Розрахунок завдання на аерофотознімання

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

з дисципліни: Фотограмметрія та дистанційне зондування

 

Розрахунок  завдання на аерофотознімання

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ – 2012

 

Зміст

 

 

1 .Загальне поняття про аерофотознімання

 

Аеро- і космічним зніманням називається сукупність робіт з одержання зображення місцевості з повітряних або космічних апаратів. Зображення може бути подане у виді двовимірного аналогового запису тобто фотографії.

Аерофотознімання заключається у фотографуванні з повітря земної поверхні.

Аерофотознімання складається із наступних процесів:

літальний – політ над територією , яка знімається;

аерофотографічний – фотографування місцевості;

фото-лабораторний – проявлення аерознімків;

фотограмметричний - реєстрація проявлених негативів, складання накидного монтажу й оцінка якості виконаної аерофотозйомки.

Крім літального апарату в процесі знімання використовують комплекс технічних засобів, за допомогою яких виконується реєстрація зображення. Цей комплекс технічних засобів називається знімальною системою.

У знімальну систему входять:

• Фотокамера із світлофільтром і фотоплівкою
• Пристрій для кріплення апаратури на носій
• Командний прилад для автоматичного керування зйомкою
• Спеціальні прилади для фіксації елементів зовнішнього орієнтування знімків у польоті

 

2.Класифікація аерофотознімання  і знімальних систем

 

Аеро- і космічні знімання класифікують за:

• призначенням,
• масштабом фотографування,
• методом побудови зображення,
• кутом відхилення оптичної осі фотоапарата від вертикалі,
• кількістю і розташуванням знімків.

За призначенням аерофотозйомку ділять на топографічну і спеціальну. За матеріалами топографічного аерофотознімання виготовляють топографічні і спеціальні плани і карти. Спеціальні аерознімання виконують з метою одержання оперативної і систематичної інформації про земну поверхню, надра землі і динаміку різноманітних явищ і процесів.

За масштабом фотографування виділяють:

• великомасштабні - масштаб крупніше 1: 15000
• середньомасштабні - від 1 : 16000 до 1 : 50000
• дрібномасштабні - дрібніше 1 : 51000 до 1: 200000
• понад дрібномасштабні (космічні знімання) - дрібніше 1: 200000

За способом побудови зображення знімання поділяють на:

• Кадрові
• Щілині
• Панорамні

Кадрові знімання – зображення земної поверхні подається у вигляді суми окремих фотознімків отриманих за законами центральної проекції при одночасному проектуванні земної поверхні на фото носії.

Щілинні знімання – земна поверхня представляється безперервною послідовністю зображень отриманих за законом центральної проекції при поступовому переміщені проекції щодо фото носія.

Панорамні знімання – земна поверхня зображується сумою окремих смуг зображень отриманих за законами центральної проекції за допомогою обертання навколо центрів проекції

За кутом відхилення оптичної осі аерофотоапарата аерофотознімання поділяють на планові і перспективні. 

Якщо  кут відхилення оптичної осі аерофотоапарата від вертикалі не перевищує 3° , то знімання називають плановим; якщо кут більше 3° – перспективним.

Перспективні знімання поділяються в залежності від кута нахилу на:

• Планоперспективні – коли оптичні осі відхиляються від вертикалі по напрямку перпендикулярному до осі польоту і дозволяє фотографувати смугу до обрію.
• Конвергентні – виконується двома фотоапаратами оптичні осі яких відхиляються від площини польоту на однакові кути щодо вертикалі, але в протилежні сторони.

За  кількістю і розташуванням аерознімків розрізняють однокадрові, маршрутні і багатомаршрутні аерофотознімання.

 

Знімальні системи  поділяються:

 

1. В залежності від  походження використовуваного випромінювання	Пасивні	Реєструють природне випромінювання, яке відбите об’єктами  місцевості
	Активні	Генерують власне випромінювання, приймають і реєструють його ж, але відбите об’єктами місцевості
2. По засобам прийому  та реєстрації випромінювання	Фотографічні	Реєстрація на світлочутливі  матеріали
	Оптико-електронні	Реєстрація за допомогою  термоелектричних, фотоелектричних  та інших приймачів
3. По засобу формування зображення	Кадрові	Зображення будується  у вигляді безперервного двомірного аналогового запису (фотографічні, телевізійні)
	Скануючи	Зображення будується  послідовно по елементах та рядках (сканери) або по смугах (панорамні  фотокамери)
4.В залежності від числа спектральних зон	Одно зональні	Зйомка в одній зоні спектру
	Багатозональні	Зйомка в декількох  зонах спектру
5. по засобах доставки  результатів  на прийомний  пункт	Оперативні	Інформація передається  в реальному часі по радіоканалах
	Не оперативні	Результати зйомки доставляються  транспортними засобами

 

3.Аерофотоапарати, їхні основні  вузли і характеристики

 

Аерофотоапарат (АФА) являє собою складний й високоточний оптико-електромеханічний пристрій, призначений для фотографування земної поверхні з різноманітних літальних апаратів (гелікоптера, літака, космічних літальних апаратів і ін.).

По цільовому призначенню  АФА підрозділяються на топографічні і нетопографічні. Топографічні АФА призначені для фотографування в картографічних і вимірювальних цілях. Вони мають конструкцію, що забезпечує надійну роботу і цілість оптичних характеристик об'єктива в складних умовах аерофотозйомки (вібрації, поштовхи, перевантаження, коливання температури і т.д.).

Нетопографічні АФА  не забезпечують одержання аерофотознімків із високою геометричною точністю побудови зображення. Тому аерофотознімки, отримані не топографічними АФА, можуть використовуватися для обстеження й вивчення території, рекогносцирувальних і інших робіт, що не потребують високої точності лінійних вимірів.

Аерофотоапарат складається  з камери й касети. Основна частина  аерофотоапарата - камера, що складається  з корпуса і сполученого з  нею жорсткого конуса. В аерофотокамері (рис. 1) розташовується оптична система АФА, основним компонентом якої є аерофотооб’єктив і аерофотозатвор. Аерофотооб’єктив являє собою оптико-механічний пристрій, оптична частина якого призначена для побудови оптичного зображення в аерофотоапараті.

Рис. 1 Будова АФА

1 аерофотокамера; 2 касета; 3 аерофотоустановка; 4 керуючий прилад

 

Звичайно аерофотооб’єктиви  фокусуються на безкраїсть. Отже, відстань по перпендикуляру від задньої вузлової точки аерофотооб’єктиву до фокальної площини АФА, у якій поміщається світлочутливий прошарок, завжди постійна. Ця відстань називається фокусною відстанню аерофотоапарата і позначається звичайно латинською буквою f. По розміру f топографічні аерофотооб’єктиви діляться на короткофокусні (до 150 мм), середньофокусні (151-300 мм) і довгофокусні (більш 300 мм).

Розмір фокусної відстані аерофотоапарата є одним із головних чинників, що впливають на масштаб зображення. (рис.2)

Саме при стрімкому  положенні оптичної осі площина  аеронегатива паралельна горизонтальної поверхні землі й масштаб 1:m зображення довільного відрізка L місцевості, із подоби трикутників SAB і Sab визначається за формулою:

 

де f - фокусна відстань аерофотоапарата

H - висота фотографування

 

Рис. 2 Негативне і позитивне зображення

 

^{Цей вираз, що встановлює зв'язок між масштабом  фотографування і  фокусної відстанню АФА, є однієї з основних формул фотограмметрії.}

Аерофотозатвор (рис. 3) являє собою пристрій для пропущення протягом заданого проміжку часу світла від об'єкта фотографування до світлочутливого прошарку.

Рис. 3 Топографічний аерофотоапарат

1-касета; 2-змотувана котушка; 3-корпус; 4-конус; 5-об'єктив з затвором; 6-координатні мітки; 7- прикладна  рамка; 8-намотуюча котушка; 9- притискаюча  дошка; f-фокусна віддаль фотоапарата

Цей проміжок часу називається витримкою або часом експозиції. Витримки в сучасних аерофотозатворах змінюються в інтервалі від 1/40 до 1/1000 сек. і менше. По засобі відкривання світлового отвору затвори діляться на центральні, жалюзі і шторні-щілинні.

У центральних аерофотозатворах використовуються світлові заслінки у  виді пелюстків або дисків із вирізами, що відчиняють об'єктив від центру до краю і закривають в оберненому напрямку. Поміщаються такі затвори між лінзами об'єктива. Жалюзійні аерофотозатвори являють собою систему стулок, що перекриваються, що можуть повертатися навколо своїх осей на кут біля 180°. Поміщаються вони також між лінзами об'єктива. Діаметр в’язки світлових променів, що проходять через об'єктив, може змінюватися за допомогою діафрагми, що подає собою непрозорий екран із круглим отвором. Розмір цього отвору змінюється за допомогою спеціальних пелюстків, що обертаючись навколо своєї осі, змінюють діаметр чинного отвору об'єктиву. (рис. 4)

Рис. 4 Ірисова діафрагма.

 

В аерофотокамері розміщуються також устрої реєстрації допоміжної інформації на аерофотознімку(годинник, нумератор кадрів, рівень і ін.) і прикладна рамка. Остання строго сполучається з задньою фокальной площиною об'єктиву. На цій рамці є чотири координатні мітки, що визначають положення координатної системи аерофотознімка. У момент аерофотознімання аерофотоплівка притискується до прикладної рамки за допомогою притискаючої дошки. Координатні мітки при цьому оптично фіксуються на аэрофотонегативах. Розмір кадру топографічних АФА може бути 18 х 18 см, 23 х23 см або 30 х30.

Касета призначена для розміщення аерофотоплівки і приведення її у площину прикладної рамки під час експозиції. Для цього вона має транспортуючий, мірний і вирівнюючий механізми. Касети вітчизняних АФА вміщають рулонну аерофотоплівку довжиною 60 м і шириною 19 см, що дозволяє одержати 300 негативів розміром 18 х18. Необхідна для одного кадру аерофотоплівка відміряється спеціальним вимірювальним валиком. За рахунок вакууму, утворюваного на поверхні притискаючої дошки, аерофотоплівка прилягає до неї і вирівнюється з високою точністю в площину.

Аерофотоустановка (рис. 1) служить для кріплення АФА на літаку або іншому носії, охорони його від поштовхів і ударів при зльоті і посадці, поглинання вібрацій гвинтомоторної групи, установлення головної оптичної осі АФА у вертикальне положення, а також орієнтування прикладної рамки щодо напрямку польоту.

Керуючий прилад служить для автоматичного дистанційного керування аерофотоапаратом. Він управляє механізмами виміру часу між витримками і загальним функціонуванням АФА - перемотування аерофотоплівки, вирівнювання аерофотоплівки в площину, рахування кількості експонованих аерофотонегативів, сигналізації запалюванням лампочки про момент фотографування.

 

4.Розрахунок завдання на аерофотознімання

 

Вихідні дані:

Вартість 1 години польоту  літака - 1200 у.о.

Шляхова швидкість літака (W) – 300 км/год

Вартість 60 м. плівки 160 у.о.

Розмір аерофотознімка – 18х18см.

 

m=1/9000 – масштаб знімка

M=1/2000 – масштаб майбутньої карти

f_k=250 мм (0.25м) – фокусна відстань

P_x=55% - поперечне перекриття

P_y=20% - поздовжнє перекриття

 

Розрахунок вартості аерофотозйомки

1. Висота фотографування:

 

2. Розрахунок максимальної витримки в аерофотографуванні:

 

W – швидкість літака

 

3. Розрахунок кількості маршрутів:

L_y – довжина зйомочної ділянки

В_у – відстань між двома маршрутами на місцевості

b_у – відстань на знімку

l_y – розмір аерофотознімка (18 см)

4. Розрахунок кількості аерознімків в одному маршруті:

 

n – кількість аерознімків

L_x – ширина зйомочної ділянки

B_x – відстань між двома суміжними точками фотографування

b_x – відстань на знімку

l_x – розмір аерознімка (18 см)

5. Розраховуємо загальну кількість аерознімків:

 

 

 N – загальна кількість аерознімків