентирования фотограмметрической сети исключают также ее деформацию. Поправки для исключения деформации модели маршрута определяют обычно с помощью интерполяционных полиномов, характеризующих эту деформацию. Для использования полиномов необходимо, чтобы оси геоцентрической и фотограмметрической систем координат были примерно параллельными. В общем случае это невозможно. Поэтому внешнее ориентирование и устранение деформации модели маршрута производятся в промежуточной системе координат. Промежуточную систему координат устанавливают так, чтобы координаты опорных точек в ней отличались как можно меньше от фотограмметрических координат этих же точек. Началом промежуточной системы координат (рис. 173) служит точка ОП — центр тяжести опорных точек. Ось ХП совмещают с направлением съемки (азимут А направления съемки определяют по карте), осью ZП служит нормаль к поверхности эллипсоида в. точке ОП ось YП дополняет систему до правой тройки. Переход от координат х, у опорных точек в проекции Гаусса к геоцентрическим координатам осуществляется по формулам сфероидической геодезии. При этом сначала определяют геодезические сферические координаты В и L, а затем геоцентрические: (13.45)

где N — радиус кривизны первого вертикала; а — большая полуось земного эллипсоида;

е — эксцентриситет земного эллипсоида.

Рис. 173. Внешнее ориентирование фотограмметрических сетей большой протяженности

Для определения положения опорных точек в промежуточной системе координат используют уравнения: (13.46) В зависимостях (13.46) ХОП, УОП, ZОП — координаты начала промежуточной системы координат в геоцентрической системе. Они определяются по координатам ХГЦ ,УГЦ, ZГЦ опорных точек:

где n — количество опорных точек. Положение промежуточной системы координат относительно геоцентрической характеризуется координатами L0, В0 точки OП и азимутом А0 оси ХП. Координаты L0, В0— это центр тяжести опорных точек:

Азимут точки ОП принимают равным азимуту направления съемки, т. е. Направляющие косинусы ai, bi, ci (i=1, 2, 3) в зависимостях (13.46) равны:

.

(13.47) Начало фотограмметрических координат перенесем также в центр тяжести опорных точек: (13.48) Новые значения фотограмметрических координат будут равны: (13.49) Таким образом, после вышеуказанных преобразований имеем: координаты опорных точек в промежуточной системе координат; координаты всех точек сети, в том числе и опорных в фотограмметрической системе координат, начало которой совмещено с центром тяжести опорных точек. Оси промежуточной системы координат OПXПYПZП примерно параллельны соответствующим осям фотограмметрической системы координат OXYZ (рис. 174).

Рис. 174. Фотограмметрическая и промежуточная системы координат

Дальше выполняют внешнее ориентирование свободной фотограмметрической сети относительно промежуточной системы координат, а затем устраняют ее деформации. В результате определяют координаты всех точек сети в промежуточной системе координат. Переход от координат з промежуточной системе к геоцентрическим выполняют по формулам: (13.50) Наконец, по геоцентрическим координатам вычисляют геодезические сферические координаты В, L, а затем — координаты в проекции Гаусса, т. е. х, у, Н (ХГ, YГ, ZГ), применив известные из курса сфероидической геодезии формулы. Следует указать, что при использовании геоцентрической системы координат нет надобности в устранении влияния кривизны Земли. § 77. Аналитическая многомаршрутная фототриангуляция Многомаршрутные, или блочные, фотограмметрические сети строят по фотоснимкам нескольких маршрутов. Сеть фототриангуляции, построенную в результате последовательного соединения маршрутных фотограмметрических сетей, называют многомаршрутной. Сеть фототриангуляции, построенную путем совместного уравнивания результатов измерений всех фотоснимков как единого целого, принято называть блочной. Для построения многомаршрутных и блочных фотограмметрических сетей используют те же способы аналитической фототриангуляции, что и для построения маршрутных сетей. Один из вариантов построения многомаршрутной фотограмметрической сети может быть следующим. Применив способ частично зависимых моделей, строят свободные фотограмметрические сети одиночных маршрутов. Соединение маршрутов в единую сеть выполняют последовательно, используя координаты общих точек смежных маршрутов. Внешнее ориентирование сети выполняют по опорным точкам. Вполне очевидно, что для построения маршрутных фотограмметрических сетей можно использовать любой другой способ аналитической фототриангуляции, например способ независимых моделей или способ связок. Сущность построения блочной фотограмметрической сети рассмотрим на примере использования способа связок. В качестве исходных зависимостей в способе связок используют уравнения (1.8). В общем случае зависимости (1.8) содержат девять неизвестных— шесть элементов внешнего ориентирования фотоснимка и три координаты точки местности. Воспользовавшись приближенными значениями неизвестных, представим исходные зависимости в виде уравнений поправок: (13.51) где x, у— измеренные координаты точек фотоснимков; xВ, yВ — значения координат тех же точек фотоснимков, вычисленные по формулам (1.8) с использованием приближенных значений элементов внешнего ориентирования фотоснимков и координат точек местности;

XS, YS, ZS, , , , X, Y, Z — поправки к приближенным значениям неизвестных. Коэффициенты уравнений поправок являются частными производными уравнений (1.8) по соответствующим переменным:

(13.52) Зависимости (13.51) являются обобщенными формулами прямой и обратной пространственных фотограмметрических засечек. Если известны элементы внешнего ориентирования фотоснимков, т. е.

XS,, YS,, ZS, , , , то имеем выражения для решения прямой) засечки: (13.53)

Если известны координаты точек местности, то получим зависимости для решения обратной фотограмметрической засечки: (13.54) Для первого случая необходимо, чтобы точка изобразилась не менее чем на двух фотоснимках, во втором случае необходимо иметь не менее трех опорных точек. Измерим на фотоснимках координаты всех точек, по которым строится многомаршрутная фотограмметрическая сеть. Найдем приближенные значения неизвестных (по карте, из материалов аэрофотосъемки и т. п.). По каждому фотоснимку составим уравнения вида (13.53) для определяемых точек и вида (13.54) для опорных точек. Все уравнения решают совместно. Если обозначить количество фотоснимков, составляющих блок, через п, а количество определяемых точек через k, то общее количество неизвестных

В общем случае количество уравнений поправок всегда больше количества неизвестных. Неизвестные определяют из уравнивания под условием методом последовательных приближений. Здесь и — поправки к измеренным величинам, р и р' — веса измеренных величин. От уравнений поправок (13.53) и (13.54) переходят к нормальным уравнениям, в результате решения которых получают поправки к приближенным значениям неизвестных. Введя эти поправки, находят первое приближение неизвестных. Для вычисления неизвестных во втором приближении вновь составляют уравнения поправок. При этом используют первое приближение неизвестных. После составления и решения нормальных уравнений определяют поправки к первому приближению неизвестных. Прибавив их к значениям неизвестных из первого приближения, получают неизвестные во втором приближении. Аналогично вычисляют третье и последующие приближения. Процесс вычислений заканчивают, если разность неизвестных в двух последних приближениях будет меньше установленного допуска. Недостатком данного способа построения многомаршрутной сети фототриангуляции является большое количество одновременно определяемых неизвестных. Так, для блока из десяти маршрутов, каждый из которых состоит из десяти фотоснимков, количество уравнений поправок составит 1700. Расчеты выполнены для 120 точек сети при 60%-х продольном и поперечном перекрытиях фотоснимков. Количество неизвестных будет 960. Следовательно, система нормальных уравнений будет состоять из 960 уравнений. Составление и решение таких обширных систем уравнений является трудной задачей. Поэтому исследования вопросов построения многомаршрутных фотограмметрических сетей включают два основных направления. С одной стороны — это разработка эффективных методов решения систем уравнений с большим количеством неизвестных, с другой — сокращение количества неизвестных.

М.М. Машимовым предложен итеративный метод решения больших систем уравнений применительно к рассматриваемому способу построения сети фототриангуляции. Сущность метода заключается в минимизации квадратичной формы для каждого фотоснимка и для каждой определяемой точки. Сначала все точки — и опорные, и определяемые — считаются «твердыми». По их координатам для каждого фотоснимка, пользуясь уравнениями (13.54), решают обратную фотограмметрическую засечку, т. е. уточняют элементы внешнего ориентирования XS, YS, ZS, , . . Затем, при минимизации квадратичной формы для каждой определяемой точки, считают «твердыми» элементы внешнего ориентирования фотоснимков, на которых изобразилась данная точка. В результате решения уравнений вида (13.53) уточняют координаты X, Y, Z этой точки. По уточненным координатам определяемых точек вновь решают обратные фотограмметрические засечки, т. е. уточняют элементы внешнего ориентирования фотоснимков. После этого еще раз решают прямые фотограмметрические засечки для каждой точки. Так действуют до тех пор, пока поправки к элементам внешнего ориентирования всех фотоснимков и к координатам всех определяемых точек не станут пренебрегаемо малыми. Если во всех приближениях поправки к координатам опорных точек не находят, то получится жесткая вставка фотограмметрической сети в сеть геодезических пунктов. Внешнее ориентирование сети в этом случае не требуется. Если и опорные точки рассматриваются как определяемые, то в результате будет построена свободная фотограмметрическая сеть. Из вышесказанного следует, что в итеративном методе реализуется идея последовательной вставки неизвестных «фотоснимок — точка». Этот метод позволяет избежать необходимости составления и решения больших систем уравнений поправок и нормальных уравнений высокого порядка. Так, для определения элементов внешнего ориентирования фотоснимков составляют и решают уравнения шестого порядка, для определения координат точек — уравнения третьего порядка. Составление и решение таких систем уравнений не вызывает затруднений. Данный метод позволяет в десятки раз сократить объем промежуточной информации и обеспечить решение задачи с использованием только оперативной памяти электронно-вычислительных машин. Итеративный метод — не единственный метод, позволяющий избежать решения систем нормальных уравнений высоких порядков. При построении блочной фототриангуляции можно существенно уменьшить порядок системы нормальных уравнений, применив, например, известные из геодезии эквивалентные преобразова-ния Шрейбера и многогрупповой метод уравнивания И.Д. Пранис-Праневича [10]. При построении блочных фотограмметрических сетей используются фотограмметрические связи не только между соседними фотоснимками в одном маршруте, но и между маршрутами. Благодаря этому нет необходимости обеспечивать опорными точками каждый маршрут. Применение многомаршрутной фототриангуляции позволяет повысить эффективность применения фотоснимков как при создании топографических карт, так и при решении других задач топогеодезического обеспечения фотограмметрическими методами. § 78. Фототриангуляция с использованием универсальных фотограмметрических приборов Универсальные фотограмметрические приборы применяют при построении аналоговой и аналогово-аналитической фототриангуляции. Теоретической основой аналоговой и аналоговоаналитической фототриангуляции служат формулы прямой фотограмметрической засечки (2.11), (2.12). С использованием универсальных фотограмметрических приборов сети могут быть построены двумя способами: способом независимых моделей; способом частично зависимых моделей. Сначала рассмотрим порядок построения фототриангуляции с использованием стереопроектора СПР-ЗМ способом независимых моделей. Этот прибор позволяет строить одиночные модели. Соединение независимых моделей и внешнее (геодезическое) ориентирование общей модели выполняют аналитически. Основными процессами построения сетей с использованием СПР-ЗМ способом независимых моделей являются: подготовительные работы;

построение и измерение одиночных моделей; построение модели маршрута; внешнее ориентирование сети. В подготовительные работы входят: изучение и оценка качества исходных материалов; составление проекта построения сети фототриангуляции; подготовка материалов к обработке; предварительные расчеты. Изучение исходных материалов, оценку их качества, составление проекта фотограмметрической сети, подготовку прибора к работе и материалов к обработке выполняют согласно требованиям действующих руководств [21]. Горизонтальный масштаб построения модели выбирают примерно в полтора раза крупнее масштаба фотоснимков, чтобы уменьшить влияние инструментальных ошибок на точность построения сети: Поэтому где bn — базис проектирования; b — базис фотографирования в масштабе фотоснимка. Так как обработку фотоснимков выполняют с преобразованными связками проектирующих лучей, то tВ = f/fП tГ, где f — фокусное расстояние камеры АФА; fп— фокусное расстояние прибора, которое вычисляется по формуле fП =0,4Dcp (Dcp — постоянная прибора, равная 480 мм). На счетчике высот устанавливают шкалу № 1 и пару шестерен с 80 зубцами каждая. На счетчиках bY, bz, ', ', шкалах децентраций дх, ду устанавливают места нулей, а на счетчиках bх,fп — отсчеты VbX = bX + M0bX; Vfп = fп — M0fп; где M0bX — место нуля счетчика bX; M0fп — место нуля шкалы фокусного расстояния прибора. На счетчиках X и Y устанавливают средние отсчеты. Если местность горная, то предварительные расчеты начинают с определения вертикального масштаба модели, чтобы при измерении высот точек не выйти за пределы возможных перемещений каретки высот. Обозначим: D — расстояние, в пределах которого может перемещаться каретка высот; Zmax, Zmin — максимальная и минимальная высоты точек в пределах модели, м. Тогда l/tB = D/Z, где Z = Zmax — Zmin. Знаменатель вертикального масштаба должен удовлетворять условию: tB  Z/0,11, где ±0,11 — диапазон перемещения каретки высот, м. По выбранному значению tB находят фокусное расстояние прибора fп = DCP — l/tBH, где Н — высота фотографирования над средней плоскостью. Затем рассчитывают горизонтальный масштаб модели по формуле 1/tг = f/(tBtп).

Составляющую bX базиса проектирования определяют по формуле bX = bm/tг. Поместив фотоснимки в снимкодержатели прибора, приступают к их взаимному ориентированию с целью создания модели местности. Взаимное ориентирование выполняют первым способом путем устранения поперечных параллаксов, наблюдаемых на стандартных точках, поворотами обоих фотоснимков в своих плоскостях винтами  изменениями положений опорных пальцев движениями ' и '. Измерение координат построенной модели выполняют двумя приемами. Координаты точек модели относительно левого центра проекции вычисляют по формулам: X = (Vx - M0x)tГ; V = (Vy - MQy)tГ; Z = (Vz - MOz)tГf/fП;

(13.55)

где Vx, Vy, Vz — отсчеты по счетчикам X, Y и счетчику высот; МОх, МОу — координаты левого центра проекции или отсчеты по счетчикам X и Y при отвесном положении левого проектирующего рычага; MOz —место нуля шкалы Z (M0z = Dcp — fП). Координаты правого центра проекции вычисляют по формулам: XS2 = (VbX - M0bx)tГ;YS2 = Zs2 = 0 Аналогично строят и измеряют координаты и высоты точек последующих моделей. После построения и измерения одиночных моделей маршрута необходимо их соединить в общую модель. Соединение моделей в общую модель маршрута производится аналитически по связующим точкам. Разница в координатах связующих точек, полученных в первой и второй моделях (X, Y, Z и X', Y', Z'), является функцией элементов ориентирования второй модели относительно первой. Формулы, связывающие системы координат первой и второй моделей, следующие: X = Xs2 + (а1Х' + а2Y' + а3Z)t; Y = YS2 + (b1Х' + b2Y' + b3Z')t;

Z = Zs2 + (с1Х' + с2Y' + c3Z')t.

(13.56)

Решив эти уравнения, получим элементы ориентирования Xs2, YS2, ZS2, , , , t второй модели относительно системы координат S1XYZ первой модели. Затем по формулам (13.56) находят координаты всех точек. Но, чтобы решить систему уравнений (13,56), необходимо ее привести к линейному виду. Допустим, что известны приближенные значения элементов ориентирования. Обозначим их (XS2),(YS2),(Z S2), o, 0, O, t0. Найдем поправки к этим величинам: XS2 , YS2 , Z S2 , , , , t. Применив известный прием приведения функции к линейному виду путем ее разложения в ряд Тейлора, перейдем от уравнений (13.56) к уравнениям поправок:

,

,

— направляющие косинусы, вычисленные по элементам ориентирования 0, 0,

0.

Если уравнений поправок больше семи, то задачу решают под условием [pv2] = min, т. е. применяют метод наименьших квадратов. В результате решения нормальных уравнений получим поправки к приближенным элементам ориентирования.

Задачу определения элементов ориентирования второй модели решают способом приближений. В качестве приближенных значений элементов ориентирования для первого приближения принимают Xs2 = В, Ys2 = Zs2 = 0,  =  =  = 0, t= 1. Приближения заканчивают, если расхождения элементов ориентирования из двух последующих приближений не превышают заданных допусков. Полученные из последующего приближения элементы ориентирования модели используют для определения координат всех точек модели. Таким же образом выполняют присоединение третьей и всех последующих моделей. В результате будет построена модель маршрута, т. е. свободная фотограмметрическая сеть. Следующий этап — внешнее ориентирование свободной фотограмметрической сети и устранение деформации. Рассмотрим построение аналоговой фототриангуляции на стереопроекторе СПР-ЗМ способом частично зависимых моделей. Сущность его заключается в том, что после обработки каждой стереопары фотоснимков, например P1 и Р2, левый фотоснимок Р1 удаляют и на его место устанавливают правый фотоснимок Р 2 по элементам, полученным в результате ориентирования стереопары фотоснимков P1 и Р2. На место фотоснимка Р2 устанавливают фотоснимок Р3 и ориентируют его относительно фотоснимка Р 2, в результате чего получают вторую модель. Затем по связующим точкам вторую модель приводят к масштабу первой. После измерения второй модели аналогично создают третью модель и т. д. В результате получают общую модель маршрута, которую затем ориентируют относительно геодезической системы координат. Технологическая схема построения пространственной сети с использованием СПР-ЗМ данным способом следующая: подготовительные работы; построение свободной фотограмметрической сети; внешнее (геодезическое) ориентирование сети.

После выполнения подготовительных работ и установки на счетчиках и шкалах прибора необходимых величин строят первую модель местности. Взаимное ориентирование фотоснимков начального звена сети выполняют первым способом. Схема последовательности устранения поперечных параллаксов на стандартных точках показана на рис. 122. Построив начальное звено сети, отсчитывают по шкалам и счетчикам величины, характеризующие положение фотоснимков, и записывают их в журнал. К этим величинам относятся: Vbx, VbY, VbZ, V, V, Vx, Vy, VD и отсчеты на координатные метки левого и правого фотоснимков VxK.B, VxK. B, VyK. B, VyK.B. При наведении измерительной марки на координатные метки отсчет по шкале высот VD должен быть таким же, как и при визировании на среднюю связующую точку. Затем измеряют точки модели двумя приемами. Плановое положение точек накалывают с помощью карандашного устройства на основу, а высоты записывают в журнал. Построение второго и каждого последующего звена сети начинают с установки на счетчиках коррекционного механизма и на шкалах децентраций левой каретки тех отсчетов, которые получались при построении предыдущего звена на соответствующих счетчиках и шкалах правого фотоснимка с учетом мест нулей. На место левого фотоснимка Р1 переносят снимкодержатель с фотоснимком Р2, а на правый снимкодержатель устанавливают фотоснимок Р 3. Перед ориентированием фотоснимка Р3 по  поступают следующим образом. На шкале высот устанавливают отсчет

где

— составляющая базиса в предыдущем звене, равная (13.59)

(

— отсчет по счетчику bZ в предыдущем звене). Наблюдают верхнюю и нижнюю координатные метки и движением  добиваются того, чтобы разности отсчетов и были такими же, какими они были при положении фотоснимка на другой каретке. Допускается расхождение не более 0,1 мм. Поставив на шкалах и счетчиках правой каретки отсчеты, равные местам нулей, выполняют взаимное ориентирование фотоснимков вторым способом, используя движения 2, 2, 2, bY, bZ. Схема устранения поперечных параллаксов вторым способом показана на рис. 123. Масштаб второй модели будет отличаться от первой, так как базис проектирования выбран произвольно. Поэтому следующий этап построения сети — приведение второго звена к масштабу первого. Выполняют этот процесс по связующим точкам путем изменения установленного значения базиса проектирования. Устанавливают на счетчике высот отсчет (ножным штурвалом)

где

— отсчет по счетчику высот при наведении на центральную связующую точку в

предыдущем звене, a вычисляется по формуле (13.59). Совмещают измерительную марку с центральной связующей точкой изменением длины базиса (движением bX). Контролируют правильность передачи масштаба по боковым связующим точкам, для чего измеряют их высоты и сравнивают с высотами, полученными в предыдущем звене. Высоты этих точек не должны отличаться от величин соответствующих точек предыдущего звена более чем на 1/1000 H (H = Dср — fП). Вновь наводят марку на центральную связующую точку и перемещением только шкал устанавливают на счетчиках X, Y, Z такие отсчеты, какие были при наведении марки на эту точку в предыдущей модели. Если плановое положение точек модели накалывают на основу, то карандашное устройство при наблюдении на связующую точку совмещают с наколом этой же точки в предыдущем звене. Аналогично строят последующие звенья. В результате этих построений получают свободную фотограмметрическую сеть, которую необходимо ориентировать относительно геодезической

системы координат. Чаще всего в данном способе построения фотограмметрической сети геодезические плановые координаты и высоты получают раздельно. Плановое положение точек находят путем редуцирования свободной сети. В зависимости от имеющихся технических средств используют различные способы редуцирования плановых сетей [21]. Поправки в фотограмметрические высоты определяют графически (путем построения графиков высотных поправок). Раздельно строят четыре графика высотных поправок: график высотных поправок, обусловленных продольным наклоном сети; график высотных поправок, обусловленных поперечным наклоном сети; график высотных поправок, обусловленных прогибом сети; график высотных поправок, обусловленных скручиванием сети. Сначала для всех опорных точек вычисляют высотные поправки

где ZГ — геодезическая высота опорной точки; Z — фотограмметрическая высота опорной точки, вычисляемая по формуле

Рис. 175. Совмещенный график высотных поправок

Для построения графиков высотных поправок используют, как правило, шесть опорных точек, расположенных парами (рис. 175). Сначала соединяют точки 1, 2, 3, 4 прямыми, делят полученные отрезки пополам и через точки о и п проводят ось X, а через точку о перпендикулярно оси X проводят ось Y. Точку о принимают за начало системы координат и приступают к построению графиков высотных поправок. Вычисленные высотные поправки опорных точек сети подписывают под номерами этих точек. Для точек о и n вычисляют поправки Z0 и Zn по формулам:

Из поправок на точках 1—6 и п вычитают поправку Z0 и получают новые поправки Z'. Линейным интерполированием поправки Zn' между точками о и п находят точки, для которых поправки равны кратному числу метров. Через полученные точки проводят прямые, параллельные оси Y. Построенные линии равных поправок представляют собой график поправок за продольный наклон модели. Для всех опорных точек определяют по графику поправки за продольный наклон, вычитают их из поправок Z' и подписывают на основе ниже поправок Z'. По новым поправкам Z1 и Z2 на точках 1 и 2 строят график высотных поправок за поперечный наклон. Линейным интерполированием поправок на точках 1 и 2 по прямой 1 — 2 находят точки, для которых поправки

равны кратному числу метров. Через полученные точки проводят прямые, параллельные оси X, — линии равных поправок за поперечный наклон. График поправок за прогиб строят с использованием точек 5 и 6. По графику высотных поправок за поперечный наклон определяют поправки для всех опорных точек и вычитают их из поправок Z. Полученные новые поправки подписывают на основе. Линейным интерполированием поправок Z5 и Z6 по линии 5—6 находят поправку для точки С. Поправку находят по формуле

где в скобках указаны измеряемые отрезки. Из точки С восстанавливают перпендикуляр к оси X и на нем откладывают поправку ZC в масштабе, например, в 1 мм один метр (отрезок CD). Отношение отрезков CD и on не должно быть более 1/20. Через точки о, D, п проводят дугу. На прямой CD отмечают точки, соответствующие кратному числу метров. Через эти точки проводят прямые, параллельные оси X, до пересечения с дугой. В точках пересечения прямых с дугой восстанавливают перпендикуляры к оси X. Проведенные линии будут линиями равных поправок за прогиб модели. По графику высотных поправок за прогиб модели маршрута определяют поправки для опорных точек, вычитают их из поправок  и получают новые поправки Z"". По новым поправкам в точках 3 и 4 строят график высотных поправок за скручивание. Линейным интерполированием поправок Z"" по прямым 3—4, 4—2 и 3—1 находят выходы линий равных поправок, кратные числу метров. Эти точки соединяют плавными кривыми. Графики высотных поправок оформляют разными цветами. Построенный совмещенный график используют для определения поправок для каждой точки сети, которые совместно с постоянной поправкой Z0 записываются в журнал. Геодезические высоты определяемых точек вычисляют по формуле

где Z0, Z', Z", Z'", Z"'' — поправки для каждой точки сети, определенные по графику высотных поправок. Глава 14. ТОЧНОСТЬ ФОТОТРИАНГУЛЯЦИИ § 79. Источники ошибок фототриангуляции Все измерения и построения, которые выполняются при развитии фотограмметрической сети, сопровождаются ошибками. К ним относятся ошибки опорных точек и дополнительных данных, ошибки фотоснимков и их измерений, а также методические ошибки. В качестве опорных при построении сети фототриангуляции используют точки полевой подготовки фотоснимков. Ошибки плановых координат и высот точек полевой подготовки фотоснимков не должны превышать значений, влиянием которых на точность построения фотограмметрической сети можно было бы пренебречь, т. е. одной трети ошибок координат и высот точек фототриангуляции. Исходя из этого известного положения теории ошибок установлены требования к точности определения планового положения точек полевой подготовки фотоснимков [17, 20]. При построении фотограмметрической сети могут использоваться дополнительные данные, т. е. элементы внешнего ориентирования фотоснимков и др. Точность определения таких данных зависит от условий фотографирования, характера местности, применяемой аппаратуры и методов. Например, ошибки определения плановых координат точек фотографирования, определяемых с помощью радиогеодезической системы РДС-2, не превышают 1±10 -5 D м. С учетом того, что дальность действия системы — 350 км, точность координат точек фотографирования будет составлять 4 м. Ошибки определения разностей высот точек фотографирования с помощью статоскопа (С-2М, С-51М) обычно не превышают 0,6—1,5 м при высоте полета 2—6 км.

Средние квадратические ошибки определения высот точек фотографирования с помощью радиовысотомера, например РВ-18Ж, не превышают 5 м. Диапазон измеряемых высот — 300 — 10000 м [7]. Точность определения угловых элементов ориентирования по фотографиям звезд составляет 10 —15". Во всех теоретических положениях и зависимостях мы исходили из того, что фотоснимок является идеальной центральной проекцией. На самом деле при фотографировании проектирующие лучи отклоняются от своего идеального положения. В результате точки фотоснимков смещаются относительно идеальной центральной проекции. Отклонения проектирующих лучей, вызывающие смещения точек фотоснимков, являются результатом совместного воздействия различных факторов. К основным из этих факторов относятся: дисторсия объектива камеры АФА, атмосферная рефракция, невыравнивание и деформация фотопленки, кривизна Земли и др. Координаты точек фотоснимков содержат также ошибки измерений. В аналитической фототриангуляции для измерений применяют высокоточные (1—3 мкм) автоматизированные стереокомпараторы. Могут использоваться монокомпараторы и приборы для маркировки точек фотоснимков. Несмотря на то что перечисленные приборы являются самыми точными фотограмметрическими приборами, они также имеют ряд источников ошибок. К таким источникам ошибок относятся, например, неперпендикулярность и непрямолинейность направляющих, разномасштабность винтов и шкал. Ошибки приборов определяют в процессе их исследований. Результаты исследований оформляют в виде табличных функций ошибок по аргументам координат x и у точек фотоснимков и используют для исправления измеренных координат точек фотоснимков. Кроме того, измеренные координаты могут содержать ошибки ориентирования фотоснимков и ошибки определения мест нулей шкал прибора. Влияние ошибок ориентирования фотоснимков обычно учитывается программой вычислений на ЭВМ. Ошибки определения мест нулей шкал прибора войдут как постоянные погрешности в измеренные координаты. К источникам ошибок измерений следует отнести и ошибки опознавания точек. Они сказываются на точности измеренных координат точек, особенно если используются мелкомасштабные фотоснимки. Для устранения ошибок опознавания оптическая система современных стереокомпараторов имеет дополнительную ветвь, предназначенную дли рассматривания крупномасштабного изображения измеряемой точки. Являются источником ошибок измерений и ошибки визирования. Отдельные операторы допускают систематические ошибки визирования. Их влияние подобно влиянию ошибок мест нулей шкал прибора. В аналитической фототриангуляции стремятся устранить влияние методических ошибок, используя строгие методы обработки. Решения по упрощенным зависимостям применяют только в том случае, если погрешностями в результатах решения можно пренебречь. Примером методической ошибки может служить несоответствие фотограмметрической и геодезической систем координат. Это несоответствие приводит к ошибкам определения высот точек сети. Максимальные ошибки высот точек сети из-за кривизны Земли после внешнего ориентирования и устранения деформации маршрута определяют в соответствии с зависимостью [11] (14.1) где R — радиус земного шара; А — ширина маршрута. При формате фотоснимков 180180 мм ширина маршрута будет равна (14.2) Подставляя это выражение в формулу (14.1) и принимая, что R =6400 км, получим (14.3) Чтобы получить значение Zmax в метрах, следует подставлять в формулу Н в метрах, а f в миллиметрах.

Потребуем, чтобы относительная максимальная ошибка Zmax/H не превосходила величины Zдоп/H, т. е.

(14.4) где Zдоп /H—относительная допустимая ошибка определения высот точек сети. Допустим, что Zдоп /H=1/5000. Тогда согласно формулам (14.4) и (14.3) получим (14.5) Таким образом, рассмотренный пример показывает, что если знаменатель масштаба фотоснимков т меньше 500f (f, мм), то влиянием кривизны Земли можно пренебречь. По своим свойствам, а также по характеру влияния на результаты построения фототриангуляции ошибки подразделяют на грубые, систематические и случайные. К грубым ошибкам относят промахи в наблюдениях, вызванные невнимательностью оператора, неисправностью прибора, плохой организацией работы, сбоем регистрирующих систем, плохой подготовкой исходной информации и т. п. Задача сводится к такой организации работы и контроля, чтобы исключить грубые ошибки. Например, организуют измерения в несколько приемов или несколькими исполнителями, используют автоматическую регистрацию результатов измерений, автоматизацию процесса подготовки исходной информации и т. д. Кроме того, обычно предусматривают обнаружение и исключение грубых ошибок в процессе вычислений на ЭВМ. К систематическим относят такие ошибки, которые влияют на результат по определенному функциональному закону. К ним можно отнести симметричную дисторсию, равномерную деформацию пленки, атмосферную рефракцию и др., которые вызывают смещения точек по радиальным направлениям. Многочисленность и разнообразие источников систематических ошибок усложняют задачу устранения их влияния. Для обнаружения и устранения систематических ошибок производят калибровку фотоснимков [3]. В результате калибровки определяют элементы внутреннего ориентирования, а также поправки в координаты точек фотоснимков. Случайные ошибки — это пример случайных величин. Они возникают вследствие того, что объект измерений, измерительный прибор, условия измерений и другие факторы, влияющие на результаты измерений, всегда претерпевают изменения (колебания), влекущие за собой изменения результатов. Эти изменения суммируются случайно с различной вероятностью той или иной их комбинации. Примером случайных ошибок точек фотоснимков является местная деформация пленки. Рассмотренные источники ошибок оказывают влияние на результаты построения фотограмметрической сети через ошибки исходной информации, используемой в процессе вычислений на ЭВМ: координат точек фотоснимков, элементов внутреннего ориентирования и результатов калибровки фотоснимков, координат опорных точек и элементов внешнего ориентирования фотоснимков. Эти ошибки совместно с методическими погрешностями влияют на построение отдельных моделей (звеньев), их соединение в маршрутную или блочную сеть, приводят к деформации модели маршрута (блока), т. е. к ошибкам координат точек местности, включенных в фотограмметрическую сеть. Поэтому необходимо знать зависимости, связывающие ошибки исходной информации с ошибками координат точек сети. § 80. Накопление ошибок при построении маршрутной фототриангуляции При построении маршрутной фототриангуляции образуется модель маршрута. Под воздействием ошибок модель маршрута деформируется. Ошибки построения модели маршрута зависят от погрешностей построения одиночных моделей и от ошибок соединения их в единую модель маршрута. Ошибки построения одиночной модели рассмотрены в гл. 6. Чтобы определить ошибки модели маршрута, необходимо выяснить, как накапливаются ошибки одиночных моделей при построении маршрутной фотограмметрической сети. Представим, что маршрутная сеть строится путем последовательного соединения п одиночных моделей по связующим точкам. При этом будем считать, что все базисы равны между собой, а опорные точки имеются только в начале маршрута. Так как координаты связующих точек соседних моделей содержат ошибки, то присоединение каждой последующей модели будет выполняться с погрешностями.

Пусть при построении первой модели в точке 2 (рис. 176) допущена ошибка ее абсциссы dX1. Эта ошибка вызовет в точке 2 следующей модели ошибку 2dX1 в точке 2 третьей модели —3dX1 и т.д. Ошибка точки 2 п-й .модели будет равна n dX1.

Рис. 176. Смежные стереопары маршрутной фототриангуляции со стандартно расположенными точками

Каждая одиночная модель имеет свои ошибки построения. Обозначим ошибку абсциссы точки 2 второй модели через dX2. ,третьей — dX3 и т. д., а ошибку n-й модели — dXn. Тогда ошибка п-й модели под влиянием ошибки dX2 будет равна (n—1) dX2 под влиянием ошибки dX3 — (n —2) dX3 и т.д. Таким образом, в конце маршрута суммарная ошибка абсцисс

Аналогично найдем ошибки ординат и аппликат точек последней модели в маршруте: (14.6) где

— суммарные ошибки координат точек п - й модели маршрута. Зависимости (14.6) характеризуют накопление ошибок в маршрутной фотограмметрической сети. Отметим, что закономерность накопления ошибок маршрутной фотограмметрической сети является общепринятой и используется многими авторами [9, 18, 25, 26] при исследовании точности фототриангуляции. В формулах (14.6) ошибки построения одиночных моделей содержат как систематическую, так и случайную их части. Поэтому они используются для исследования влияния систематических и случайных ошибок при построении маршрутной фотограмметрической сети. § 81. Влияние систематических ошибок на деформацию маршрутной фототриангуляции Допустим, что при построении маршрутной фотограмметрической сети оказывают влияние только систематические ошибки. При равенстве базисов обнаруживается обычно повторяемость ошибок одиночных моделей [26]. Поэтому будем иметь:

где Х — систематическая ошибка абсцисс точек одиночной модели. Суммарную ошибку абсцисс точек п - й модели получим на основании уравнений (14.6): или

(14.7)

Зависимость (14.7) характеризует накопление ошибок при построении фотограмметрической сети с опорными точками в начале маршрута. Если сеть ориентирована по опорным точкам, расположенным на концах маршрута, то максимальные ошибки будут в середине маршрута. Обозначим систематическую ошибку абсцисс точек модели с номером п/2 через XC.

Рис. 177. Деформация маршрутной фотограмметрической сети под влиянием систематических ошибок

Из рис. 177 видно, что или с учетом выражения (14.7)

Аналогично получим YC и ZC В результате будем иметь: (14.8) где X, CY, VZ — систематические ошибки координат одиночной модели; XC, YC,, ZC — систематические ошибки координат точек в середине маршрута. Из зависимостей (14.8) следует, что накопление систематических ошибок в фотограмметрической сети пропорционально квадрату числа стереопар (базисов) в маршруте. Подставляя в формулы (14.8) значения систематических ошибок координат точек одиночной модели (6.17), получим: (14.9) где Ai, Bi, Ci — коэффициенты, характеризующие деформацию модели маршрута; X, Y, Z — координаты точек модели маршрута. Отметим, что коэффициенты полиномов (14.9) в n2/8 раз больше соответствующих коэффициентов в зависимостях (6.17);. Однако характер деформации модели маршрута такой же, как к одиночной модели. Влияние первых трех членов полиномов (14.9) характеризует ошибки определения начала координат фотограмметрической системы, продольный и поперечный наклоны модели. Эти виды деформации устраняют в процессе внешнего ориентирования. Прогиб и кручение модели маршрута (второй и третий члены уравнений (14.9)) в результате совместного влияния приводят к деформации модели, которая характеризуется Поверхностью второго порядка и носит название гиперболического параболоида. В процессе внешнего ориентирования кручение и прогиб модели марш-рута не устраняются. В соответствии с зависимостями (14.9) для устранения деформации модели под влиянием систематических ошибок необходимо иметь пять опорных точек. Обычно данную задачу решают по методу наименьших квадратов. В таком случае должно быть минимум шесть опорных точек, которые располагают попарно тремя рядами — на концах и в середине маршрута (рис: 178, а). Так как систематические ошибки накапливаются пропорционально квадрату базисов между опорными точками, то: следует уменьшать расстояния между опорными точками. Однако это приведет к увеличению объема работ по определению точек полевой подготовки. Ослабить влияние систематических ошибок при построении фотограмметрических сетей можно, если использовать элементы внешнего ориентирования.

Рис. 178. Расположение опорных точек для устранения деформации маршрутной фотограмметрической сети (а) и для ее внешнего ориентирования (б)

Так, если в процессе построения сети фототриангуляции используют угловые элементы внешнего ориентирования фотоснимков, то уравнения деформации под влиянием систематических ошибок примут вид [16]: (14.10) При совместном использовании плановых координат точек фотографирования и угловых элементов внешнего ориентирования фотоснимков деформация модели выражается зависимостями:

(14.11) Таким образом, применение элементов внешнего ориентирования фотоснимков при построении фототриангуляции позволяет повысить точность определения координат и сократить количество необходимых опорных точек. § 82. Влияние случайных ошибок на точность построения фототриангуляции Влияние случайных ошибок принято оценивать средними квадратическими ошибками. Найдем средние квадратические ошибка координат точек маршрутной фототриангуляции. Для этого воспользуемся зависимостями (14.6). При этом будем считать, что ошибки координат точек фотограмметрической сети, характеризующиеся этими зависимостями, вызваны влиянием только случайных ошибок. Переходя к средним квадратическим ошибкам, примем, что все модели в маршруте построены равноточно, т. е.

где тX-—средняя квадратическая ошибка абсциссы точки 2 одиночной модели. В результате получим:

Но так как

,

то средние квадратические ошибки координат точек в конце маршрута из п стереопар (опорные точки имеются только в начале маршрута) определяются выражениями:

(14.12) При длине маршрута n  5 в выражениях в круглых скобках зависимостях (14.12) можно опустить. В результате получим:

. Поэтому

в

(14.13) Подставив в формулы (14.13) значения средних квадратических ошибок точки 2 из (6.23)—(6.28), будем иметь:

(14.14) Зависимости (14.14) характеризуют средние квадратические ошибки координат точек сети в конце маршрута. На практике для внешнего ориентирования используют опорные точки, расположенные на концах маршрута. Наибольшие ошибки в этом случае следует ожидать в середине сети. Их можно подсчитать по формулам (14.14), если вместо п подставить n/2 и полученный результат разделить на :

(14.15) Зависимости (14.15) используют для нахождения средних квадратических ошибок координат точек маршрутной фотограмметрической сети в наиболее слабом ее месте, т. е. посередине между опорными точками. Из этих зависимостей следует, что накопление случайных ошибок в маршрутной фототриангуляции пропорционально

. Кроме того, ошибки плановых координат и высот

возрастают пропорционально увеличению знаменателя масштаба фотоснимков, увеличению ошибок измерения координат и параллаксов точек фотоснимков, а также пропорционально увеличению соотношения f/b. Исследованию точности построения пространственных фотограмметрических сетей посвящены работы М.Д. Коншина, Г.В. Романовского, Р.П. Овсянникова, В.И. Павлова и др. В некоторых работах рассматриваются вопросы точности построения не только маршрутной, но и блочной фотограмметрической сети. Например, Ф.Ф. Лысенко предложил для подсчета точности ее построения формулы: (14.15) где 0,078 и 0,026 — коэффициенты, мм; т —знаменатель масштаба фотоснимков; п — количество фотоснимков в блоке; s — количество фотоснимков, на которых изобразилась каждая точка сети; z — количество опорных точек в блоке; т' — количество точек сети на каждом фотоснимке; Н — высота фотографирования; р — среднее значение продольного параллакса. Формулы получены для случая, когда средняя квадратическая ошибка измерений фотоснимков тх,y=0,035 мм, а тp,q=0,017 мм. Анализ формул (14.16) показывает, что с увеличением количества фотоснимков в блоке точность аналитической фототриангуляции снижается незначительно. Так, при увеличении количества фотоснимков от 10 до 100 точность снижается только на 6—7%. Точность построения сети с увеличением количества точек на фотоснимке с 5 до 12 повышается в полтора раза. Дальнейшее увеличение количества точек мало сказывается на повышении точности. Но повысить

точность можно путем увеличения количества изображений точки на фотоснимках. Поэтому для построения блочной фототриангуляции целесообразно выполнять фотографирование с 60%-м поперечным перекрытием. § 83. Требования к обеспечению фототриангуляции опорными точками Опорные точки при построении фотограмметрической сети необходимы для ее внешнего ориентирования и для устранения деформации. Внешнее ориентирование сети фототриангуляции выполняется в соответствии с уравнениями (5.4). В этих уравнениях семь неизвестных. Для маршрутной фотограмметрической сети — это геодезические координаты начала фотограмметрической системы координат, — угловые элементы внешнего ориентирования модели маршрута и t — знаменатель масштаба модели. Для определения указанных неизвестных необходимо иметь минимум три точки с известными геодезическими координатами. Для решения данной задачи с контролем используют не менее четырех опорных точек, которые располагают в начале и в конце маршрута (рис. 178, б). Для устранения деформации модели маршрута используют полиномы, например полиномы второй степени (14.9). Чтобы определить коэффициенты Аi, Вi и Сi(i=0, l, 2, 3, 4) этих полиномов, необходимо иметь минимум пять точек с известными плановыми координатами и высотами. Чтобы решить эту задачу с контролем, используют не менее шести опорных точек. Расположение таких опорных точек показано на рис. 178, а. Количество опорных точек должно быть достаточным для обеспечения требуемой точности построения фотограмметрической сети. Как следует из формул (14.15), точность определения координат точек сети зависит от расстояния между опорными точка-ми. Поэтому при значительной протяженности маршрута шести опорных точек может оказаться недостаточно для обеспечения требуемой точности построения фототриангуляции. Воспользуемся зависимостями (14.15) для определения допустимых расстояний между опорными точками. Ошибки планового положения точек сети тd можно подсчитать по формуле (14.17) где

тd

—

средняя квадратическая ошибка определения планового положения точки фототриангуляции; — средние квадратические ошибки абсцисс и ординат точки сети соответственно, характеризующиеся зависимостями (14.15). Обозначим допустимые расстояния между опорными точками: nd — допустимые расстояния между точками полевой плановой подготовки; nZ — допустимые расстояния между точками полевой высотной подготовки. Подставим значения и в формулу (14.17):

После преобразований имеем

откуда получим (14.18) где tK — знаменатель масштаба карты. Зависимость для определения допустимого расстояния nZ получим из выражения для определения средней квадратической ошибки высот точек фототриангуляции (14.15):

(14.19) где mz — допустимая средняя квадратическая ошибка определения высот точек фототриангуляции. Итак, допустимые расстояния между опорными точками можно подсчитать по формулам (14.18) и (14.19).

Рис. 179. Пример расположения опорных точек для внешнего ориентирования и устранения деформации, фотограмметрической сети

Определение необходимого количества точек рассмотрим на примере. Пусть маршрутная фотограмметрическая сеть строится для создания топографической карты масштаба 1 : 50 000 на холмистый район. Маршрут состоит из 24 фотоснимков масштаба 1 : 70000. Фотоснимки получены аэрофотоаппаратом с фокусным расстоянием камеры f = 70 мм, продольное перекрытие фотоснимков составляет 60%. Средние квадратические ошибки измерений; mq = 0,02 мм. Выполнив расчеты по формулам (14.18) и (14.19), получим: nd = 11,1, nz = 5,0. Таким образом, расстояния между точками полевой плановой подготовки не должны превышать 11 базисов, а между точками полевой высотной подготовки — 5 базисов. Если точки полевой плановой подготовки расположим только на концах маршрута и в его середине, то расстояние между ними будет 11,5 базиса, т. е. больше допустимого. Поэтому определим четыре ряда точек полевой плановой подготовки, равномерно расположенных на маршруте (рис. 179). Расстояния между ними составят 7,7 базиса. С этими же точками совместим и точки высотной подготовки. Однако этих точек будет недостаточно, так как расстояние между точками высотной подготовки больше допустимого (5 базисов). Поэтому между точками полевой планово-высотной подготовки расположим еще и по две точки полевой высотной подготовки. Расстояние между точками полевой высотной подготовки составит примерно 3,8 базиса. Таким образом, для построения сети потребуется восемь точек планово-высотной полевой подготовки и шесть точек с известной высотой.

РАЗДЕЛ IV

СОЗДАНИЕ И ОБНОВЛЕНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ Глава 15. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА СТЕРЕОТОПОГРАФИЧЕСКОГО МЕТОДА СОЗДАНИЯ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ § 84. Аэрофотосъемка

Технологическая схема стереотопографического метода создания топографических карт включает следующие основные этапы работ: аэрофотосъемку; полевые работы; камеральные работы. Аэрофотосъемочные работы для топографических целей выполняются по заявкам организаций (частей), в которых будут создавать топографические карты. В этих заявках указывают границы районов аэрофотосъемки и ее параметры: высоту фотографирования, масштаб съемки, фокусное расстояние камеры аэрофотоаппарата, продольное и поперечное перекрытия фотоснимков. Данные параметры аэрофотосъемки выбирают в зависимости от масштаба создаваемой карты, физикогеографических условий картографируемого района и имеющихся технических средств. Эти параметры должны обеспечить создание подробной и точной карты с наименьшим объемом полевых и камеральных работ. При выборе высоты фотографирования учитывают ее влияние на точность определения высот точек местности по фотоснимкам. Чем больше высота фотографирования, тем грубее определяются высоты точек местности. Сначала рассчитывают максимальное значение высоты фотографирования, при которой еще возможно получить высоты точек местности с заданной точностью, по формуле H = mzp/(1,25mp), где mz — средняя квадратическая ошибка определения высот точек местности по построенной модели. Например, при создании карты на универсальном приборе I класса точности по фотоснимкам формата 18X18 см и при mр = 0,015 мм, получим Hmax  3720mz. В то же время при наблюдении стереопары фотоснимков, полученных с малой высоты фотографирования на горную местность, может разрушиться стереоэффект, так как оператор воспринимает стереоскопическую модель при разности продольных параллаксов не более 15—20 мм. Поэтому минимальную высоту фотографирования определяют по формуле Hmin = hp/(p), где h — максимальное превышение между точками в пределах стереопары фотоснимков. Пусть h = 400 м, р = 70 мм, p = 15 мм, тогда Hmin = 1900 м. Окончательное значение высоты фотографирования следует выбирать предвычисленными максимальным и минимальным ее значениями.

Рис. 180. Влияние фокусного расстояния камеры АФА на величины «мертвых зон»

между

Из анализа формул (6.29) — (6.31) следует, что при создании топографических карт стереотопографическим методом необходимо аэрофотосъемку выполнять короткофокусными аэрофотоаппаратами, так как точность определения координат точек местности по фотоснимкам зависит от фокусного расстояния съемочной камеры — чем меньше фокусное расстояние, тем точнее определяются координаты точек местности. Однако в горных районах при фотографировании короткофокусными аэрофотоаппаратами нa фотоснимках могут образовываться «мертвые» зоны. Из рис. 180 следует, что

tga=f/r, где r — расстояние от центра фотоснимка до выбранной точки;  — угол наклона местности. Следовательно, значение фокусного расстояния, при котором не будет «мертвых» зон, должно удовлетворять условию

f  tgr При выборе масштаба фотоснимков учитывают, что объем камеральных фотограмметрических работ зависит от количества обрабатываемых фотоснимков. Чем мельче масштаб фотоснимков тем меньше их количество на заданный район картографирования, и, следовательно, потребуется меньше затрат на их обработку. Для развития фотограмметрических сетей и съемки контуров рекомендуется использовать фотоснимки в два — четыре раза мельче масштаба создаваемой карты. В этом случае при использовании современных фотограмметрических приборов будет обеспечиваться заданная точность определения планового положения точек фототриангуляции, съемки контуров и рельефа. Но полнота и достоверность дешифрирования фотоснимков зависит как от их фотографического качества, так и от масштаба. Для расчета оптимального масштаба фотоснимков, при котором опознаются объекты, можно использовать формулу, предложенную А.Н. Живи чиным:

где D — линейные размеры объектов местности, которые наносятся на карту, м; R —разрешающая способность фотоснимков, лин./мм; D— тоновой контраст изображения (разность оптических плотностей объекта и фона); р — вероятность опознавания по фотоснимкам объектов местности (р изменяется от 0 до 1); В— коэффициент опознавания формы объекта (для малоразмерных объектов, подлежащих отображению на карте, 5 = 24-3). При этом вероятность опознавания объектов местности принимают 0,75. Приняв B = 2, D = 5 м (нежилые постройки, расположенные вне населенного пункта, — сараи, навесы и др.), D = 0,3, R = 20л/мм, получим 1/т = 1/30 000. Следовательно, для надежного камерального дешифрирования данных объектов масштаб фотоснимков должен быть не мельче 1 : 30 000. Выбирая окончательные значения высоты фотографирования, масштаба фотоснимков, фокусного расстояния, необходимо учитывать, что эти параметры связаны между собой соотношением l/m = f/H. В зависимости от конкретных условий, наличия аэрофотосъемочного оборудования и т. д. параметры аэрофотосъемки могут изменяться в больших пределах. Для воздушного фотографирования в топографических целях используют топографические аэрофотоаппараты с размером кадра 180x180 мм и фокусными расстояниями 55, 70, 75, 100, 200 мм. Для получения дешифровочных фотоснимков могут использоваться разведывательные аэрофотоаппараты с размером кадра 300X300 или 300x500 мм и фокусными расстояниями 200 мм и

более, которые обеспечивают получение фотоснимков лучшего фотографического качества и более крупного (по сравнению с топографическими фотоснимками) масштаба. Материалы аэрофотосъемки принимаются представителями организаций, по заявкам которых выполнены аэрофотосъемочные работы. Приемке подлежат следующие материалы аэрофотосъемки: аэронегативы, полученные топографическим, и разведывательным аэрофотоаппаратами; контактные отпечатки; негативы и отпечатки репродукций накидного монтажа; паспорт аэрофотосъемки. Кроме того, принимают фильмы фоторегистраторов с показаниями счетчиков вспомогательных приборов (статоскопа, радиовысотомера, радиодальномерной станции), если они использовались. Качество фотоснимков оценивают по изобразительным и измерительным свойствам. К изобразительным свойствам относятся: фотографическое качество аэронегативов, резкость изображения, наличие изображения облаков, повреждений эмульсии и т. п. К числу основных измерительных свойств относят соответствие продельного и поперечного перекрытий фотоснимков техническим требованиям, прямолинейность маршрутов, точность поворота аэрофотоаппарата на угол сноса, углы наклона фотоснимков, качество выравнивания аэрофотопленки. Для оценки фотографического качества аэронегативов измеряют фотографические плотности на самых светлых и самых темных участках и плотность вуали. Интервал фотографической плотности должен находиться в пределах 0,5—1,3, а максимальная плотность — 1,0—1,8. Вуаль не должна превышать 0,3. Аэронегативы пригодны для создания топографических карт, если разрешающая способность на краю фотоснимков составляет не менее 10 лин./мм. Разрешающая способность фотоснимков, предназначенных для дешифрирования объектов и местных предметов, должна быть не менее 25 лин./мм. Фотоснимки, имеющие продольное перекрытие менее 53% или поперечное менее 15%, бракуются. Длина стрелки прогиба не должна превышать 3% длины маршрута. Угол сноса не должен быть более 6°. Углы наклона фотоснимков не должны превышать 4°. Суммарные искажения фотоснимков, обусловленные дисторсией объектива, невыравниванием аэрофотопленки в плоскость и неравномерной деформацией, не должны превышать 0,02 мм.

85. Полевые работы При создании карт стереотопографическим методом полевые работы включают: определение точек полевой подготовки фотоснимков; дешифрирование фотоснимков; сбор сведений о местности; измерение склонения магнитной стрелки. Точками полевой подготовки фотоснимков называют контурные точки, которые опознаны на фотоснимках и координаты которых определены на местности геодезическими методами. Точки полевой подготовки фотоснимков предназначены для внешнего ориентирования и учета деформации фотограмметрических сетей. Их также используют для контроля и оценки качества построения сетей. Ошибки определения точек полевой подготовки в плане и по высоте не должны оказывать влияния на точность определения точек фототриангуляции. Потребуем, чтобы влияние ошибок точек полевой подготовки на точность получения точек фототриангуляции не превышало 5%. Тогда mzГо 

;

mdГо 

,

где mzго —средняя квадратическая ошибка определения точек полевой подготовки по высоте; mzc — средняя квадратическая ошибка определения высот точек местности, полученных из фототриангуляции; mdГо —средняя квадратическая ошибка определения точек полевой подготовки в плане;

md— средняя квадратическая ошибка определения планового положения точек местности, полученных из фототриангуляции. Следовательно, чтобы ошибки определения точек полевой подготовки не влияли на точность получения точек фототриангуляции, их значения не должны превышать одной трети ошибки определения точек фототриангуляции в плане и по высоте. Эти требования к точности получения точек полевой подготовки приняты в действующих руководствах. Точки полевой подготовки определяют в плане относительно ближайших пунктов государственной геодезической сети со средней ошибкой, не превышающей 0,1 мм в масштабе карты. Средние ошибки определения высот точек полевой подготовки относительно ближайших пунктов государственной геодезической сети или пунктов государственной нивелирной сети зависят от масштаба создаваемой карты и характера рельефа. Полевая подготовка фотоснимков включает следующие процессы: подготовительные работы; рекогносцировку участка съемки и обследование пунктов государственной геодезической сети и знаков нивелирной сети; опознавание точек полевой подготовки фотоснимков; полевые измерения и вычисление плановых координат и высот выбранных точек. Во время подготовительных работ поверяют приборы и изготовляют фотоабрисы, если имеются только топографические фотоснимки, масштаб которых мельче масштаба создаваемой карты. Фотоабрисы — это увеличенные части фотоснимков, на которых будут опознаваться точки полевой подготовки. Если в качестве точек полевой подготовки выбирают характерные точки рельефа, то для их опознавания изготовляют стереофотоабрисы. Во время рекогносцировки изучают местность, на которой будут выполняться работы, и уточняют проект определения точек полевой подготовки (проект определения точек полевой подготовки фотоснимков разрабатывают во время технического проектирования), при этом обращают внимание на то, чтобы точки полевой подготовки располагались на возвышенных местах с хорошим обзором, чем обеспечивается наиболее простое определение их координат и высот при минимальном объеме полевых работ. Одновременно обследуют пункты государственной геодезической сети и знаки государственной нивелирной сети, а также опознают точки полевой подготовки. В ходе рекогносцировки проверяют наличие видимости по запланированным направлениям. В случае необходимости восстанавливают или ремонтируют верхние центры исходных геодезических пунктов и геодезические знаки на них. При обнаружении на местности новых пунктов геодезической сети запрашивают их координаты. Если количество сохранившихся геодезических пунктов недостаточно для определения точек полевой подготовки фотоснимков с необходимой точностью, то принимают меры к дополнительному их определению путем сгущения геодезических сетей. На выбранных точках полевой подготовки фотоснимков, там, где это необходимо для выполнения полевых работ, устанавливают вехи, кроме того, точки полевой подготовки в соответствии с проектом закрепляют на местности центрами. В результате рекогносцировки в рабочий проект вносят необходимые изменения, дополнения и уточнения. Уточняют также организацию и планирование работ в соответствии с выявленными особенностями местности. После утверждения уточненного проекта приступают к определению точек полевой подготовки фотоснимков. Контурные точки, выбранные в качестве точек полевой подготовки, должны четко изображаться на всех перекрывающихся фотоснимках и уверенно опознаваться на местности. Их выбирают вблизи от средней линии поперечного перекрытия и по возможности в зоне тройного продольного перекрытия фотоснимков на четких, хорошо различимых на фотоснимках контурах местности (линейные контуры, перекрывающиеся между собой под углами, близкими к 90°, резко выраженные изгибы контуров и др.)- Запрещается выбирать точки полевой подготовки на овальных контурах или пересекающихся под острыми углами, а также в затененных местах. При создании карт на малоконтуристые районы заблаговременно до воздушного фотографирования производят маркировку точек полевой подготовки фотоснимков, т. е. создают искусственные контурные точки. Форма, размеры и цвет маркировочного знака должны быть такими, чтобы его можно было уверенно опознавать на фотоснимке данного масштаба. Маркировочные знаки должны иметь форму

правильных геометрических фигур (рис. 181), а стороны знаков в масштабе фотоснимков должны быть не менее 0,2 мм.

Рис. 181. Формы маркирующих знаков

Для маркировочных знаков изготовляют деревянные рамы, которые обтягивают белой тканью или белой полиэтиленовой пленкой. На задернованных почвах маркировку делают вспашкой (снятием дерна). На пашне маркировочные пункты заливают известью и засыпают песком. В лесу для маркировки точек расчищают площадку квадратной формы на старых вырубках или лесных полянах. Маркируют также все геодезические пункты, которые невозможно опознать на фотоснимках. Точки полевой подготовки опознают на местности, находясь на опознаваемых точках, и накалывают на одном из перекрывающихся фотоснимков (фотоабрисе или вспомогательном фотоснимке). Диаметр накола должен быть не более 0,2 мм, для чего при накалывании точек под фотоснимок прокладывают целлулоидную или алюминиевую пластинку. Средняя ошибка в опознавании точек полевой подготовки на фотоснимке не должна превышать 0,1 мм. На оборотной стороне фотоснимка (рис. 182) накол обводят кружком диаметром 3 мм, около которого подписывают номер или название опознанной точки и зарисовывают абрис. Зарисовка абриса выполняется в более крупном в (два-три раза) масштабе, чем масштаб фотоснимка. Местность на абрисе изображают растушевкой в тех же тонах, какие получились на фотоснимке. Контуры, не изобразившиеся на фотоснимке, на абрисе не показывают. Опознанная точка сопровождается краткой записью, например: «Угол пашни», «Развилка дорог», и обозначается на абрисе точкой красного цвета. Если точка полевой подготовки определяется только по высоте, то на оборотной стороне фотоснимка рисуется профиль рельефа местности. Рядом с профилем дается краткое описание местоположения точки, например: «Вершина холма». На оборотной стороне фотоснимка выписывают также номенклатуру трапеции и дату опознавания, а исполнитель ставит свою подпись. Все зарисовки и подписи на оборотной стороне фотоснимка выполняют простым карандашом.

Рис. 182. Оформление точки полевой подготовки на лицевой (а) и оборотной (б) сторонах фотоснимка

На лицевой стороне фотоснимка точки плановой подготовки обозначаются кружками диаметром 10 мм красной тушью, опознанные геодезические пункты — треугольниками того же цвета со сторонами 10 мм, точки высотной полевой подготовки—кружками зеленого цвета диаметром 5 мм, а точки планово-высотной подготовки — двумя концентрическими кружками (внешний — красного цвета диаметром 10 мм, внутренний — зеленого цвета диаметром 5 мм). Возле

точек в числителе черной тушью подписывают их номера или названия, а в знаменателе — красной тушью абсолютные высоты. Если выполняют контрольное опознавание точек полевой подготовки фотоснимков, то на фотоснимках с точками контрольного опознавания ставится подпись: «Контрольный». Точки полевой подготовки в плане определяют следующими способами: методом триангуляции; методом полигонометрии; методом трилатерации; засечками (угловыми, линейными и азимутальными). Используется также комбинированный способ с измерением расстояний светодальномером или радиодальномером и определением астрономических (гироскопических) азимутов. Одновременно с определением планового положения точек полевой подготовки фотоснимков определяют и их высоты. Высоты определяют тригонометрическим или барометрическим нивелированием. Тригонометрическое нивелирование является основным способом определения высот точек полевой подготовки фотоснимков. При тригонометрическом нивелировании высоты точек полевой подготовки определяют: построением высотных ходов (полигонов); прямым или обратным визированием с исходных пунктов и определяемых точек. Высоты геометрическим нивелированием определяют при съемке в масштабе 1 : 25 000 на плоскоравнинные районы и в тех случаях, когда заданная точность не может быть обеспечена тригонометрическим нивелированием. Барометрическим нивелированием высоты точек полевой подготовки фотоснимков могут определяться только при съемке масштаба 1:100 000 труднодоступных районов (горных, высокогорных и пустынь). Одновременно с полевой подготовкой фотоснимков выполняют их полевое дешифрирование. Под дешифрированием фотоснимков понимают процесс опознавания изображенных на них объектов с определением их качественных и количественных характеристик. Результаты дешифрирования ежедневно на фотоснимках вычерчиваются тушью. При съемке обжитых районов выполняется, как правило, сплошное полевое дешифрирование фотоснимков, а на малообжитую местность в поле дешифрируют лишь фотоснимки (или отдельные маршруты) обжитых участков местности. Перед началом дешифрирования на фотоснимки наносят границы рабочих площадей (через фотоснимок) и намечают маршруты движения. Маршруты прокладывают через населенные пункты, вдоль основных дорог, просек, линий электропередачи и связи, крупных рек и каналов, вдоль свободных сторон рамок трапеций и другим направлениям, необходимым для дешифрирования растительного покрова и грунтов. Полевое дешифрирование начинают с тех объектов, которые легко и надежно опознаются на фотоснимках (развилки или перекрестки дорог, угол квартала населенного пункта и т. п.). Выполнив ориентирование фотоснимка по направлениям на окружающие предметы, следуют по намеченному маршруту и наносят на фотоснимок дешифрируемые объекты. Ширина полосы дешифрирования должна обеспечивать визуальное сопоставление местности с ее фотографическим изображением и выявление объектов и контуров, которые должны быть изображены на создаваемой карте, а также определение качественных и количественных характеристик объектов местности, сбор собственных названий и нанесение объектов, не изобразившихся на фотоснимках или появившихся на местности после аэрофотосъемки. К качественным и количественным характеристикам объектов относятся: материал покрытия дорог, ширина рек, каналов, просек, дорог, высота деревьев, среднее расстояние между деревьями и т. п. При дешифрировании фотоснимков на малообжитую местность количество маршрутов полевого дешифрирования должно быть таким, чтобы камеральное дешифрирование фотоснимков местности в промежутках между этими маршрутами было полным и надежным. На труднодоступную необжитую территорию создают эталоны дешифрирования. Эталон дешифрирования — дешифрированный в поле фотоснимок (или часть его), на котором указаны типичные для данного района объекты, трудно опознаваемые в камеральных условиях. Он служит пособием при камеральном дешифрировании: сличая с ним фотоснимки, опознают по сходственным признакам одноименные объекты, растительный покров и т. п. Создание эталонов дешифрирования включает следующие процессы: выбор участков; полевое дешифрирование объектов (контуров) на данном участке;

составление описания к эталону дешифрирования. Количество, местоположение и размеры участков, на которые создают эталоны дешифрирования, устанавливают путем изучения местности по фотоснимкам и вспомогательным картографическим и литературно-справочным материалам. На выбор участков влияют также физикогеографические особенности района, масштаб фотоснимков, квалификация исполнителей, которые будут выполнять камеральное дешифрирование фотоснимков, доступность территории. На выбранных участках выполняют полное полевое дешифрирование фотоснимков, при этом выделяют участки типовых видов растительности, участки с несколькими видами растительности, а также участки постепенного перехода от одного вида растительности к другому. К эталону дешифрирования составляют подробное описание всех дешифровочных признаков каждого объекта. Во время полевых работ по специальной программе собирают сведения о местности, которые используют при составлении военно-топографического описания. Эти сведения могут быть использованы при создании карт стереотопографическим методом. При сборе сведений в первую очередь обращают внимание на те данные о местности, которые необходимы войскам, но не могут быть получены по карте. Например, по топографической карте нельзя получить сведения о режиме рек и озер в различное время года, о санитарном состоянии и условиях водоснабжения в районе боевых действий, о сезонных изменениях проходимости, почвах, грунтах и т. д. Собираемые сведения о местности систематизируются по трапециям масштаба 1 : 100 000 или 1 : 200 000, корректируются и размножаются в двух экземплярах. Один экземпляр высылается в редакционно-издательский отдел Топографической службы Вооруженных Сил СССР, другой — в топографический отдел штаба военного округа. В процессе геодезических измерений при определении точек полевой подготовки определяют магнитные азимуты с помощью буссоли теодолита, которые используют для определения склонения магнитной стрелки. Измерения выполняют не менее чем на 16—20 точках, равномерно расположенных на площади съемочной трапеции. § 86. Камеральные работы Целью камеральных работ является создание составительского оригинала карты. Камеральные работы могут выполняться по различным технологическим схемам. Конкретные рекомендации по выбору технологических схем камеральных работ даются в руководствах по фототопографическим работам [21]. Различие технологических схем камеральных работ заключается в способе создания составительских оригиналов. Поэтому во всех технологиях можно выделить следующие процессы: подготовительные работы; фотограмметрическое сгущение сети опорных точек; дешифрирование фотоснимков; создание составительского оригинала карты; отработка составительского оригинала карты и оформление документации к нему. Во время выполнения подготовительных работ изучают и оценивают исходный материал и разрабатывают технические указания по созданию оригиналов топографических карт. В качестве исходного материала для выполнения камеральных работ используют материалы аэрофотосъемки, материалы полевой подготовки фотоснимков, фотоснимки (фотосхемы) с результатами их полевого дешифрирования или эталоны дешифрирования, тиражные оттиски ранее созданных топографических карт, специальные карты и планы, справочные и другие ведомственные материалы, а также сведения о местности, собранные при выполнении полевых работ. При изучении исходного материала проверяют качество материалов аэрофотосъемки и выборочно проверяют качество полевого дешифрирования. Собранные аэрофотосъемочные и картографические материалы систематизируются по листам создаваемой карты, а геодезические и справочные — по районам работ. На основании изучения исходных материалов разрабатывают технические указания по созданию оригиналов карт. Технические указания являются текстовой частью технического проекта выполнения работ. Геодезической основой топографических карт служат пункты государственной геодезической сети, геодезических сетей сгущения, пункты нивелирной сети и точки полевой подготовки фотоснимков. Но этих опорных точек недостаточно для создания карты стереотопографическим методом. Необходимо сгустить сеть опорных точек. Сгущение сети опорных точек выполняют путем построения фотограмметрических сетей. В результате построения сети фототриангуляции

получают геодезические координаты и высоты точек, которые в дальнейшем используют для создания составительского оригинала карты. Средние ошибки определения планового положения точек фотограмметрической сети относительно ближайших геодезических пунктов и точек полевой подготовки фотоснимков не должны превышать: для плоскоравнинных, равнинных, пересеченных и холмистых районов с преобладающими уклонами до 6°, а также для районов песчаных пустынь — 0,35 мм; для низкогорных, среднегорных и высокогорных районов — 0,5 мм. Средние ошибки определения высот точек пространственной фотограмметрической сети относительно ближайших геодезических пунктов, точек высотной съемочной сети или точек полевой подготовки фотоснимков зависят от характера рельефа, масштаба съемки. Ошибки, равные удвоенным указанных выше значений, должны рассматриваться как предельные, и их количество не должно превышать 10% общего количества ошибок. Для построения фотограмметрических сетей используют, как правило, аналитические способы. Технологическая схема аналитической фототриангуляции включает: подготовительные работы; измерение фотоснимков на стереокомпараторах; подготовку исходной информации для ввода в ЭВМ; счет на ЭВМ; анализ и оформление результатов счета. В процессе выполнения подготовительных работ изучают исходные материалы, составляют проект построения сети фототриангуляции, подготавливают приборы к работе, а материалы — к обработке. Исходными материалами для построения пространственной фототриангуляции являются аэрофотосъемочные материалы (аэронегативы, контактные отпечатки, репродукции накидного монтажа, фильмы показаний статоскопа, высотомера, результаты обработки данных радиодальномерной системы), паспорт аэрофотосъемки, материалы полевой подготовки фотоснимков, тиражные оттиски имеющихся топографических карт, формуляры трапеций. Изучение исходных материалов выполняют с целью установления их наличия, определения соответствия качества исходных материалов предъявленным требованиям и степени их использования. Анализируя материалы полевой подготовки фотоснимков, в первую очередь определяют, достаточно ли точек полевой подготовки фотоснимков для внешнего ориентирования сети и могут ли они обеспечить требуемую точность ее построения. Изучив исходные материалы, приступают к составлению проекта построения сети. Составление проекта построения сети включает: отбор фотоснимков, по которым будет строиться сеть; выбор способа построения сети фототриангуляции; выбор и наколку на контактных отпечатках (фотоабрисах) точек сети фототриангуляции; установление надежной связи сети с сетями соседних участков; определение очередности выполнения работ по построению сети; оформление проекта сети. В проект сети включают лишь те маршруты аэрофотосъемки, которые необходимы для построения фототриангуляции на данный район работ. В пределах каждой стереопары выбирают не менее шести определяемых точек, необходимых для построения модели местности. Они должны размещаться в зонах стандартного расположения. Одновременно эти точки служат связующими для смежных стереопар, некоторые из них могут использоваться в качестве общих между соседними маршрутами. Точки, расположенные в стандартных зонах 3—6 (рис. 27), в последующем будут использоваться для внешнего ориентирования модели при составлении оригинала карты на универсальном приборе. Кроме того, в сеть включают и другие определяемые точки, например трансформационные, точки, высоты которых должны быть подписаны на карте, и др. Выбор и наколку точек производят обязательно при стереоскопическом рассматривании фотоснимков. Точки накалывают только на четных или нечетных фотоснимках каждого маршрута. Проект построения сети оформляют на тиражном оттиске карты или в виде схемы. На карту (схему) наносят рамки съемочных трапеций, маршруты аэрофотосъемки, выбранные для построения

сети, участки абсолютных и фотограмметрических разрывов, геодезические пункты, точки полевой подготовки и все определяемые точки. Подготовка приборов к работе состоит в выполнении их поверок. Чтобы подготовить материалы к обработке, необходимо изготовить диапозитивы, фотоабрисы (при необходимости, когда отсутствуют дешифровочные фотоснимки), выполнить обработку показаний статоскопа, радиовысотомера и радиодальномерной станции. Для измерения фотоснимков используют стереокомпараторы или монокомпараторы. В нашей стране для этой цели применяют, как правило, стереокомпараторы СК-1818, автоматизированные стереокомпараторы СКА-18, СКА-30 и др. Измерение фотоснимков на стереокомпараторе включает: установку и ориентирование фотоснимков; определение начальных отсчетов шкал; стереоскопическое наведение марки на точки фотоснимков и снятие отсчетов по шкалам прибора; вычисление координат и параллаксов точек. Левый фотоснимок устанавливают в левый, а правый — в правый снимкодержатель. На стереокомпараторе СК-1818 фотоснимки устанавливают эмульсией вверх, а на СКА-30 (СКА-18) — эмульсией вниз и верхним краем (на котором нанесен номер) к оператору. Непосредственно перед измерением фотоснимков выполняют юстировку наблюдательной системы стереокомпаратора: устанавливают расстояние между окулярами в соответствии с глазным базисом оператора, устраняют видимый параллакс измерительных марок, добиваются резкого изображения марок и фотоснимков. Сначала рассмотрим порядок измерения фотоснимков на стереокомпараторе СК-1818. Ориентирование фотоснимков выполняют по координатным меткам. Ориентируют фотоснимки в приборе так, чтобы координатные оси x1 и х2 (у1 и у2) были параллельны координатной оси X (или У) прибора. Порядок ориентирования фотоснимков по координатным меткам 3, 4 (3', 4') следующий. Действуя штурвалами Мх, Му, наводят левую марку на координатную метку 3 левого фотоснимка (рис. 183), а штурвалами Мр и Mq правую марку — на соответствующую метку 3 / правого фотоснимка. Штурвалом Му подводят левую марку к координатной метке 4. Половину несовмещения марки и метки устраняют штурвалом Мх, а оставшиеся несовмещения — поворотом левого снимкодержателя М. Затем наблюдают в правый окуляр и совмещают правую марку с меткой 4'. Половину несовмещения устраняют штурвалом Мр, а другую половину — микрометренным винтом М правого снимкодержателя. Указанные действия повторяют несколько раз. Ориентирование считается законченным, если координатные оси у1 и у2 фотоснимков будут параллельны оси Y прибора. Начальными отсчетами шкал стереокомпаратора называют такие отсчеты, при которых левая марка наведена на начало координат O1 левого фотоснимка, а правая — на начало координат O2 на правом фотоснимке.

Рис. 183. Порядок ориентирования фотоснимков на стереокомпараторе по координатным меткам

Начальные отсчеты определяют по результатам визирования на координатные метки по формулам:

(15.1) где

— отсчеты по шкалам стереокомпаратора при наведении измерительной марки на соответствующие координатные метки; xо, yо — координаты главной точки фотоснимка. Определив начальные отсчеты шкал прибора, последовательно стереоскопически наводят марки на соответствующие точки стереопары фотоснимков, выбранные для построения сети. После каждого наведения марки снимают отсчеты по шкалам прибора , и записывают их в журнал. Визирование на каждую точку и снятие отсчетов выполняют дважды. Из двух отсчетов по каждой шкале берут средний. Значения координат и параллаксов точек, полученных из двух наблюдений, не должны отличаться более чем на заданную величину, которая устанавливается в зависимости от качества фотоснимков, характера местности, изобразившейся на фотоснимке, инструментальной точности стереокомпаратора и т. п. В журнале измерений фотоснимков вычисляют координаты и параллаксы точек по формулам: (15.2)

Кроме того, вычисляют координаты точек на правом фотоснимке стереопары

(15.3) Чтобы ускорить процесс измерения и освободить наблюдателя от вычислений, используют следующую технологическую схему измерения фотоснимков на стереокомпараторе.

Рис. 184. Положение фотоснимков в стереокомпараторе после приближенного ориентирования их

Фотоснимки в приборе ориентируют приближенно, устанавливая их так, чтобы хорошо просматривался стереоэффект. Наводят марку последовательно на координатные метки и выбранные точки и фиксируют отсчеты по шкалам прибора. Отсчеты вводят в ЭВМ. По этим отсчетам вычисляют места нулей шкал прибора, координаты точек стереопары и вводят поправки в координаты за неточное ориентирование фотоснимков в стереокомпараторе. Итак, фотоснимки ориентированы в приборе приближенно. На рис. 184 X, Y — координатные оси прибора, х1, у1, x2, y2 — координатные оси соответственно левого и правого фотоснимков. Пусть — отсчеты на координатные метки (i = 1, 2, 3, 4) и — отсчеты на точки сети. Сначала определяют начальные отсчеты шкал прибора по формулам:

(15.4)

Вычисляют в координатной системе прибора координаты координатных меток, координаты точек на левом фотоснимке и параллаксы: (15.5) а также координаты координатных меток и точек на правом фотоснимке: (15.6) Затем вычисляют расстояние между первой и второй координатными метками на левом фотоснимке (15.7) и на правом фотоснимке (15.8) Определяют углы поворота координатных систем фотоснимков относительно системы координат прибора:

(15.9)

Исправленные координаты точек стереопары за поворот координатных систем фотоснимков вычисляют по формулам: (15.10) Если на фотоснимках имеется впечатанная сетка крестов, то измерение координат выполняют от ближайших крестов этой сетки (рис. 185).

Рис. 185. Фотоснимок с впечатанной сеткой, приближенно ориентированный в стереокомпараторе

Окончательные значения координат точек фотоснимков получают суммированием координат ближайшего к точке креста с вычисленными приращениями и координат главной точки:

(15.11) При измерении фотоснимков на автоматизированных стереокомпараторах имеются особенности. Фотоснимки в приборе ориентируются приближенно. После визирования на координатные метки и точки отсчеты (по команде исполнителя) автоматически фиксируются на перфоленте, которая используется для непосредственного ввода в ЭВМ. Подготовку исходной информации и счет на ЭВМ выполняют в соответствии с указаниями, изложенными в инструкции, прилагаемой к программе. Исходная информация, необходимая для вычисления фототриангуляции, включает данные, общие для всего маршрута (блока): данные паспорта залета и калибровки фотоснимков (элементы внутреннего ориентирования, координаты крестов и т. п.), константы, допуски для окончания вычислений; результаты измерений фотоснимков на стереокомпараторе; координаты опорных точек местности, элементы внешнего ориентирования фотоснимков. Обработку результатов счета производят в той последовательности, в которой выполнялись вычисления на ЭВМ. Если после анализа результатов счета установлено, что сеть удовлетворяет установленным требованиям, то составляют список координат точек фототриангуляции. Имеющиеся геодезические пункты, точки полевой подготовки фотоснимков, точки фототриангуляции наносят на планшет. Дешифрирование фотоснимков. Если не выполнено полное полевое дешифрирование фотоснимков, то их дешифрирование производят камерально. При камеральном дешифрировании фотоснимков используют эталоны дешифрирования, описания к ним, а также другие исходные материалы (имеющиеся топографические карты, ведомственные картографические и справочные материалы). Для камерального дешифрирования используют лупы, микроскопы, стереоскопы, интерпретоскопы, приборы для камерального дешифрирования фотоснимков (ПКДФ) и другие приборы. Камеральное дешифрирование фотоснимков включает следующие процессы: подготовительные работы; дешифрирование фотоснимков; сводки и корректуру дешифрированных фотоснимков. Во время подготовительных работ изучают технические указания, исходные материалы, наносят на фотоснимки границы рабочих площадей и выполняют пробное дешифрирование фотоснимков. Изучив технические указания, каждый исполнитель должен уяснить задачу и требования к камеральному дешифрированию фотоснимков, методику дешифрирования и степень использования исходных материалов. При анализе исходных материалов в первую очередь изучают топографические карты, ведомственные картографические и справочные материалы и выясняют, в какой степени эти материалы могут облегчить дешифрирование. Изучая эталоны дешифрирования и описания к ним, устанавливают места расположения их на трапеции, элементы местности, дешифрированные в поле полностью, частично или совершенно не дешифрированные. В последнюю очередь просматривают фотоснимки, подлежащие дешифрированию. Рабочие площади на фотоснимках наносят в маршруте через фотоснимок (только на фотоснимках, имеющих четные или нечетные номера). Вершины углов рабочих площадей выбирают на четких контурах вблизи середины продольного и поперечного перекрытий, но не ближе 1 см от краев фотоснимков. На смежные фотоснимки границы рабочих площадей переносят с использованием стереоскопа или по контурам с учетом смещения точек за рельеф. В конце подготовительных работ каждый исполнитель выполняет пробное дешифрирование двух-трех фотоснимков на наиболее характерные участки создаваемого оригинала карты. При камеральном дешифрировании фотоснимков используют прямые и косвенные дешифровочные признаки (форма, размеры, тон изображения и тень объектов — прямые дешифровочные признаки, косвенные — заранее выявленные закономерности расположения и взаимной связи объектов). Прямые и косвенные дешифровочные признаки объектов выявляют при тщательном изучении эталонов дешифрирования и описаний к ним, а также путем сопоставления фотоснимков с

имеющимися топографическими картами. Необходимо учитывать, что дешифровочные признаки изменяются в зависимости от времени и условий аэрофотосъемки и географических особенностей района. Камеральное дешифрирование фотоснимков выполняют в следующем порядке: гидрография и гидротехнические сооружения; элементы рельефа, не выражающиеся горизонталями; населенные пункты, промышленные, сельскохозяйственные и объекты социально-культурного назначения; ориентиры и отдельные постройки вне населенных пунктов; дорожная сеть и дорожные сооружения; линии электропередачи и связи; растительный покров и грунты. При такой последовательности дешифрирования возможно наиболее полно использовать взаимосвязи между объектами местности, правильно выполнить генерализацию элементов содержания и их последовательное вычерчивание. Кроме того, рекомендуется начинать дешифрирование с участков местности, непосредственно примыкающих к участкам, дешифрированным в поле или на которые созданы эталоны дешифрирования. Результаты дешифрирования вычерчивают на фотоснимках упрощенными условными знаками. Количественные характеристики объектов местности определяют непосредственно на универсальном фотограмметрическом приборе, путем соответствующих измерений по фотоснимкам и вычислений, а также по картографическим и справочным материалам и из сведений о местности, собранных при выполнении полевых работ. После вычерчивания дешифрированных фотоснимков выполняют их сводки со смежными фотоснимками, в том числе с фотоснимками, дешифрированными в поле. Сводку производят при стереоскопическом рассматривании фотоснимков. По окончании дешифрирования и выполнения сводок производят корректуру каждого фотоснимка. Перед представлением дешифрированных фотоснимков на корректуру исполнитель должен выполнить самокорректуру. При корректуре (самокорректуре) дешифрированных фото-снимков проверяют соответствие результатов камерального дешифрирования эталонам дешифрирования, полноту дешифрирования, правильность опознавания объектов местности и применения условных знаков, их сочетаний, точность и полноту определения количественных характеристик объектов, правильность генерализации элементов содержания применительно к масштабу создаваемой карты, полноту и правильность использования исходных материалов, правильность подписей названий, качество сводок и оформления фотоснимков. Технология создания составительского оригинала карты зависит от применяемой основы. Для создания оригинала карты в стереотопографическом методе применяют два вида основ: фотопланы (ортофотопланы); планшеты на прозрачном пластике или на жесткой непрозрачной основе. Использование той или иной основы сказывается на технологии камеральных работ по созданию составительского оригинала. Независимо от технологии выполнения работ по созданию составительских оригиналов они должны по точности удовлетворять следующим требованиям: средние ошибки в плановом положении на карте изображений объектов и четких контуров местности относительно ближайших пунктов и точек геодезической основы не должны превышать 0,5 мм, а для низкогорных, среднегорных и высокогорных районов — 0,75 мм; средние ошибки в плановом положении контуров растительного покрова и грунтов, исключая их четкие изгибы, для всех районов не должны превышать 1 мм. При съемке горных районов горизонтали должны правильно отображать формы рельефа, согласовываться с подписанными на карте отметками высот и высотами, определенными на перегибах склонов (вершинах, седловинах и т. д.). Ошибки, равные удвоенным значениям указанных выше величин, должны рассматриваться как предельные. Количество предельных ошибок не должно превышать 10% общего их количества. После окончания съемки контурного содержания карты и рельефа приступают к отработке составительского оригинала карты и оформлению документации к нему.

В этот процесс включают отработку изображения контуров, местных предметов и рельефа в карандаше, производство сводок, вычерчивание оригинала тушью, выполнение подписей, зарамочное оформление и оформление прилагаемой документации. При карандашной отработке контуров и рельефа добиваются, чтобы составительский оригинал имел наглядный вид. Достигается это путем согласования между собой горизонталей, горизонталей с гидрографией и контурами и обобщения мелких несущественных деталей изображения рельефа и контуров. В случае раздельного составления оригиналов контуров и рельефа согласование изображения рельефа с изображениями контуров и гидрографии выполняют на просвет, после этого изобра-жение рельефа копируют на репродукцию фотоплана (ортофотоплана) с контурной нагрузкой карты. Сводки выполняют с составительскими оригиналами смежных листов карты, тиражными оттисками топографических карт. Если расхождения между контурами и горизонталями не превышают допустимых значений, то контуры и рельеф смещают на каждом из смежных оригиналов на половину расхождения относительно ближайших выходов прямоугольной координатной сетки. После производства сводок выполняют окончательную отработку оригинала и вычерчивание его в три цвета: элементы гидрографии — зеленым, элементы рельефа — коричневым, все остальные элементы содержания — черным. На составительских оригиналах площади лесов, кустарников, песков и т. п. окрашивают слабовоспроизводящимися при фотографировании бледными цветами: светло-фиолетовым — леса, сады; бледно-зеленым — низкорослые леса, поросль леса, лесные питомники, молодые посадки леса, заросли кустарников; голубым — водные пространства; розовым — кварталы с преобладанием огнестойких строений в населенных пунктах и шоссейные дороги; светло-желтым — кварталы с преобладанием неогнестойких строений в населенных пунктах; светло-коричневым — пески, При составлении расчлененных оригиналов контуров и рельефа контурная часть вычерчивается тушью в цвете, а рельеф отрабатывается в карандаше. Подписи собственных названий, числовые характеристики объектов, значения высот характерных точек рельефа, отметки горизонталей, зарамочное оформление трапеции выполняют в соответствии с условными знаками. При этом подписи располагают так, чтобы не возникло сомнения в их принадлежности, они по возможности не должны закрывать важные объекты (шоссейные дороги, реки, изображаемые двумя линиями, канавы и др.). Подписи могут быть изготовлены фотонабором и наклеены на составительский оригинал карты, при этом допускается изготовление специального оригинала подписей на прозрачной основе. В процессе создания составительского оригинала ведется формуляр листа карты. По окончании работ исполнитель представляет на каждую трапецию следующие материалы: составительский оригинал; формуляр листа карты; фотоснимки (фотосхемы) с результатами дешифрирования; эталоны дешифрирования, если они создавались на данный район работ; комплект фотоснимков с точками полевой подготовки и точками, полученными из построения сети фототриангуляции, и списки их координат и высот; выкопировки (фотовыкопировки) для сводок по западной и северной сторонам рамки трапеции. § 87. Способы создания составительского оригинала При создании составительского оригинала карты с использованием фотоплана (ортофотоплана) можно выделить следующие процессы: создание фотопланов (ортофотопланов); дешифрирование фотопланов (ортофотопланов); съемку рельефа. Создание фотопланов (ортофотопланов). Фотоплан (ортофотоплан) — фотографическое изображение местности, полученное путем монтажа трансформированных фотоснимков (ортофотоснимков). Технология создания фотопланов (ортофотопланов) включает:

трансформирование или ортофототрансформирование фотоснимков; монтаж отпечатков трансформированных фотоснимков или отпечатков ортофотоснимков; оформление и корректуру фотопланов (ортофотопланов); изготовление репродукций фотопланов (ортофотопланов). На фотоплане (ортофотоплане) средние ошибки в положении изображений контуров и местных предметов относительно точек полевой подготовки фотоснимков не должны превышать значений, указанных в требованиях к точности создания топографических карт. На равнинную и холмистую местность фотоснимки трансформируют на одну плоскость. При этом смещения точек из-за влияния рельефа в пределах рабочих площадей фотоснимков не должны превышать 0,4 мм. Поэтому перед трансформированием фотоснимков вычисляют высотную ступень по формуле (15.12) где t — фокусное расстояние фотоснимков; r — максимальное удаление точек рабочей площади фотоснимка от его центра; tK — знаменатель масштаба карты. Если вычисленное значение Q меньше превышения между наибольшей Zmax и наименьшей Zmin высотами точек местности в пределах рабочей площади фотоснимка, то трансформирование необходимо выполнять по зонам. Зоной называется часть трансформированного фотоснимка, в пределах которой смещение за рельеф не превышает 0,4 мм. При количестве зон более трех производят ортофототрансформирование фотоснимков. Трансформирование фотоснимков на одну плоскость чаще всего выполняют по опорным точкам. В качестве опорных точек используют точки полевой подготовки фотоснимков, опознанные геодезические пункты, точки, полученные из фототриангуляции. Опорные точки, применяемые для трансформирования, называют трансформационными точками. Трансформирование фотоснимков выполняется на фототрансформаторах ФТМ, ФТБ, ФТА, ФПА, универсальном топографическом проекторе УТП-2. При создании карт стереотопографическим методом широко используются для создания составительского оригинала длиннофокусные перспективные фотоснимки. Такие фотоснимки на обычных фототрансформаторах ФТМ, ФТБ трансформировать невозможно, так как необходимая децентрация превышает допустимые пределы смещения аэронегативов в кассете фототрансформатора. В этом случае используют автоматизированные фототрансформаторы с щелевым экраном (ФТА, ФПА). Щелевой экран обеспечивает равномерное растяжение (сжатие) трансформируемого изображения вдоль оси у и поперечный сдвиг его вдоль оси х, этим компенсируется невозможность введения необходимой децентрации. На автоматизированных фототрансформаторах ФТА и ФПА возможно трансформирование как целого фотоснимка, так и по частям. При этом каждая его часть должна быть обеспечена пятью трансформационными точками, расположенными в ее углах и посередине. Для ортофототрансформирования фотоснимков могут использоваться ортофототрансформаторы, входящие в состав аналитического универсального стереофотограмметрического комплекса «Ортомат» («Аналит») или ортофототрансформатор ОФПД, разработанный на базе фотоприставки к стереографу. После трансформирования или ортофототрансформирования фотоснимков приступают к их монтажу. Этот процесс включает: проверку точности трансформированных отпечатков (отпечатков ортофотоснимков); ориентирование отпечатков на планшете; порезку отпечатков и наклейку их на планшет. Для проверки точности трансформированных отпечатков и последующего их ориентирования на планшете с помощью пуансона пробивают отверстия диаметром 1 мм на всех трансформационных точках. Каждый отпечаток совмещают с точками на планшете. Расхождения в положении точек не должны превышать 0,4 мм. При больших расхождениях трансформированный отпечаток изготовляют заново. Проверив точность отпечатков, приступают к их ориентированию на планшете. Ориентирование выполняют помаршрутно, начиная с левого отпечатка северного маршрута в направлении слева направо.

Каждый отпечаток ориентируют так, чтобы отклонения цент-ров отверстий, пробитых пуансоном, от положений точек на планшете были минимальными. Расхождения в положении точек при укладке трансформированных отпечатков не должны превышать 0,5 мм. По линии намеченного пореза (посередине перекрытия между фотоснимками) проверяют совмещения контуров, для этого на четких контурах одного отпечатка (верхнего) делают тонкой иглой наколы и проверяют, как они совпадают с соответствующими контурами на другом отпечатке. Если расхождения в положении контуров превышают 1 мм, то оба отпечатка сдвигаются так, чтобы расхождения в положении точек не превышали указанного допуска. После укладки отпечатков первого маршрута производится их порезка по намеченным линиям. Порезы не должны проходить через населенные пункты и малые объекты (отдельные постройки, мосты и т. д.). Вытянутые контуры (дороги, реки, просеки и др.) линия пореза должна пересекать под углом, близким к 90°. Наклейку отпечатков на планшет производят, как правило, резиновым клеем. После наклейки верхней части первого маршрута укладывают второй маршрут так же, как и первый, но дополнительно проверяют совпадение одноименных контуров на' отпечатках смежных маршрутов. В такой последовательности монтируют все маршруты. Крайние отпечатки обрезают на расстоянии 10 мм от рамки трапеции. На фотоплане (ортофотоплане) пробивают пуансоном также вершины углов рамки трапеции и не опознанные на фотоснимках геодезические пункты, нанесенные на планшет по координатам. Обрезки отпечатков нанизывают иглой на нить и в дальнейшем используют при корректуре фотоплана (ортофотоплана). Монтаж отпечатков, трансформированных по зонам, имеет следующие особенности. На каждом отпечатке трансформированного фотоснимка, изготовленных по количеству зон, в положение трансформационных точек вводят поправки за рельеф, которые вычисляют по формуле (15.13) где r— расстояние на трансформированном отпечатке от центральной точки до данной точки; h — превышение данной точки относительно средней плоскости той зоны, для которой получен отпечаток; Н — высота фотографирования относительно средней плоскости зоны данного отпечатка. На отпечаток с трансформационного планшетика переносят и вычерчивают карандашом границы той зоны, для которой он изготовлен. По трансформационным точкам ориентируют отпечаток нижней зоны, сверху укладывают отпечаток второй зоны и также ориентируют его по точкам. Делают порезку их по границе первой и второй зон. Площадь первой зоны приклеивают к планшету, совмещая контуры по линии пореза со второй зоной, затем ориентируют отпечаток третьей зоны и делают порезку отпечатков по границе между второй и третьей зонами. Вырезанные площади зон приклеивают к планшету. Так монтируют все фотоснимки на трапеции. Изготовленный фотоплан оформляют и корректируют. При корректуре проверяют точность монтажа отпечатков, фотографическое качество фотоплана, точность нанесения углов рамки трапеции и геодезических пунктов, а также правильность оформления фотоплана. Мозаичные фотопланы, составленные непосредственно из трансформированных отпечатков, в качестве оригиналов для создания карт не используются. Дешифрирование контуров и съемку рельефа местности выполняют на репродукциях фотопланов. С помощью репродукционного фотоаппарата получают негативы с мозаичных фотопланов, а затем контактным способом получают отпечатки фотопланов на фотобумаге, наклеенной на жесткую основу, или на фотопленке. Дешифрирование фотопланов (ортофотопланов) и вычерчивание контуров выполняют, используя предварительно дешифрированные фотоснимки. На этой же репродукции фотоплана производят съемку рельефа с помощью универсального стереофотограмметрического прибора. При съемке местности со сложным рельефом составляют раздельно оригиналы контуров и рельефа. Съемка рельефа на универсальном стереофотограмметрическом приборе включает: подготовительные работы: построение геометрической модели местности на приборе; внешнее ориентирование модели; нанесение горизонталей на фотоплан и определение количественных характеристик объектов местности.

Во время подготовительных работ изучают исходные материалы, вычисляют установочные элементы и подготавливают прибор к работе. Изучение исходного материала начинают с проверки его наличия и комплектности, а затем определяют очередность обработки фотоснимков. Обработку начинают с тех стереопар фотоснимков, на которых четко выражены формы рельефа, которые обеспечены наибольшим количеством опорных точек, позволяющих надежно выполнить внешнее ориентирование модели местности и проконтролировать точность нанесения горизонталей на планшет. При создании топографических карт на универсальном приборе механического типа, например на стереопроекторе СПР-ЗМ, модель местности создают, как правило, по преобразованным связкам проектирующих лучей, и так как fП, f то горизонтальный 1/tГ и вертикальный 1/tВ масштабы модели будут различны. Базис и фокусное расстояние проектирования выбирают такими, чтобы горизонтальный масштаб модели был близким масштабу создаваемой карты, а вертикальный масштаб обеспечивал бы размещение всех точек в пределах возможного диапазона перемещения каретки высот. Приближенные значения установочных величин вычисляют по формулам: (15.14) (15.15) (15.16) где b'П — приближенное значение базиса проектирования; fП — приближенное значение фокусного расстояния прибора; Dср=480 мм— постоянная прибора; t'B — приближенное значение знаменателя вертикального масштаба модели. При этом знаменатель вертикального масштаба модели должен удовлетворять условию (15.17) где h — максимальная разность высот точек местности в пределах стереопары, м; ±0,11 —диапазон перемещения каретки высот, м. Если вычисленное значение t'B не удовлетворяет неравенству, то следует уменьшить значение fП и снова вычислить t'B. Окончательное значение знаменателя вертикального масштаба выбирают по таблице установок шкал и шестерен на счетчике высот (таблица находится в руководстве по работе на данном приборе). Оно должно быть близким к вычисленному по формуле (15.16). С помощью этой же таблицы определяют шкалу и пару шестерен, которые следует установить на счетчике высот, чтобы высоты точек отсчитывать в метрах. Затем вычисляют фокусное расстояние прибора, соответствующее выбранному вертикальному масштабу модели: (15.18) Установив нужные шестерни и шкалу счетчика высот, устанавливают отсчеты VfП, VbX определяемые по формулам: (15.19) (15.20) где MOfП — место нуля шкалы каретки фокусных расстояний; МОbX — место нуля шкалы винта bX. На счетчиках коррекционных механизмов (', '), шкалах децентраций фотоснимков (дх, ду) и составляющих базиса (bY, bZ) устанавливают отсчеты, равные местам нулей, которые определяют при выполнении поверки прибора. Перед построением геометрической модели местности на приборе выполняют юстировки наблюдательной системы. Для этого необходимо: установить визирные марки соответствующей формы, цвета и размера, отрегулировать яркость марок и отфокусировать их изображения,

установить значение глазного базиса на приборе, устранить зрительный поперечный параллакс марок оптическими клиньями. При создании топографических карт на аналитическом универсальном приборе, например на аналитическом стереопроекторе СПА, в качестве исходных данных для ориентирования и обработки фотоснимков определяют значения следующих констант: фокусное расстояние фотоснимков; базис фотографирования (в масштабе фотоснимков); знаменатель масштаба обрабатываемых фотоснимков; знаменатель масштаба создаваемой карты; приближенные значения угловых элементов ориентирования фотоснимков (обычно принимаются равными нулю); приближенные значения установочной высоты фотографирова-ния левого фотоснимка (принимается равным фокусному расстоянию исходных фотоснимков); коэффициенты аффинного преобразования плановых координат точек модели X, У, вычисляемые по формуле коэффициент нелинейного искажения высот точек модели

коэффициент аффинного преобразования высот точек модели

Все эти данные вводят в память цифрового вычислительного устройства (ЦВУ). Стереопроектор аналитический считается подготовленным к работе, если кроме вышеизложенных операций уточнены значения мест нулей M0xo.c, M0yo.c, M0po.c, M0qo.c датчиков обратной связи САУ стереокомпаратора, установлены начальные значения координат X, Y и высот точек модели и выполнены юстировки наблюдательной системы. После выполнения подготовительных работ на универсальных стереофотограмметрических приборах строят модель местности. Построенная модель местности ориентируется относительно геодезической системы координат и приводится к заданному масштабу по опорным точкам. Съемку рельефа начинают с проведения орографических линий (линий водоразделов и тальвегов), для того чтобы более правильно передать общий характер рельефа. После нанесения скелета рельефа определяют высоты точек, которые должны быть подписаны на карте (подписные точки). Подписные точки выбирают равномерно по всей площади карты на четких контурах и остроконечных вершинах. Высоты точек определяются двукратным стереоскопическим наведением. Изучив общий характер рельефа, приступают к проведению горизонталей. На счетчике высот ножным штурвалом устанавливают высоту проводимой горизонтали и вращением штурвалов X, Y стереоскопически совмещают марку с точкой модели местности, высота которой равна высоте горизонтали. Включив карандашное устройство, перемещают измерительную марку так, чтобы она все время касалась модели. Рисовку рельефа рекомендуется начинать с горизонтали, которая отображает наиболее характерные формы рельефа. При обработке фотоснимков местности со слабо выраженными формами рельефа проведение горизонталей начинают с самых низких мест и постепенно переходят к более высоким. При съемке холмистых районов проведение горизонталей начинают с вершин. В остальных случаях, когда формы рельефа сложные, в первую очередь проводят утолщенные горизонтали. Съемку рельефа участков, покрытых лесом, выполняют в последнюю очередь, после того как будет зарисован рельеф вокруг этих участков. Для проведения горизонталей на них на счетчике высот устанавливают отсчет, равный сумме высоты горизонтали и высоты леса, измеренной на приборе. Марка при проведении горизонталей ведется по вершинам деревьев. Для контроля определяют высоты точек на полянах и просеках. На крутых скатах, где заложение утолщенных горизонталей менее 2 мм, ограничиваются проведением только утолщенных горизонталей, но по водоразделам и тальвегам крупных лощин горизонтали основного сечения проводят обязательно.

Точность положения горизонталей в плане и по высоте проверяют путем набора высот пикетных точек. Пикетные высотные точки рекомендуется брать в глубоких долинах, лощинах, в лесу, на вершинах, седловинах и перегибах скатов. Создание составительского оригинала карты с использованием планшетов на прозрачном пластике или на жесткой непрозрачной основе применяется при невозможности изготовления фотоплана. После построения модели местности на универсальном приборе и внешнего ее ориентирования выполняют съемку контуров, местных предметов и рельефа. При съемке контуров и местных предметов рекомендуется придерживаться такого же порядка нанесения элементов местности, как и при дешифрировании фотоснимков. Для нанесения объекта местности на составительский оригинал карты наводят измерительную марку прибора на соответствующую точку модели, включают карандашное устройство и затем перемещают марку по контуру изображения объекта так, чтобы в каждой точке она касалась поверхности модели. При съемке контуров уточняют генерализацию их изображения, выполненную при дешифрировании фотоснимков. Глава 16. ОБНОВЛЕНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ § 88. Цель и способы обновления топографических карт Топографические карты со временем перестают соответствовать местности, так как на ней постоянно происходят изменения: строятся новые населенные пункты или существенно изменяются старые, появляются новые дороги, изменяются рельеф и гидрография. Изменения на местности происходят как под влиянием природных факторов (извержения вулканов, землетрясения, наводнения, ураганы и т. д.), так и в результате человеческой деятельности. Особенно значительны эти изменения в районах строительства крупных гидротехнических и промышленных сооружений, в районах освоения целинных и залежных земель, в районах, где выполняются крупные ирригационные и мелиоративные работы. Изменения на местности могут происходить и под влиянием боевой деятельности войск, особенно в условиях применения оружия массового поражения. Пользоваться старой топографической картой в условиях измененной местности становится затруднительно, а иногда и невозможно. В этих случаях можно создать карту заново, однако с экономической точки зрения предпочтение отдается их обновлению, т. е. пополнению содержания топографических карт вновь появившимися объектами и удалению изображений тех объектов, которые на местности не сохранились. Однако не только изменения на местности вызывают необходимость обновления карт. Переход к новой системе координат, изменение начала отсчета высот точек местности, переименование населенных пунктов, изменение транскрипции географических наименований, введение новых условных знаков — все это также вызывает необходимость обновления карт. Таким образом, под обновлением топографических карт понимают приведение их содержания в соответствие с современным состоянием местности и переиздание карт в принятой системе координат и высот и с применением действующих условных знаков. Процесс старения карты не является одинаковым для различных районов. Изменения появляются быстрее на интенсивно осваиваемой человеком местности. Соответственно и старение карты такой местности происходит быстрее. Следовательно, разной будет и периодичность обновления топографических карт на различные районы. Необходимость и сроки обновления устанавливают конкретно для каждого района исходя из анализа изменений, происшедших на местности. Критериями, определяющими необходимость обновления топографических карт, являются: важность изменившихся элементов местности; степень современности карты; состояние оформления карты. По важности объекты и элементы местности, показываемые на карте, условно подразделяются на три категории [20]. К первой категории относятся объекты и элементы местности, изменение, появление или исчезновение которых существенно влияет на принимаемые по карте решения (государственные

границы, железные и шоссейные дороги, судоходные реки и каналы, трубопроводы и линии электропередачи государственного значения и др.). Ко второй категории относятся объекты и элементы местности, изменение которых влияет на принимаемые по карте решения лишь в том случае, если эти изменения достигают 20% и более (границы союзных республик, местные предметы и ориентиры, поселки, грунтовые дороги, древесная растительность и др.). К третьей категории относятся объекты и элементы местности, изменение которых не оказывает существенного влияния на принимаемые по карте решения (ручьи, канавы, луговая растительность и др.). Важность объектов и элементов местности устанавливается для каждого района, а конкретный их перечень помещается в технических указаниях на выполнение работ по обновлению карт. Независимо от сроков, прошедших со времени создания или предыдущего обновления, топографические карты обновляются в обязательном порядке, если есть изменения в элементах местности первой категории важности (степень современности карты менее 100%) или изменения в элементах местности второй категории важности составляют более 20% (степень современности карты менее 80%). При изменениях элементов местности первой и второй категорий важности более 50% (степень современности менее 50%) карты подлежат пересоставлению или съемке заново, а при любых изменениях только элементов местности третьей категории важности карты не обновляются и не пересоставляются. Обновление топографических карт выполняется следующими способами: путем камерального исправления по фотоснимкам с последующим полевым обследованием или без него; путем исправления (составления) по картографическим материалам более крупных масштабов, полученным в результате новых съемок или обновления; приемами мензульной съемки на местности. Обновление топографических карт по фотоснимкам без после-дующего полевого обследования выполняется в соответствии со специальными указаниями Военно-топографического управления Генерального штаба, а приемами мензульной съемки — только как исключение на участках, не покрытых фотоснимками. В целях сокращения сроков обновления топографических карт всего масштабного ряда по специальным указаниям Военно-топографического управления Генерального штаба может производиться одновременное обновление топографических карт двух-трех смежных масштабов. В этих случаях выполняются камеральное исправление и полевое обследование первичной карты, а затем производится исправление производных карт по уменьшенным оригиналам обновления первичной карты. В зависимости от характера местности (в основном от рельефа), степени современности листа карты, а также от наличия технических средств и расчлененных издательских оригиналов в качестве основы для создания оригиналов обновления используют: двухцветные двухсторонние абрисные копии издательских оригиналов на прозрачном чертежном пластике; раздельные (голубого и красного цвета) абрисные копии издательского оригинала на прозрачном чертежном пластике; одноцветные абрисные копии (черные или коричневые) издательских оригиналов на прозрачном чертежном пластике (односторонние или двухсторонние) или непрозрачной жесткой основе; репродукции фотопланов или ортофотопланов. Независимо от способа обновления, применяемой основы и: технологии создания оригинала обновления содержание, точность и оформление обновляемой карты должны удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к карте данного масштаба Основными положениями [17], руководствами по фототопографическим работам и условными знаками. Основными этапами обновления топографических карт по фотоснимкам являются: аэрофотосъемка (воздушное фотографирование); камеральные работы; полевые работы.

Аэрофотосъемка местности в целях обновления выполняется с соблюдением тех же требований, что и аэрофотосъемка в целях создания топографических карт. Особенностью является то, что она должна выполняться не ранее чем за год-два до начала работ по обновлению. Камеральным работам по непосредственному созданию оригиналов обновления предшествует период технического проектирования. § 89. Техническое проектирование работ при обновлении топографических карт Техническое проектирование работ при обновлении топографических карт выполняется с целью определения необходимости и возможности обновления карт, выбора рациональной технологии и организации работ и включает в себя следующие процессы: сбор, систематизацию и изучение материалов, необходимых для обновления топографических карт; определение точности обновляемых карт; определение степени современности топографических карт; выбор технологии создания оригиналов обновления; разработку технических проектов обновления карт. Основной объем работ по техническому проектированию выполняется штабом части, получившей задание на обновление топографических карт. К техническому проектированию привлекаются, как правило, начальники отделений, их заместители и опытные исполнители. Материалы, используемые для обновления топографических карт, подразделяются на основные, дополнительные и справочные. Основными материалами являются: основы для создания оригиналов обновления; формуляры листов карт; тиражные оттиски листов обновляемых карт; каталоги (списки) координат геодезических пунктов и точек полевой подготовки; кальки высот (если обновляемая карта создана мензульной съемкой или комбинированным методом аэрофототопографической съемки); фотоснимки с точками полевой подготовки и данные фотограмметрического сгущения сети опорных точек, определенных при создании карты; материалы аэрофотосъемки; картографические материалы, содержащие современную информацию о местности. Дополнительными материалами являются: альбомы дежурных карт с данными об изменениях местности; специальные планы и карты ведомственных организаций и другие достоверные материалы, позволяющие получить данные, отсутствующие на основных материалах. Справочными материалами являются: справочники административно-территориального деления и другие литературно-справочные документы; схемы нефте- и газопроводов, линий связи и электропередачи и т. п.; технические отчеты и технические указания на ранее выполненные работы по созданию и обновлению карт. Обеспеченность районов работ исходными материалами отображается на картах или схемах, на полях которых приводятся основные характеристики материалов и указывается порядок их использования. Изучение и оценка качества основных материалов производятся для каждого листа обновляемой карты. В результате устанавливаются: пригодность абрисных копий издательских оригиналов карт и репродукций фотопланов (ортофотопланов) для использования в качестве основы при обновлении; качество аэрофотосъемочных материалов и их соответствие установленным требованиям; качество дополнительных и справочных материалов и порядок их использования. Абрисные копии оригиналов карт на чертежном пластике считаются пригодными для использования в качестве основы, если они удовлетворяют следующим требованиям: изображение на всей площади листа четкое и одинакового тона, без фона и пятен;

ширина полей за сторонами рамок трапеций достаточна для размещения на них необходимых подписей; фактические размеры сторон и диагоналей рамок трапеций отличаются от теоретических не более чем на 0,3—0,5 мм. Репродукции фотопланов (ортофотопланов) считаются пригодными для использования в качестве основы при обновлении, если они удовлетворяют следующим требованиям: фотографическое изображение на всей площади трапеции ровного серого цвета, нормальной резкости и плотности, с хорошей проработкой всех деталей изображения местности, тон репродукции позволяет хорошо читать проведенные по ней карандашные линии; фактические размеры сторон и диагоналей рамок трапеции отличаются от теоретических не более чем на 0,3 мм при неравно-мерной и на 0,5 мм при равномерной деформации. На основах проверяется положение всех геодезических пунктов. Проверяются качество аэрофотосъемочных материалов и их соответствие установленным требованиям. Для дополнительных и справочных материалов выявляются их современность, достоверность, полнота содержащихся в них сведений, для карт (планов), кроме того, выявляются метод создания, планово-высотная основа и точность. Выводы о возможности и степени использования каждого материала при обновлении карты включаются в технические указания. Степень современности является решающим фактором при определении необходимости обновления топографических карт и выборе основы для создания оригинала обновления. Степень современности определяется для каждого листа карты на основе анализа изменений местности, выявленных по материалам аэрофотосъемки и другим материалам, содержащим сведения об изменениях местности. Эти изменения схематично вычерчиваются на тиражном оттиске карты, а затем определяется степень современности листа карты в процентах как отношение общей нагрузки листа карты к нагрузке этого же листа с учетом изменений, происшедших на местности. Указанные отношения сначала определяются в отдельности для компактных, линейных и площадных объектов, собственных названий и характеристик, а затем в целом на лист карты. Для количественного подсчета элементов содержания карты без учета исправлений x1 и исправленных элементов x2 используются специальные палетки с сеткой квадратов. Степень современности листа карты по каждому элементу вычисляется по формуле

При определении среднего значения степени современности листа карты по всем элементам содержания учитывается распределение изображений объектов на данном листе. Изложенная методика определения степени современности карты подробно описана в Руководстве [20], там же дана методика определения степени современности листов топографических карт другим способом — путем их визуального сравнения с эталонами. При принятии решения о необходимости обновления карты учитывается категория важности изменившихся элементов ее содержания. Проверка точности обновляемой карты выполняется в целях установления ее пригодности для обновления. Карта считается пригодной для обновления, если по точности она удовлетворяет требованиям Основных положений [17] и действующих руководств по топографическим работам. В противном случае листы карт или их части подлежат пересоставлению или съемке заново. Проверка точности листа карты заключается в определении ошибок положения элементов содержания в плане и по высоте и правильности изображения форм рельефа. Ошибки положения элементов содержания карты определяются путем анализа материалов работ, выполненных при создании или предыдущем обновлении листа карты. К таким материалам относятся: записи в формуляре листа карты, каталоги координат геодезических пунктов, кальки высот, материалы полевой подготовки фотоснимков, данные фотограмметрического сгущения сети опорных точек. При анализе устанавливаются: метод создания обновляемой карты (по каким руководствам и условным знакам создавалась карта) или технология предыдущего обновления; проекция, эллипсоид, система координат и высот, высота сечения рельефа;

густота, местоположение и точность определения координат и высот точек съемочной сети и полевой подготовки фотоснимков; точность фотограмметрического сгущения сети опорных точек, изготовления фотопланов и монтажа копий при составлении по картографическим материалам; точность съемки контуров, местных предметов и рельефа, точность внесения исправлений при обновлении карты. При невозможности с достаточной уверенностью установить, что лист карты удовлетворяет по точности предъявляемым к нему требованиям, точность карты проверяется по фотоснимкам способом фототриангуляции, а для отдельных участков листа карты — измерением отдельных стереопар на универсальных фотограмметрических приборах или в плановом отношении оптическим проектированием фотоснимков на абрисную копию обновляемой карты. В качестве опорных точек для геодезического ориентирования сетей фототриангуляции и одиночных стереопар должны служить опознанные на фотоснимках нового залета геодезические пункты, точки полевой подготовки, определенные при создании карты, а также точки, координаты которых определяются по топографической карте более крупного масштаба. Как исключение, в качестве основы фотограмметрического сгущения могут использоваться координаты точек фотографирования, полученные с помощью радиодальномерной системы, или контурные точки, надежно опознанные на новых фотоснимках и карте обновляемого масштаба. В этом случае точность карты проверяется дополнительно в поле. При построении сетей фототриангуляции и измерении отдельных стереопар в качестве определяемых берутся контурные точки, взятые с карты и надежно опознанные на новых фотоснимках. Таких точек должно быть 15—20 на трапецию. Карта считается пригодной для обновления, если средние расхождения в плановом положении точек фотограмметрического сгущения и соответствующих точек карты не превышают допустимых значений. На картах низкогорных, среднегорных и высокогорных районов горизонтали должны правильно отображать формы рельефа и •согласовываться с высотами, определенными на перегибах скатов путем фотограмметрического сгущения. Ошибки в положении горизонталей на карте лесных районов не должны превышать удвоенных ошибок, установленных для соответствующего открытого района. Правильность изображения рельефа на карте проверяется путем его сопоставления со стереоскопической моделью местности, получаемой по фотоснимкам, или же с его изображением на картографических материалах более крупного масштаба. Листы или участки листов карт, в пределах которых ошибки положения контуров в плане и по высоте превышают указанные допуски, а также участки с неправильным изображением форм рельефа подлежат полевой проверке или съемке заново. Выбор основы и технологии создания оригинала обновления производится с учетом характера рельефа местности, степени современности листа карты, а также наличия технических средств. При выборе основы для создания оригинала обновления руководствуются прежде всего степенью современности листа карты. Рекомендуется в качестве основы использовать: при степени современности листа карты более 75% — двухцветную двухстороннюю абрисную копию издательского оригинала на прозрачном чертежном пластике; при степени современности листа карты 75 — 60% — одноцветную или раздельные (голубого и красного цвета) абрисные копии издательского оригинала на прозрачном чертежном пластике; при степени современности листа карты 60 — 50% — репродукцию фотоплана или ортофотоплана. Рельеф местности и имеющиеся технические средства определяют технологию создания оригиналов обновления. Создание оригиналов обновления при исправлении топографических карт по фотоснимкам производится: переносом изменений с трансформированных фотоснимков (ортофотоснимков) или с фотоплана (ортофотоплана) на абрисную копию издательского оригинала непосредственным копированием на просвет; исправлением абрисной копии издательского оригинала на универсальном фотограмметрическом приборе;

переносом изменений с нетрансформированных фотоснимков па абрисную копию издательского оригинала оптическим проектированием по зонам или пантографированием; дешифрированием и вычерчиванием на репродукции фотоплана (ортофотоплана) изображений контуров и местных предметов и вкопированием в репродукцию изображения рельефа. Трансформирование фотоснимков и монтаж фотопланов выполняются только на плоскоравнинную и равнинную местность с количеством зон трансформирования не более трех. На местность со значительными превышениями при количестве зон трансформирования более трех изготавливаются ортофотоснимки (ортофотопланы) или же изменения дешифрируются на нетрансформированных фотоснимках и с них переносятся на абрисную копию путем оптического проектирования по зонам или на универсальном фотограмметрическом приборе. В этом случае в качестве основы может использоваться абрисная копия издательского оригинала на непрозрачной жесткой основе. Результаты технического проектирования оформляются в виде технического проекта обновления карт и прилагаемых к нему технических указаний. Технический проект оформляется на карте и должен содержать: разграфку листов обновляемой карты; границы района работ подразделений (исполнителей), места расположения пунктов управления; границы участков, различающихся по технологии выполнения камеральных и полевых работ; границы площадной аэрофотосъемки и положение каркасных маршрутов; участки абсолютных и фотограмметрических разрывов; районы аэровизуального обследования местности; участки уточнения изображения рельефа; очередность и сроки выполнения работ. В прилагаемых к техническому проекту технических указаниях отражаются: краткие сведения о районе работ и выводы о влиянии его физико-географических особенностей на организацию и технологию камеральных и полевых работ по обновлению карты; перечень элементов местности с указанием категорий их важности для использования при определении необходимости обновления топографических карт; общие сведения о методике проверки точности карты, степени ее современности и соответствии се оформления действующим условным знакам; характеристика основных, дополнительных и справочных материалов и рекомендации по их использованию; результаты анализа вариантов технологии создания оригиналов обновления и их техникоэкономические характеристики; порядок камерального дешифрирования фотоснимков и методика исправления контуров и рельефа; особенности изображения на карте отдельных элементов и объектов местности; особенности применения условных знаков; указания о выполнении сводок по сторонам рамок трапеций; указания по организации, объему и технологии полевых и камеральных работ, технический расчет по видам работ и др. § 90. Камеральные работы при обновлении топографических карт по фотоснимкам Камеральные работы при обновлении топографических карт по фотоснимкам выполняются с целью создания оригиналов обновления и включают следующие основные процессы: фотограмметрическое сгущение сети опорных точек; трансформирование или ортофототрансформирование фотоснимков и изготовление при необходимости фотоплана или ортофотоплана (выполняется только при исправлении абрисной копии копированием на просвет и при обновлении на фотопланах); дешифрирование фотоснимков; создание оригиналов обновления; составление рабочего проекта полевого обследования; отработка и оформление оригиналов обновления и документации к ним. Фотограмметрическое сгущение сети опорных точек производится для обеспечения планово-высотной основой трансформирования (ортофототрансформирования) фотоснимков и

исправления абрисных копий издательских оригиналов. Выполняется оно аналитическим или аналоговым способом, а при обновлении карт на плоскоравнинную и равнинную местность допускается применение графической фототриангуляции. Для геодезического ориентирования сетей фототриангуляции используются те же точки, что и при построении сетей для проверки точности обновляемой карты. Для исключения повторения процесса фотограмметрического сгущения целесообразно в фотограмметрические сети включать в качестве определяемых точки как для проверки точности карты, так и для обеспечения планово-высотной основой трансформирования фотоснимков и исправления абрисных копий. Трансформирование фотоснимков выполняется в обычном порядке на фототрансформаторе. При количестве зон трансформирования более трех и при наличии соответствующих приборов выполняется ортофототрансформирование. При необходимости монтируется фотоплан (ортофотоплан). Камеральное дешифрирование фотоснимков выполняется с использованием стереоскопа, набора дешифровочных луп или непосредственно на универсальном фотограмметрическом приборе. При наличии используются эталоны дешифрирования. Фотоснимки детально по участкам сопоставляются с обновляемой картой (тиражным оттиском). Сопоставление выполняется по элементам местности в такой последовательности: гидрография и гидротехнические сооружения; элементы рельефа, не выражающиеся горизонталями; населенные пункты, промышленные, сельскохозяйственные объекты и объекты социальнокультурного назначения; ориентиры и отдельные постройки вне населенных пунктов; дорожная сеть и дорожные сооружения; линии электропередачи и связи; растительный покров и грунты. При сопоставлении фотоснимков с картой на них дешифрируются и вычерчиваются только изменившиеся или вновь появившиеся объекты местности, а при обновлении карт с использованием фотопланов (ортофотопланов) выполняется полное дешифрирование всех объектов местности. Объекты, дешифрируемые неуверенно, отмечаются в рабочем проекте полевого обследования для проверки на местности. Правильность изображения рельефа на обновляемом оригинале проверяется путем просмотра форм рельефа с помощью стереоскопа и сопоставления их с изображением рельефа на оригинале обновления. Обнаруженные ошибки в изображении рельефа исправляются в камеральных условиях на универсальных фотограмметрических приборах или в поле. Участки для исправления изображения рельефа в поле отмечаются в рабочем проекте полевого обследования. Одновременно с камеральным дешифрированием фотоснимков устанавливаются по возможности собственные названия новых объектов местности, а также изменившиеся названия. Для этих целей используют дополнительные и справочные материалы. По этим же материалам и по фотоизображению устанавливаются количественные и качественные характеристики объектов. Собственные названия и характеристики объектов, которые нельзя определить камерально, устанавливаются непосредственно на местности. Такие объекты отмечаются в рабочем проекте полевого обследования. Результаты дешифрирования на фотоснимках вычерчиваются — тушью или краской и, как правило, с применением упрощенных условных знаков. Например, контуры растительного покрова и грунтов вычерчиваются сплошными линиями, на значительных площадях растительного покрова и грунтов вместо условных знаков даются пояснительные надписи: «Лес», «Кустарник», «Болото» и т.п. Если технология обновления предусматривает перенос изменений с фотоснимка на оригинал обновления копированием на просвет, то результаты дешифрирования вычерчиваются на трансформированных фотоснимках (ортофотоснимках), а при обновлении на фотопланах (ортофотопланах) — непосредственно на них. При камеральном дешифрировании на универсальных фотограмметрических приборах его результаты вычерчиваются не на фотоснимках, а непосредственно па обновляемом оригинале. Создание оригиналов обновления на абрисных копиях выполняется путем переноса на них изменений с отдешифрированных фотоснимков.

Опорные точки, служащие планово-высотной основой исправления абрисных копий, наносятся на них по координатам и надежно опознаются на фотоснимках. Погрешности совмещения опорных точек на фотоснимке с соответствующими точками на абрисной копии при се исправлении не должны превышать 0,5 мм. При исправлении абрисных копий изображения сохранившихся на местности отдельных объектов и четких контуров не изменяются, если предельные отклонения их положений от изображений этих предметов и контуров на фотоснимках не превышают 1,0 мм, а для низкогорных, среднегорных и высокогорных районов — 1,5 мм. Перенос изменений с фотоснимков на абрисные копии издательских оригиналов непосредственным копированием на просвет выполняется на просветно-монтажном столе. Для этого на его стекло под абрисную копию укладывают трансформированный фотоснимок (ортофотоснимок) или фотоплан (ортофотоплан) с дешифрированными и вычерченными изменениями местности. Совмещение фотоматериалов с абрисной копией производится по опорным точкам, полученным в результате фотограмметрического сгущения. Количество этих точек должно быть не менее четырех-пяти на фотоснимок; удобнее всего использовать те точки, по которым выполнялось трансформирование. Добившись совмещения с требуемой точностью указанных точек с соответствующими точками абрисной копии, приступают к ее исправлению. При работе на двухцветной двухсторонней абрисной копии издательского оригинала новые объекты и контуры вычерчиваются соответствующими условными знаками на матированной стороне пластика, где нанесено голубое изображение. Изображения несохранившихся или изменившихся объектов удаляются (выскабливаются) с матированной стороны абрисной копии (голубое изображение). В результате вскрывается красное изобра-жение, которое при подготовке карты к изданию укажет, какие элементы требуется удалить с расчлененных диапозитивов. В тех случаях, когда вместо старого изображения необходимо вычертить новое (например, вместо улучшенной грунтовой дороги надо показать усовершенствованное шоссе и т. п.), то старое изображение убирают и с глянцевой стороны абрисной копии (красное изображение). Красное изображение удаляется полностью и с тех участков, которые требуется составить заново. Порядок исправления одноцветной абрисной копии па прозрачном пластике аналогичен изложенному выше. Отличие состоит лишь в том, что все чертежные работы выполняются на матированной стороне пластика. При работе на раздельных (голубой и красной) абрисных копиях издательского оригинала на пластике новые объекты и, контуры вычерчиваются условными знаками, а несохранившиеся или изменившиеся объекты и контуры удаляются (выскабливаются) на голубой копии. Красная копия используется только для справок и контроля. Перенос изменений на абрисные копии издательских оригиналов оптическим проектированием выполняется с помощью универсального топографического проектора или фототрансформатора. В зависимости от превышений между точками местности в пределах рабочих площадей фотоснимков оптическое проектирование выполняется на одну плоскость или по зонам. Определение количества зон оптического проектирования выполняется так же, как и при трансформировании фотоснимков. Для переноса изменений путем оптического проектирования на каждый фотоснимок должно быть не менее пяти опорных точек (четыре — по углам рабочей площади фотоснимка и одна — в центре). Проектирование может выполняться на просвет и на отражение. При проектировании на просвет с дешифрированных фотоснимков изготовляются негативы. Для выполнения оптического проектирования негатив или фотоснимок устанавливают в кассете фототрансформатора или проектора и центрируют их. На экран прибора помещают абрисную копию с нанесенными на нее опорными точками. Оптическое проектирование начинают с совмещения изображений опорных точек фотоснимка, приведенных к средней плоскости зоны, с соответствующими точками на абрисной копии. Эту операцию выполняют в том же порядке, что и при трансформировании фотоснимков. Добившись совмещения опорных точек с требуемой точностью, приступают к исправлению абрисных копий. Исправление выполняется так же, как и при переносе изменений путем непосредственного копирования.

Исправление абрисных копий издательских оригиналов на универсальном фотограмметрическом приборе складывается из двух основных технологических процессов: построения геометрической модели местности на приборе и ее геодезического ориентирования; измерения геометрической модели и нанесения на абрисную копию изменений местности с использованием дешифрированных фотоснимков. Эти процессы выполняются так же, как и при составлении оригиналов карт стереотопографическим методом. Для геодезического ориентирования отдельных моделей используются точки, полученные в результате построения фотограмметрических сетей. Таких точек должно быть не менее четырех на стереопару. Исправление абрисной копии производится так же, как и в ранее рассмотренных случаях. Создание оригиналов обновления с использованием фотопланов (ортофотопланов) выполняется следующим образом. На репродукциях фотопланов (ортофотопланов) дешифрируется и вычерчивается вся контурная нагрузка карты. На участках, где произошли изменения рельефа, исправляется его изображение путем съемки этих участков с помощью универсального стереофотограмметрического прибора. Исправление изображения рельефа выполняется на позитиве рельефа, изготовленного с расчлененного издательского оригинала карты. В местах исправления изображение рельефа на позитиве выскабливают, а исправленное положение горизонталей вычерчивают карандашом. После исправления изображения рельефа производят монтаж позитива на репродукции фотоплана (ортофотоплана). Смонтированный позитив совмещают по вершинам углов рамки трапеции с репродукцией фотоплана (ортофотоплана) и выполняют на нем согласование изображения рельефа с изображениями контуров и гидрографии на репродукции фотоплана (ортофотоплана). Затем исправленное положение горизонталей вычерчивают на позитиве рельефа тушью. Исправленное и согласованное изображение рельефа вкопировывается в репродукцию фотоплана (ортофотоплана) фототехническим путем. Рабочий проект полевого обследования карты составляется исполнителем на тиражном оттиске листа карты в процессе камеральных работ по исправлению абрисных копий и дешифрированию репродукций фотопланов (ортофотопланов). На рабочем проекте установленными условными знаками показывают: главные точки фотоснимков; пункты государственной геодезической сети и знаки государственной нивелирной сети, подлежащие обследованию или определению; способы проверки геодезических пунктов, плановое положение и высоты которых на карте расходятся с данными каталога на недопустимые величины; характерные точки местности и урезы воды, высоты которых должны быть определены и подписаны на карте, и способы определения этих высот; участки инструментальной проверки точности карты и точки стояния прибора; объекты, неуверенно дешифрированные в процессе камеральных работ и подлежащие проверке в поле; маршруты и участки обследования карты, а также места определения дополнительных качественных и количественных характеристик объектов местности; объекты местности, о которых необходимо собрать сведения; геодезические пункты (точки стояния) для проверки (определения) значения склонения магнитной стрелки. Отработка и оформление оригиналов обновления и документации к ним при выполнении камеральных работ включают: отработку содержания оригиналов; вычерчивание изображений новых и изменившихся местных предметов и контуров; сводки по сторонам рамок трапеций; зарамочное оформление оригинала; заполнение формуляра; подготовку оригинала и документации к сдаче. Отработка содержания оригиналов обновления выполняется так же, как и отработка содержания оригиналов карт, создаваемых стереотопографическим методом.

На абрисных копиях издательских оригиналов вычерчиваются только изменения. При обновлении карт с использованием репродукций фотопланов (ортофотопланов) вычерчиваются все элементы содержания. Вычерчивание выполняется тушью в три цвета. Изображения местных предметов и контуров, дешифрированных неуверенно, на оригинале обновления тушью не вычерчивают, а оставляют в карандаше. Все изменившиеся элементы в полосе шириной 4 мм вдоль рамки, в том числе изображения прямолинейных контуров (дорог, линий электропередачи и т. д.), пересекающие рамку, оставляют вычерченными в карандаше до производства сводки. Площади изображения растительности, песков, кварталов в населенных пунктах, водных пространств и условные знаки шоссейных дорог окрашивают на оригиналах обновления красками бледных цветов, слабовоспроизводящихся при фотографировании, установленных для составительских оригиналов при стереотопографическом методе. Оригиналы обновления должны быть сведены со смежными листами по всем сторонам рамок трапеций. О произведенных сводках делаются записи на полях оригиналов обновления и в формулярах листов карт. Для сводки по свободным сторонам рамок трапеций изготавливаются выкопировки или фотовыкопировки. Для полевого обследования на каждый лист карты представляются: исправленный, сведенный и принятый оригинал обновления; формуляр листа карты с заполненными соответствующими разделами; комплект фотоснимков, на которые нанесены результаты камерального дешифрирования и точки фотограмметрического сгущения; рабочий проект полевого обследования; выкопировки для сводок по свободным сторонам рамок трапеции. § 91. Полевые работы при обновлении топографических карт Полевые работы при обновлении топографических карт выполняются с целью проверки полноты содержания и точности камерального исправления оригиналов обновления. Объем полевых работ зависит от характера местности, количества происшедших на ней изменений, принятой технологии исправления карты и определяется рабочим проектом полевого обследования. Полевые работы при обновлении топографических карт включают: обследование пунктов государственной геодезической сети (ГГС) и знаков государственной нивелирной сети (ГНС); полевую инструментальную проверку точности карты; проверку значения склонения магнитной стрелки; полевое обследование и исправление содержания оригиналов обновления; сбор сведений о местности. Во избежание повторных переходов по одному и тому же маршруту весь комплекс полевых работ, определяемый рабочим проектом полевого обследования, выполняется параллельно. Для полевого обследования оригинал обновления на пластике прикрепляется к планшету клейкой лентой, при этом в качестве «рубашки» используется прозрачный пластик, а при его отсутствии — обычная восковка. Оригинал обновления на жесткой основе и репродукции фотоплана (ортофотоплана) прикрепляются к планшету медными гвоздиками. До начала полевых работ осматриваются и проверяются топографические приборы. Обследование пунктов государственной геодезической сети и знаков государственной нивелирной сети выполняется с целью проверки их сохранности на местности. Работы по обследованию пунктов ГГС и знаков ГНС включают: отыскание пунктов (нивелирных знаков) на местности, их осмотр, определение состояния наружных знаков, центров и возобновление внешнего оформления (окопки). Если у геодезического пункта марка верхнего центра исправна, то нижние центры не вскрываются. Если же верхний центр поврежден, то вскрывается средний или нижний центр и по его состоянию устанавливается сохранность пункта. У каждого сохранившегося геодезического пункта проверяется сохранность ориентирных пунктов. Если геодезический пункт (нивелирный знак) обнаружить не удалось и не установлено явных признаков его уничтожения, то пункт (нивелирный знак) считается ненайденным и неуничтоженным, а на оригинале он показывается своим условным знаком. Утраченные геодезические пункты и нивелирные знаки на карте не показываются, при необходимости они могут изображаться условным знаком отметок высот.

Результаты обследования геодезических пунктов и знаков нивелирования записываются в формуляр листа карты и оформляются в карточках обследования. Сводные ведомости и карточки обследования геодезических пунктов по трапециям масштаба 1:50000, а для знаков нивелирования по ходам нивелирования I—IV классов высылаются по окончании полевых работ в геодезическую часть. Обследование пунктов специальных геодезических сетей выполняется только при наличии на это специальных указаний. Полевая инструментальная проверка точности карты выполняется, если при проверке точности обновляемой карты в камеральный период путем построения фотограмметрических сетей в качестве опорных точек для их геодезического ориентирования служили контурные точки обновляемой карты. В остальных случаях инструментальная проверка точности оригиналов выполняется только на участках, где при камеральной проверке были выявлены недопустимые погрешности в изображении контуров и рельефа, и в местах, где требуется согласовать положение изображений контуров, местных предметов и горизонталей с вновь нанесенными на оригинал обновления геодезическими пунктами, а также по свободным сторонам рамок трапеций. Полевая инструментальная проверка точности оригинала обновления может выполняться аналитическим способом — проложенном полигонометрических ходов, а также графическим способом — проложением мензульных ходов или визированием с геодезических пунктов и точек съемочной сети. Для проверки точности оригиналов обновления только в высотном отношении прокладываются высотные ходы. При полевой инструментальной проверке точности оригиналов проверяют плановое положение изображений местных предметов и контуров, отметки высот и положение горизонталей. Для проверки точности оригинала обновления графическим способом мензулу устанавливают на исходном пункте и ориентируют планшет по наиболее удаленным геодезическим пунктам. После этого производят кипрегелем визирование на опознанные точки с подписанными на карте высотами, местные предметы, контуры и характерные точки рельефа, а на проверяемом оригинале обновления прочерчивают на них направления и определяют уклонения изображений проверяемых объектов. Точность планового положения изображений отдельных объектов местности и контуров может проверяться также путем измерения расстояний нитяным дальномером кипрегеля по рейке с исходных пунктов. Для определения высот точек производят измерение вертикальных углов или превышений. Средние значения уклонений d направлений, прочерченных с исходных пунктов на проверяемые точки, или расхождения расстояний, измеренных на оригинале обновления и полученных нитяным дальномером кипрегеля по рейке, а также расхождения в положении точек, полученных из полигонометрических или мензульных ходов после их увязки и из засечек, относительно соответствующих точек на оригинале обновления не должны превышать 0,5 мм (в низкогорных, среднегорных и высокогорных районах — 0,75 мм). Средние расхождения h между высотами, полученными из наблюдений и подписанными или определенными по горизонталям на оригинале обновления, не должны превышать средних ошибок соответственно подписных точек или горизонталей, установленных Основными положениями [17] для карты обновляемого масштаба и района. Удвоенные значения средних расхождений d и h считаются предельными. Результаты полевой инструментальной проверки точности обновляемого оригинала оформляются в полевом журнале и в формуляре листа карты. Если средние расхождения d и h превышают указанные допуски, то лист карты или его отдельные участки не обновляются, а подлежат съемке заново. Проверка значений склонения магнитной стрелки производится на трех — пяти геодезических пунктах или точках съемочной сети, равномерно расположенных на площади трапеции. Ориентирование планшета на пункте должно выполняться с контролем. Если среднее значение склонения, полученное в результате произведенной проверки, отличается от подписанного на карте с учетом поправок за годовые изменения не более чем на ±30', то на оригинале обновления подписывается значение склонения, взятое с карты и исправленное поправками за годовые изменения. В противном случае склонение определяется вновь на 10—15 точках (геодезических пунктах и точках съемочной сети) и выводится его среднее значение. Это значение принимается за окончательное для данной трапеции и подписывается на оригинале обновления.

Полевое обследование и исправление оригиналов обновления выполняется в соответствии с рабочим проектом полевого обследования. В процессе полевого обследования исполнитель передвигается по намеченному маршруту, сличает с местностью оригинал обновления и выполняет следующие действия: наносит объекты местности и контуры, не изобразившиеся на фотоснимках, а также изменения, которые произошли после аэрофотосъемки; производит полевую проверку правильности изображения объектов местности и контуров, которые камерально были отдешифрированы неуверенно; определяет высоты точек местности, которые должны быть дополнительно подписаны на карте, и исправляет изображение рельефа на тех участках, где в этом возникает необходимость; собирает недостающие и проверяет имеющиеся географические названия, а также качественные и количественные характеристики объектов местности; собирает сведения о местности для военно-топографического описания. Особое внимание обращается на обследование по сторонам рамок трапеций. При полевом обследовании исправления вносят непосредственно в оригинал обновления. Если же в качестве основы при обновлении карты служат абрисные копии издательских оригиналов на чертежном пластике, то исправления можно вносить в трансформированные фотоснимки (ортофотоснимки, фотопланы или ортофотопланы), которые использовались при камеральном исправлении оригинала, с последующим переносом этих изменений на абрисную копию. Не изобразившиеся на фотоснимках объекты местности и контуры наносят на оригинал или трансформированный фотоснимок инструментально засечками или измерением расстояний нитяным дальномером кипрегеля по рейке. Высоты точек местности, которые необходимо дополнительно подписать на карте, определяются в соответствии с теми же требованиями, что и при комбинированном методе аэрофототопографической съемки. При объезде (обходе) территории, покрываемой оригиналом обновления, определяют и наносят недостающие и уточняют имеющиеся на нем качественные и количественные характеристики объектов и пояснительные надписи. Все исправления вычерчиваются в поле на оригинале обновления или аэрофотоснимках мягким карандашом с применением действующих условных знаков. Карандашная рисовка должна быть четкой, аккуратной и законченной. При обновлении топографических карт на труднодоступные малообжитые районы в целях сокращения сроков выполнения работ может производиться аэровизуальное обследование местности с использованием вертолетов. По мере выполнения полевого обследования производится окончательная отработка оригиналов обновления. Все изменения, обнаруженные в процессе полевого обследования, вычерчиваются тушью в три цвета. Во всех случаях при отработке оригиналов должно быть произведено согласование взаимного положения изображений сохранившихся и вновь нанесенных объектов. Положение горизонталей на исправленном оригинале должно быть согласовано с дополнительно определенными высотами. Одновременно с отработкой оригиналов обновления проверяется сводка по сторонам рамок трапеций, выполненная в процессе камерального исправления оригиналов. При необходимости в полосы сводок вносят соответствующие изменения. Если сводка выполняется с оттисками изданных листов карты и при этом обнаружены недопустимые расхождения, обусловленные изменениями местности, изображенной на изданном листе, то сводка не производится. Это отмечается в формуляре листа карты и на полях оригинала. После производства сводки все контуры и местные предметы в полосе сводки вычерчиваются тушью, а на полях оригинала против соответствующей стороны рамки синей тушью делается запись, в которой указывается, с каким оригиналом произведена сводка. По окончании полевых работ исполнитель представляет на каждую трапецию следующие материалы: оригинал обновления, вычерченный полевым черчением тушью в три цвета (на абрисных копиях издательских оригиналов вычерчиваются только изменения), с фоновыми закрасками и соответствующим зарамочным оформлением; формуляр листа карты; комплект фотоснимков с результатами дешифрирования; выкопировки для сводки по восточной, южной и свободным сторонам рамки трапеции;

заверенный список новых географических названий; сведения о местности. Если при обновлении производилось инструментальное исправление изображения рельефа, то дополнительно представляются полевой журнал и калька высот. Все представляемые материалы должны быть строго согласованы между собой и аккуратно оформлены.

Глава 17. ДОВЕДЕНИЕ ДО ВОЙСК СВЕДЕНИЙ ОБ ИЗМЕНЕНИЯХ МЕСТНОСТИ И О ПРОТИВНИКЕ § 92. Цель и способы оперативного исправления топографических карт Топографическая карта является основным документом, по которому изучается и оценивается местность. Войскам, действующим на местности, как в мирное, так и в военное время необходимо иметь топографические карты, отражающие современное состояние местности, и в первую очередь основных ее элементов, имеющих первостепенное значение для ориентирования и при передвижении войск. Однако в силу таких причин, как периодичность, а не непрерывность обновления, длительность процессов подготовки к изданию, издания и доведения до войск обновленных или вновь созданных карт, «возраст» состоящих на обеспечении войск топографических карт исчисляется несколькими годами, в течение которых на местности могут произойти значительные изменения. Кроме того, в военное время в результате боевой деятельности войск, и особенно применения оружия массового поражения, облик местности может измениться до неузнаваемости в очень короткие сроки, а недостаток времени в этих условиях не позволит выполнить полноценную съемку или обновление топографических карт. Поэтому как в мирное, так и в военное время, с целью быстрого приведения основных элементов содержания карты в соответствие с местностью выполняется оперативное исправление топографических карт, в результате которого создается карта изменений местности. Под оперативным исправлением топографических карт понимается внесение путем впечатки в тиражные оттиски карт, находящихся на обеспечении войск, основных, наиболее важных изменений, происшедших на местности, и дополнительных характеристик, необходимых войскам при решении боевых задач и задач боевой подготовки. При этом изданная топографическая карта с обеспечения войск не снимается. Оперативное исправление топографических карт выполняется: в мирное время — на районы расположения войск, полигонов, учебных полей и т. п.; в военное время — на полосы действий войск, на отдельные направления и рубежи. Основными источниками данных для оперативного исправления топографических карт являются: материалы воздушного фотографирования (аэрофотоснимки, радиолокационные, инфракрасные и другие снимки); различные картографические материалы, созданные после издания исправляемой карты, а в военное время — и трофейные карты; материалы полевых рекогносцировок, выполняемых по плану топографического отдела штаба округа офицерами частей топографической службы, штабами соединений (объединений), военкоматами, военно-учебными заведениями, а в военное время — материалы топографической разведки; литературно-справочные материалы и другие документы с информацией об изменениях на местности, происшедших после издания исправляемой карты. Оперативное исправление карт выполняется, как правило, камерально, без полевого обследования. При отсутствии фотоснимков и картографических материалов оперативное исправление выполняют путем полевого обследования — объездом на автомобиле, с вертолета или с помощью топопривязчика. В этом случае исправления вносят инструментально, полуинструментально или глазомерно.

Внесение в карту исправлений выполняется в соответствии с действующими наставлениями, руководствами и с применением условных знаков для данного масштаба карты с учетом некоторых особенностей. Для вычерчивания изменений кроме принятых для данного масштаба условных знаков могут использоваться специально разработанные дополнительные условные знаки и пояснительные надписи. При оперативном исправлении топографических карт выявляются и, как правило, отображаются на картах изменения, имеющие значение для войск, во всех основных элементах местности: дорожной сети и сооружениях при ней, населенных пунктах и крупных промышленных и сельскохозяйственных предприятиях вне населенных пунктов, гидрографии и гидротехнических сооружениях, растительном покрове, грунтах и рельефе. Полнота отображения отдельных групп элементов местности зависит от конкретных условий обстановки, наличия материалов, времени, сил и средств. Однако существуют определенные руководящими документами по оперативному исправлению топографических карт требования, которые заключаются в следующем. При выявлении изменений в дорожной сети и дорожных сооружениях на исправляемой карте отображаются все вновь построенные и строящиеся шоссейные, железные, улучшенные грунтовые дороги и сооружения на них, а также дороги, на которых изменилось покрытие, и их количественные характеристики. При этом учитывается следующее: узкоколейные дороги вне населенных пунктов показываются, если они имеют значение для боевых действий войск; в зависимости от ширины колеи применяют свои условные знаки для строящихся железных дорог; количество путей и вид тяги не указываются; изображение недействующей железной дороги сопровождается подписью: «Недейств.»; грунтовые, полевые, лесные и зимние дороги показываются, если они проходят в районах со слаборазвитой дорожной сетью; при отсутствии характеристик дорог вдоль их изображения на картах подписывается: «Шоссе», «Улучшен. грунт. дорога»; при показе разрушений па шоссейных и улучшенных грунтовых дорогах выделяются своими условными знаками участки с сильными и слабыми разрушениями. При выявлении изменений в населенных пунктах, промышленных и сельскохозяйственных предприятиях на карте отображают все новые населенные пункты, вновь застроенные окраины населенных пунктов, промышленные и сельскохозяйственные предприятия вне населенных пунктов, если они занимают площадь не менее 5 мм 2 в масштабе карты; при меньшей площади перечисленные объекты, а также отдельные строения показываются в случае, если они имеют значение ориентиров. Кроме того, учитывается следующее: в новых населенных пунктах и застроенных окраинах показываются только основные проезды и планировка; кварталы по огнестойкости не подразделяются; изображения новых населенных пунктов сопровождаются названиями; при переименовании населенных пунктов старое название зачеркивается и дается новое; на исправляемых картах показываются все вновь появившиеся на местности аэродромы, гидроаэродромы, посадочные площадки, магистральные нефтепроводы, газопроводы, водопроводы; при отображении разрушенных населенных пунктов и промышленных предприятий указывается соответствующим условным знаком степень их разрушения (полные, сильные, средние, слабые разрушения). При выявлении изменений в гидрографии и гидротехнических сооружениях на исправляемой карте отображаются: новое положение береговой линии морей, рек и озер, если оно не совпадает со старым изображением на карте на 2,0 мм и более; обрывистые (скалистые) берега при их высоте не менее 2 м и при длине в масштабе карты не менее 3 мм; вновь появившиеся водохранилища при их площади в масштабе карты не менее 10 мм 2; водохранилища меньшей площади показываются, если они имеют значение ориентиров; все каналы и шлюзы, дамбы при их высоте не менее 2 м и длине в масштабе карты не менее 3 мм; все броды, перевозы на реках, изображаемых в две линии, а также крупные морские объекты (железнодорожные паромы, порты, пристани, молы, причалы и т. п.); новые колодцы и источники воды в степных и пустынных районах;

при наличии данных ожидаемые зоны затопления в случае разрушения гидротехнических сооружений. При отображении изменений в растительном покрове и рельефе на карте показываются: вновь появившиеся леса, низкорослая древесная растительность, сплошные заросли кустарников, горелые и вырубленные леса при площади в масштабе карты не менее 2 см 2; новые просеки при их ширине не менее 20 м; просеки меньшей ширины показываются, если они имеют значение ориентиров; вновь появившиеся плантации сельскохозяйственных культур, которые могут оказать влияние на условия проходимости и маскировки (чай, хмель и др.), площадью в масштабе карты не менее 2см2; крупные изменения рельефа, вызванные землетрясениями, обвалами, оползнями, а также вновь промытые овраги и промоины длиной в масштабе карты более 1 см; вновь открытые перевалы, отметки их высот и время их действия; другие объекты, если они имеют важное значение для ориентирования на местности, оценки ее защитных и маскировочных свойств и определения проходимости. Исключение утраченных объектов местности при исправлении карты выполняется с такой же подробностью, как и нанесение вновь появившихся объектов. Условные знаки утраченных объектов перечеркиваются крестиками и рядом с ними дается надпись, например: «Жел. дорога разобрана», «Населенный пункт снесен» и т. п. Средние ошибки нанесения на карту новых объектов и изменившихся элементов местности не должны превышать 1,0 мм, а для горных и пустынных районов— 1,5 мм в масштабе карты. У изображений изменений местности, нанесенных с большей ошибкой, дается надпись: «Нанесено схематически», «Нанесено глазомерно» и т. п. Впечатка изменений в тиражные оттиски топографических карт производится, как правило, одним фиолетовым цветом. При наличии времени и соответствующей точности нанесения данных об изменениях местности впечатку изменений можно производить и применяя цвета изданной карты. Оперативное исправление топографических карт выполняют части и подразделения топографической службы, используя для этого штатные приборы и оборудование. § 93. Технология изготовления карты изменений местности по материалам аэрофотосъемки Технология изготовления карты изменений местности по материалам аэрофотосъемки состоит из следующих основных процессов: подготовительных работ; выявления по фотоснимкам изменений местности и их отбора для нанесения на исправляемую карту; изготовления составительских оригиналов изменений; изготовления издательских оригиналов изменений; впечатки изменений в тиражные оттиски карт. Подготовительные работы включают: выбор и подготовку картографической основы для изготовления составительских оригиналов изменений; подбор, систематизацию и подготовку фотоснимков к дешифрированию; подготовку рабочего места, приборов и чертежных инструментов к работе. Картографической основой для изготовления составительских оригиналов изменений могут служить: тиражные оттиски листов топографических карт; совмещенные штриховые копии издательских оригиналов коричневого или голубого цвета на прозрачном пластике. Тиражные оттиски листов топографических карт в качестве картографической основы для исправления применяются, как правило, при небольшом количестве изменений и отсутствии или невозможности изготовления штриховых оригиналов на пластике. С исправленных тиражных оттисков в дальнейшем изготавливаются издательские оригиналы на прозрачной основе. Совмещенные штриховые копии издательских оригиналов на прозрачном пластике применяются для изготовления оригиналов при любом количестве изменений. Их наиболее целесообразно применять при наличии фотоснимков или возможности приведения их к масштабу

исправляемой карты. Оригиналы изменений, изготовленные на прозрачной штриховой копии голубого цвета, могут в дальнейшем использоваться непосредственно в качестве издательских оригиналов. Фотоснимки привязываются и систематизируются по листам исправляемых карт. На них вычерчиваются рабочие площади, в пределах которых будет выполняться дешифрирование. Так как перекрытие фотоснимков в маршруте обычно более 50%, то рабочие площади вычерчиваются через фотоснимок. Если в качестве основы для исправления используется штриховая копия на прозрачном пластике и имеются показания высотомера, то фотоснимки приводятся к ' масштабу исправляемой карты. При отсутствии показаний высотомера фотоснимки можно трансформировать, используя в качестве трансформационных контурные точки исправляемой карты. Эти виды работ выполняются на фототрансформаторах или универсальном топографическом проекторе УТП-2. При наличии кроме материалов воздушного фотографирования других исходных материалов (данных топографической или инженерной разведки, литературно-справочных и т. д.) они анализируются и систематизируются по листам исправляемых карт. Выявление изменений, происшедших на местности, выполняется путем их дешифрирования на фотоснимках. С этой целью фотоизображение по небольшим участкам сравнивается с содержанием карты. Сравнение выполняется по элементам содержания карты, как и при обновлении топографических карт. Все изменения вычерчиваются на фотоснимке, одновременно делается их отбор и определяются характеристики отдельных объектов. Для определения характеристик объектов местности могут использоваться справочные материалы. Вычерчивание изменений на фотоснимках выполняется с применением упрощенных условных знаков карандашом или тушью (в зависимости от способа исправления содержания карты). Утраченные объекты местности перечеркиваются на оригинале крестиками. При дешифрировании используются стереоскопы, лупы, микроскопы и другие приборы для дешифрирования. Оригиналы изменений изготовляются путем исправления картографической основы по результатам дешифрирования изменений местности на фотоснимках. Исправление содержания картографической основы может быть выполнено: непосредственным копированием (перенесением на просвет); оптическим проектированием; с помощью пропорционального циркуля; посредством вклеек. Допускается сочетание указанных способов исправления содержания топографических карт. Непосредственное копирование применяется при исправлении основы на равнинные и всхолмленные районы, если дешифрирование изменений выполнялось на фотоснимках, приведенных к масштабу исправляемой карты, а в качестве картографической основы используется совмещенная штриховая копия на прозрачном пластике. В этом случае исправление сводится к перенесению на основу на просвет изменений с фотоснимков, подложенных под исправляемый оригинал и совмещенных с ним по общим контурным точкам. Совмещение может выполняться не по всей площади фотоснимка, а по частям. Такой способ является наиболее рациональным и обеспечивающим высокую производительность и точность. Кроме того, в этом случае имеется возможность одновременно рассматривать модель местности и ее картографическое изображение и согласовать исправления с наблюдаемыми формами рельефа. Для этого на копию оригинала накладывается второй фотоснимок, образующий с первым стереопару и закрепляемый в положении, при котором наблюдается стереоэффект. Оптическое проектирование применяется при отсутствии возможности переноса изменений непосредственным копированием. При оптическом проектировании изменения переносят с помощью универсального топографического проектора УТП-2 или других проектирующих приборов. Планово-высотной основой для переноса изменений с фотоснимков на исправляемый оригинал служат опознанные на фотоснимках пункты государственной геодезической сети и одноименные контурные точки фотоснимков и исправляемой карты. Таких точек должно быть не менее пяти: четыре — по углам рабочей площади фотоснимка и одна — в центре. Этот способ позволяет переносить изменения с фотоснимков, имеющих большие углы наклона (так как при проектировании одновременно осуществляется трансформирование фотоизображения),

и с фотоснимков на местность с большими относительными превышениями (в этом случае проектирование производится по зонам). Проектирование выполняется следующим образом. В кассете проектора устанавливается фотоснимок, а на экране — исправляемый оригинал. Затем последовательными приближениями, изменяя масштаб проектируемого изображения, наклоняя кассету, перемещая и поворачивая оригинал на экране, добиваются совмещения изображения опорных точек фотоснимка с соответствующими точками исправляемого оригинала с точностью не грубее 1,0 мм. Совместив опорные точки, переносят на оригинал изображения изменившихся и новых объектов. Исправление оригинала с помощью пропорционального циркуля производится при небольших количествах изменений и на местность с небольшими относительными превышениями. Изменившиеся и вновь появившиеся объекты, расположенные на линейном контуре (дороге, просеке, канаве и т. п.) или вблизи от него, переносят с фотоснимка на исправляемый оригинал путем промера от двух расположенных по обе стороны от наносимого объекта идентичных контуров фотоснимка и карты. Расхождение между двумя полученными положениями объекта в этом случае не должно превышать 1,5 мм в масштабе исправляемой карты. За окончательное положение принимается среднее. Отдельные объекты можно переносить на исправляемый оригинал линейной засечкой с трех контурных точек, опознанных на фотоснимке и карте. Стороны треугольника погрешностей при этом не должны превышать 3,0 мм в масштабе карты. За окончательное положение принимается центр тяжести треугольника погрешностей. Исправление оригинала посредством вклеек производится в тех случаях, когда на относительно малой площади имеется много изменений (например, новый крупный населенный пункт), а в качестве картографической основы для исправления используется тиражный оттиск листа топографической карты. Фотоснимки трансформируются и приводятся к масштабу исправляемой карты по контурным точкам, надежно опознанным на карте. Трансформированные отпечатки дешифрируются, вычерчиваются и ориентируются на тиражном оттиске по трансформационным точкам, а затем наклеиваются на него. Несовмещения не должны превышать 1.0 мм. Тиражный оттиск со сделанными вклейками служит оригиналом изменений. После переноса изменений с фотоснимков на оригиналы изменений они соответствующим образом оформляются. Если в качестве картографической основы для оригинала изменений используется тиражный оттиск карты, то при его оформлении все изменения и дополнения вычерчиваются тушью красного цвета. На прозрачном пластике изменения и дополнения вычерчиваются черной тушью или гравируются в процессе изготовления издательских оригиналов изменений. В правом нижнем углу оригинала изменений помещается легенда: «Исправлено по состоянию на __________ (месяц) 19_____ г. по аэрофотоснимкам». На тиражном оттиске текст легенды подписывается красной тушью, на пластике — черной. После исправления листов карты производится сводка оригиналов изменений. Предельные расхождения по общим сторонам рамок смежных листов в положении нанесенных изменений не должны превышать полутора значений предельных ошибок нанесения этих изменений. За окончательное положение изменений принимается среднее. Издательский оригинал изменений изготавливается копированием изменений с составительского оригинала на недеформирующуюся прозрачную основу (пластик) с последующим их вычерчиванием. Как исключение, в качестве прозрачной основы допускается использование чертежной восковки. Изменения на издательском оригинале вычерчиваются черной тушью с применением условных знаков, принятых для карты данного масштаба; размеры знаков увеличиваются на 25 — 30% по сравнению с приведенными в таблицах условных знаков. Отдельные изменения могут вычерчиваться с применением дополнительных условных знаков. Условные знаки утраченных объектов аккуратно перечеркиваются крестиками. Минимальная толщина линейных элементов условных знаков — 0,2 мм, штрих должен быть насыщенным. Подписи названий объектов, пояснительные надписи и цифры изготавливаются фотонабором на прозрачной основе и затем наклеиваются на издательский оригинал. Размеры надписей и цифр также увеличиваются на 25—30%.

Внутренние стороны рамок листов карт на издательских оригиналах обозначаются крестами по углам рамки. При оперативном исправлении топографических карт в сжатые сроки размеры условных знаков выдерживают приближенно, а надписи выполняют от руки, придерживаясь начертаний шрифтов. Если в качестве картографической основы при исправлении содержания карты использовалась совмещенная штриховая копия голубого цвета на прозрачном пластике, то она служит одновременно составительским и издательским оригиналом. Печатная форма изготавливается непосредственно с этой копии. Если впечатка изменений в тиражные оттиски карт будет выполняться в цветах карты, то изготавливаются расчлененные издательские оригиналы. При этом надо иметь в виду, что утраченные и разрушенные объекты, горелые и вырубленные леса, буреломы, завалы, новые элементы рельефа, не выражающиеся горизонталями, характеристики туннелей, мостов, шоссейных дорог, рек, каналов, паромов, водохранилищ, плотин, шлюзов и дамб в этом случае впечатываются фиолетовым цветом. Для этих элементов изготавливается отдельный издательский оригинал и соответственно своя печатная форма. Впечатывание изменений в тиражные оттиски топографических карт производится насыщенным тоном, с тем, чтобы выделить вновь нанесенные объекты. При этом особое внимание обращается на совмещение впечатываемых изменений с элементами содержания карты. Их несовмещение допускается не более 1,5 мм. § 94. Военное дешифрирование фотоснимков Успешное ведение боевых действий невозможно без знания сил и средств противника, их расположения на местности, без знания характера и местонахождения его фортификационных и других сооружений. В то же время постоянно существующим фактором боевой обстановки является местность, оказывающая существенное влияние на боевую деятельность войск. Данные о противнике можно получить с помощью различных видов разведки, а основным источником данных о местности является топографическая карта. Однако топографическая карта не всегда содержит самые свежие данные о местности. На карте нет исчерпывающих характеристик почвенно-растительного покрова, водных преград и других данных, позволяющих с высокой степенью подробности определить тактические свойства местности (защитные свойства, проходимость, условия маскировки, ориентирования, наблюдения, ведения огня и т. д.), на них не показаны сезонные изменения, разрушения в результате боевых действий, военные объекты. Поэтому данные о местности, полученные по карте, обычно нуждаются в дополнении и уточнении. Опыт ведения боевых действий, и особенно Великой Отечественной войны, показал, что наиболее эффективным способом получения свежей информации о противнике и местности является воздушная разведка, и особенно фотографирование занятых противником участков местности с летательных аппаратов (самолетов, вертолетов и др.). По фотоснимкам можно детально изучать местность, получать многие характеристики ее элементов, необходимые войскам, анализировать характер сооружений противника и его огневых средств, выявлять места сосредоточения живой силы и боевой техники. Все эти данные получают в результате дешифрирования фотоснимков. Дешифрированием фотоснимков называется процесс обнаружения, распознавания и получения количественных и качественных характеристик объектов по их фотографическим изображениям. Различают два вида дешифрирования: топографическое (ландшафтное) и специальное (отраслевое). Топографическое дешифрирование фотоснимков выполняется с целью обнаружения, распознавания и получения характеристик объектов, которые должны быть изображены на составляемой или обновляемой карте. Специальное дешифрирование выполняется для решения ведомственных задач и имеет довольно много разновидностей, одной из которых является военное дешифрирование фотоснимков. Военное дешифрирование является отраслью военных знаний, изучающей способы обнаружения и распознавания военных объектов на фотоснимках на основе определения их дешифровочных признаков, а также на основе знания тактики и организации различных родов войск.

Военное дешифрирование тесно связано с топографическим, так как военные объекты располагаются в системе боевых порядков войск с учетом характера местности. Дешифровщик должен искать изображение военных объектов там, где их расположение наиболее вероятно не только согласно схеме боевых порядков, но и с учетом тактических свойств местности, определенных в результате топографического дешифрирования. Основными задачами военного дешифрирования являются: получение данных о противнике на всю глубину его расположения (обнаружение средств ядерного нападения, пунктов управления, выявление схемы построения боевых порядков и ее элементов, вскрытие элементов инженерного оборудования местности и т. д.); систематическое изучение всех изменений, происходящих в районе действий противника; определение координат целей и элементов обороны противника; изучение и оценка тактических свойств местности; проверка результатов бомбардировок, пуска ракет и огня артиллерии; проверка маскировки своих войск; составление фотодокументов с данными о противнике и местности и др. В зависимости от принципов организации работ и условий их выполнения различают четыре метода дешифрирования фотоснимков: полевой, аэровизуальный, камеральный, комбинированный. Полевой метод дешифрирования предусматривает выполнение работ непосредственно на местности. Недостатками этого метода являются его трудоемкость, сложность в организационном отношении, особенно если речь идет о дешифрировании фотоснимков на территории, занятой противником. Этот метод применяется только для особо важных районов и при создании эталонов дешифрирования. Аэровизуальный метод дешифрирования фотоснимков заключается в распознавании объектов с самолета или вертолета. Он требует специальной подготовки операторов и летчиков. Камеральный метод дешифрирования предусматривает распознавание объектов и получение их характеристик без выхода в поле путем рассматривания и изучения фотоизображения в камеральных условиях с использованием различных приборов или без них. Этот метод является наиболее приемлемым с точки зрения организации, особенно в военное время. Эффективность метода в большой степени зависит от подготовки и опыта оператора-дешифровщика. Комбинированный метод дешифрирования представляет собой сочетание камерального с полевым или аэровизуальным методом. Основная работа выполняется камерально, а полевым или аэровизуальным методом дешифрируют те объекты, которые не дешифрируются камерально или которые отсутствуют на фотоснимке. Распознавание объектов местности и военных объектов на фотоснимках производится по их дешифровочным признакам. Дешифровочными признаками объектов называется совокупность их характерных особенностей в том виде, как они изобразились на фотоснимках. Они делятся на прямые и косвенные. Прямые признаки присущи изображениям самих объектов. К ним относятся: форма, размер, типичные детали, структура, тон (цвет) изображения объекта и изображение тени объекта. Косвенные признаки не относятся к изображению объекта, но указывают на его наличие. Ими являются: местоположение и взаимная связь объектов, следы их деятельности. Форма объектов — основной дешифровочный признак большинства объектов. Различают геометрически определенную и неопределенную форму. Первая присуща искусственным сооружениям и большинству военных объектов и может служить надежным дешифровочным признаком. Вторая характерна для многих природных объектов и часто не может служить определенным дешифровочным признаком. Характерную форму имеют ракеты, танки, самолеты, корабли и др. Строгие геометрические формы имеют промышленные, жилые и административные постройки. Правильные дугообразные повороты характерны для железных и шоссейных дорог и т. д. Размер объекта — менее определенный, чем форма, дешифровочный признак. Размер изображения объектов на фотоснимке зависит от его масштаба и является основным признаком различия между объектами одинаковой формы. Распознать подобные объекты помогает визуальное сравнение их размеров. Сравнение можно выполнить и путем измерения размеров изображений с помощью различных приборов. Детали объектов способствуют распознаванию сложных объектов. Например, данные о характере насыпей, выемок и мостов помогают классифицировать дороги, количество и детали

элементов боевого порядка отличают взводный опорный пункт от позиции отделения; по деталям можно отличить боевые машины от транспортных, танк от бронетранспортера и т. д. Тон (степень почернения) фотоизображения позволяет выделить объект на окружающем фоне, но является весьма переменчивым признаком. Он зависит от многих факторов: времени года, погоды, освещенности и отражательной способности объектов, условий химико-фотографической обработки и типа фотоматериала. Например, зимой дороги на фотоснимке изображаются темными линиями, летом — светлыми. Применение маскировки военных объектов также меняет тон их фотоизображения. Поэтому этот признак чаще используется только для обнаружения объекта, а не для его распознавания. При дешифрировании цветных и спектрозональных фотоснимков важным дешифровочным признаком является цвет изображения. Цветные фотоснимки значительно улучшают дешифрируемость топографических объектов, а спектрозональные фотоснимки позволяют с большой достоверностью выявлять замаскированные объекты, определять характер дорожных покрытий, виды растительности и т. д. Структура (рисунок) изображения объекта — важный дешифровочный признак элементов местности, не имеющих характерной формы (растительность, пашня и т. д.). Так для изображения лесов типична зернистая структура, для изображения сплошных кустарников — мелкозернистая и т. д. Геометрически правильную структуру изображения могут иметь объекты культурного ландшафта, например сады — редкозернистую «в клетку», посадки технических культур — точечную линейную, населенные пункты — квартальную прямоугольную. Изображение тени от объекта часто является решающим признаком при распознавании некоторых объектов. Различают собственные и падающие тени. Собственной называется тень, покрывающая часть объекта, не освещенную Солнцем. Наличие собственной тени подчеркивает объемность объекта. Падающей называется тень, отбрасываемая объектом на земную поверхность. Падающие тени передают форму объекта в виде, близком к привычному. Вытянутые вверх объекты (трубы, башни, геодезические знаки, ракеты на стартовых позициях) лучше всего дешифрируются по падающим теням. Контраст изображения тени и фона может превосходить контраст изображения объекта и фона. В этих случаях тень может быть единственным дешифровочным признаком. Иногда изображение тени закрывает изображения других объектов, что затрудняет или делает невозможным их дешифрирование. Это характерно для фотоснимков крупных городов, промышленных предприятий, горной местности и т. п. Войска и боевая техника, находящиеся в тени деревьев, зданий и т. д., дешифрируются с трудом. Местоположение объекта и его связь с другими объектами является косвенным дешифровочным признаком и играет решающую роль при распознавании объектов, не имеющих четких прямых дешифровочных признаков. Например, командные и наблюдательные пункты, большинство инженерных сооружений не имеют ни характерной формы, ни определенных размеров, ни других дешифровочных признаков. Но эти объекты располагаются на местности в известной связи как между собой, так и с топографическими элементами. Заграждения и минные поля оборудуются чаще всего перед траншеями, доты и дзоты располагаются на характерных участках местности во взаимосвязи друг с другом. Броды на реке или паромные переправы всегда имеют подходы или подъезды в виде троп или дорог и т. п. Следы деятельности объектов — косвенный дешифровочный признак, особенно характерный для военных объектов, позволяющий вскрывать замаскированные и ложные объекты. Например, при рытье траншей и других земляных фортификационных сооружений разрушается грунт на большой площади. Изображение разрушенного грунта хорошо читается на фотоснимке и по этому признаку можно предположить наличие замаскированной траншеи, блиндажа или другого фортификационного сооружения. Огневые позиции артиллерии в залесенной местности сопровождаются вырубками по секторам обстрела, гусеничная техника оставляет за собой хорошо заметные следы и т. п. На зимних фотоснимках снег является естественной маской, но на нем следы деятельности, как косвенный признак, выявляются четче. Ложные объекты следов деятельности, связанной с их появлением в данном месте, не имеют. На полноту, качество и достоверность дешифрирования фотоснимков оказывают существенное влияние их информационные свойства, т. е. способность воспроизводить определенный объем информации о сфотографированной местности и объектах, расположенных на ней.

Степень воспроизводимой на фотоснимке и воспринимаемой оператором-дешифровщиком детализации фотоизображения в значительной степени определяется его тоновым контрастом, разрешающей способностью и масштабом. Тоновым контрастом D называется различие в оптических плотностях (степени почернения) фотоизображений объекта и фона или двух разных объектов. Различие в оптических плотностях изображений визуально воспринимается на черно-белых фотоснимках как переход от одного тона к другому. Чем четче этот переход, тем быстрее и надежнее обнаруживается изображение объекта, точнее определяются его границы, форма и размер, что способствует распознаванию самого объекта. Тоновой контраст количественно выражается разностью

, где D2 и D2 — оптические плотности изображений объекта и фона или разных объектов. Оптическая плотность D изображения создается зернами металлического серебра, восстановленного в результате фотолабораторной обработки экспонированных зерен галоидного серебра светочувствительного слоя фотоматериала. Количественно она выражается десятичным логарифмом отношения силы F0 падающего светового потока к силе F светового потока, прошедшего через слой:

Для нормального визуального восприятия фотоизображения тоновой контраст должен находиться в пределах 0,3—-1,3. Уменьшение контраста должно компенсироваться увеличением размеров изображения. Однако размер изображения при любом контрасте не должен быть менее 0,1 мм, а контраст при любых размерах должен быть не менее 0,06. Если эти условия не соблюдаются, то при рассматривании фотоснимка невооруженным глазом изобра-жение вообще не воспринимается. Тоновой контраст фотоизображения в основном определяется оптическими (отражательными) свойствами фотографируемых объектов, временем экспозиции и условиями фотографирования (наличием воздушной дымки и т. д.), однако он может быть в определенных пределах улучшен для визуального восприятия подбором соответствующих фотоматериалов и режимом их фотолабораторной обработки. Разрешающая способность фотографического изображения определяет минимальный размер А объекта на местности, который воспроизводится на аэрофотоснимке данного масштаба и может быть выявлен при его рассматривании. Размеры этого объекта могут быть подсчитаны по эмпирической формуле, предложенной Н.П. Лавровым:

(17.1) где А — линейный размер объекта на местности; т — знаменатель масштаба фотоснимка; D — тоновой контраст изображений объектов; R — разрешающая способность фотоизображения лин./мм; k — коэффициент, подобранный опытным путем (k—2 для компактных объектов, k=6 для линейных объектов). Современная фотографическая оптика и фотоматериалы позволяют получить фотоснимки, используемые в целях топографического и военного дешифрирования, с разрешающей способностью R=15—20 лин./мм. Разрешающая способность фотоизображения на негативных материалах составляет 25—30 лин./мм. Следовательно, негативные фотоматериалы имеют большую информационную емкость, и результаты их дешифрирования будут более полными и достоверными. Из анализа формулы (17.1) следует, что наряду с другими факторами масштаб фотоснимков самым непосредственным образом влияет на минимальные размеры воспроизводимых на них объектов. Естественно, что полнота и достоверность дешифрирования, а следовательно, и информационная емкость фотоизображения тем выше, чем крупнее его масштаб. Однако укрупнение

масштаба ведет к увеличению объема фотосъемочных работ и количества обрабатываемых фотоснимков. Поэтому в зависимости от целей дешифрирования выбирается оптимальный масштаб воздушного фотографирования. Оптимальный масштаб фотоснимков, обеспечивающий распознавание на них с заданной вероятностью простых искусственных объектов, можно определить из эмпирической формулы А.Н. Живичина: (17.2) где Р — вероятность распознавания объектов (полнота дешифрирования); e— основание натуральных логарифмов; А — линейный размер минимального изобразившегося на фотоснимке объекта; L — линейный размер (диаметр, диагональ и т. д.) подлежащих дешифрированию объектов; В — коэффициент распознавания формы простого объекта дешифровщиком (опытным путем установлено, что для мелких объектов B=1,52,5). Прологарифмировав выражение (17.2) и подставив в него значение A из формулы (17.1), после несложных преобразований получим формулу оптимального для дешифрирования масштаба фотоснимков (17.3) Так как большинство военных объектов являются компактными и сравнительно мелкими, то в выражении (17.3) можно принять, что k=B. Тогда оптимальный масштаб воздушного фотографирования с целью дешифрирования с заданной вероятностью объектов, имеющих линейные размеры на местности L в метрах, подсчитывается по формуле (17.4) Пример. Необходимо вскрыть систему обороны взводного опорного пункта. Наименьшим элементом этой системы является стрелковая ячейка с диаметром L = l м. Задаваясь вероятностью распознавания Р = 0,75, при R = 20 лип./мм и D = 0,3, по формуле (17.4) подсчитаем, что для вскрытия системы обороны взводного опорного пункта по фотоснимкам они должны иметь масштаб около 1:6000. § 95. Приборы, применяемые при дешифрировании фотоизображений Человеческий глаз имеет разрешающую способность порядка 6—8 лин./мм, что меньше разрешающей способности фотоснимка в два-три раза. Следовательно, невооруженный человеческий глаз не может извлечь из фотоснимка всю содержащуюся в нем информацию. Возможности человеческого зрения значительно повышают приборы, которые широко применяются при дешифрировании фотоизображения. Приборы, устройства и комплекты для дешифрирования, кроме того, улучшают организацию процесса дешифрирования и создают оптимальные условия для работы дешифровщика. Приборы, применяемые при дешифрировании, можно условно разделить на ряд групп: увеличительные, измерительные, стереоскопические и комбинированные. Кроме того, в особые группы можно выделить приборы, автоматизирующие процесс дешифрирования, приборы, предназначенные для дешифрирования негативов (ПДН) и конструктивно представляющие собой просветные столы, и др. Увеличительные приборы повышают возможности человеческого глаза, и прежде всего его разрешающую способность (остроту зрения). К ним относятся монокулярные и бинокулярные лупы и микроскопы.

Лупы характеризуются увеличением v, фокусным расстоянием f и полем зрения r. Эти величины связаны между собой соотношениями:

где 250 — расстояние наилучшего зрения, мм;  — угол поля зрения. Сложные лупы и микроскопы состоят из двух частей: объектива и окуляра. В этом случае увеличение определяется из соотношения

где

— увеличение объектива и окуляра соответственно.

Рис. 186. Наборы дешифровочных луп НДЛ-2 (а), НДЛ-3 (б) и НДЛ-452 (в):

1 — штативная лупа; 2 — обзорная лупа; 3 — измерительная лупа; 4 — налобная лупа; 5 — бинокулярная лупа; 6 — сменные окуляры; 7 — вилка с гасящим сопротивлением; 8 — измерительная лупа ЛПШ-482; 9 — измерительная лупа ЛПШ-481; 10 —измерительная лупа ЛПШ-483; 11 — обзорная лупа

Часто сложные лупы и микроскопы имеют сменные окуляры, чем достигается больший диапазон изменения увеличения.

Разработаны специальные наборы дешифровочных луп (НДЛ) (рис. 186), которые используются отдельно или входят в комплект других приборов. Состав и основные характеристики некоторых наборов луп и микроскопов, используемых при дешифрировании фотоснимков, приведены в табл. 10.

Комплекты, лупы, микроскопы НДЛ-2 Обзорная лупа ЛПК-471 Штативная лупа ЛПШ-463 Измерительная лупа ЛИ-4 (с ценой деления шкалы 0,1 мм) НДЛ-3 Налобная лупа БЛ-1 Бинокулярная лупа об = 0,7 при использовании сменных окуляров: ок = 6 ок = 12,5 ок = 17 НДЛ-452 Обзорная лупа ЛПК-471 Измерительные лупы ЛГШ-483 ЛПШ-481 ЛПШ-482 Микроскопы МБС-2 МВС-3 ОГМЭ-П при использовании сменных окуляров: ок = 6 ок = 8

Увеличение, 

Таблица 10 Диаметр поля зрения, мм

2 4 10

80 45 17

2

150-180

4,2 8,7 11,9

34 25 20

2

80

6 8 11

28 22 16

3,5-87,5 4-100

40-2,6 44-1,9

3,16-37,90 3,95-52,20

Часть луп и микроскопов имеют в поле зрения измерительные шкалы, что позволяет использовать их для измерения размеров фотоизображения. Такие лупы и микроскопы одновременно относятся и к группе измерительных приборов. Измерительные приборы позволяют получить по фотоизображению некоторые характеристики объектов местности (линейные размеры и высоту объектов, превышения между точками местности, высоту растительности, обрывов и т. д.), позволяющие более определенно и надежно пользоваться таким дешифровочным признаком, как размер. К таким приборам и устройствам относятся: измерительные линейки, циркули-измерители и пропорциональные циркули, измерительные лупы и микроскопы, параллактические пластины и параллаксометры и др. Стереоскопические приборы очень широко применяются при дешифрировании фотоизображений. Они позволяют видеть объекты объемно, в трехмерном измерении, что в значительно большей степени позволяет судить не только о форме объекта, но и о его положении среди других объектов и взаимосвязи с ними. Стереоскопическое зрение обладает большей по сравнению с монокулярным разрешающей способностью. Исследования показывают, что стереоскопическое рассматривание фотоизображения повышает достоверность дешифрирования на 30—35%. К простейшим стереоскопическим приборам относятся стереоскопы (рис. 188). Их по конструктивным особенностям подразделяют на линзовые, зеркальные и линзо-зеркальные.

Рис. 188. Стереоскопы:

1 — линзо-зеркальный СЗЛ; 2 — линзо-зеркальный Л3; 3 — линзовый ПС

Комбинированные приборы позволяют рассматривать фотоизображение монокулярно с увеличением и стереоскопически, выполнять различные измерения по фотоизображению. К ним относятся стереокомпараторы и универсальные стереофотограмметрические приборы. Это приборы стационарного типа, предназначенные не только для дешифрирования фотоизображений, а многоцелевые.

Рис. 189. Интерпретоскоп

Специально для дешифрирования фотоизображений народным предприятием «Карл Цейсе Йена» создан прибор интерпретоскоп (рис. 189). Это прибор стационарного типа и относится к группе комбинированных. Он обеспечивает как монокулярное, так и стереоскопическое рассматривание фотоснимков и негативов формата до 300300 мм. Прибор позволяет измерять линейные размеры объектов, а также продольные параллаксы точек с целью определения высот объектов и превышений между точками местности. Оптическая система прибора позволяет непрерывно изменять увеличение левой и правой оптических ветвей совместно или раздельно двухступенчато в пределах 2—6 и 5—15 . Прибор позволяет дешифрировать разномасштабные фотоснимки, для чего предусмотрено выравнивание увеличений с помощью панкратической системы до 1:3, а с применением сменных объективов до 1:7,5.

Рис. 190. Прибор для дешифрирования негативов ПДН-4

Оптическая система имеет жидкостные светофильтры, позволяющие плавно изменять яркость изображения раздельно левого и правого фотоснимков. С помощью призм Шмидта изображения рассматриваемых фотоснимков можно поворачивать в своей плоскости на угол до 360°. Конструкция осветительной системы прибора обеспечивает стереоскопическое рассматривание фотоснимков как в отраженном, так и в проходящем свете, в том числе одновременно одного — в отраженном свете, а другого — в проходящем. Рассматривание частей фотоснимков выполняется путем перемещения от руки объективов, расположенных на соответствующих каретках. Для устранения продольных и поперечных параллаксов предусмотрены микрометренные движения. Все органы управления расположены на передней панели прибора. Предусмотрена возможность перемотки при дешифрировании неразрезных негативных аэрофильмов. При дешифрировании фотоизображений широко используются просветные столы различной конструкции, укомплектованные приборами для дешифрирования и оборудованные приспособлениями для их установки. Они значительно улучшают организацию работы, создают определенный комфорт в работе, что ведет к повышению производительности и качества дешифрирования. Прибор для дешифрирования негативов ПДН-4 (рис. 190) предназначен для дешифрирования в полевых и стационарных условиях неразрезных сухих и влажных негативных аэрофильмов шириной 19 и 32 см. В комплект прибора входит набор дешифровочных луп НДЛ-2, кроме того, предусмотрена возможность установки на приборе устройства для крепления бинокулярной лупы из комплекта НДЛ-Зк. Прибор состоит из корпуса со смотровым стеклом и внутренней подсветкой и устройства для перемотки аэрофильмов со сменными катушками двух размеров. Прибор камерального дешифрирования фотоснимков ПКДФ (рис. 191) предназначен для бинокулярного и стереоскопического дешифрирования фотоизображений в стационарных условиях. В состав прибора входят: стол просветный, стереоскоп СКФМ-1000, оптическая головка стереомикроскопа ОГМЭ-П и стул поворотный. Раздельное крепление и перемещение над плоскостью стола стереоскопа и стереомикроскопа осуществляется с помощью механизма навески и перемещения. Просветный стол является рабочим местом оператора-дешифровщика и предназначен для размещения обрабатываемых фотоматериалов. Оптическая головка стереомикроскопа ОГМЭ-П предназначена для бинокулярного рассматривания одиночного фотоснимка (негатива) или фотоплана. Стереоскоп СКФМ-1000 предназначен для стереоскопического рассматривания пары одномасштабных или разномасштабных фотоснимков (негативов), фотоснимка и фотоплана при соотношении масштабов от 1 : 1 до 1 : 20, а также для переноса результатов дешифрирования с фотоснимков на фотоплан. База стереоскопа переменная. Рассматривание фотоизображений на приборе может осуществляться в проходящем и отраженном свете.

Рис. 191. Прибор камерального дешифрирования фотоснимков ПКДФ со стереоскопом СКФМ-1000 (а) и со стереомикроскопом ОГМЭ-П (б) Основные характеристики ПКДФ Формат дешифрируемых фотоснимков (негативов), мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . Формат обрабатываемого фотоплана, мм……………………………………………………………. Размер светового окна просветного стола, мм…………………………………………………………... Пределы перемещения СКФМ-1000 и ОГМЭ-П, мм: вдоль стола…………………………………………………………………………………………. поперек стола………………………………………………………………………………………. по вертикали………………………………………………………………………………………... Увеличение стереоскопа СКФМ-1000 (изменяется плавно-ступенчато) . . . . . . . . . . . . База стереоскопа, мм……………………………………………………………………………………... Пoле зрения стереоскопа, мм……………………………………………………………………………… Увеличение оптической головки стереоскопа ОГМЭ-П (изменяется ступенчато): с окуляром = 6………………………………………………………………………………… с окуляром  = 8………………………………………………………………………………... Напряжение сети, В……………………………………………………………………………………… Масса, кг…………………………………………………………………………………………………… Размер, мм…………………………………………………………………………………………………

300300 600600 4501000 600 300 60 0,73—20х 80—1000 65—8,3 3,16; 5,53; 10,28; 21,30; 37,90 3,95; 7,26; 14,20; 30,00; 52,20х 220 250 223015201600

Пульт управления обеспечивает подачу напряжения на прибор и регулирование освещенности поверхности стола и яркости ламп осветителей стереоскопа и микроскопа, а также подачу напряжения для подключения осветителей измерительных луп комплекта НДЛ-452. § 96. Технология и организация работ при дешифрировании фотоснимков Из существующих методов дешифрирования фотоснимков наиболее распространенным является камеральный метод. Камеральное дешифрирование фотоснимков позволяет не только обнаружить и распознать большинство объектов местности по их фотографическим изображениям, но и определить их количественные и качественные характеристики. Опознавание объектов осуществляется на основе знания их демаскирующих признаков и комплексного применения дешифровочных признаков их фотоизображений. При этом необходимо

учитывать, что для различных ландшафтов и условий воздушного фотографирования дешифровочные признаки могут изменяться. Полнота и достоверность дешифрирования зависят не только от информационных свойств фотоизображения, но и от подготовленности и опыта дешифровщика, знания им местности. Дешифровщик должен хорошо знать технические и другие характеристики боевой техники противника, организацию его войск, основы их боевого применения, примерные схемы размещения различных подразделений в наступлении, обороне и других видах боя. Наиболее достоверно могут быть выявлены в процессе дешифрирования такие детали и объекты местности, которые хорошо изучены оператором-дешифровщиком в натуре. Основные процессы дешифрирования и их последовательность в каждом конкретном случае могут быть различными. В общем случае рекомендуется следующий порядок работы по дешифрированию: подготовительные работы (получение и уяснение задачи, сбор, систематизация и изучение исходных материалов, подготовка инструментов, приборов и рабочего места, изучение района в географическом и тактическом отношении); изготовление фотодокумента, если это предусмотрено заданием; собственно дешифрирование фотоснимков и определение количественных и качественных характеристик объектов; проверка результатов дешифрирования; оформление результатов дешифрирования. Исходными материалами для камерального дешифрирования являются: фотоснимки или аэрофильмы; топографические карты; эталоны дешифрирования или альбомы ранее отдешифрированных фотоснимков; паспорта аэрофотосъемки с характеристикой аэрофотоаппарата, условий и времени залета; литературно-справочные материалы; данные различных видов разведки и др. Фотоснимки привязывают к топографической карте, определяют их масштаб. На них отмечают рабочие площади, в пределах которых будут вычерчиваться результаты дешифрирования. Успешному дешифрированию способствует надлежащее оборудование рабочего места дешифровщика. Оно должно быть хорошо освещено. Кроме фотоснимков у дешифровщика должны быть комплект луп, стереоскоп или другие приборы для дешифрирования, топографическая карта, масштабная линейка, пропорциональный циркуль, чертежные принадлежности, рисунки и чертежи военных объектов, эталоны полевого дешифрирования, справочные сведения о тактико-технических данных военных объектов, таблицы топографических и тактических условных знаков. Дешифрирование начинают с беглого просмотра всех фотоснимков для составления общего представления о противнике и местности. Затем приступают к тщательному просмотру и дешифрированию интересующих участков. Сначала дешифрируют топографические элементы местности, после чего с учетом свойств местности дешифрируют военные объекты. При дешифрировании военных объектов последовательность определяется принципом «от общего к частному», т. е. сначала вскрывается общая система расположения боевых порядков и характер действий противника, а затем приступают к дешифрированию их элементов. Лучше всего дешифрирование начинать с вскрытия системы оборонительных сооружений: траншей, ходов сообщений и т. д. Особое внимание уделяется дешифрированию средств ядерного нападения и пунктов управления. При дешифрировании пользуются лупами, стереоскопами и другими приборами. Изображения объектов, правильность дешифрирования которых вызывает сомнение, сличают с эталонами дешифрирования, рисунками, чертежами, фотографиями объектов. Отдешифрированные топографические объекты вычерчивают с применением соответствующих условных знаков карандашом, тушью или краской по их фотоизображению, а тактические объекты — рядом с фотоизображением. В случае особой срочности дешифрирование производят непосредственно по аэрофильмам. При этом используются специальные приборы типа ПДН или ПКДФ и просветные столы. В процессе дешифрирования по фотоизображению определяют и некоторые количественные характеристики: линейные размеры объектов, превышения между точками местности, характеристики, лесных массивов, крутизну склонов, высоту обрывов, ширину, глубину и скорость течения рек и др.

Линейные размеры объектов вычисляют по формуле L = ml, где l — размер изображения объекта на фотоснимке, мм. Высоты объектов, обрывов и превышения между точками местности вычисляют по формуле

h = H/(b+p)p, где h — высота объекта (превышение между точками местности), м. Линейные размеры изображений объектов и разности продольных параллаксов определяют с помощью измерительных приборов, используемых при дешифрировании. Результаты дешифрирования военных объектов отображают, как правило, на топографических картах и фотодокументах. На тиражный оттиск топографической карты отдешифрированные военные объекты переносят с фотоснимка следующими способами: глазомерно путем опознавания одноименных контуров фотоснимка и карты; оптическим проектированием с использованием различных приборов (УТП-2, ОПМ-2 и др.); линейными засечками от одноименных контуров с помощью пропорционального циркуля; способом Болотова с использованием восковки и др. Перенесенные объекты вычерчивают на карте с использованием тактических условных знаков. Для размножения изготавливают на прозрачной основе издательский оригинал результатов дешифрирования. Фотодокументы представляют собой фотографическое изображение участка местности, дополненное топографическими, разведывательными, тактическими и другими данными, оформленными с применением соответствующих условных знаков. Фотодокументы изготовляют, как правило, в дополнение к топографическим картам. Они предназначены для доведения до штабов и войск информации о противнике и такой информации о местности, которая обеспечивала бы более полную, чем по карте, оценку ее тактических свойств. К фотодокументам, оригиналы которых создаются в частях топографической службы, относятся: отдельные аэрофотоснимки (ортофотоснимки) с координатной сеткой; фотосхемы; фотопланы (ортофотопланы); фотокарты. Аэрофотоснимки с координатной сеткой предназначены для привязки элементов боевых порядков войск, определения координат целей и ориентирования на местности. Они представляют собой трансформированные или контактные отпечатки с аэрофильма и содержат: прямоугольную координатную сетку с оцифровкой; названия наиболее важных объектов местности (населенных пунктов и т. д.). Координатная сетка на аэрофотоснимки переносится, как правило, с карты наиболее крупного масштаба из имеющихся на данный район. Фотосхемы предназначены для оперативного доведения до штабов и войск разведывательной информации о противнике и местности, а также для детального изучения местности и ориентирования на ней. Их изготовляют на участки форсирования крупных водных преград и десантирования войск, районы обороны противника и районы, подвергшиеся воздействию ядерного оружия, и другие важные в оперативном отношении участки местности. Фотосхемы составляются в произвольных рамках путем монтажа по общим контурам отдельных нетрансформированных фотоснимков и в зависимости от назначения содержат: данные о противнике; названия и характеристики основных элементов местности (населенных пунктов, дорожной сети, растительного покрова, гидрографии и др.); дешифрированные элементы местности, способствующие оценке ее тактических свойств; координатную сетку и др. Фотопланы предназначены для привязки элементов боевых порядков войск, определения координат целей, изучения крупных населенных пунктов, железнодорожных узлов, военно-морских баз, участков форсирования крупных водных преград и десантирования в районах, не обеспеченных качественными крупномасштабными топографическими картами. Фотопланы изготовляют в рамках номенклатурных трапеций, по точности положения контуров они должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к топографическим картам. На

них наносят: координатную сетку; геодезические пункты; названия и характеристики основных элементов местности (населенных пунктов, дорожной сети, гидрографии и др.). Фотокарты предназначаются для тех же целей, что и топографические карты. Их создают только на отдельные наиболее важные для войск районы, где ориентирование на местности по карте затруднено. Фотокарта представляет собой сочетание фотографического (полутонового) и картографического (штрихового) изображений местности. Основой для ее создания является фотоплан, в репродукцию которого впечатываются элементы картографического изображения. Часть специальной нагрузки (данные о противнике, зоны разрушений и затопления, завалы и др.) на фотодокументы наносят не только по результатам дешифрирования фотоснимков, но и по оригиналам, представленным разведывательными органами. При оформлении оригиналов фотодокументов условные знаки топографических объектов вычерчивают точно на местах их фотоизображения. Условные знаки инженерных сооружений и элементов боевых порядков противника смещают относительно их фотоизображения. Вычерчивание условных знаков выполняют черной тушью или гуашью, размеры их выдерживают приближенно. При необходимости фотодокументы со специальной нагрузкой размножают фотокопированием или литографским способом. Глава 18. ОСНОВЫ РЕДАКЦИОННОЙ РАБОТЫ § 97. Содержание и назначение редакционной работы Чтобы создать высококачественную топографическую карту при минимальных затратах сил и средств, необходимо четкое научно-техническое руководство на всех этапах ее создания (обновления). Систему научно-технического руководства созданием (обновлением) топографической карты, осуществляемого на всех этапах работы над ней, называют редакционной работой. Редакционная работа включает: изучение физико-географических особенностей района работ; выявление, сбор, систематизацию и изучение материалов, необходимых для создания и обновления топографических карт, и отработку рекомендаций по их использованию; проверку точности топографических карт и определение необходимости их обновления (выполняется только при обновлении топографических карт); выбор рациональной методики и технологии работ по созданию и обновлению топографической карты; разработку редакционных документов (технических проектов и технических указаний), создание эталонов полевого и камерального дешифрирования фотоснимков, образцов съемки характерных участков местности или листов карты; подготовку исполнителей к выполнению работ; руководство исполнителями в процессе создания (обновления) карты с целью обеспечения единства в понимании и выполнении требований действующих руководств, редакционных документов; проверку и приемку законченных видов работ и готовой продукции; анализ выполненных работ в целях непрерывного совершенствования процессов создания карт. Район предстоящих работ изучают по топографическим картам наиболее крупного масштаба, географическим описаниям и литературно-справочным материалам. В результате изучения выявляют характеристики картографируемой территории, которые могут оказать влияние на качество создаваемой или обновляемой карты, организацию и методику выполнения работ, а также их материально-техническое обеспечение. Затем собирают, систематизируют и изучают исходные материалы. Материалы, используемые при создании топографических карт, подразделяются на основные, дополнительные и справочные. Основными материалами являются: материалы аэрофотосъемки; каталоги (списки) координат геодезических пунктов и точек геодезической основы; тиражные оттиски имеющихся топографических карт.

К дополнительным материалам относят: специальные планы, карты ведомственных организаций и другие достоверные материалы, позволяющие получить данные, отсутствующие на основных материалах. Справочными материалами являются: справочники административно-территориального деления и другие литературно-справочные материалы, схемы газопроводов, линий связи и электропередачи и т. д., технические отчеты и технические указания по ранее выполненным работам по созданию карт. Основные материалы поступают в часть централизованно. Выявление и получение остального материала организуется штабом части, для этого запрашиваются сведения о выполненных различными организациями и ведомствами геодезических, картографических работах. Штаб части организует изучение всего материала. К этой работе привлекают начальников отделений, их заместителей и опытных исполнителей. В результате изучения исходного материала устанавливают: обеспеченность района работ необходимыми материалами, порядок их использования; точность, достоверность и современность материалов. Собранные картографические и аэрофотосъемочные материалы систематизируются по листам создаваемой (обновляемой) карты, а геодезические и справочные — по районам работ отделений. Обеспеченность района работ исходными материалами отображается на картах или схемах, здесь же приводятся основные характеристики этих материалов. На основу изучения физико-географических особенностей района, анализа исходных материалов, наличия технических средств выбирают вид и метод съемки, обосновывают рациональную технологию выполнения отдельных процессов создания карт, а при обновлении карт после проверки точности и определения необходимости их обновления выбирают способ обновления и технологию создания оригиналов обновления. После принятия решения на создание или обновление карты разрабатываются редакционные документы. В части составляются следующие редакционные документы; технический проект топогеодезических работ части; технические проекты топогеодезических работ отделений; рабочие проекты полевых топогеодезических работ исполнителей. Технический проект работ части составляется на карте масштаба 1 : 500 000 или 1 : 200 000. Разрабатывается он штабом части с привлечением начальников отделений. Технический проект работ части утверждается начальником топографического отдела штаба военного округа. Начальники отделений и их заместители после изучения технического проекта работ части разрабатывают технические проекты работ отделений. Технические проекты работ отделений составляются на карте масштаба 1 : 200 000 или 1 : 100 000 и утверждаются командиром части. Исполнители на тиражных оттисках листов создаваемых карт или на репродукциях накидного монтажа фотоснимков составляют рабочие проекты полевых топогеодезических работ, которые утверждаются начальником отделения. Так как при создании карт стереотопографическим методом полевые и камеральные работы выполняют различные части, то в этом случае разрабатывают раздельно технические проекты на выполнение полевых и камеральных работ. На техническом проекте работ части при создании карты показывают: разграфку съемочных трапеций; границы района работ части и отделений, места пунктов управления; границы участков, различающихся по технологии выполнения работ; участки абсолютных и фотограмметрических разрывов; исходные геодезические пункты; очередность и сроки выполнения работ; места расположения точек полевой подготовки по границам работ отделений, свободным сторонам рамок. К техническому проекту прилагают технические указания, которые являются его текстовой частью. Технические указания не должны повторять требования руководств. В них эти требования конкретизируются применительно к особенностям района съемки, качеству имеющихся исходных материалов и наличию технических средств. В технических указаниях на выполнение полевых работ в первую очередь дают краткие сведения о районе работ и влиянии его физико-географических особенностей на организацию и технологию выполнения полевых работ, количество и местоположение точек полевой подготовки, рекомендации по выбору их на местности и способам определения, указания по полевому дешифрированию фотоснимков и сбору сведений о местности.

В технических указаниях на камеральные работы по созданию карты освещают следующие вопросы: задание и краткие сведения о физико-географических особенностях района съемки (вводный раздел); характеристики исходных материалов и рекомендации по их использованию (первый раздел); рекомендации по методике составления оригиналов карты (второй раздел). Во вводном разделе технических указаний излагают содержание задания, масштаб карты, количество листов и их номенклатуру, границы района съемки, указывают руководящие документы, которые необходимо изучить исполнителям до начала работ. Здесь же приводят краткую характеристику географических особенностей района съемки, дают сведения о наличии объектов, характерных для данного района, а также указания о характере и степени генерализации при изображении основных элементов содержания карты. В первом разделе приводят основные сведения об аэрофотосъемочных материалах, материалах полевых работ, дают их оценку, указывают порядок и степень их использования. В этом же разделе технических указаний дают краткую характеристику имеющихся топографических карт, специальных карт и планов, справочных и других ведомственных материалов, которые используют при создании оригиналов карты, с выводами о степени их использования. Важным разделом указаний является второй. В этом разделе должны содержаться рекомендации по методике камерального дешифрирования фотоснимков, съемке контуров и рельефа и отработке составительского оригинала, его оформлению и корректуре. Текстовая часть указаний по методике камерального дешифрирования фотоснимков сопровождается образцами дешифрирования различных участков района съемки. В указаниях по съемке контуров и рельефа приводят допуски при выполнении различных видов работ, требования к изображению и генерализации контуров, местных предметов и рельефа, порядок производства сводок по рамкам трапеции. На наиболее характерные участки района съемки создают образцы съемки контуров, местных предметов и рельефа или же выполняются работы по созданию одного или нескольких образцовых листов карт. Создание образцовых листов карт поручается наиболее опытным исполнителям. В этом же разделе излагают требования по изображению на составительских оригиналах населенных пунктов, дорожной сети, элементов гидрографии, рельефа, растительного покрова, границ, по транскрипции названий и порядку согласования названий, приведенных на топографических картах различных масштабов, по оформлению составительских оригиналов, производству сводок по рамкам трапеций, по самокорректуре и корректуре на различных этапах составления оригиналов карты. К текстовой части технических указаний прилагаются: схема орографии и гидрографии района съемки; схема района съемки с указанием порядка производства сводок по сторонам рамок трапеций и подписей направлений дорог за рамками трапеций; схема обеспечения района съемки аэрофотосъемочными материалами, геодезическими пунктами, точками полевой подготовки фотоснимков; схема деления района съемки на участки по различиям в технологии создания карты. Следующим важным этапом редакционной работы является подготовка исполнителей к выполнению задания и осуществление постоянного руководства их деятельностью по воплощению в жизнь положений технических указаний. Это руководство должна быть непрерывным в течение всего процесса создания карты. Подготовку начинают с изучения исполнителями технических указаний и других руководящих документов. При их изучении начальник отделения обращает внимание исполнителей на особенности района, порядок и степень использования исходных материалов, особенности содержания создаваемой карты и технологии работ по ее изготовлению. В результате подготовки исполнители должны твердо знать характер и особенности предстоящей работы, что должно обеспечить выполнение задания в срок с наименьшими затратами сил и средств. Готовность исполнителей к выполнению задания обязательно контролируется. Малоопытные исполнители выполняют пробную съемку. После того как подготовка исполнителей проверена и дано разрешение приступить к выполнению задания, начинается следующий этап редакционной работы — руководство исполнителями в процессе создания (обновления) карты. На этом этапе необходимо обеспечить полное и правильное использование всех материалов, которые рекомендовано использовать при создании (обновлении) карт, требуемую точность изображения элементов содержания карты, единый подход к генерализации и соответствие составительских оригиналов (оригиналов обновления) требованиям действующих руководств и технических указаний. Начальники отделений и их заместители контролируют выполнение

отдельных процессов по созданию (обновлению) карты в поле, а при камеральных работах — на фотограмметрических приборах. Начинающим исполнителям оказывается необходимая практическая помощь в выполнении работ. По обнаруженным недостаткам в процессе проверки устраивается критический разбор с участием всех исполнителей. § 98. Порядок корректуры и приемки работ Важным этапом редакционной работы является контроль и приемка законченных видов работ и готовой продукции. Контроль и приемку работ выполняют с целью проверки соблюдения требований инструкций, руководств и технических указаний, а также с целью оказания помощи в выполнении работ с высоким качеством и в установленные сроки. Определяются завершенность работ и пригодность их для дальнейшей обработки или непосредственного использования. Основными видами контроля топографических работ являются: проверка качества работ самим исполнителем (самокорректура) в процессе их выполнения и по окончании; проверка качества работы исполнителя должностными лицами в процессе ее выполнения; проверка качества работ (корректура); приемка выполненных работ и готовой продукции начальником отделения; приемка выполненных работ и готовой продукции комиссией, назначенной приказом командира части. За качество выполнения работ в первую очередь несут ответственность сами исполнители. На приемку (или проверку) начальнику предъявляются тщательно проверенные материалы, относящиеся к данному оригиналу создаваемой или обновляемой карты, аккуратно оформленные в соответствии с установленными образцами. Чтобы задание выполнить в срок с высоким качеством, исполнитель обязан в совершенстве владеть топографическими приборами и современной фотограмметрической техникой, содержать их в исправном состоянии и правильно эксплуатировать, твердо знать и точно соблюдать требования руководящих документов, владеть приемами и методами выполнения работ, систематически проводить самокорректуру выполненных работ, своевременно устранять выявленные при этом недостатки, а также недостатки, отмеченные должностными лицами при проверках. Контроль качества работ должен быть четко организован и проводиться систематически всеми должностными лицами. Особая роль в этих вопросах отводится начальнику отделения и его заместителю (старшему инженеру). Начальник отделения отвечает за организацию и выполнение специального задания в отделении с высоким качеством и в установленные сроки. Для этого он обязан регулярно организовывать и проводить занятия с исполнителями по изучению руководящих документов, передовых методов и способов создания и обновления карт, лично проводить практические занятия по наиболее сложным видам работ, руководить планированием в отделении и осуществлять контроль качества выполненных работ непосредственно в процессе их исполнения, принимать и оценивать конечную продукцию, систематически проводить анализ качества выполнения работ отделением, обобщать и распространять передовой опыт лучших исполнителей, знать имеющиеся приборы и инструменты и организовывать их правильное хранение и использование. Качество выполнения исполнителями специальных работ начальником отделения должно проверяться не реже одного раза в месяц, если же исполнители имеют небольшой производственный опыт, то не менее двух раз в месяц. При этом начальник отделения должен проверять 100% работ, выполняемых отделением. Отдельные должностные лица части (командир, офицеры штаба) проверяют качество и ход выполнения специального задания отделениями или отдельными исполнителями не реже одного раза в два месяца. Ими проверяются не менее 30% выполненных ча стью работ. О результатах контроля проверяющие делают запись в рабочих тетрадях исполнителей (начальников отделений) и формулярах листов топографических карт. Важным видом контроля качества выполнения работ является их проверка самим исполнителем (самокорректура). Самокорректура должна выполняться систематически как в процессе создания (обновления) карт, так и при подготовке отработанных оригиналов к сдаче. При подготовке оригиналов карты к сдаче выполняется также корректура, при которой выявляется степень их соответствия требованиям действующих руководств и технических указаний. Корректура выполняется начальником отделения (его заместителем) или хорошо подготовленным и опытным исполнителем.

Корректура (самокорректура) оригиналов карт выполняется по элементам содержания карты в такой последовательности: прямоугольная координатная сетка, рамка трапеции и опорные точки, гидрография, населенные пункты, дорожная сеть, промышленные, сельскохозяйственные объекты и объекты социально-культурного назначения, границы, растительный покров и грунты, подписи и зарамочное оформление, сводки. Рекомендуется корректуру (самокорректуру) производить по частям с оригинала трапеции, ограниченным изображениями крупных рек, железных или шоссейных дорог. Особое внимание при корректуре обращается на правильность применения условных знаков, написания названий объектов и их количественных и качественных характеристик, размещения подписей и выполнения сводок, а также на то, чтобы не было пропусков в изображении отдельных объектов местности. Для качественной проверки изображения контуров, местных предметов и рельефа используется не только визуальный просмотр оригинала, но и стереоскопическое рассматривание фотоснимков или построение и измерение отдельных моделей местности на универсальных фотограмметрических приборах. Обнаруженные недочеты отмечают на восковке и записывают в тетрадь корректуры. Если необходимо, то в тетради указывают, как исправить обнаруженные недостатки. При проверке формуляра листа карты, необходимо убедиться в правильности и полноте сделанных в нем записей, сопоставляя их с данными соответствующих документов. Откорректированные оригиналы карты и прилагаемая к ним документация передаются исполнителю для исправления. Начальник отделения или его заместитель проверяет полноту и правильность произведенных исправлений. По мере завершения работ по созданию оригиналов карт производится их приемка, которая осуществляется: от исполнителей — начальником отделения; от отделений — комиссией, назначенной приказом командира части. На приемку начальнику отделения исполнитель предъявляет полностью завершенные, проверенные им самим и откорректированные материалы. Начальник отделения при приемке проверяет: комплектность материалов; полноту и правильность использования исходных материалов; точность выполнения отдельных процессов создания (обновления) карт; качество, полноту и наглядность отражения на оригиналах карты элементов местности; правильность заполнения и оформления документации; правильность сводки по сторонам рамки трапеции. Начальник отделения после приемки трапеций подписывает их и оценивает. При оценке работ учитываются выполнение требований руководящих документов по созданию (обновлению) карт, выдержанность установленных допусков выполнения отдельных процессов, наглядность и точность отображения элементов содержания карты, качество их вычерчивания, аккуратность оформления документации. Комиссия, назначенная командиром части, принимает все оригиналы трапеции, созданные в отделении. Приемка комиссией выполненных работ оформляется актом. В акте показываются оценки качества выполненных работ (по трапециям, исполнителям, отделениям и в целом по части), основные недостатки, вскрытые в процессе приемки работ, выводы и предложения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А н т и п о в И. Т., Н е х и н С. С. На XIV конгрессе Международного фотограмметрического общества//Геодезия и картография. 1981. № 2.

2. Гайдаев П. А., Большаков В. Д. Теория математической обработки геодезических измерений. М.:1969.

3. Дубиновский В. Б. Калибровка снимков. М.: 1982.

4. Коншин М. Д. Аэрофотограмметрия. М.: 1967.

5. Куш тин И. Ф. Рефракция световых лучей в атмосфере. М.: 1971.

6. К у ш т и н И. Ф., Л ы с к о в Г. А. Фотограмметрия снимка и стереоскопических моделей. М.:1984.

7. Лаврова Н. П., Алмазов И. В., Прилепский А. Н. Аэрофотосъемка. М.: 1985.

8. Лазарев Г. В., Волков Д. А. Фотограмметрическое инструментоведение: Учебное пособие. М.:1974.

9. Л о б а н о в А. Н. Фотограмметрия. М.: 1984.

10. Лобанов А. Н., Журкин И. Г. Автоматизация фотограмметрических процессов. М.: 1980.

11. Лобанов А. Н., Овсянников Р. П., Дубиновский В. Б. и др. Фототриангуляция с применением электронной цифровой вычислительной машины. М.: 1975.

12. Лысенко Ф. Ф., Коршунов Р. А. Автоматизированные стереокомпараторы: Стереокомпаратор СКА-30: Практич. руководство. М.: 1976.

13. Морозов В. П. Сфероидическая геодезия. М.: 1969.

14. Овсянников Р. П. Фототопография: Теория одиночного снимка и стереоскопической пары. М., 1970. Ч. I. 15. Овсянников Р. П., Лысенко Ф. Ф. Фототопография. Методы аэрофототопографии. М.: 1976. Ч. II. 16. Овсянников Р. П., Хрущ Р. М. Деформация маршрутной фотограмметрической сети, построенной с дополнительными данными//«Известия вузов: Геодезия и аэрофотосъемка». 1980. Вып. 3.

17. Основные положения по созданию и обновлению топографических карт масштабов 1 : 10 000, 1 : 25 000, 1 : 50 000, 1 : 100 000, 1 : 200 000, 1 : 500 000, 1 : 1000 000. М.: 1984.

18. Павлов В. И. Математическая обработка фотограмметрических измерений. Л.: 1976.

19. Полякова В. А. Точность и надежность аналитической фототриангуляции. М.: 1977.

20. Руководство по фототопографическим работам при топогеодезическом обеспечении войск. М.: 1981. Ч. I. 21. Руководство по фототопографическим работам при топогеодезическом обеспечении войск. М.: 1981. Ч. П.

22. Руководство по фототопографическим работам при топогеодезическом обеспечении войск. М.: 1983. Ч. III. 23. Р у с и н о в М. М., А ф р е м о в В. Г., Ш а х в е р д о в А. Ш. Ортоскопия фотограмметрических объективов. М.: 1976.

24. Сердюков В. М. Фотограмметрия М.: 1983.

25. С к и р и д о в А. С. Стереофотограмметрия. М.: 1959.

26. Т а р а к а н о в В. Г. Аналитическая маршрутная фототриангуляция* Курс лекций. Л.: 1977.

27. Урмаев Н. А. Элементы фотограмметрии. М.: 1941

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение…………………………………………………………………………………………………

Стр.

3

§ 1. Фотограмметрия, ее задачи и методы………………………………………………………… — § 2. Виды, методы и способы создания топографических карт……………………………………. 5 § 3. Краткий исторический очерк развития фотограмметрии………………………………………… 8 Раздел I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОТОГРАММЕТРИИ Глава 1. Основные сведения из теории одиночного фотоснимка………………………………..

14

§ 4. Фотоснимок — центральная проекция…………………………………………………………... § 5. Координаты точек местности и фотоснимка………………………………………………….. § 6. Элементы ориентирования фотоснимка……………………………………………………… § 7. Зависимость между координатами точек местности и их изображений на фотоснимке............ § 8. Определение элементов внешнего ориентирования фотоснимков по опорным точкам…......... § 9. Определение абсолютной высоты фотографирования по опорным точкам................................. § 10. Искажения фотоснимков, вызываемые влиянием физических факторов...................................

— 16 18 21 23 26 27

Глава 2. Основные определения и зависимости стереоскопической пары фотоснимков…...... 32 § 11. Элементы стереоскопической пары фотоснимков…………………………………………..... — § 12. Координаты и параллаксы одноименных точек стереопары…………………………….. 35 § 13. Зависимость между координатами точки местности и координатами ее изображений на стереопаре фотоснимков………………………………………………………………………….... 37 § 14. Определение превышений и высот точек местности по фотоснимкам………………............... 41 § 15. Точность определения превышений по фотоснимкам………………………………………. 43 Глава 3. Взаимное ориентирование фотоснимков стереопары…………………………....

45

§ 16. Условие пересечения соответственных проектирующих лучей……………………………. — § 17. Взаимное ориентирование фотоснимков…………………………………………………....... 46 § 18. Элементы взаимного ориентирования…………………………………………………....... 48 § 19. Уравнения взаимного ориентирования...................................................................................... 50 § 20. Определение элементов взаимного ориентирования по измеренным поперечным параллаксам стандартно расположенных точек................................................................................................. 54 § 21. Точность определения элементов взаимного ориентирования по измеренным поперечным параллаксам...................................................................................................................................... 59 § 22. Определение элементов взаимного ориентирования по координатам соответственных точек 61 Глава 4. Теоретические основы обработки фотоснимков с преобразованными связками проектирующих лучей.................................................................................

66

§ 23. Общие сведения……………………………………………………………………………………. 66 § 24. Преобразованная модель местности…………………………………………………………….. 67 § 25. Понятие о трансформировании стереопары фотоснимков………………………………….… 71 § 26. Взаимное ориентирование стереопары фотоснимков с преобразованными связками............. 76 § 27. Построение модели по трансформированным изображениям………………………………….. 78 Глава 5. Внешнее ориентирование модели.................................................................................

.79

§ 28. Элементы внешнего ориентирования модели............................................................................. § 29. Уравнения внешнего ориентирования модели…………………………………………………. § 30. Определение элементов внешнего ориентирования модели по опорным точкам……….......

.— 80 82

Глава 6. Построение одиночной модели...........................................................................................

86

§ 31. Уравнения деформации одиночной модели...............................................................................

.—

Стр .§ 32. Деформация модели под влиянием систематических ошибок ………………………………… 90 § 33. Точность построения одиночной модели……………………………………………………........ 95 Раздел II. ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ Глава 7. Фотограмметрические приборы, применяемые для фототриангуляции....................

101 § 34. Способы измерения координат точек фотоснимков и модели…………………………………. — § 35. Назначение и виды приборов, применяемых для фототриангуляции........................................ 111 § 36. Монокомпараторы. Монокомпаратор «Аскорекорд»………………………………………….. 112 § 37. Стереокомпараторы. Стереокомпаратор СК-1818……………………………………………… 116 § 38. Автоматизированные стереокомпараторы СКА-18 и СКА-30 ………………………………… 122 § 39. Автоматический счетчик координат АСК-М1 ............................................................................. 131 § 40. Приборы для маркирования точек........................................................................................... 137 Глава 8. Универсальные фотограмметрические приборы...........................................................

144

§ 41. Назначение, классификация и принципы устройства универсальных фотограмметрических приборов.........................................................................................................................................

— § 42. Двойной проектор «Топофлекс»............................................................................................... .152 § 43. Мультиплекс................................................................................................................................... 158 § 44. Стереопроектор СПР-ЗМ............................................................................................................... 162 § 45. Назначение, состав и основные характеристики стереопроектора аналитического СПА...... 172 § 46. Оптико-механическое устройство стереопроектора СПА………………………………… 175 § 47. Устройство управления стереопроектора СПА........................................................................... 183 § 48. Принцип решения фотограмметрической засечки в СПА…………………………………….

189 § 49. Аналитические универсальные стереофотограмметрические комплексы «Аналит» и «Ортомат»................................................................................................................................... 194 Глава 9. Метрологическое обеспечение фотограмметрических приборов………………..

199

§ 50. Основные понятия. Цели и задачи метрологического обеспечения приборов…………............. — § 51. Метрологические средства контроля и исследования инструментальной точности фотограмметрических приборов……………………………………………………………….. 202 § 52. Общие положения по метрологическому обеспечению стереокомпараторов, универсальных фотограмметрических приборов и комплексов......................................................................... .211 § 53. Комплектная поверка стереокомпараторов.................................................................................. .214 § 54. Комплектная поверка универсальных фотограмметрических приборов аналогового типа.....

218 § 55. Понятие о методике определения параметров юстировки прибора одновременно с оценкой его инструментальной точности ……………………………………………………… 221 § 56. Компарирование снимков-макетов, используемых для поверок и исследований фотограмметрических приборов……………………………………………………..... 224 Глава 10. Построение модели местности на универсальных фотограмметрических приборах.225 § 57. Построение модели местности..................................................................................................— § 58. Внешнее ориентирование модели местности.............................................................................237 Глава 11. Ортофототрансформирование фотоснимков.................................................................240 § 59. Способы трансформирования фотоснимков горной и холмистой местности ……............... — § 60. Принцип дифференциального трансформирования 243 § 61. Основные сведения по теории дифференциального трансформирования……………................244 § 62. Некоторые пути уменьшения ошибок ортофототрансформирования...........................................248 § 63, Приборы, применяемые для дифференциального трансформирования фотоснимков................250 § 64. Понятие о получении орограмм при дифференциальном трансформировании………................258

§| 65. Ортофототрансформатор ОФТ……………………………………………………………….........263 Стр, Глава 12. Подвижной фотограмметрический комплекс ПФК-5 (ПФК-5М) ……………..271 § 66. Назначение и состав подвижного фотограмметрического комплекса ПФК-5.......................... -— § 67. Назначение и технологическое оборудование спецмашин комплекса ПФК-5..............................274 § 68. Универсальный топографический проектор УТП-2 . …………………………….. 281 § 69. Оптический монокулярный пантограф ОПМ-2 . …………………………….. 286 § 70. Стереотопограф СТП.................................................................................................................

28Э § 71. Подвижной фотограмметрический комплекс ПФК-5М . ………………………………. 293 Раздел III. ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЕ СЕТИ Глава 13. Пространственная фототриангуляция

......................................................................... 295

§ 72. Назначение и классификация фототриангуляции .............................................................. — § 73. Аналитическая фототриангуляция …………………………………………………….........299 § 74. Аналитическая маршрутная фототриангуляция способом частично зависимых моделей..........304 § 75. Внешнее ориентирование и устранение деформации свободной фотограмметрической сети...315 § 76. Особенности внешнего ориентирования фотограмметрических сетей большой протяженности...................................................................................................................................317 § 77. Аналитическая многомаршрутная фототриангуляция . ……………………………….... 321 § 78. Фототриангуляция с использованием универсальных фотограмметрических приборов............325 Глава 14. Точность фототриангуляции................................................................................................333 § 79. Источники ошибок фототриангуляции ................................................................................. — § 80. Накопление ошибок при построении маршрутной фототриангуляции ……………................336 § 81. Влияние систематических ошибок на деформацию маршрутной фототриангуляции.................338 § 82. Влияние случайных ошибок на точность построения фототриангуляции .... ..... . ... 341 § 83. Требования к обеспечению фототриангуляции опорными точками . ............................... 343 Раздел IV. СОЗДАНИЕ И ОБНОВЛЕНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ КАРТ Глава 15. Технологическая схема стереотопографического метода создания топографических карт ……………………………………………………………..............346 § 84. Аэрофотосъемка ..........................................................................................................................— § 85. Полевые работы..................................................................................................................................350 § 86. Камеральные работы.........................................................................................................................356 § 87. Способы создания составительского оригинала …………………………………………....... 368 Глава 16. Обновление топографических карт.....................................................................................

375 § 88. Цель и способы обновления топографических карт . . ……………………………. — § 89. Техническое проектирование работ при обновлении топографических карт...............................378 § 90. Камеральные работы при обновлении топографических карт фотоснимкам ……............383 § 91. Полевые работы при обновлении топографических карт……………………………………….. 389 Глава 17. Доведение до войск сведений об изменениях местности и о противнике

..............394

§ 92. Цель и способы оперативного исправления топографических карт……………………................— § 93. Технология изготовления карты изменений местности по материалам аэрофотосъемки..........397 § 94. Военное дешифрирование фотоснимков.......................................................................................402 § 95. Приборы, применяемые при дешифрировании фотоизображений ..........................................409 § 96. Технология и организация работ при дешифрировании фотоснимков…………………..............416 Глава 18. Основы редакционной работы...............................................................................................420

§ 97. Содержание и назначение редакционной работы ……………………………………... § 98. Порядок корректуры и приемки работ.........................................................................................425 Список литературы.....................................................................................................................................428