1. Общегеографическая  характеристика

Работы, проводимые в целях картографирования местности  по аэрофотоснимкам, будут выполняться  в Волынской области. Волынская область (укр. Воли́нська о́бласть) — область в северо-западной части Украины, в зоне украинского Полесья. Граничит на западе с Республикой Польша, на севере - с Республикой Беларусь, на востоке - с Ровенской, на юге - с Львовской областями Украины. Площадь области составляет 20,143 тыс. км² (3,34 % территории Украины) протяженностью из севера на юг на 187 км, из запада на восток — на 163 километра. Рельеф преобладает равнинный. Почти три четверти территории Волынской области расположено в пределах Полесской низменности (140—150 м), меньшая, южная, занимает северо-западную окраинную часть Волынской возвышенности (высота 220—290 м), обрывающуюся к северу уступом в 20-60 м. Климат умеренно континентальный. Зима мягкая, лето тёплое. Средняя температура января −4,5 °C, июля 18,6 °C. Осадков 550—600 мм в год. Вегетационный период около 200 дней. В северной части Волынской области протекает река Припять. Её правые притоки Турья, Стоход, Стырь пересекают Волынскую область с юга на север. На западе по границе с Польшей протекает река Буг. Озёра: Свитяжское, Пулемецкое, Турское, Орехово, Белое и др. (см. также: Шацкие озёра). Общая длина рек 3293 км. Все реки относятся к бассейнам Днепра и Западного Буга. Большество рек области берут начало за пределами её территории. Почвы лесостепной части области оподзоленные тёмно-серые и серые, а также чернозёмы, в полесской части — дерново-подзолистые и различные болотные (в том числе торфяные). В средней полосе — дерново-подзолистые в комплексе с перегнойно-карбонатными (наиболее плодородные). Леса занимают 32,5 % всей территории области. Они распространены главным образом в Полесье (сосна занимает 60 % лесопокрытой площади, дуб — 13 %, ольха — 13 %, берёза — 10 %); на юге области небольшие массивы дубово-грабовых лесов. В лесах водятся лось, косуля, кабан, барсук, рысь; в лесостепи — заяц-русак, лиса, грызуны.

Определяем максимальные уклоны местности, чтобы установить высоту сечения рельефа и следующие  из нее все допуски по высотам, а также определяем, какое фокусное расстояние должно быть у АФА, чтобы  на снимках не было полей невидимости. 

Уклон 

Выясняем  высоту сечения рельефа hс на рабочей карте по подписям горизонталей или по высотным отметкам. Измеряем на этой карте минимальное заложение – расстояние между смежными горизонталями d и переводим его в натуральный масштаб D=d*t,  где t знаменатель масштаба той карты, на которой измерили d.

Зная высоту сечения hсеч на этой  карте, вычисляем максимальный уклон на местности

tg α = h / D.

Для нашего случая: сечение рельефа hс = 50 м. Измерили минимальное заложение на местности –750 м. Отсюда максимальный уклон местности составит  tg α= 50м/750м = 0,06666 => α=3,814°

Выбор метода аэрофототопографической  съёмки

Аэрофототопографическая съёмка, как комплекс процессов выполняемых  с целью создания топографических  карт по аэрофотоснимкам, подразделяется на стереотопографический и комбинированный  методы. Основным источником информации, определяющим выбор метода, является физико-географическая характеристика района.

Комбинированный метод позволяет получить по снимкам  контурную часть карты в виде фотоплана, а рельеф зафиксировать  на фотоплане полевыми способами  съёмки местности (мензульная съёмка)

При стереотопографическом  методе рельеф и контурная часть  составляются в камеральных условиях. В поле проводится полевая подготовка снимков: создаются эталоны дешифрирования, собирается семантика.

В нашем случае для картографирования подходит стереотопографический метод, т.к. исключается проведение геодезических съёмочных работ.

Для съёмки рельефа  на открытой местности, при плавных  формах рельефа, будем применять  технологии автоматического и полуавтоматического  создания регулярной или полурегулярной в плане сети высотных пикетов, в  случае сложного рельефа и необходимости  точного определения высоты съемку будет производить оператор.

Для съемки контурной  части целесообразно создать  ортофотоплан, (т.к. местность равнинная и трансформирование снимков возможно выполнить без учета влияния рельефа), на котором дешифрировать и векторизовать объекты.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Расчет  параметров аэрофотосъмки 

Продольное перекрытие и базис:

p= 0.4 * lx=0.4* lx

lx * ly = 19 * 19 см

b=p=0.4 *19см=76мм 

Выбор фокусного  расстояния АФА

Карта будет  создаваться стереотопографическим методом и местность на снимке слегка всхолмлена, то главное выбрать камеру с возможно более коротким фокусным расстоянием, при этом разность продольных параллаксов не должна превышать 15 мм. По ней рассчитываем минимальное фокусное расстояние:

fmin=(hp*p)/(m*Δp). hp=145м,

m- масштаб снимка определим его по ф-ле Лаврова - Живичина:

  m_max = 2 L R ( ΔD (-ln p))^-0.5 : B                

  R  - разрешение цифрового снимка с учетом разрешения фотоизображения в лин/мм;

  ΔD -тоновой контраст объекта (дома – дороги 0.3, лес – кусты 0.2, пашня пустырь 0.1);

  p -  вероятность опознавания объекта исполнителем, обученным съемке  данного района  (p<1)

  B - коэффициент влияния формы (компакт 1.4 – 1.5, протяженный 4 – 5).

 Разрешение  R=35mm^-1,  объект компактный L=1 m,  разность плотности ΔD = 0.1, вероятность опознавания p=0.8. Тогда

  m_max = 2 L R ( ΔD (-ln p))^-0.5 : B  =7000,

  Исходя  из этого определим минимальное фокусное расстояние:

fmin=(145*76)/(7000*15)=104мм,

Т.е для данной местности берем камеру с фокусным расстоянием, равным 100 мм.

Hmax= p*mh/( Δp)

p- перекрытие

m- масштаб снимка определим

Δp-0,01мм

mh=h0/8=2м/8=250мм

Нmax=(114*250)/0.01=2850м

Съемка выполняется  одним залетом на одной высоте, т.к. разность средних высот  не привышает 0,1Нф=285м.

Зная масштаб  и базис на снимке найдем базис на местности

В=bm=532м

Поперечный базис  на снимке равен:

By=((100%-30%)/100)*ly=133мм

на местности: 931м 

   Минимально  допустимый масштаб для определения  превышений в сети фототриангуляции и съемки рельефа.

  m=( p / _f ) dh / (2 dΔp).                           

  dh = 1m = 1000мм, p=76мм, f=100  и dΔ p = 0.007мм

  m=( p / _f ) dh / (2 dΔp) =  (76/100)*1000/2*0.007 = 55000.

  Минимально  допустимый масштаб для определения  планового положения точек  в  сети фототриангуляции.

  m= p / _(y+p )dy / 2dΔp.                

  p=76, f=100, dy = 2m = 2000mm  и  dΔ p = 0.007mm, находим, что знаменатель минимального масштаба составит

  m= p / _(y+p )dy / 2dΔ p  =  76:(100+76)*2000:0.014 = 62 000. 
 

  3. Требования к карте  заданного масштаба  этой территории 

    Точность  определения высот оригинала карты

    Высота  сечения рельефа данной местности  на создаваемой карте h_сеч=2м (из приложения 2). Отсюда получаем в средних абсолютных отклонениях (САО):

  САО проведения горизонталей =670мм

  САО подписных точек на карте д. б. не хуже =400мм

  САО точек для внешнего ориентирования стереопары д. б.  не хуже =250мм

    Здесь мы исходим из того, что внешнее  ориентирование модели обычно выполняем, задавая элементы внешнего ориентирования снимков (ЭВОС), а не по опорным точкам. Поэтому ЭВОС в фотограмметрической  сети должны определяться с такой  точностью, которая обеспечит вычисление высот точек модели с САО  h_сеч / 8. Оператор или автомат, наводя марку на подписную точку модели, добавит к этой погрешности свою индивидуальную ошибку наведения, сюда же добавятся ошибки построения фотоизображений в этих соответственных точках. В итоге получим САО подписных точек на карте не хуже h_сеч /6. 

    Высотная  полевая подготовка снимков должна выполняться точнее фотограмметрических определений, а именно с САО h_сеч /10=0,2м=200мм. Тогда её ошибки не повлияют на точность проведения горизонталей.

  Точность  элементов плана оригинала карты

  САО нанесения координатной сетки 

  САО нанесения точных твердых контуров

  САО нанесения четких контуров относительно ближайших геодезических точек 

  САО нанесения нечеткие контуров

    Точность  фотограмметрического сгущения должна обеспечивать эти требования.

    Инструкции  требовали для аналитических  сетей САО = 0,3 мм в масштабе карты в предположении, что они вносят половину общей ошибки планового положения.

Мы будем исходить из того, что сеть не должна влиять на съемку контуров, т.е. составлять 1/3 ошибки определения абсолютного положения  контура, а именно САО = 0.23 мм. Такая точность вполне достижима. Соответственно СКО = 0,23 * 1,253 = 0,29 мм в масштабе плана. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Технологическая схема создания первичной ЦКМ на район работ 

  5. Приложение к Техническому  проекту Редакционно-технические  указания

1. При выполнении работ руководствоваться документами:

1.1. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:10000–1: 25000. Полевые работы - Москва.: Недра 1978 г.

1.2. Инструкция  по фотограмметрическим работам  при создании цифровых топографических  карт и планов. М., ЦНИИГАиК,2002

1.3. Настоящие редакционные указания. 

2. Особенности выполнения работ.

По техническим условиям заказчика, создаются цифровые топографические карты масштаба 1:10000 (сечение рельефа через 2м).

2.1 Дешифрирование для стереотопографической съемки масштаба 1:10000 выполнять по фотопланам.

2.2. На отдельных аэроснимках применять упрощенное вычерчивание контуров: точечный контур отображается  красной линией, вместо условного знака леса, луга, огорода ставить подписи лес, луг, огород.

2.3. Границы топографических карт масштаба 1:10000 должны проходить по рамкам прямоугольной разграфки соответствующего масштаба. 

3. Объекты промышленные, коммунальные и сельскохозяйственного назначения масштаб 1:10000.

3.1. Здания производственного назначения показывать в соответствии с условными знаками для масштаба 1:10000 Территории хозяйств, заводов, дворов и т.п. без растительности, и не имеющие твердого покрытия, не заполнять усл. Знаками

3.2. Спецсооружения, к которым невозможно подобрать условный знак – оконтуривать тонкой линией и помещать конкретное название объекта, а при отсутствии - пояснительную надпись «спец.пл.».

3.3. На незастроенной территории подземные коммуникации наносить, если их положение четко просматривается на фотоизображении, или на их наличие указывают просеки, валики вдоль трассы или столбики, пикеты. Указывать назначение коммуникаций.

4. Автомобильные и грунтовые дороги масштаб 1:10000.

4.1. При изображении дорог с покрытием, где придорожные канавы выражены на местности не четко, за линией покрытия (по краю обочины) проводить черную линию

4.2. При изображении строящихся автомобильных дорог на планы наносить, имеющиеся на момент дешифрирования, насыпи, выемки, мосты, трубы и т.д. и их характеристики.

4.3. Километровые столбы наносить точно на своих местах, даже если они расставлены не через 1 км.

5. Гидрография, мосты и переправы масштаб 1:10000.

5.1. Колодцы коллективного пользования показывать все. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Приложение  к Техническому проекту «Техническое  обоснования выбора метода фототопографической  съемки и технологических процессов». 

Принципиальные  отличия технологических схем создания карты стереотопографическим и  комбинированным методами заключены  в способе съёмки рельефа. В комбинированном  методе съёмка рельефа производится на местности геодезическими способами. В стереотопографическом методе рельеф снимается в камеральных  условиях на ЦФС (цифровых фотограмметрических  станциях). Для получения контурной  части могут быть использованы фотопланы  или одиночные снимки.

  Для данного района работ выбран стереотопографический  метод съёмки.

  На  плоской местности определять превышения сложнее, чем на всхолмлённой и горной, поэтому на плоских участках, съёмку следует проводить короткофокусным  АФА.

  С другой стороны для детальной  съёмки объектов рекомендуется использовать длиннофокусный АФА, с целью получения крупномасштабных снимков.

  Таким образом, необходимо подобрать такое  фокусное расстояние f, и масштаб съёмки M, чтобы обеспечить необходимое качество снимков

Полевая подготовка выполняется для обеспечения  фотограмметрических работ по созданию топографических карт опорными геодезическими точками (опознаками) и заключается в определении координат контурных или маркированных точек местности при помощи GPS.

  Контурные точки должны быть, по возможности, расположены на плоском месте, высотные могут располагаться вне контуров.

  Важно сделать хороший абрис с указанием  станций стояния прибора. Одновременно с маркировкой и планово-высотной привязкой собираются все необходимые  картографические сведения о данном районе.

  Рассчитываем  расстояние между высотными опорными точками:

  [11.36 (b / f )(S_z / m s_q)]² =  (n³_z +40 n_z + 70) 

Обозначив   lz =[11.36 (b / f )(S_z / m s_q)]²   получаем уравнение в виде

n³_z +40 n_z + 70 – lz  = 0                           (G1).

В качестве корня этого уравнения нас  интересует целое положительное  число.

 При  выбранных параметрах   b = p = 76 мм,  f = 100 мм, S_z = 0,25м=250мм,

 m=7000,   s_q=0.007мм   получаем

  lz  =  [ 11.36*(76:100)*(250/(7000*0.007))   ]² =[ 44.05]²   = 1940

   n³_z +40 n_z + 70 – 1940  = 0                          

 n=11

Подсчитаем  расстояние  между высотными опорными точками Lz  на местности. Очевидно, что оно равно произведению длины базиса на местности B=b*m  на их число n_z

Lz =  n_z  B   =  n_z  p m.       (G2)

p m  =  11 * 76мм* 24 000= 11* 1824м = 20 064м = 20,064км 

Для удобства выполнения полевых работ   следует  проектировать точки вдоль меридианных  рамок съемочных трапеций.  Поэтому,  подсчитав это расстояние, сравниваем его с расстоянием до рамки, расстояние до которой короче рассчитанного.

Число трапеций равно   n = Lz :  Lтр =20,064: 4.5 = 4,4 трапеции.     

Округляя  до меньшего целого, получаем 4 трапецию. Отсюда подходящее расстояние

Lz = 4 * 4.5  = 18 км,  

а количество базисов  N_{zновое =} 18 км:2.4 = 7.5 базисов

Расстояние  между точками плановой привязки:

 ld = [ 20 S_d  :3 m s_q  ]²    получаем уравнение в виде

n_d³ +d_f  -  ld =0                    (G3) 

 При  f=100mm    d_f  =100  n_d  + 235 . Подставим это d_f  в G3:

n_d³ +100  n_d  + 235   -  ld =0.

Возьмем точность фототриангуляции в плане S_d = 2м = 2000мм.

   Подсчитаем  ld = [ 20 S_d  :3 m s_q  ]² = [ 20* 2000mm : 3*7000*0.007]²  =[ 272]² =74043м=74км

n_d³ +100  n_d  + 235 - 74043,22= n_d³ +100  n_d   - 74808 =0.

Из решения  методом подбора получаем положительный  корень   n_d =41 .

После выполнения всех необходимых расчётов и планово  – высотной подготовки выполняется  аэрофотосъёмка, которую лучше всего  производить весной или осенью, когда отсутствует листва.

  Совместим плановые и высотные опорные точки, т. к. съемка проводиться при помощи GPS. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Обоснование размера пиксела сканирования снимков,

  формата растровых образов фотоснимков

  Цифровое  изображение фотоснимка (далее ЦОС  – цифровой образ снимка) есть система  пикселей, расположенных в строках  и столбцах, как правило, без смещения один точно под другим, полученных при сканировании. Повторное сканирование того же снимка (или другого) не обеспечит  точного соответствия пикселей. Например, при первом сканировании центр крестика попал в центр первого пикселя. При повторном сканировании этот крест попадет в другое место этого же пикселя или же на смежный пиксел (при среднем качестве сканирования – на более удаленный пиксел). Попадание на смежный пиксел при высококачественной геометрии сканирования равноценно сдвигу всех строк на одну. Значит, центру первого пиксела соответствует положение этого крестика по всему полю ему соответствующего второго пиксела. Отсюда можем предполагать, что центру пиксела на первом ЦОС соответствует двумерное равномерное распределение положения этой точки на соответствующем пикселе второго ЦОС. Полагая, что форма пиксела (ячейки ПЗС) квадрат со стороной, равной шагу сканирования, а корреляция по строкам и столбцам отсутствует, получаем, что дисперсия . Приняв размер пиксела , получим СКО положения соответствующей точки на пикселе второго ЦОС пиксела.

  На  этот разброс накладываются действия наблюдателя, который произвольно  наводит марку на точку поля соответствующего пикселя на втором ЦОС. Полагая, что  и здесь вероятность попадания  в любую точку пикселя одна и та же, также ограничимся равномерным  распределением. Поэтому СКО наведения  S= 1/3.5 пиксела.

  Полагая, что в худшем случае ошибки сканирования и наведения складываются, получаем:

  Разрешение  фотоснимка R. Если отсканируем фотоснимок с размером пиксела 1/2R, то цифровой образ снимка (ЦОС) ухудшится незначительно (плотности и границы пикселей будут смещаться в пределах пикселя). Можем сканировать с меньшим размером пикселя. При этом уменьшение пиксела в 2 раза увеличит объем черно-белого изображения более чем в 4 раза. Качество изображения несколько улучшится, так как возникнет больше градаций оптической плотности, ввиду того, что как плотность будет усредняться на меньшей элементарной площадке равной пикселу. Однако ЦОС лучше оригинала не будет. Поэтому примем величину 1/2R мм за размер расчетного информационного пиксела.

  Тогда СКО наведения марки S = 1/2,5 пиксела с учетом размера пикселя 1/2R мм  составит

8. Обоснование  параметров аэрофотосъемки, обеспечивающих  требуемую точность определения  высот и планового положения,  а также достоверности камерального  дешифрирования снимков.

В стереотопографическом  методе главным определяющим параметром аэрофотосъёмки является высота фотографирования. Особая роль этого параметра обусловлена тем, что от высоты фотографирования зависит точность определения высот точек местности при фотограмметрическом сгущении и съёмке рельефа.

Для определения  рекомендуемой высоты фотографирования следует вычислить значение максимально  допустимой высоты фотографирования H_max и оптимальной высоты фотографирования Н_опт.

Максимальная  высота фотографирования – это та предельно большая высота фотографирования (относительно средней плоскости), при  которой удовлетворяются требования, предъявляемые к точности определения  точек местности при условии, что каждая пара снимков обеспечена по углам точками высотно-полевой  подготовки; её значение определяется по формуле:

Оптимальная высота фотографирования – значение высоты фотографирования, при которой  обеспечивается точность определения  высот точек фотограмметрического сгущения, при условии, что точки  высотной полевой подготовки находятся  на максимально допустимом удалении друг от друга в направлении маршрута:

На практике аэрофотосъёмку целесообразно производить  с целью создания крупномасштабных планов с h_c = 1 или 2 м. При создании таких карт с оптимальной высоты фотографирования аэрофотоснимки получаются в крупном масштабе. Чтобы уменьшить масштаб снимков используется высота фотографирования большая, чем оптимальная:

Вторым  параметром аэрофотосъёмки, который  следует определить при стереотопографической  съёмке, является масштаб. От масштаба снимков зависит точность определения  планового положения точек местности как при обработке отдельных стереопар, так и при фотограмметрическом сгущении, а также достоверность камерального дешифрирования снимков.