Расчет высоты фотографирования и масштаба аэрофотосъемки - Разработка технического проекта летно-съемочных работ для создания по аэро - и космоснимкам топографического (плана) карты местности

В соответствии с инструкцией [12] к аэрофотосъемкам (АФС) масштаба 1:25000 прилагаются следующие рекомендации:

    - Для аэрофотосъемки равнинных и всхолмленных открытых районов используют аэрофотоаппараты с fк = 70 мм; - Масштаб фотографирования 1:30000; - Перекрытие снимков 60*30%.

Согласно заданию курсового проекта (КП) необходимо обоснованно подтвердить расчетами выбор высоты фотографирования и масштаб аэросъемочных работ. Поэтому нужно провести соответствующие вычисления.

При проектировании аэрофотосъемочных маршрутов, согласно методическим указаниям [1], надлежит следовать условию соотношения (1), то есть стремиться к максимальному соотношению масштабов съемки и картографирования:

>1, (1)

Где k - коэффициент, который обеспечивает заметное уменьшение числа снимков; m - коэффициент масштаба съемки, t - коэффициент картографического масштаба.

Данное соотношение необходимо выполнять и учитывать, что увеличение значения коэффициента k приводит не только к уменьшению количества снимков в маршруте, но и к увеличению ошибки фотоизображения. Из этого следует, что необходимо знать метрические свойства снимка и требования к точности изображения объектов местности на плане. Поэтому масштаб съемки определяется по формуле (2):

, (2)

Где, - соответственно допустимая погрешность положения точки на плане и линейная разрешающая способность фотоизображения совместно с ошибками отождествления и измерения координат точки на снимке (мм); t - знаменатель масштаба картографирования (в данной работе t=25000). Средняя ошибка определения на карте (плане) планового положения точки согласно требований к топографической съемке [1] необходимо, чтобы не превышала 0,35 мм.

Важно отметить, значение обычно представляют в виде выражения вида (3):

= , (3)

Где r - линейная разрешающая способность объектива АФА (мм); c - коэффициент, зависящий от вышеназванных факторов, который изменяется в пределах от 1,5 до 3,0.

Основную часть ошибки составляет линейная разрешающая способность съемочной системы. Разрешающая способность определяется числом раздельно воспроизводимых черных линий в 1 мм изображения при таком же белом интервале между ними. Ее определяют путем съемки штриховой или радиальной миры (специальный тест-объект). Данная технология актуальна для аналоговых камер.

Снимок, полученный с цифровой камеры (ЦК) можно рассматривать практически в любом масштабе. Поэтому понятие масштаб съемки по отношению к ЦК является некорректным.

Из этого следует, что необходимо задать размер пикселя на местности в соответствии с нормативно-технической документацией. Но на сегодняшний момент никаких требований к пространственному разрешению в зависимости от масштаба выходной информации автором данной работы не было обнаружено, за исключением инструкции [12]. В ней изложена методика расчета размера пикселя при сканировании аналогового снимка в зависимости от масштаба фотографирования и масштаба создаваемой карты.

Прямого отношения эта методика к требованиям размера пикселя на местности при цифровой аэрофотосъемке не имеет. В данной методике представлены формулы (4) и (5):

, (4)

, (5)

Где 2 - коэффициент, учитывающий потерю точности из-за процесса обработки: сканирования, опознавания, стереонаведения и измерения точек; Vs - точность определения плановых координат (0.2 мм); Mc - масштаб обрабатываемых снимков, Mk - масштаб карты (плана); 70 - размер полутонового пикселя на бумаге (мкм).

Преобразовав формулы (3)-(4) к виду (6)-(7), позволяющему в некоторых случаях [14] оценить размер пикселя на местности (мм):

, (6)

, (7)

Можно рассчитать размер пикселя для масштаба 1:25000: Ps=2500 мм и Рр=1750 мм.

Согласно инструкции [12], за окончательный размер пикселя берется минимальное значение, полученное из формул (5)-(6).

С. А. Кандичанский в своей статье [14] доказывает необоснованность использования данных размеров пикселя и предлагает свой ряд значений пикселя на местности в зависимости от масштаба карты (рис.1.1).

размер пикселя на местности в зависимости от масштаба карты (плана)

Рис.1.1 Размер пикселя на местности в зависимости от масштаба карты (плана)

Учитывая тот факт, что для пользователей аналоговых камер понятие масштаб съемки есть отношение размеров объектов на пленке к их реальным размерам, то логично предположить, что отношение размера пикселя на матрице к его размеру на местности и есть масштаб съемки. В качестве подтверждения данного заключения можно обратиться к другой статье [15] Кадничанского С. А.

В данном материале [15] представлена методика сравнения производительности цифровых аэросъемочных систем. Интерес представляет формула (3) в статье [15] - расчет высоты аэрофотосъемки через фокусное расстояние f, физический размер пикселя p и размер пикселя на местности G:

, (8)

Если вспомнить курс фотограмметрии, то логично предположить, что знаменатель масштаба съемки m рассчитывается по формуле (9):

. (9)

На данном этапе написания КП выбор цифровой системы и камеры не осуществлен. Поэтому масштаб съемки рассчитан для моделей цифровых камер, обзор которых подготовил Зинченко О. Н. в 2013 г. [8]. В данной статье приведены технические характеристики камер, рассматриваемых авторов статьи.

Если за размер пикселя принимать значение, полученное согласно расчетам инструкции [12], то рассчитанный знаменатель масштаба съемки примерно совпадает с рекомендациями данной нормативно-технической документации (рис.1.2).

значение знаменателя масштаба при заданном gsd 1,75 м

Рис.1.2. Значение знаменателя масштаба при заданном GSD 1,75 м

Но считать полученный результат за верное значение необоснованно. Так как размер, вычисленный по формуле (4), основан на требовании к графическому качеству напечанного на бумаге ортофотоплана. Поэтому знаменатель масштаба, полученный таким образом, не пригоден для дальнейшего проектирования съемочных работ.

Если в расчетах за размер пикселя принять его номинально рекомендуемое значения, то есть 0,80 м, то знаменатель масштаба уменьшится примерно в два раза (рис.1.3).

значение знаменателя масштаба при заданном gsd 0,80 м

Рис.1.3. Значение знаменателя масштаба при заданном GSD 0,80 м

Такое значение знаменателя масштаба съемки противоречит условию соотношения (1). Отсюда следует, что расчет разрешения ЦК по данной методики не применим к данной ситуации.

Попробуем применить к ЦК подход расчета линейной разрешающей способности исходя из расчета различимости пространственных частот рсс на снимках. Рассчитаем ее по формуле (10):

, (10)

Где р - динамически устойчивое разрешение, пар линий/мм. Данная величина иллюстрирует значение пространственной частоты, на которой зафиксированы линии. В нашем случае она эквивалента линейному разрешению снимка [20].

Максимальное разрешение снимка находится по формуле (11):

, (11)

Где N - количество пикселов по длинной стороне кадра; L - размер матрицы по длинной стороне кадра, мм; 3 - поправочный коэффициент, показывающий качество динамической устойчивости принимаемого сигнала.

При условии, что различимость пространственных частот достигается при максимальном разрешении снимка, то есть при равенстве рсс=рс, можно найти разрешение по формуле (12):

. (12)

Получим значение масштаба съемки и соотношение этого масштаба и масштаба карты для различных ЦК (рис.1.4). Набор для выбора ЦК расширили.

расчет значений масштаба съемки

Рис.1.4. Расчет значений масштаба съемки

Соотношение масштаба плана (карты) и аэрофотосъемки должно быть. Поэтому выбор ЦК останавливается на A3 или RMK-DX.

Следующим этапов необходимо рассчитать высоту фотографирования. Основным критерием при выборе (обосновании) высоты фотографирования является высота сечения рельефа горизонталями и точность подписываемых на плане высот точек. Согласно инструкции [12], средние погрешности съемки рельефа составляют принятой высоты сечения рельефа. Следовательно, максимальная высота фотографирования не может быть больше величины [1], вычисленной по формуле (13):

, (13)

Где составляет от hс.

Таким образом, получим:

м.

Определим фокусное расстояние по формуле:

. (14)

Полученные расчеты оформим в таблицу (см. рис.1.5).

результат вычислений

Рис.1.5. Результат вычислений

К сожалению, по техническим характеристикам ЦК А3 не подходит для данной съемки, если учитывать рекомендации инструкции [12] и методические указания [1] по размеру фокусного расстояния, так как фокусное расстояние этой камеры равно 300 мм. Поэтому для проектирование съемки будем рассматривать ЦК RMK-DX (f=92 мм), потому что среди всех анализируемых камер коэффициент соотношения наиболее близок к 10.

Технические характеристики выбранной ЦК:

    - размер пикселя 7.2 мкм; - фокусное расстояние 92 мм; - радиометрическое разрешение 14 бит/пиксель; - число пикселей результирующего кадра вдоль/поперек маршрута 11200*11712

Окончательно имеем: f=92 мм, Н =2500 м, m=Н/f= 27173=27000. Так как знаменатель масштаба съемки округли высота фотографирования:

м

Как видим, соотношение масштабов k:

Формат снимка 81*84 мм.

Похожие статьи




Расчет высоты фотографирования и масштаба аэрофотосъемки - Разработка технического проекта летно-съемочных работ для создания по аэро - и космоснимкам топографического (плана) карты местности

Предыдущая | Следующая