Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Аэрогеодезия – это раздел геодезии, изучающий методы измерения и преобразования изображений земной поверхности, методы получения по ним широкого спектра информации об объектах съёмки с целью составления топографических и специальных планов и карт, цифровых моделей местности, а также для решения ряда инженерных отраслевых задач при проектировании, строительстве и эксплуатации различных искусственных сооружений (дорог, мостов, аэродромов, плотин, каналов, трубопроводов, линий электропередач и т. п.). Аэрогеодезия рассматривает часть тех же вопросов, что и геодезия, но использует для этого вместо измерений и установления качественных и количественных характеристик объектов непосредственно на поверхности земли измерения и интерпретацию этих объектов по аэрокосмическим изображениям.
В технологии и методах системного автоматизированного проектирования объектов строительства (САПР) аэрофотогеодезический метод выступает как один из основных видов изыскательских работ, позволяющий при значительном увеличении производительности полевых работ перенести основной объём работы по получению информации о местности в комфортные камеральные условия с широким привлечением для этих целей средств автоматизации и компьютерной техники.
Аэроизыскания – комплекс специальных воздушных, наземных полевых и камеральных работ, направленных на получение исходной топографической, инженерно-геологической, гидрогеологической, гидрометеорологической, экономической и других видов информации, необходимой для разработки проектов объектов строительства.
Опыт, накопленный в области применения аэрометодов при изысканиях, показывает их исключительную эффективность по сравнению с традиционными методами сбора информации как в части значительного снижения трудоёмкости и сокращения сроков изысканий, так и в части широты охвата различных видов информации, необходимой для проектирования. Аэроизыскания выполняют в три этапа: подготовительный, полевой и камеральный.
В подготовительный период осуществляется сбор имеющейся на район изысканий топографической информации и материалов аэросъёмок прошлых лет, на основании которых обосновывают полосу варьирования конкурентносособных вариантов трассы и составляют проект производства аэросъёмочных, полевых и камеральных аэрофотогеодезиеских работ.
В полевой период производят: наземные геодезические работы по созданию планово-высотного обоснования аэросъёмок; закрепление и маркировку точек опорной сети; различные виды аэросъёмочных работ, привязку и дешифрирование аэрофотоснимков. Важным видом аэрогеодезических изысканий является дешифрирование – выявление (обнаружение и опознавание) и раскрытие содержания (познания) различных объектов и элементов местности по их изображениям на снимках, их качественных и количественных характеристик, своеобразных свойств и особенностей.
В камеральный период выполняют полную обработку результатов геодезических измерений, фотограмметрическое сгущение геодезического съёмочного обоснования методами аналитической фототриангуляции, стереофотограмметрические работы по получению информации о рельефе и изготовлению топографических планов и ЦММ в единой системе координат.
Аэрогеологические изыскания – комплекс наземных, воздушных и камеральных работ по установлению геологических, почвенно-грунтовых и гидрогеологических условий местности, включающие в себя также поиск и разведку местных дорожно-строительных материалов. Аэрогеологические изыскания оказываются особенно эффективными при совместном использовании наземных методов инженерно-геологических изысканий, с обязательным использованием геофизических методов разведки.
Аэрогидрологические изыскания направлены на выявление морфометрических, гидравлических и гидрологических характеристик водотоков, типа и интенсивности руслового процесса, ледового режима, характеристик малых водосборов и т. д. Эта информация необходима для проектирования мостовых переходов, малых водопропускных сооружений (например, водопропускных дорожных труб и малых мостов) и системы поверхностного водоотвода.
Аэроэкономические изыскания прежде всего позволяют установить характеристики транспортных потоков на существующей сети автомобильных дорог в разное время суток, разные дни недели, месяцы и годы (интенсивность и состав движения, скорости, плотности на различных участках дорог, распределение интервалов между автомобилями и т. д.), направления транспортных связей, границы и типы земельных и лесных угодий с последующей оценкой стоимостей их отвода и др.
Аэрофотогеодезические изыскания в настоящее время производят с применением современного аэросъёмочного, навигационного оборудования (в частности, систем спутниковой навигации и определения координат центров фотографирования «GPS») и технологических линий цифровой картографии и ГИС.
Аэросъёмкой называют процесс получения изображений местности с летательных апппаратов. Если её ведут фотоаппаратами, то её называют аэрофотосъёмкой, если с помощью специальных телевизионных или электронных сканирующих устройств, то – электронной аэросъёмкой, если с помощью тепловизоров в инфракрасной части спектра, то - тепловой или инфрарасной съёмкой, а если радиолакаторами, при которых получают изображение в отражённых от поверхностных слоёв электромагнитных радиоволн – радиолакационной съёмкой.
Регистрацию изображений метности можно вести в разных зонах спектра электромагнитных волн: видимой с длинами волн (0,38 – 0,78 мкм), ультрафиолетовой ближней (0,28 – 0,32 мкм), инфракрасной (0,18 – 10 мкм), или микрорадиоволновой (0,01 – 100 см). Съёмку выполняют либо водной зоне электромагнитного излучения, либо одновременно в нескольких.
Одним из современных методов сбора и обработки данных о местоположении объектов и рельефе местности, а также их качественных и количественных характеристиках, является комбинированный метод на основе лазерной локации и цифровой аэрофотосъёмки.
При инфракрасной аэросъёмке регистрируется электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 0,7 – 12 мкм, которое излучают или отражают различные объекты местности. Инфракрасное излучение как носитель информации близко к свету и радиосигналам, зависит от температуры источника излучения, характеризует его вещество и состояние. Оно выявляет внутренние свойства объектов, позволяет изучать процессы в верхнем слое Земли. Инфракрасные системы имеют оптическую часть, приёмное устройство, устройство обработки и выдачи информации. Излучение природной среды в ифракрасной области спектра регистрируется тепловизорами в трёх зонах: ближней (0,7 – 2,5 мкм), средней (3,0 – 5,5) мкм) и дальней (8 – 12 мкм). На практике установлена важность совместного дешифрирования панхроматических и инфракрасных аэрофотоснимков.
Российский тепловизор «Вулкан» производит аэрофотосъёмку преимущественно в средней инфракрасной зоне спектра, а тепловизор шведской фирмы «AGA» - в дальней инфракрасной зоне спектра. Их применение особенно эффективно при выявлении и изучении переувлажнённых и мерзлотных участков земной поверхности, течений грунтовых вод, гидрологии мелководий и речных отложений, выделении отдельных горных пород.
При радиолокационной съёмке получают изображения местности в радиоволновом диапазоне электромагнитного излучения. Существуют специально приспособленные для глубинных геологических гидрологических работ многочастотные радиолакационные установки, использующие сантиметровые дециметровые волны. Радиолакационные съёмки особенно эффективны при исследовании влажности, мерзлотных явлений, болот, геологических и гидрологических образований.
Радиолокационная съёмка (РЛС) делится на съёмку бокового обзора и съёмку кругового обзора. Наибольшее расстояние до объектов, при котором они обнаруживаются, называется дальностью действия. Разрешающая способность – это минимальное расстояние между двумя объектами, имеющими один и тот же азимут или угол, при котором отражённые сигналы не сливаются на экране индикатора, то есть когда на экране электроннолучевой трубки начало импульса от от второго объекта отстаёт от конца импульса от первого объекта на время, превышающее длительность одного импульса. При радиолокационной съёмке посылаются сигналы, излучающие энергию в определённых направлениях и принимают сигналы так же с определённых направлений. Чем уже диаграмма направленности, тем выше разрешающая способность РЛС.
Наиболее интенсивно развиваются и широко распространены для картографических целей методы аэрофотосъёмки, космической съёмки и комбинированный метод лазерной локации и цифровой аэрофотосъёмки, который применяется преимущественно для крупномасштабного картографирования и особенно эффективно для линейных объектов. Эти методы рассматриваются далее более детально.
В России до середины тридцатых годов комплекс работ по созданию карт по фотоснимкам местности, полученным с летательного аппарата называли аэрофотосъёмкой. Впоследствии термин аэрофотосъёмка отнесли только к лётно-съёмочному процессу, включая проектирование, самолётовождение, фотографирование и вспомогательные операции. Аэрофотографией назвали процессы экспонирования и фотолабораторной обработки аэрофотоснимков.
Понятие аэрофототопография охватывает комплекс процессов по созданию топографических карт по фотоснимкам местности, полученным с авиационного летательного аппарата. Сюда входят лётно-съёмочные работы, привязка снимков, дешифрирование, построение сетей фототриангуляции, изготовление фотоосновы карты, стереоскопическая съёмка рельефа, составление топографической карты и др.
В конце двадцатых – начале тридцатых годов в России внедряется аэрофотограмметрический метод в геодезическое производство. Появляется название аэрогеодезическое производство и термин «аэрогеодезия», который в большей степени дублирует аналогичный термин «аэрофототопография», но охватывает более широкий спектр применения различного рода аэроснимков для получения отраслевых видов информации.
Прикладные тематические направления трансформировали понятие термина «фототопография» и изменили его содержание. Выделилась фотограмметрия, которая стала включать в себя комплекс процессов, непосредственно использующих геометрию изображения (измерение, преобразование, построение сетей, рисовку рельефа и т.п.).
В традиционной фотограмметрии излагаются теория и технология, построенные на математическом аппарате и практических приемах, в основе которых лежит представление о статической центральной проекции местности, получаемую в условиях, когда фотоаппарат и местность взаимно неподвижны (фототеодолитная съёмка) или их передвижением во время экспонирования кадра можно пренебречь (топографическая аэрофотосъёмка).
В условиях космических съёмок применяют динамические съёмочые системы. Первыми динамическими съёмочными системами были телевизионные и тепловизионные сканеры. Геометрия сканерных снимков отличается от обычных аэрофотоснимков тем, что процесс построения проекции местности в пределах снимка растянут по времени и значительно зависит от подвижности носителя.
Качественной особенностью ряда динамических систем является то, что они работают в более широком невидимом диапазоне электромагнитных волн, что даёт возможность получать более полную информацию об окружающей среде и о земных ресурсах.
В настоящее время динамические съёмочные системы широко применяются не только в космических съёмках, но и в аэросъёмках.
Аппаратуру, с помощью которой в съёмочных системах воспринимается энергия, несущая информацию об объектах съёмки называют съёмочными устройствами (СУ). Разновидностями СУ являются фотокамеры, телекамеры, сканеры, тепловизоры, ИК – и СВЧ – радиометры, радарные установки и т.п.
Истоки фотограмметрии как науки о свойствах перспективных изо бражений и о ме тодах их преобразования относятся к эпохе Воз рож де ния, когда были заложены основы тео рии по строения таких изо браже ний и определения по ним формы, размеров и положения объек тов.
Начав свою историю с решения топографических задач, фотограм метрия на протяже нии почти полутора веков развивалась, главным обра зом, под влиянием требований карто графии, являющейся и в на стоящее время основной отраслью науки и техники, в которой снимки ис пользу ются в огромном количестве и с наибольшей полнотой.
Начальный период развития фотограмметрии продолжался до 1900 г. и харак тери зуется возникновением, разработкой ее основ и эпи зодическим применением для реше ния задач картогра фирования.
Зарождение фотограмметрии связывается с открытием фотогра фии, когда на заседа нии Парижской академии наук и Академии изящ ных ис кусств 7 января 1839 г. французским ас трономом и физиком Д. Ф. Араго было сделано сообщение об изобретении парижским ху дож ником Луи Жаком Манде Дагером способа получения фиксиро ван ного изображения на галоидном серебряном слое. Первым, ука зав шим на возможность при менения таких фото снимков местности для целей то пографии, и приме нив шим ее в 1852 г. при составлении плана, был французский воен ный инженер подполковник Эмэ Лос седа. Спустя три года, в 1855 г., француз ский фотограф Феликс Тур нашон (Надар) взял патент на воздушную фо тографию и получил первые в истории че ловечества воздушные снимки улиц Парижа с аэ ростата.
В конце 1850-х гг. Эмэ Лосседа сконструировал «фотограммет ри ческий аппарат», прообраз фототеодолита, разработал приемы со став ления планов по наземным фотосним кам, выполнил фотографиче скую съемку Парижа с высоких зданий и преобразовал полученные снимки в топографи ческий план города, точность кото рого в не сколь ко раз превос ходила точность геодези ческого ме тода.
Вклад Эмэ Лосседа в развитие зарождающейся науки столь значи те лен, что некоторые специалисты называют его отцом фото граммет рии.
В России методы фотограмметрии начали применять в послед ние десятилетия XIX века. Это относится к изысканиям для строитель ства же лезных дорог на Кавказе (Н. Ф. Виллер, 1891 г.) и в Забайкалье (П. И. Щу ров, Р. Ю. Тиле, 1897 г.), а также съемкам на Новой Земле (Ф. Н. Чер нышев, Б. Б. Голицын, 1895–1896 гг.). Первые воздушные снимки в России были полу чены 18 мая 1886 г. командиром военно-воздухоплавательной части поручиком А. М. Кованько.
Второй этап развития фотограмметрии, продолжавшийся с на чала века и до 60-х гг. XX века, характеризуется становлением, развитием и массовым применением методов аэрофототопографиче ской съемки на базе специальных фотограмметрических приборов.
Стереотопографический метод зародился на рубеже XIX и XX вв., когда Штольце (Германия) предложил использовать в фото грам мет рии пространственную стерео скопиче скую модель местности. Вы пол ненные в тот период исследования привели к разра ботке ме то дов из мере ния такой модели на основе метода мнимой (К. Пульфрих, 1899 г.) и дей стви тельной (Е. Девиль, 1901 г.) марки. В 1901 г. К. Пульфри хом был создан прибор для изме рения снимков – стерео ком паратор, давший мощный толчок становлению сте реоме то дов и став ший пер вым шагом в развитии аналоговой фотограммет рии.
В 1908 г. австрийским фотограмметристом Э. Орелем был сконст руи рован автосте рео граф (позднее – стереоавтограф) для обработки на зем ных снимков. Его усовершенство ван ная модель серийно выпус калась пред приятием К. Цейсс (Германия) с 1909–1912 гг. до 40-х гг. прак тически без модернизации.
Первые в России самостоятельные исследования по обработке воз душных фотосним ков принадлежат В. Ф. Найденову, автору труда «Из мерительная фотография и применение ее в воздухоплавании» (1907 г.). Огромное значение для развития и применения в России фо то граммет рических методов имели два издания: первой в России книги Г. Н. Шебуева и Н. Н. Ве се ловского «Геометрические основа ния фото грамметрии» (1899 г.) с систематическим из ло жением во просов фото грамметрии и трех том ного труда Р. Ю. Тиле «Фототопо графия в со временном развитии» (1908–1909 гг.).
Успехи авиации того периода сделали актуальной задачу воздуш ного фотографирова ния, что обусловило активизацию работ по созда нию аэро ка мер и специальных фотографи ческих объективов для них. Большая за слуга в этом принадлежит С. А. Ульянину, Р.Ю.Тиле, В. М. Потте, а также работавшим в этом направлении в более поздний пе риод М. М. Руси нову, Д. С. Волосову, Ф. В. Дробышеву, С. П. Шо кину, Г. Г. Гордону и др.
В силу исторических, политических и особых экономических усло вий первой чет верти прошлого столетия, имевшиеся к этому вре мени западные инструментальные разра ботки были для России недос тупны. Это обусло вило создание собственных оригинальных, деше вых и эффек тивных ме тодов решения задач картографирования об ширных террито рий, по зво ливших за сравнительно короткий проме жуток вре мени не только выпол нить теорети че ские исследования и создать со ответствую щую техниче скую базу, но и выполнить на их ос нове ог ромный объем работ по карто графированию страны.
К таким методам относится, прежде всего, разработанный под ру ково дством профессора Н. М. Алексапольского комбинирован ный ме тод аэрофототопографической съемки (1923–1928 гг.), идея кото рого заключа ется в соз дании контурной части карты по материалам аэро фото съемки с по мощью фототрансформатора, а высотной части – на основе полевых ра бот. При этом обеспечение снимков опорными точ ками выполняли ме тодом гра фической фото триангуляции, идея кото рой была предложена С. Фин стервальдером (1926 г.), а первые опыты по ее использованию выполнены К. Ашенбреннером (1926 г.), Н. М. Алексапольским и Ф. В. Дробышевым (1928 г.).
В 1930–1936 гг. усилиями целого ряда крупнейших фотограммет ри стов страны А. С. Скиридова, Г. В. Романовского, М. Д. Коншина, Г. П. Жу кова, Ф. В. Дробышева, Н. М. Алекса польского и др. был раз работан диф ференцированный способ стереотопографической съемки, в котором вы сотная часть карты создавалась уже в камераль ных усло виях. Теорети ческую основу этого способа составили разра ботанные в этот период спо собы сгущения планового и высотного обоснования, а техни ческую базу – фототрансформатор, топографи ческий стереометр Дро бышева СТД, сте реокомпаратор и прецизион ный стереометр.
В годы Великой Отечественной войны методы фотограмметрии при менялись для соз да ния и обновления топографических карт. Фото снимки, получаемые с самолетов в боевых ус ловиях, использо вались в разведыва тельных целях, для составления фотосхем и фото карт.
В течение 1945–1947 гг. было восстановлено разрушенное войной вы сокоточное геоде зи ческое и фотограмметрическое приборострое ние, и ос новные усилия были направлены на со вершенствование аэро фотото по графического метода создания и об новления карт. К этому времени тру дами профессоров М. Д. Коншина, Г. В. Романов ского, А. Н. Ло банова, Ф. В. Дро бышева, В. Я. Финковского, Н. П. Лаврова, Г. П. Жу кова, И. Т. Анти пова была разработана тео рия об работки аэ роснимков с преобразован ными связками проектирующих лучей, оп реде лившая развитие фото грамметрии на ближайшие деся тилетия. На основе этой теории была создана серия принципиально новых фото грамметриче ских приборов универсального типа, среди которых наи большее при менение имели стереопроектор Ро мановского (СПР, 1954 г.) и сте рео граф Дробышева (СД, 1956 г.). Массо вое при менение этих прибо ров позволило заменить диффе ренцированный способ аэрофото топо гра фической съемки более точным, экономич ным и технологич ным уни версальным.
Широкое применение в этот период получили приборы, обеспечи вающие фиксацию по ложения съемочной камеры в процессе съемки и опреде ления координат центров фотографиро ва ния – радиовысото меры, стато скопы, гиростабилизирующие установки, радиогеодезиче ские системы.
Третий этап развития фотограмметрии, продолжавшийся с на чала 1960-х до сере дины 1980-х гг., характеризуется развитием и мас со вым использованием аналитических методов.
Теоретические основы аналитической фотограмметрии были сфор му лированы в пер вой половине XX века, когда были опублико ваны ос новополагающие труды профессора Н. Г. Келля «Пространственная обратная засечка в фотограмметрии» (1926 г.), «Фотография и фо то грамметрия» (1937 г.) и профессора Н. А. Урмаева «Аналитические методы уравнивания фо то триангуляции» (1936 г.), «Элементы фото граммет рии» (1941 г.). Появ ление в конце 1950-х гг. электронных вы числи тельных машин (ЭВМ) сделало задачу применения ана литиче ского ме тода обработки результатов фотограмметрических измерений актуаль ной и свое временной. Выпол ненные в 1956–1957 гг. под руко водством профессора А. Н. Лобанова иссле дова ния положили начало внедрению анали тиче ского метода в производство. Теория метода, опубликован ная А. Н. Лобановым в книге «Фо тотриангу ляция с при менением элек тронной цифровой вычислительной машины» (1960 г.), с незначитель ными усо вершенствованиями применяется и в на стоя щее время. Даль нейшее раз витие аналитической фотограм мет рии связано с именами И. Т. Ан типова, М. Н. Бу лушева, В. Б. Ду бинов ского, Ф. Ф. Лы сенко, Р. П. Овсян никова, Б. К. Малявского, М. М. Ма ши мова, В. И. Павлова, В. А. Поляко вой, И. И. Фи на рев ского и др. Широкому ее внедре нию в производство спо собствовало соз дание в 1970-х гг. авто ма тизированных стереокомпа раторов СКА-18 и СКА-30, обеспечи ваю щих изме рение аэроснимков с точно стью порядка 2–3 мкм.
В этот период была выполнена первая космическая фо тосъемка обрат ной стороны Луны с космического аппарата Луна-3 (1959 г.); создана серия новых приборов – аналитический ком плекс Аналит (1970 г.), аналити че ский стереопроектор СПА (1979 г.), автоматизиро ванный фото транс форма тор ФТА (1979) и автоматизи рованный ком плекс «Орто мат» (1984 г.); начат се рийный выпуск ор тофотопроектора ОФПД на базе стерео графа СД (1973 г.); создан спе циа лизированный аэрофото съемочный самолет Ан-30 (1974 г.). Нача лось планомерное фото гра фирование Земли и других пла нет с пило тируемых и автома тических космиче ских аппа ра тов, получив шее но вый импульс с созда нием Гос центра «При рода» (1973 г.).
Активная разработка аналитических методов обработки результа тов фотограмметри че ских измерений привела к появлению высоко точных аналитических приборов, представ ляющих сочетание высоко точного сте реокомпаратора с персональным компьютером, вы пол няющим ана лити ческую обработку данных в момент их получения (режим on-line). К числу таких приборов относятся аналитический плоттер AP (Италия, США), Traster (Фран ция), Planicomp (Германия), Aviolyt (Швейцария), Анаграф (СССР) и др., являющиеся про обра зами будущих цифровых фо тограм мет рических систем.
Современное состояние фотограмметрии характеризуется мас со вым примене нием цифровых методов обработки материалов аэ ро фото съемки.
Истоки современной цифровой фотограмметрии относятся к 1924 г., когда профессор А.С. Скиридов сформулировал идею автоматиза ции стереофотограмметрических измерений на основе сравнения фо тогра фи ческих плотностей соответственных зон смежных снимков. Во пло ще ние этой идеи в цифровой фотограмметрической системе (ЦФС) стало воз можным лишь в середине 1980-х гг., с появлением запо ми наю щих уст рой ств, съемочных систем и сканеров с твердотель ными све точувстви тель ными элементами на основе при емников с за рядовой свя зью (ПЗС).
ЦФС представляет собой персональную ЭВМ, оснащенную средст вами визуализации стереоскопической модели местности – анаглифи че скими, поляроидными очками или сте реонасадкой и спе циальным про граммным обеспечением. Она имеет, как правило, мо дуль ную структуру с наращиваемыми аппаратными и программными средствами, обеспечи ваю щими обработку материалов аэрофото съемки начиная от измерения и преобразования изо бражения и до формиро вания фотокарты. Одним из первых цифровых приборов, предназна ченных для цифровой обработки снимков, является система DCCS (Digital Comparator Cor relater System), разработанная в 1985 г. фирмой HAI (США) под руководством У. Хе лавы. Из применяемых в настоя щее время цифровых фотограмметриче ских сис тем можно от метить ЦФС Photomod (ЗАО «Ракурс», Россия, 1993), DVP (Leica, Швейца рия, 1993), Realistic Map (Медиаскан, Респуб лика Бела русь) и др.
Мощным стимулом развития цифровых методов в фотограммет рии стало появление цифровых съемочных систем – сенсоров, позво ляю щих получать цифровые цветные, черно-белые и иные изображе ния в любом диапазоне инфракрасной, ультрафиолетовой или види мой части спектра.
К достижениям отечественной фотограмметрии последних лет относится раз ра ботка средств и ме тодов создания цифровых планов и карт по аэро снимкам, созда ние аэрофотоаппаратов се рии АФА-ТК с компенса цией сдвига изображения и нового ортофототрансформатора ЦНИИ ГАиК ОПЦ, разра ботку космических топографических ком плектов (КТК) – фотоаппа ратов ТК-350 и КВР-1000 и др.
В приложении № 6 приведена блок-схема технологического процесса создания цифровых карт по материалам аэрофотосъемки с определением координат центров фотографирования.
9
PAGE 4