Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Фотограмметрия и дистанционное зондирование

ВВЕДЕНИЕ

Фотограмметрия — техническая наука о методах определения метрических характеристик объектов и их положения в двух- или трехмерном пространстве по снимкам, полученным с помощью специальных съемочных систем. Такими системами могут быть традиционные фотографические камеры, а также системы, использующие иные законы построения изображения и иные (кроме фотографических слоев) регистраторы электромагнитных излучений. Основная задача фотограмметрии — топографическое картографирование, а также создание специальных инженерных планов и карт, например кадастровых.

Реформирование экономики нашей страны, и в частности сельскохозяйственного производства привело к неизбежной реорганизации территории. Для выполнения работ по реорганизации землеустроительным органам необходимы свежие, обновленные картографические материалы. Формирующаяся земельно-кадастровая служба нуждается в выполнении большого объема работ по инвентаризации земель и объектов, созданием кадастра застроенных территорий. Большое значение в решении этих задач имеет широкое использование материалов аэрофотосъемок.

В создавшейся на сегодняшний день ситуации актуальнейшей задачей является разработка новейших технологий по оптимизации дешифрирования, обработке аэро- и космических снимков. Актуальным вопросом является также и подготовка высококвалифицированных специалистов в области землеустройства, ведь именно от уровня образования выпускников зависит будущее развитие вышеназванной науки.

В данной курсовой работе рассматриваются следующие задачи:

1. Расчет параметров аэросъемки площади участка местности;

2. Оценка качества результатов аэросъемки;

3. Раскрытие сущности технологической схемы изготовления плана по материалам аэросъемки;

4. Дешифрирование аэроснимков (виды, методы, признаки);

5. Определение показателей водной эрозии;

Расчет параметров аэросъемки площади участка местности

Масштаб аэрофотосъемки

Масштабом аэрофотосъемки называется отношение линейных размеров изображения на аэрофотоснимках к соответствующим действительным линейным размером объектов на фотографируемой местности.

Главный масштаб изображения, построенного в аэрофотоаппарате, определяется формулой:

, (1.1)

где - знаменатель масштаба,

- фокусное расстояние аэрофотоаппарата,

- высота фотографирования над главной точкой.

Из формулы (1.1) следует, что масштаб аэрофотоснимка относительно средней предметной плоскости:

, (1.2)

где - коэффициент, равный 8 (фёдорова).

Масштаб 1:12000.

Фокусное расстояние аэрофотоаппарата

Фокусное расстояние – постоянное расстояние, на которое аэропленка отстоит от задней узловой точки объектива. Является одной из величин определяющей масштаб изображения. Объективы, применяемые при аэрофотосъемке, по длине фокусного расстояния условно делят на короткофокусные (50;70;100мм),среднефокусные (140;200;350 мм) и длиннофокусные (более 350 мм).В данной курсовой работе фокусное расстояние мм.

Рисунок 1.1 - Построение изображения в аэрофотоаппарате

Длина участка (маршрута) аэрофотосъемки

Аэрофотосъемочные маршруты прокладывают в натуре согласно ориентирам (на каждом маршруте выбирают входные и выходные ориентиры, хорошо опознаваемые сверху) и карте.

Первый маршрут прокладывают вдоль северной или южной границы съемки так, чтобы он перекрывал эту границу не менее чем на четверть рабочей площади аэронегатива. Аэронегативы последнего маршрута не должны перекрывать противоположную границу съемки.

Рисунок 1.2 - Схема аэрофотосъемки участка

Длина участка определяется формулой:

км, (1.3)

где - коэффициент равный количесиву букв в фамилии, следовательно – 8(Фёдорова)

км.

1.4 Ширина участка (маршрута) аэрофотосъемки

Ширина участка аэрофотосъемки зависит от количества аэрофотосъемочных маршрутов и расстояния между ними. Ширина участка земной поверхности определяется формулой:

км, (1.4)

1.5 Максимальное превышение на участке

Максимальное превышение на участке – это величина, необходимая для расчета показателя поперечного перекрытия. Определяется формулой:

(1.5)

км.=90м.

1.6 Формат аэрофотоснимка

Для стерео обработки применяются снимки формата 18см х18см, то е ширина мм и высота мм.

Рисунок 1.3 - Формат аэроснимка

1.7 Вычисление высоты фотографирования

Средняя высота фотографирования, с которой следует вести аэрофотосъемку, зависит от величины фокусного

расстояния и масштаба аэрофотосъемки. На рисунке 4: - абсолютная высота фотографирования, измеряемая до уровня моря ; - средняя высота фотографирования до горизонтальной плоскости , расположенной на средней высоте участка съемки ; - истинная высота фотографирования до горизонтальной плоскости , расположенной на уровне какой-либо точки поверхности земли.

Рисунок 1.4 - Высоты фотографирования

Высота фотографирования определяется формулой:

, (1.6)

где - фокусное расстояние аэрофотоаппарата,

- знаменатель масштаба аэрофотосъемки.

м.

1.8 Вычисление планируемых продольного и поперечного перекрытий

Аэрофотосъемку площади выполняют с взаимным перекрытием смежных аэронегативов одного маршрута, которое называют продольным перекрытием, и с взаимным перекрытием аэронегативов смежных маршрутов, которое называют поперечным перекрытием.

Продольное перекрытие :

, (1.7)

где - максимальное превышение на участке,

- средняя высота фотографирования.

Поперечное перекрытие :

(1.8)

1.9 Вычисление базиса фотографирования

Расстояние между главными точками двух смежных в маршруте аэрофотоснимков, наколотыми на правом или на левом аэрофотоснимках, называют базисом фотографирования в масштабе данного аэроснимка (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Определение базиса фотографирования

Базис фотографирования в масштабе снимка вычисляют по формуле:

, (1.9)

где - ширина аэроснимка,

- продольное перекрытие,

- знаменатель масштаба.

м.

Расстояние между осями смежных маршрутов определяется по формуле:

, (1.10)

где - высота аэроснимка,

- поперечное перекрытие.

1.10 Вычисление числа снимков в одном маршруте ( ) и числа маршрутов на участке ( )

Расчет общего количества снимков в одном маршруте производят по формуле:

, (1.11)

где - длина маршрута,

- базис фотографирования.

Вычисление числа маршрутов на участке производится по формуле:

, (1.12)

где - ширина маршрута,

- расстояние между осями смежных маршрутов.

1.11 Вычисление общего количества снимков

, (1.13)

где - количество снимков в одном маршруте,

- количество маршрутов на участке.

1.12 Вычисление потребного количества пленки

, (1.14)

где - общее количество снимков в одном маршруте.

K-количество катушек

1.13 Вычисление базиса фотографирования в масштабе аэроснимка

, (1.15)

где - базис фотографирования.

- знаменатель масштаба.

мм

1.14 Расчет максимальной выдержки (время экспозиции)

Максимальная выдержка – это такая, при которой практически не будет сказываться смаз изображения, вызываемый фотографированием местности с летящего самолета. Максимальная выдержка определяется формулой:

, (1.16)

где - масштаб создаваемого плана

(1.17)

- путевая скорость самолета ( км/час).

сек

1.15 Расчетное время аэрофотосъемки участка

Чтобы определить время, необходимое для аэрофотосъемки участка, надо знать погонный километраж участка (то есть протяженность всех аэросъемочных маршрутов) и путевую скорость самолета км/час относительно земли. Тогда съемочное время

(1.18)

, (1.19)

где - длина маршрута,

- количество маршрутов на участке.

сек

2 Оценка качества результатов аэросъемки

Качество материалов съемки оценивают с целью выявления соответствия реально получаемых результатов требованиям технического задания и существующим нормативам, значения которых установлены инструкциями и наставлениями по проведению аэрофотосъемок. Оценивают также фотографическое качество материалов аэрофотосъемки.

Фотографическое качество зависит от состояния атмосферы, освещения объекта съемки, технических условий проведения аэрофотографирования, фотохимической обработки. При визуальной оценке на аэрофотонегативах не должно быть обнаружено механических повреждений, изображений облаков, теней от них, бликов, ореолов. Изображение на снимках должно быть резким, с хорошей проработкой деталей в светлых и темных участках. Оптическая плотность (тон) и контрастность должны соответствовать нормативам. При визуальном способе для сравнения можно использовать снимки – эталоны. Эталонными являются снимки, фотографическое качество которых оценено высококвалифицированными специалистами – экспертами. Применение приборов позволяет более точно и объективно оценить фотографическое качество аэрофотоизображений.

Фотограмметрическое качество материалов аэрофотосъемки оценивают по следующим критериям:

Определение продольных и поперечных перекрытий.

Рисунок 2.1 - Перекрытия аэроснимков

Взаимное перекрытие снимков одного маршрута – это продольное перекрытие Рх. Его рассчитывают по формуле

, (2.1)

где lх - размер перекрывающихся частей снимка,

l - длина стороны снимка.

Размер продольного перекрытия обеспечивается частотой (временным интервалом) включения АФА, который зависит от высоты фотографирования и путевой скорости летательного аппарата. Расстояние между соседними точками фотографирования в маршруте называют базисом фотографирования.

Поперечное перекрытие – это перекрытие снимков соседних маршрутов, которое обеспечивается расстоянием Ву между ними. Поперечное перекрытие вычисляется по формуле

(2.1)

Прямолинейность маршрутов.

На накидном монтаже соединяют прямой линией главные точки (рисунок 2.2) крайних аэрофотоснимков маршрута и измеряют расстояние, между этими точками; затем измеряют наибольшее уклонение главной точки одного из аэрофотоснимков от этой прямой. Относительное уклонение находят по формуле:

(2.2)

Величина уклонения не должна превышать 2-3%.

Рисунок 2.2 - Оценка прямолинейности аэрофотосъемочного маршрута

Ориентирование сторон аэрофотоснимков («елочка»).

Его можно определять двумя способами: первый — путем измерения угла е между линией хх, соединяющей координатные метки снимка, и базисом фотографирования (рисунок 2.3); второй — измерение угла между осью маршрута и поперечной стороной снимка. Допустимые углы «елочки» при фокусных расстояниях 100, 140, 200, 350 и 500 мм соответственно равны 5, 7, 10, 12 и 14°.

Рисунок 2.3 - Схема определения разворота снимка относительно направления маршрута съемки («елочки»)

После оценки качества материалов аэрофотосъемки изготавливают репродукции накидного монтажа. Репродукция накидного монтажа — это его уменьшенная в два—четыре раза копия. Репродукцию изготавливают чаще традиционным фотографическим способом. Для этого с помощью специальных репродукционных фотокамер получают негативы репродукций, а затем осуществляют фотопечать их позитивного изображения. Перед фотографированием на накидном монтаже прикрепляют надписи с указанием года выполнения и масштаба аэрофотосъемки, номенклатуры трапеции, шифра объекта и масштаба будущей репродукции. В компьютерных технологиях обработки снимков составляют накидной монтаж программными средствами аналогично рассмотренной технологии. Оператор на мониторе анализирует качество выполненной аэрофотосъемки. С помощью принтера или плоттера на печать выводится репродукция (копия) накидного монтажа. С помощью репродукции легче пользоваться большим числом аэрофотоснимков: выбрать необходимый в данный момент снимок, составить проект геодезической привязки снимков.

№ аэро-снимка

Продольное перекрытие

Поперечное перекрытие

Непрямолинейност

(0)

Прямо-

линейность маршрута

(%)

496

497

498

61,4

62,2

41,1

43,8

3,5

545

544

543

542

64,4

42,7

41,7

42,8

554

555

556

62,7

63,8

0,8

Таблица 2.1 - Обработка результатов измерений

3 Технологическая схема изготовления плана по материалам аэросъемки

3.1 Понятие фотоплана

Фотопланом называется одномасштабное фотографическое изображение местности, смонтированное из трансформированных аэрофотоснимков. Не уступая по точности графическим планам, фотопланы значительно превосходят их в детальности изображения, что крайне важно для успешного проведения изысканий и проектирования.

В зависимости от границ, в пределах которых составляют фотопланы, они выпускаются: в рамках трапеций государственной разграфки, в границах землепользовании и в границах условной разграфки.

Монтаж фотоплана производят на жесткой основе с трансформационными и другими точками, изготовляемой перед фототрансформированием

Иногда по фотоплану проводят горизонтали и вычерчивают в условных знаках ситуацию. Такой документ, сочетающий элементы карты и фотоплана называют фотокартой.

Существует три способа получения планов: 1) дифференцированный; 2) универсальный; 3) с использованием ЦФС.

Универсальный метод создания фотопланов наиболее точный и широко распространен.

Рисунок 3.1 – Схема универсального метода создания карт

До начала работы по монтажу фотоплана на трансформированных аэрофотоснимках пробивают пуансоном ориентирующие и центральные точки (диаметр отверстий 1 мм). Для проверки правильности трансформирования снимок укладывают на основу так, чтобы в отверстиях были видны соответствующие точки основы. Тогда расхождения точек снимков и основы не будут превосходить допустимой для плана величины 0,5 мм. Аэрофотоснимки, не удовлетворяющие этому требованию, подлежат повторному фототрансформированию.

Монтаж фотоплана начинают с укладки на основу левого аэтофотоснимка верхнего маршрута. Совместив точки снимка с точками основы, закрепляют его грузиками. Затем укладывают смежный снимок и производят совместную обрезку примерно по середине продольного перекрытия. Разрезав все снимки первого маршрута, подклеивают резиновым клеем их центральные части. Аналогичным путем осуществляют монтаж аэрофотоснимков смежного маршрута. Далее совместно обрезают по средней линии поперечного перекрытия снимки смежных маршрутов и переходят к монтажу снимков последующих маршрутов. По окончании монтажа снимки подклеивают полностью, обрезают вдоль границ трапеций и выполняют зарамочное оформление.

После изготовления фотопланов проверяют их точность и фотографическое качество, изготавливая корректурный лист, на котором схематически показывают границы фотоплана, положение трансформационных точек и линии порезов. Контроль точности производят:

1) по точкам. Определяют величины и направления смещений центров отверстий, пробитых пуансоном, относительно одноименных точек основы и полученные результаты наносят на корректурный лист. Величины смещений в равнинных и всхолмленных районах не должны превышать 0,5 мм, а в горных — 0,7 мм.

2) по порезам выполняют с использованием обрезков, полученных при монтаже фотопланов, аналогично контролю фотосхем, изготовленных способом совместной обрезки Величины расхождений фиксируют на корректурном листе. Они не должны превышать 0,7 мм, а при коэффициенте увеличения более 1,5 и при трансформировании по зонам – 1 мм.

3) по сводкам (выполняют по зарамочным обрезкам на смежном фотоплане, на которых должны быть нанесены выходы километровой сетки, по которым их совмещают вдоль рамки контролируемого фотоплана; наколы четких контуров производят через 3 см; расхождения в равнинных и всхолмленных районах не должны быть более 1 мм, а в горных – 1,5 мм).

Рисунок 3.2 - Корректурный лист:

а- при контроле по точкам и по сводкам

б- при контроле по порезам

При выборе технологической схемы следует учитывать три основных фактора:

1) выпускаемый план по точности должен отвечать требованиям действующих инструкций;

2) стоимость выпускаемого плана должна быть минимальной;

3) организация работ должна обеспечивать выпуск планов в кратчайшие сроки.

После проведения подготовительных работ приступают к разработке технико-экономического обоснования (ТЭО) производства работ. В зависимости от поставленных задач применяют контурную аэросъемку, комбинированную или стереотопографическую съемку.

Контурная съемка. Полный цикл работы после аэрофотосъемки длится от 1 до 3 лет в зависимости от характера объекта съемки, объема работ по сгущению главной геодезической основы, размеров снимаемой территории, производственной мощности предприятия и других причин.

При комбинированном дешифрировании используют аэрофотоснимки или фотосхемы.

При проведении землеустроительных работ необходимо иметь на плане изображение рельефа. С целью ускорения получения такой продукции в изготовляемые фотопланы (контурные планы) впечатывают горизонтали, скопированные на прозрачный пластик.

Комбинированная съемка. Выпуск конечной может быть завершен минимум за два года. Комбинированную аэросъемку применяют в равнинных районах при малом сечении рельефа (0,5; 1 м), когда поверхность земли покрыта густой и высокой растительностью, чаще всего для гидромелиоративных целей, в населенных пунктах. Дешифрирование, как правило, выполняют одновременно с рисовкой рельефа на репродукции фотоплана.

Стереотопографическая съемка. Полный цикл работы длится 2-3 года. Особенностью проведения стереотопографической съемки является значительное сокращение дорогостоящих полевых работ за счет того, что трудоемкий процесс рисовки рельефа выполняется на различных приборах в камеральных условиях. В этой съемке предусмотрена планово-высотная привязка, при которой расстояние между опорными точками должно обеспечивать необходимую точность пространственного фототриангулирования. Контурная часть (фотоплан) создается методами контурной съемки. Стереотопографическая съемка может применяться при съемках в средних и мелких масштабах с сечением рельефа через 2,0 м и более.

3.2 Технология создания базовых планов состояния и использования земель сельских поселений на основе обработки фрагментов увеличенных снимков

Рассмотрим два варианта данной технологии. Эти варианты различаются последовательностью выполнения этапов дешифрирования и фотограмметрических преобразований.

В первом варианте дешифрирование предшествует фотограмметрической обработке. Для этого после аэрофотосъемки выполняют увеличенную печать фрагментов снимков с помощью прецизионных фотоувеличителей на недеформируемой фотографической бумаге. Таким образом, дешифрирование выполняется на разномасштабных фотоизображениях. Фотограмметрические преобразования дешифрированных снимков проводят для границ дешифрированных контуров в векторной форме.

Во втором варианте аэроснимки (негативы) сканируют, полученные растровые изображения трансформируют, выводят на печать с помощью картографических плоттеров. После этого производят дешифрирование одномасштабных изображений.

Технологическая схема последовательности выполнения основных процессов в первом варианте показана на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Технологическая схема создания базового плана на основе фотограмметрической обработки одиночного снимка

В настоящее время для изготовления топопланов применяют универсальный метод. При этом камеральные работы по составлению топографического плана выполняются на одном приборе (стереограф, стереопроектор и др.). При обработке материалов аэрофотосъемки на приборах конечной продукцией является топографический план, лишенный фотографического изображения местности. Длительность производственного цикла 2—3 года.

4 Дешифрирование аэроснимков

4.1 Дешифрирование снимков

Дешифрирование снимков - это процесс отбора подлежащих нанесению на изготавливаемые планы и карты объектов, которые опознают на анализируемых изображениях, определяют их качественные и количественные характеристики, положение границ и выражают полученные данные условными знаками.

Важную роль играет дешифрирование и в дистанционном зондировании - изучении земной поверхности и происходящих на ней явлений по ее фотографическим или иным изображениям. Такое зондирование используется при изучении природных ресурсов и окружающей среды, при оперативном определении состояния сельскохозяйственных объектов.

Дешифрирование включает:

обнаружение — начальный этап дешифрирования, состоящий в поиске на аэрофотоснимке участков, где вероятнее всего должны быть расположены те или иные объекты местности;
опознавание - следующий этап дешифрирования, заключающийся в определении сущности обнаруженных объектов и отнесении их к конкретным разрядам или классам объектов;
определение характеристик опознанных объектов заключительный этап дешифрирования, в процессе которого производится анализ и обобщение качественных и количественных характеристик объектов, выявление их состояния, отличительных особенностей.

4.2 В зависимости от назначения различают следующие виды дешифрирования

1)топографическое (при мелкомасштабном картографировании — ландшафтное) - имеет целью обнаружение, опознавание и определение характеристик всех тех объектов местности, которые должны быть изображены на создаваемой или обновляемой карте или плане заданного масштаба;

2)специальное (тематическое, отраслевое) - при этом особо тщательно отбирается информация об определенных типах объектов. Набор объектов при специальном дешифрировании носит избирательный характер. Так, при земельно-кадастровом дешифрировании основными объектами анализа являются сельскохозяйственные угодья и границы землепользовании и землевладений. Одновременно с целевыми объектами специального дешифрирования на дешифрируемых материалах показывают в большинстве случаев и топографические элементы в упрощенном виде. Они облегчают привязку специальной информации при нанесении ее на имеющиеся карты, или их используют для составления специальных карт, если подходящая топографическая основа отсутствует.

4.3 Методы дешифрирования

1)Визуальный - в котором информацию считывает со снимков и анализирует человек, в зависимости от места выполнения выделяют камеральный, полевой и комбинированный способы, которые можно поделить на варианты.

2)Машинно-визуальный - в котором с помощью компьютера или специализированных устройств выполняют предварительную обработку первичных снимков с целью облегчения их визуального дешифрирования.

3)Автоматизированный - в котором интерпретационная обработка снимков выполняется машиной в диалоговом режиме: оператор выбирает способ обработки, выполняет «обучение» системы, контролирует качество работы классификатора, вносит коррективы в программы и др. В данном методе можно выделить два наиболее употребляемых способа — классификации, в котором анализируемые элементы изображения сразу же относятся к определенному эталонированному классу объектов, и кластеризации, в котором элементы изображения предварительно разбиваются на группы (кластеры) по сходству некоторых признаков с последующей идентификацией этих групп.