Выбор параметров аэрофотосъемки участка

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

«Выбор параметров аэрофотосъемки участка»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Владивосток 2011

 

Содержание

 

 

 

 

 

Введение

Фотограмметрия – наука, которая  изучает способы определения качественных и количественных характеристик объектов по их фотографическому изображению [3].

Фотограмметрия решает 2 группы задач:

1. Получение фотографического материала объектов (фотосъемка)
2. Определение всех характеристик по фотоснимкам

Существует три способа выполнения фотографических работ:

1. Наземная фотосъемка
2. Аэрофотосъемка
3. Космическая фотосъемка

В данном курсовом проекте для выполнения фотографических работ рассмотрим способ аэрофотосъемки.

Аэрофотосъемка - фотографирование территории с высоты от сотен метров до десяти километров при помощи аэрофотоаппарата, установленного на атмосферном летательном аппарате (самолёте, вертолёте, дирижабле и пр. или их беспилотном аналоге).

Целью курсового проекта является составление технического проекта аэрофотосъемки (выбор параметров будущей съемки), определение параметров летно-съемочных работ и обработка материалов, полученных после проведения съемки.

Задачи, решаемые в рамках технического проекта АФС:

• выбор параметров АФС;
• определение качественных и количественных характеристик объектов по их фотографии;
• получение материальной базы для построения карт и планов.

Проведение данных работ необходимо для возможности дальнейшего  получения топографических и  кадастровых карт и планов.

 

 

 

1. Выбор параметров аэрофотосъемки

1. Исходные данные и характеристика участка работ

Для выхода на участок были заданы следующие данные:

- учебная карта № У-34-114-В масштаба 1:50 000 (Лахти)

- границы снимаемого участка: 

х_с –6746

х_ю–6730

у_з –4474

у_в –4484

- необходимо получить карту масштаба 1: 10 000 с высотой сечения равной =2 м

- точность определения координат по карте: 0,2 мм

- точность измерения координат  по снимкам: 50 микрон

- показатели ветра: Азимут  - 30°, скорость  - 10 км/ч.

- Размеры снимка 18х18

 

Характеристика участка работ:

Населенные пункты: на юго-западе населенные пункты Лахти и Вуонос численностью населения от 100 до 500 жителей и Рухинен, расположенный на Северо-востоке, с численностью населения менее 100 жителей.

Коммуникации: хорошо развита дорожная сеть. Дороги грунтовые, улучшенным покрытием. С севера на юг проходит автомобильная трасса, которая связывает административный центр с другими селами и поселками. Также есть мосты, ЛЭП, лесные и проселочные дороги. На западе в центральной части карты создана сеть каналов для отвода излишков воды с территории.

Гидрография: Имеется речная сеть и сеть озер. Реки извилистые, постоянно меняют свое русло. Две основные реки: р. Вара и Пурмо, имеют широкие полноводные берега. От этих рек выходит множество притоков, которые соединяют озерную сеть. Озера: Лассилское, Пюхтя, Энг-Ярви самые крупные и соединены речными притоками и каналами. Большая часть территории заболочена. На юго-западе расположено болото Лампи и на юге-востоке болото Тери, а также множество других более мелких болот.

Рельеф: рельеф холмистый,  болотистый.  Самая высокая отметка 292,8 и самая низкая отметка 204,3. Крутизна скатов равна

Растительный покров: на болотистой части территории прорастают кустарники, низкорослые леса. На юге территории имеются луговая растительность и вырубленные леса, трудно проходимые болота.

Пункты ГГС: на всей территории расположено 5 пункта полигонометрии  и 4 пункта триангуляции.

Климат: умеренный.

 

2. Выбор масштаба

Условие выбора масштаба съемки: масштаб съемки всегда выбираем мельче масштаба карты или плана, который мы хотим получить.

Для того чтобы определить масштаб  съемки, рассчитывается коэффициент увеличения:

                                    

 – среднеквадратичная погрешность (СКП) определения координат точек на будущей карте, мм;

 – СКП измерения координат по снимкам, мм.

По исходным данным: = 0,2 мм, = 0,05 мм. Тогда расчетный коэффициент увеличения равен:

Чтобы не выйти за пределы возможности оборудования и программного обеспечения при обработке снимков, коэффициент увеличения берется на 10-20% меньше, т.е. не больше 3,6 (возьмём 2).

Так как масштаб будущего плана 1:10000, то масштаб съемки:

 

3.  Выбор высоты фотографирования

 

Высота фотографирования влияет на точность определения превышений по снимкам. Для того, чтобы провести горизонтали с заданной высотой сечения, необходимо, чтобы погрешность определения превышений не превышала:

для равнины: 

,

для горной территории:

.

На данной карте  равнинная территория, поэтому будем рассчитывать погрешности превышений для равнин:

Высота фотографирования определяется по формуле: 

где b – базис фотографирования;

m_h – погрешность определения превышений;

m_сн - точность измерения координат по снимку.

Базис фотографирования находится  по формуле:

(4)

где l_сн – размер снимка, см;

  – продольное перекрытие снимков, %.

Так как продольное перекрытие стандартного снимка (18×18) приблизительно равно 60%, то базис фотографирования равен:

 

Рассчитаем высоту фотографирования:

Поскольку поверхность неровная, то для навигации высота фотографирования определяется относительно некоторого высотного уровня, который определяется следующим образом: при описании района работ, находят точку с максимальной и минимальной отметками и определяют из них среднее арифметическое:

 

Рассчитаем  по формуле колебания превышений:

Проверка:

 

Рассчитаем абсолютную высоту полета:

После того, как определена высота фотографирования, необходимо рассчитать фокусное расстояние фотоаппарата по формуле:

Принимается ближайшее значение со стороны большего из стандартного фокусного ряда: f = 50 мм.

Далее определяется масштаб съемки с учетом высоты фотографирования и фокусного расстояния фотоаппарата:

Проверяем масштаб съемки по коэффициентам увеличения:

Проверка коэффициентов увеличения по окончательно выбранным масштабам  показала, что они находятся в  пределах допуска.

Мы окончательно выбрали:

- фотоаппарат с фокусным расстоянием  50 мм;

- высота фотографирования для равнинной территории – 570 м;

- абсолютная высота полета для равнинной территории – 818м;

- окончательный масштаб съемки  для равнинной территории –  1:11400.

1.4. Выбор продольного и поперечного перекрытия

Продольное (Р_х) и поперечное (Р_у) перекрытия зависят от масштаба съемки и от рельефа местности и вычисляются по формулам:

где р_х, к_х, р_у и к_у – коэффициенты, отображающие зависимость перекрытий от масштаба съемки, % (табл. 1);

h –перепад высот на участке относительно среднего высотного уровня, м;

H_ф – высота фотографирования, м.

 

 

 

Таблица 1

Зависимость коэффициентов р_х, к_х,р_у, к_у от масштаба съемки

Масштаб	рх, %	кх, %	ру, %	ку, %
< 1:25 000	62	40	32	38
1:10 000 - 1:25 000	63	40	34	38
1:10 000 - 1: 4 000	64	50	35	50
от 1:4 000 и >	65	50	36	50

 

Так как масштаб съемки 1:11400, то р_х = 63 %, к_х = 40%, р_у = 34% и к_у = 38%. Следовательно, продольное и поперечное перекрытия равны:

1.5. Определение рабочей площади фотоснимка

Рабочая площадь фотоснимка определяется по формуле:

где В_х - продольный размер рабочей площади на местности, м,

В_у- поперечный размер рабочей площади на местности, м.

Для определения рабочей площади, необходимо рассчитать B_x и B_y по формулам:

где b_х - продольный размер рабочей площади на снимке, мм,

b_у- поперечный размер рабочей площади на снимке, мм.

Для определения B_x и B_y необходимо рассчитать b_x и b_y по формулам:

где lсн – размер снимка, см; Рх – продольное перекрытие снимков, %; Ру – поперечное перекрытие снимков, %. Так как размер фотоснимка равен 18×18 см, продольное и поперечное перекрытия составляют 66% и 37% соответственно, то размеры рабочей площади на снимке равны: Следовательно, размеры рабочей  площади на местности равны: В результате площадь снимка составляет: Рабочая площадь местности:   1.6. Определение количества  снимков в маршруте и общего  количества снимков Количество снимков  в одном маршруте (nм) и количество маршрутов (Nм)  рассчитываются по формулам:     где:          Ly – максимальный продольный размер площади снимаемого участка на карте, м;        Lx - максимальный поперечный размер площади снимаемого участка на карте, м;        Bх – продольный размер рабочей площади на местности, м;        Bу  - поперечный размер рабочей площади на местности, м. Размеры участка  равны: Количество снимков  в одном маршруте составляет: Количество маршрутов  составляет: Общее количество снимков за все маршруты находится  по формуле: (15) Таким образом, общее количество снимков  равно: 1.7. Расчет максимальной  выдержки При определении выдержки необходимо помнить, что на скорость движения самолета влияет ветер. Мы должны выбрать такую выдержку, чтобы смаз не превышал 0,1 мм на будущей карте. Для расчета максимальной выдержки, необходимо определиться с летательным аппаратом, который будет производить съемку. Мы выбрали ИЛ-14, с следующими характеристиками: - потолок, м – до 4500 - скорость, км/ч – до 320 - дальность, км – 4500 - минимальная высота – 300 - разворот, км – 2 Максимальная выдержка определяется по формуле: М – масштаб будущего плана; W – крейсерская скорость летательного аппарата, км/ч. Такая максимальная выдержка технически осуществима. Рассмотрим влияние  ветра на скорость летательного аппарата. Для того, чтобы учесть влияние ветра, необходимо знать направление ветра, его скорость, скорость движения летательного аппарата. Предполагаемая скорость ветра  во время аэрофотосъемки составляет vв = 10 м/с , направление ветра А = 30°. Направление движения вертолета по маршруту берется «туда» (с востока на запад) и «обратно» (с запада на восток) (схема 1.), поэтому необходимо рассчитать крейсерскую скорость с учетом скорости и направления азимута ветра.                    а)                                       А=300    = 10 м/с                                    = 320 м/с                  б)                     А=300           =10 м/с                                                        = 320 м/с     Схема 1. а) направление  вертолета с востока на запад; б) направление вертолета с запада на восток. Крейсерская скорость рассчитывается по теореме косинусов: - скорость летательного аппарата, м/c2 ;  – скорость ветра, м/c2. Суммарная скорость при полете вперед получилась больше заданной, следовательно необходимо ее пересчитать. Для этого, из теоремы  косинусов выразим скорость летательного аппарата и вычислим ее: Подставим числа, преобразуем: x2 – 10x –89975 = 0 D = 100+4*89975, = ±600           В этом  случае скорость близка к реальной  скорости самолета, смаза тоже  не будет, но перекрытия будут  значительно меньше, чем в первом  случае. 1.8. Расчет промежутка времени между моментами фотографирования Промежуток времени между моментами  фотографирования: Bx – расчетная величина перекрытия, W – крейсерская скорость летательного аппарата, м/с. Промежуток времени между снимками на равнинной территории составляет 8,37 секунд. 1.9. Определение общего  времени производства работ Общее время съемки определяется как  сумма времени съемки и вспомогательного времени, которое состоит из времени полета «туда», «обратно» и времени, необходимого на развороты: Время «туда и обратно» зависит  от расстояния до аэродрома и непосредственно скорости летательного аппарата: Расстояние до аэродрома берется  как расстояние от населенного пункта, где располагается аэродром, до центра участка. В нашем случае , следовательно:

Время непосредственно съемки зависит  от длины маршрута, количества маршрутов  и крейсерской скорости:

Длина маршрута рассчитывается по формуле:

Время, необходимое на развороты, зависит от количества маршрутов, длины разворота и скорости самолета:

 

Длина разворота представлена нам  в исходных данных летательного аппарата.

Теперь рассчитаем общее время  съемки:

За световой день может быть затрачено  не более 3 часов на съемку. Из расчетов ясно, что для проведения данной аэрофотосъемки достаточно будет одного светового дня.

Время съемки выбирается в зависимости  от рельефа снимаемого участка таким образом, чтобы максимально снизить влияние солнца. Наилучшими считается в солнечный день: утро и вечер; в пасмурный – сплошная облачность с равномерным освещением.

1.10. Построение схемы  маршрутов и выбор ориентиров

От северной границы участка  откладывается величина равная  в масштабе карты, проводим первый маршрут. Далее от этого маршрута через Ву в масштабе карты откладываем и проводим остальные маршруты. В данной работе после первого маршрута, расстояние до южной границы участка  превышает величину , поэтому прокладываем еще один маршрут, в этом случае маршрут выходит за границы участка.

Для нахождения начала и конца маршрутов, необходимо отложить вправо и влево от восточной и западной границ соответственно расстояние равное  В_х в масштабе карты.

На кальку переносится граница  участка. Для начала выбираются наземные ориентиры перед началом и концом маршрутов. Это хорошо опознаваемые объекты, такие как контуры растительности покрова, авто и ж/д дороги, реки.

Далее все маршруты необходимо поделить на зоны: от западной границы начала маршрутов откладываем величину 5-6Вх в масштабе карты – проводим зону; далее с таким же шагом  откладываем оставшиеся зоны.

В каждой рабочей зоне выбираются по 4 хорошо опознаваемых точки для  дальнейшей обработки снимков.

Так как у нас и равнинная  и гористая территории то мы чертим 2 схемы маршрутов.

На схеме маршрута у нас всего получилось 111 точек, из которых всего 28 – хорошо опознаваемые. Точки необходимо заложить, замаркировать и определить координаты с помощью спутникового оборудования.

Составленная схема маршрутов  с опорными точками отображена в приложении 1.

 

 

 

 

 

2. Плоскостная фототриангуляция.

2.1 Общие сведения

Определение планового  положения трансформационных точек, используемых для трансформирования аэронегативов, выполняется, как правило, в камеральных условиях. Для этого применяют различные способы фотограмметрического сгущения съемочного обоснования, в том числе и наиболее простой из них, известный как способ плоскостной (радиальной) фототриангуляции. Геометрическим обоснованием его применения является тот факт, что углы между направлениями, исходящими из точки нулевых искажений, свободны от влияния угла наклона аэроснимка. Если эти углы измерить или отложить (например, с помощью восковки), то можно, используя прямые и боковые (комбинированные) засечки, построить сеть точек сначала в произвольном масштабе, а затем привести ее к заданному масштабу по включенным в сеть опорным точкам. Для построения такой сети необходимо иметь аэроснимки с продольным перекрытием не менее 60%.