Построение геометрической модели местности по паре аэрофотоснимков аналитическим методом

СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ  ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

 
 
 
 

Кафедра фотограмметрии

и дистанционного зондирования

 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

«Построение геометрической модели местности по паре аэрофотоснимков  аналитическим методом»

 
 
 
 
 
 

Проверила: к.т.н., профессор 

Широкова Т.А.

                 Выполнила: ст. гр. Ф - 31(А)

Дарханова Л.                          

 
 
 

Новосибирск 2007

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.………………………………………………………………………....4

1. Теоретические основы построения ГММ аналитическим  способом……………………………………………………………………………..7

1. Обоснование выбора вариантной системы взаимного ориентирования снимков…………………………………………………………………….……..7
2. Вывод и решение строгого уравнения взаимного ориентирования

снимков в вариантной системе……………………………………………………..9

1. Вывод строгого уравнения взаимного ориентирования снимков….9
2. Решение строгого уравнения взаимного ориентирования снимков

в вариантной системе……………………………………………………………….13

3. Вывод приближенного уравнения взаимного ориентирования снимков...23
4. Вывод формул определения элементов взаимного ориентирования

 в вариантной  системе по измеренным поперечным  параллаксам на шести

стандартно расположенных точках………………………………………………..25

5. Вывод формул прямой фотограмметрической засечки…………………....28
6. Геодезическое ориентирование модели………..…………………………...31

1.7  Априорная оценка точности определения элементов взаимного ориентирования снимков.………………………………………………………….35

2. Технология построения геометрической модели местности (ГММ) аналитическим способом…………………………………………………………39

1. Основные процессы технологии построения ГММ аналитическим

способом…………………………………………………………………………….39

2. Характеристика используемых материалов………………………………..39
3. Составление рабочего проекта……………………………………………...42
4. Измерение координат и параллаксов точек на стереокомпараторе……....43

5. Подготовка исходной информации для построения ГММ

аналитическим способом по программе «Triangle»………………………………44

6. Характеристика алгоритма построения модели……………………………46
7. Оценка точности построения ГММ…………………………………………50
1. Априорная оценка точности построения ГММ………………….50
2. Апостериорная оценка точности построения ГММ……………..52

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………..61

Список использованной литературы………………………………………………63

Приложения…………………………………………………………………………64

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

    Геометрическая  модель местности (ГММ) – поверхность, совпадающая с местностью, образованная совокупностью точек пересечения соответственных или одноименных лучей (лучи, идущие при съемке от одних и тех же точек объекта в левую и правую точки фотографирования). Геометрическую модель местности можно построить по паре аэроснимков.

      Построение ГММ по двум снимкам может выполняться несколькими способами: универсальным, аналитическим и цифровым.

    В универсальном способе построения ГММ используются специальные универсальные  стереофотограмметрические приборы.

    В аналитическом способе построения модели все операции выполняются  математическим путем. Существенным достоинством аналитических способов является использование  сравнительно простых по конструкции, недорогостоящих, но в то же время  высокоточных приборов – стереокомпараторов, а применение ЭВМ позволяет выполнять построение геометрической модели местности с высокой точностью. Поэтому аналитические способы получили наибольшее распространение.

      Наиболее автоматизированным и  современным является цифровой  метод. Поскольку в основе  алгоритмов программ построения ГММ цифровым способом лежит теория аналитического метода построения модели местности, то целью данной курсовой работы является изучение теоретических основ и технологии аналитического способа построения геометрической модели местности по паре аэрофотоснимков и приобретение практических навыков в работе на стереокомпараторе и ЭВМ при выполнении процессов технологии.

    Основными процессами технологии построения геометрической модели местности аналитическим способом являются:

    1) Сбор исходных данных и материалов; оценка изобразительного (фотографического) и фотограмметрического качества материалов аэрофотосъемки; априорная оценка точности построения модели;

    2) составление рабочего проекта построения ГММ;

    3) измерение плоских координат и параллаксов запроектированных точек стереопары на стереокомпараторе;

    4) подготовка исходной информации для счета на ЭВМ по программе, позволяющей строить ГММ аналитическим способом;

    5) построение ГММ на ЭВМ с использованием имеющейся программы;

    6) апостериорная оценка точности построения геометрической модели местности.

    Основными этапами построения геометрической модели местности аналитическим способом по паре снимков являются:

    1) предварительная обработка результатов измерения координат и параллаксов точек стереопары на стереокомпараторе;

    2) определение элементов взаимного ориентирования снимков в базисной системе координат;

    3) вычисление фотограмметрических координат точек модели местности;

    4) внешнее (геодезическое) ориентирование геометрической модели местности.

    В первом разделе курсовой работы был  обоснован  выбор вариантной системы  взаимного ориентирования снимков, получено строгое уравнение взаимного  ориентирования снимков и показан  метод решения нелинейных уравнений  итерационным способом, выведено приближенное уравнение взаимного ориентирования снимков, получены приближенные формулы для определения элементов взаимного ориентирования снимков, выведены формулы прямой фотограмметрической засечки, рассмотрены этапы геодезического ориентирования модели, также получены формулы априорной оценки точности определения элементов взаимного ориентирования снимков.

    Во  втором разделе кратко описаны основные процессы технологии построения ГММ аналитическим способом, рассмотрена характеристика используемых материалов, представлены основные этапы измерения плоских координат точек стереопары на стереокомпараторе, дана характеристика алгоритма построения модели, предоставлена исходная информация для построения ГММ аналитическим способом, составлен рабочий проект, дана оценка точности построения ГММ.

    В приложении к курсовой работе приведены: схема рабочего проекта, результаты измерений плоских координат и параллаксов точек стереопары на стереокомпараторе в системе координат прибора, каталог геодезических координат опорных и контрольных точек, результаты построения геометрической модели местности, включая ошибки определения элементов взаимного ориентирования снимков, остаточный поперечный параллакс для каждой точки, средняя квадратическая ошибка остаточного поперечного параллакса и определения элементов внешнего ориентирования геометрической модели местности, расхождения геодезических координат опорных точек, геодезические координаты точек геометрической модели местности.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Теоретические основы построения ГММ аналитическим способом

1. Обоснование выбора вариантной системы взаимного ориентирования снимков

     Фотограмметрическая система координат задана в соответствии с  вариантом №11 следующим образом:

1. Начало системы координат в т.S₁;
2. Луч S₁O₁ отвесен;
3. Базис фотографирования лежит в плоскости S₁XZ.

       Из условий следует:

1. X_S1 = Y_S1 = Z_S1 = 0;
2. α₁^’= 0,  w₁^’ = 0;
3. В_у = 0, τ = 0.

    Так как для построения модели местности базис проектирования В может быть выбран произвольно в фотограмметрической системе координат, и его величина не влияет на взаимное расположение снимков и условие пересечения соответственных лучей, тогда в вариантной системе №11 элементами взаимного ориентирования снимков будут: æ₁^’, α₂^’,ω₂^’, æ₂^’, ν .

    Покажем вариантную фотограмметрическую систему координат и элементы взаимного ориентирования снимков на рисунке 1.1.

      На рисунке 1.1.:

     - фотограмметрическая система  координат;

      и  - пространственные системы координат соответственно точек левого и правого снимков;

    B – базис фотографирования (проектирования);

      и  - плоские системы координат соответственно точек левого и правого снимков;

    æ₁^’ - взаимный угол разворота левого снимка, лежит в плоскости левого снимка и образован осью и следом плоскости на плоскости левого снимка;

    α₂^’ - взаимный продольный угол наклона правого снимка, расположен в плоскости . Угол между проекцией главного луча   правого снимка на плоскость и осью ;

    ω₂^’ - взаимный поперечный угол наклона правого снимка, лежит в плоскости . Угол между главным лучом правого снимка и проекцией главного луча на плоскость ;

    æ₂^’ - взаимный угол разворота правого снимка, лежит в плоскости правого снимка и образован осью и следом плоскости на плоскости правого снимка;

     - угол наклона базиса фотографирования. Угол между базисом фотографирования и проекцией его на координатную плоскость ;

     - проекции базиса фотографирования  на оси 

    Из  рисунка 1.1. видно, что 

                                (1.1)

     - соответственные точки левого  и правого снимков;

      A – точка модели местности.

 
 

    

 

    Рисунок 1.1. Вариантная система взаимного  ориентирования снимков

2. Вывод и решение строгого уравнения взаимного ориентирования снимков в вариантной системе
1. Вывод строгого уравнения взаимного ориентирования снимков

      Условие компланарности соответственных лучей является исходным уравнением для определения элементов взаимного ориентирования снимков, из которого следует, что если элементы взаимного ориентирования снимков относительно друг друга найдены соответствующими моменту фотографирования, тогда соответственные лучи будут лежать в одной базисной плоскости, а, следовательно, пересекаться. В общем виде условие компланарности в координатной форме можно записать следующим образом: