Модуль 3. ВТОРИЧНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ

Модуль 3. ВТОРИЧНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИХ В ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВЕ, ЗЕМЕЛЬНОМ И ГОРОДСКОМ КАДАСТРЕ ЛЕКЦИЯ 14. НАЗЕМНАЯ СТЕРЕОФОТОГРАММЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА Авторы: Лозовая Светлана Юрьевна, д. т. н. , профессор кафедры городского кадастра и инженерных изысканий Лозовой Николай Михайлович, ст. преподаватель кафедры городского кадастра и инженерных изысканий Божкова Оксана Николаевна ст. гр. ГК-41

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НАЗЕМНЫХ СНИМКОВ Наземная фотограмметрическая съемка основана на фотографировании местности с точек земной поверхности. Определенный участок местности фотографируется с двух точек. Полученную при этом стереопару в дальнейшем обрабатывают стереофотограмметрическим методом, в результате чего получают цифровую модель местности и цифровую карту. Фотографируют специальными съемочными системами, называемыми фототеодолитами. Поэтому такой вид съемки называют фототеодолитной съемкой.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Фототеодолит представляет собой фотокамеру, соединенную с угломерным прибором (теодолитом) и снабженную уровнями. Угломерный прибор и уровни позволяют устанавливать теодолит в определенное положение с высокой точностью. При производстве съемки фототеодолит крепят на штативе над точкой съемочного обоснования. Стереофотограмметрическая обработка наземных снимков подобна стереообработке аэрофотоснимков. Однако имеются некоторые различия.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Плоская система координат наземного снимка Координаты точек на наземных снимках измеряют в прям угольной системе координат xo'z , где начало системы координат о' находится в точке пересечения линий, соединяющих координатные метки. Ось хх проходит через координатные метки 1— 2. Ось zz перпендикулярна оси хх и проходит через точку о'. При изготовлении фототеодолита стремятся к совмещению главной точки снимка о с точкой о'. В результате координаты главной точки близки к нулю. Элементами внутреннего ориентирования наземных снимков являются фокусное расстояние объектива съемочной камеры и координаты главной точки снимка.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Положение снимков стереопары в геодезической системе координат определяется двенадцатью элементами внешнего ориентирования снимков: геодезические координаты левого и правого центров фотографирования , дирекционные углы α 1 и α 2 и углы наклона оптических осей фотокамер ω1 и ω2 , а также углы поворота снимков ᴂ1 и ᴂ2. При проведении фототеодолитной съемки определяют координаты фотостанций геодезическими методами: с помощью G PS приемников, прямыми, обратными и комбинированными засечками, теодолитными ходами или построением съемочной триангуляционной сети. Плановые геодезические координаты центра фотографирования Х S, Y S совпадают с плановыми координатами фотостанции. Высотная координата ZS равна сумме высотной координаты Z фотостанции и превышению центра объектива над точкой станции h S.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Как правило, этими способами определяют координаты одного из концов базиса, например левого. Координаты второго (правого) конца базиса вычисляют с использованием измеренных базиса фотографирования, направления и утла наклона базиса по формулам, известным из геодезии. Углы наклона ω оптической оси фотокамеры и поворота ᴂ снимка приводят к значениям, равным нулю, с помощью уровней, закрепленных на фотокамере. После приведения пузырьков уровней на середину главный луч и ось XX снимка займут горизонтальное положение. Дирекционный угол α оптической оси фотокамеры вычисляется с высокой точностью по измерениям горизонтальных углов, произведенным угломерным прибором фототеодолита. В результате все двенадцать элементов внешнего ориентирования пары наземных снимков могут быть известны с необходимой точностью.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Для определения геодезических координат точек местности по паре снимков используют известные фотограмметрические зависимости — уравнения коллинеарности проектирующих лучей. Для наземных снимков они имеют следующий вид:

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Координаты каждой точки местности, изобразившейся на паре снимков, можно вычислить прямой фотограмметрической засечкой с использованием уравнений. В большинстве случаев фототеодолитную съемку выполняют при горизонтальном положении главного луча фотокамеры, т. е. ω1=ω2 = 0. При этом оптические оси обеих камер могут быть по разному ориентированы относительно базиса фотографирования. В зависимости от этого различают три вида съемки: нормальный, равноотклоненный, конвергентный.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Виды наземной стереосъемки: В нормальном виде съемки оптические оси обеих камер перпендикулярны базису , в равноотклоненном виде оптические оси параллельны между собой, но не перпендикулярны базису, в конвергентном виде оптические оси пересекаются под некоторым углом ᵞ (углом конвергенции).

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках В зависимости от используемого вида съемки формулы связи геодезических координат точек местности с измеренными координатами на снимке видоизменяются (упрощаются). Для нормального вида фототеодолитной съемки они принимают вид: где В — проекция базиса фотографирования на горизонтальную плоскость (горизонтальное положение базиса фотографирования).

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПРИ НАЗЕМНОЙ СТЕРЕОФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ СЪЕМКЕ Подготовительные работы при наземной стереофотограмметрической съемке предусматривают составление проекта съемки и подготовку съемочных инструментов и оборудования. Проект съемки включает пояснительную записку и графическую часть. Пояснительная записка содержит: описание района работ, представляющее собой характеристику всех физико географических факторов, влияющих на проведение полевых работ (рельефа, гидрографической сети, путей сообщения и т. п. ); сведения о геодезической опорной сети; расчеты по сгущению опорной сети; расчеты, связанные с наземной стереофотограмметрической съемкой.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках В графическую часть проекта входят следующие схемы: расположения и сгущения пунктов опорной геодезической сети; определений фотостанций и контрольных точек наземной стереофотограмметрической съемки, на которой указывают границы съемки с каждой станции и так называемые «мертвые» зоны. Все схемы составляют на имеющихся планах и картах, масштаб которых в 4. . . 5 раз мельче масштаба съемки. При составлении схемы размещения фотостанций стремятся к тому, чтобы снять всю необходимую территорию с наименьшего числа точек. Для этого выполняют некоторые предрасчеты. Прежде всего определяют предельное расстояние от базиса фотографирования до дальней границы снимаемого участка Ynp.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Для нормального вида съемки его вычисляют по формуле: где σd— заданная средняя квадратическая погрешность планового положения точек относительно ближайших пунктов съемочного обоснования. Для равнинной местности σ d = 0, 3 мм в масштабе создаваемого плана, для горной местности σd = 0, 5 мм в масштабе плана; σр — измерения параллаксов точек снимков

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Минимально допустимая длина базиса фотографирования для нормального вида съемки: Расстояния до ближайшей границы съемки: Выполненные расчеты используют при выборе местоположения станций фотографирования на плане. При этом руководствуются положениями: точки фотографирования выбирают на возвышенных участках местности; угол наклона базиса фотографирования не должен превышать 10˚; между концами базиса должна быть прямая видимость. Проектируемые станции фотографирования и зоны съемки с каждого базиса наносят на схему наземной съемки. Далее составляют схему геодезической привязки фотостанций.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках ПОЛЕВЫЕ РАБОТЫ ПРИ НАЗЕМНОЙ СТЕРЕОФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ СЪЕМКЕ Полевые работы предусматривают выполнение следующих процессов: рекогносцировки; фотографирования; геодезических работ; дешифрирования снимков. Рекогносцировку участка работ проводят с целью уточнения предварительного проекта наземной съемки и выноса его в натуру. Работа на фотостанции предусматривает: фотографирование участка местности; измерение длины базиса фотографирования, его угла наклона и направления, а также другие необходимые геодезические измерения. Перед фотографированием на обоих концах базиса центрируют штативы, на одном из которых устанавливают фототеодолит, а на другом — визирную марку, и измеряют высоту инструмента

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Геодезические работы на фотостанции имеют целью определение геодезических координат второго конца данного базиса фотографирования. Эти работы проводят в соответствии с ранее разработанной и уточненной схемой определений фотостанций и контрольных точек. Средняя квадратическая погрешность планового положения фотостанций и контрольных точек не должна превышать 0, 1 мм в масштабе создаваемого плана. Дешифрирование выполняют на контактных или увеличенных фотоснимках. В процессе дешифрирования опознают и фиксируют все элементы ситуации, подлежащие нанесению на создаваемый план, а также замаркированные пункты геодезического съемочного обоснования, фотостанции и контрольные точки. Причем все точки дешифрируют на фотосхемах, составленных из снимков, полученных с левых концов базисов, а элементы ситуации — на фотосхемах, составленных из правых снимков стереопар. После окончания полевых работ проводят их контроль и приемку.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ НАЗЕМНОЙ ФОТОГРАММЕТРИИ ПРИ РЕШЕНИИ НЕТОПОГРАФИЧЕСКИХ ЗАДАЧ Материалы наземной стереофотосъемки используют при составлении проекта рекультивации нарушенных земель. Технол гическая схема рекультивации выработанных грунтовых карьеров предусматривает работы по выравниванию поверхности. Для выполаживания откосов с целью обеспечения допустимой крутизны склонов рассчитывают объем снятого грунта, равный объему насыпного грунта. Объем земляных работ определяют по фототеодолитным снимкам стереофотограмметрическим способом. Для этого проводят периодическую фототеодолитную съемку ведущихся выработок грунта с закрепленных на местности базисов фотографирования.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Известны различные способы аналитического определения объемов земляных работ: способ горизонтальной сетки, вертикальной сетки, способ уступов, способы вертикальных и горизонтальных сечений и т. п. Наиболее удобен способ использования ЦМР, который заключается в следующем: пусть с некоторого базиса было проведено n последовательных фототеодолитных съемок с начала выработки карьера и до ее окончания. По каждой из n полученных стереопар создают цифровую модель рельефа. Таким образом, получают n моделей рельефа на интересующую территорию за некоторый временной интервал. Высотные пикеты для построения ЦМР выбирают на характерных точках рельефа. Модель рельефа представляет собой многогранник, вершинами которого являются высотные пикеты, а гранями — треугольники. Разность объемов двух последовательных во времени ЦМР —объем земляных работ за соответствующий промежуток времени.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Наземную фотограмметрическую съемку применяют при освоении склонов с крутизной более 5° в районах интенсивного земледелия. На таких склонах проектируют широкополосное, напашное или бульдозерное террасирование. Террасы используют для выращивания высокодоходных культур (виноград, плодовые, цитрусовые). Топографический план и профили для составления проекта террасирования склонов изготавливают наземным стереофотограмметрическим методом. Методы наземной стереофотограмметрической съемки используют для контроля за ходом строительства террас, составления исполнительного плана и осуществления авторского надзора. Обрабатывая материалы периодических наземных фотосъемок с постоянных базисов, в случае необходимости определяют степень и скорость размыва террас.

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках По материалам наземной стереофотограмметрической съемки ведут регулярное наблюдение за динамикой эрозионных процессов: скоростью роста оврагов, смешением оползней и т. п. Для этого периодически производят наземные фотосъемки с постоянных, закрепленных на местности базисов. По результатам одной съемки устанавливают ширину оврагов L их глубину h и объем V. Сопоставление этих значений, полученных по результатам разновременных съемок, дает возможность судить о динамике роста оврагов. Ширину оврага L вычисляют как расстояние между его бровка ми в определенном поперечном сечении: где ∆Х и ∆Y—разности между соответствующими геодезическими координатами левой и правой бровок оврага;

Фотограмметрия и дистанционное зондирование. Фотографические материалы, применяемые при аэро- и космических съемках Глубина оврага h — разность геодезических высот точек бровки и дна оврага. Для вычисления объема оврага строят несколько его сечений с различными интервалами D͵ между ними, определяют площадь каждого поперечного сечения Р͵ , как площадь полигона с вершинами в основных точках перегибов его контура, а затем объем оврага по формуле : Построение поперечных сечений и вычисление их площадей удобно производить на трехмерном визуализированном изображении — ЗD изображении.