Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Составление топографического плана М 1:500

Министерство по образованию и науке Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра геодезии и фотограмметрии

Курсовая работа

по теме:

«Составление топографического плана М 1:500»

Работу выполнил:

ст. гр. ЗУ 10-1

Гусмановой К.М.

Работу проверил:

Касаткин Ю.В.

Тюмень, 2013г.

Содержание

Введение

Фотограмметрия – дисциплина, изучающая формы, размеры, положение, динамику и другие качественные и количественные характеристики объектов по их фотографическим изображениям. Фотограмметрические методы применяются в различных областях науки и техники: в топографии и геодезии, астрономии, архитектуре, строительстве, географии, океанологии, медицине, криминалистике, космических исследованиях и др.

Раздел фотограмметрии, в котором рассматриваются вопросы определения координат точек местности и создания по снимкам топографических карт, называется фототопографией. Комплекс процессов (фотографирование местности, полевые геодезические и камеральные фотограмметрические работы), позволяющий по снимкам местности создавать топографические карты, называется фототопографической съемкой. Раздел, занимающийся решением различного рода измерительных задач в гидротехнике, геологии, дорожном деле, при землеустроительных и лесоустроительных работах, в географических исследованиях, при охране природы и окружающей среды, съемке памятников истории и культуры, в архитектуре, медицине, военном деле и др. областях науки и техники, называют нетопографической или прикладной фотограмметрией. Раздел, занимающийся вопросами изысканий инженерных сооружений, архитектуры, гидротехники и другими научно-техническими измерениями, называют инженерной фотограмметрией, являющейся составной частью прикладной фотограмметрии.

Исторически научное и техническое развитие фотограмметрии связано с использованием фотоснимков для измерительных целей, однако в последнее время в связи с общим развитием науки и техники появились и другие средства для получения изображений, поэтому определение фотограмметрии, как науки, изучающей способы определения форм, размеров и положения объектов по их изображению (измерительная фотография), несколько устарело и уже не соответствует полностью и не раскрывает всех возможностей фотограмметрии как науки и технической дисциплины.

Целью курсовой работы является составление плана местности М 1:500 по снятым и обработанным координатам точек местности с использованием аэрофотоснимков.

Основные задачи, которые будут решены в данной работе:

снятие координат местности по аэрофотоснимкам с использованием стереокомпаратора;
проведение камерального дешифрирования;
обработка полученных данных;
создание и оформление плана местности М 1:500.

Глава 1. Требования к содержанию и точности топографического плана М: 1:500

1.1. Создание топографического плана М 1:500

Топографические планы масштаба 1:500 предназначаются для составления исполнительного, генерального плана участка строительства и рабочих чертежей многоэтажной капитальной застройки с густой сетью подземных коммуникаций, промышленных предприятий, для решения вертикальной планировки, составления планов существующих подземных сетей и сооружений и привязки зданий и сооружений к участкам строительства на застроенных территориях города.

Съемке и отображению на топографической карте подлежат все объекты и участки местности, предусмотренные для конкретных масштабов действующими условными знаками.

Создание топографического плана М 1:500 осуществляется двумя путями:

проведение полевых съемочно-картографических работ (полевое картографирование);
лабораторное составление карт по источникам (камеральное картографирование).

Полевое топографическое картографирование выполняют государственные топографо-геодезические службы силами. Топографические съемки во всех масштабах регламентируются стандартными положениями, руководствами и инструкциями. При всех видах полевого картографирования важнейшим этапом является топографическое и тематическое дешифрирование аэрокосмических снимков.

Камеральное картографирование состоит в обработке данных полевых съемок, сводке и обобщении крупномасштабных планов и материалов дешифрирования, синтезе экспериментальных наблюдений и других источников в соответствии с содержанием и назначением создаваемого плана.

Первый этап камеральной работы – проектирование плана, разработка его концепции, составление программы, подготовка всей необходимой документации. Этот этап завершается созданием проекта плана и включает следующие процессы:

формулировка назначения и определение требований к плану;
подбор, анализ и оценка источников для составления;
изучение территории и особенностей картографируемых явлений;
подготовка программы плана.

Следующий этап – составление плана, т.е. комплекс работ по изготовлению оригинала плана. Составление выполняют в избранной проекции, компоновке и масштабе, принятой системе условных знаков, с заданным уровнем генерализации. Данный этап включает процессы:

подготовка и обработка источников;
разработка математической основы карты;
разработка содержания плана и легенды;
техническое составление оригинала и проведение генерализации;
оформление плана;
редактирование плана и корректура на всех стадиях составления.

Завершающий этап – подготовка к изданию и издание плана.

1.2. Понятие о съемке топографического плана М 1:500

Топографическая съемка плана М 1:500 состоит из комплекса полевых и камеральных работ. На топографических планах изображают все предметы и рельеф местности, подземные и наземные коммуникации. Изображаемые на плане точки условно делят на твердые и нетвердые. Твердыми являются стабильные объекты с четкими границами (углы зданий, построенных из кирпича, бетона и других прочных материалов и т.п.). Нетвердые контуры не имеют четких границ, например, граница леса, луга и т.п.

На топографическом плане изображают опорные плановые и высотные геодезические пункты, точки съемочного обоснования, с которых выполняют съемку.

При создании топографического плана в основном используют аэрофототопографические съемки, сущность которых сводится к фотографированию с самолета или другого носителя, включая и космические, участков местности. В зависимости от масштаба создаваемой карты используют специальные автоматизированные аэрофотоаппараты (АФА) с различным фокусным расстоянием и фотографирование выполняют с различных высот, при этом получают примерно горизонтальные снимки, масштаб которых определяют по формуле (рис. 1).

a o

I/m = oa/OA = f/H

O A рис.1

где m - знаменатель масштаба снимка, f - фокусное расстояние камер, Н - высота фотографирования.

Комплекс процессов (фотографирование местности, полевые геодезические и камеральные фотограмметрические работы), позволяющий по снимкам местности создавать топографические планы, называют фототопографической съемкой. В зависимости от способов фотографирования местности имеются следующие виды фототопографической съемки:

наземная, использующая снимки местности, полученные фототеодолитом с точек земной поверхности, ее называют также фототеодолитной;
аэрофототопографическая, в которой снимки местности получают с самолета или другого носителя съемочной аппаратуры;
комбинированная, представляющая собой сочетание аэрофототопографической и наземной фототопографической съемок; местность фотографируют дважды фототеодолитом с наземных станций и аэрофотоаппаратом с самолета – по наземным снимкам сгущают опорную геодезическую сеть, а по аэрофотоснимкам составляют топокарту;
космическая, при которой снимки получают с космических кораблей и искусственных спутников.

Существуют два метода создания оригиналов плана:

комбинированный, в котором для составления контурной части топокарты используют одиночные снимки, а рельеф рисуют по результатам полевых измерений;
стереотопографический, позволяющий, используя свойства пары снимков, в камеральных условиях получать контурную и рельефную части топокарты. Этот метод дает возможность независимо от времени и погодных условий детально изучать местность, включая и малодоступную, по снимкам в камеральных условиях, механизировать и автоматизировать все процессы создания топокарт, обеспечивает высокое качество при минимальных затратах сил и средств и вследствие этого является основным методом картографирования.

В стереотопографическом методе топокарты создают универсальным и дифференцированным способом. Универсальный способ позволяет полностью составлять топокарту на одном приборе. Дифференцированный способ решает эту задачу на нескольких приборах: на фототрансформаторе снимки приводят к заданному масштабу и освобождают от искажений за углы наклона снимка и рельеф местности, на стереометре рисуют рельеф, на проекторе переносят контуры и горизонтали на планшет и т.д.

Глава 2. Аналитический метод создания топографических планов

2.1. Аэрофотосъемка

Аэрофотосъемкой называют совокупность работ для получения аэроснимков местности. Она состоит из аэрофотосъемочных, полевых фотолабораторных и полевых фотограмметрических работ.

Аэрофотосъемочные работы включают: задание технических условий полета и фотографирования, аэронавигационное руководство полетом и фотографирование согласно техническому проекту.

Полевые фотограмметрические работы заключаются в регистрации материалов аэрофотосъемки и оценке ее качества.

В зависимости от угла наклона a₀ плоскости прикладной рамки аэрофотоаппарата (АФА), в котором находится экспонируемая пленка, аэрофотосъемку делят на плановую, когда a₀<30, и перспективную, когда a_о>30. Из плановой в настоящее время выделяют стабилизированную съемку, которая производится с применением гиростабилизации АФА. При этом a_0ср = 10-15'; a_0пред=45-60'. Этот вид съемки в настоящее время является основным.

По количеству и расположению аэрофотоснимков аэрофотосъемка бывает:

кадровая (одинарная), при которой получают один или несколько не перекрывающихся между собой аэрофотоснимков;
маршрутная, при которой получают взаимно перекрывающиеся аэрофотоснимки полосы местности вдоль линии полета;
многомаршрутная (площадная), при которой получают взаимно перекрывающиеся аэрофотоснимки местности путем прокладки прямолинейных перекрывающихся между собой маршрутов.

По масштабу аэрофотосъемка условно подразделяется на крупномасштабную (от 1:1000 до 1:10000), среднемасштабную (мельче 1:10000 до 1:50000), мелкомасштабную (мельче 1: 50000). Аэрофотосъемка бывает черно-белая, дающая черно-белое изображение местности, цветная, при которой местность изображается в естественных или близких к ним цветах, спектрозональная, дающая изображение местности в условных цветах.

В настоящее время для аэрофотосъемки в основном используют самолеты АН-30, ИЛ-l4, АН-2 и вертолеты МИ-8, КА-8.

Аэрофотосъемку выполняют в ясные безоблачные дни при хороших атмосферных условиях. Маршруты должны иметь направление запад-восток или север-юг, быть непрерывными и параллельными границам съемочных участков, совпадающим с рамками трапеций топографических карт. Оси крайних маршрутов проектируют по границам съемочных участков. Маршруты должны продолжаться за границы съемочного участка на один базис фотографирования при Рх = 60 %, на два и четыре базиса при расчетном перекрытии 80 и 90 % соответственно.

Перед выполнением аэрофотосъемки подготавливают карту, на которую наносят границы участка и оси аэросъемочных маршрутов. На каждом маршруте выбирают характерные предметы местности, которые будут служить входными и выходными ориентирами при прокладывании аэрофотосъемочных маршрутов. Во время полета от аэродрома до участка самолет набирает расчетную высоту фотографирования, штурман-аэрофотосъемщик определяет путевую скорость самолета, направление ветра и другие аэронавигационные элементы. Рассчитывает выдержку, на командном приборе устанавливает расчетный интервал между экспозициями. После этого пилот выводит самолет на ось первого маршрута, штурман-аэрофотосъемщик за 1,5-2 базиса фотографирования да границы участка включает АФА, который далее работает автоматически. На расстоянии 1,5-2 базисов за границей участка штурман выключает АФА. Подобным образом прокладывают и другие маршруты. После возвращения самолёта на аэродром кассеты с экспонированной аэрофотопленкой сдают в фотолабораторию.

2.2. Планово-высотная подготовка снимков

Построение нормально ориентированной в пространстве стереоскопической модели местности определенного масштаба можно производить по известным элементам внешнего ориентирования аэроснимков или на основе планово-высотного обоснования, создаваемого в процессе привязки аэроснимков и фототриангуляционных работ.

Привязкой, или планово-высотной подготовкой, аэроснимков называется процесс определения координат опознаваемых на аэроснимках точек местности.

Планово-высотная подготовка снимков может осуществляться геодезическими инструментами в поле (полевая привязка), радиогеодезическими методами с самолета (воздушная привязка) и по опознанным в камеральных условиях на аэроснимках изображениям урезов воды, геодезических опорных пунктов или отдельных контурных точек карты (камеральная привязка).

Надежно опознанные на аэроснимках контурные точки местности с известными координатами называются опознаками. Опознаки образуют опорную сеть или планово-высотное обоснование аэрофотосъемки. Положение каждого опознака устанавливается тремя координатами: плановыми (х и у) и абсолютной или условной отметкой (А). Опознаки обычно размещают вблизи углов взаимного перекрытия аэроснимков. В качестве опознаков выбирают хорошо опознаваемые на снимке резко выраженные контурные точки местности, расположенные на ровных пологих склонах.

Полевые методы привязки аэроснимков имеют более высокую точность, чем воздушные и камеральные, однако они более трудоемки и дороги, занимают много времени и требуют определенного сезона года для своего производства. Поэтому их стремятся заменить более быстрыми и экономичными фототриангуляционными методами, которые дают возможность построить по аэроснимкам фотограмметрическими методами свободно ориентированную в пространстве модель местности, обладающую определенным масштабом и точностью. В связи с этим полевое геодезическое обоснование аэросъемки можно использовать только для внешнего ориентирования такой модели, для ее ориентирования относительно геодезической системы координат или для более строгого масштабирования и горизонтирования модели относительно исходной уровенной поверхности. Такое сочетание полевого геодезического обоснования с камеральными фотограмметрическими работами позволяет построить нормально ориентированную в пространстве модель местности на всю территорию аэросъемки.

Так как основная топографическая и проектно-изыскательская работа на модели ведется отдельными участками (стереопарами), а обработка и преобразование фотоизображений – отдельными аэроснимками, то одновременно с построением общей модели местности на ней образуют довольно густую сеть ориентирующих, связующих и контрольных точек, обеспечивающих восстановление модели местности в пределах каждой стереопары и позволяющих вести обработку фотоизображения каждого аэроснимка. Точки такой фотограмметрической опорной сети должны иметь свои координаты в той же системе геодезических координат, что и опознаки.

В связи с тем, что при построении фотограмметрических сетей между опознаками геодезического обоснования накапливаются ошибки, развитие таких сетей по протяжению имеет ограничения, связанные с необходимой точностью построения модели, условиями местности и с характером предстоящих основных фотограмметрических работ. Возникающие при этом прогибы фотограмметрических сетей могут быть в определенной мере уменьшены за счет учета колебаний в высотах полета при аэросъемке, полученных из показаний статоскопа, или вставкой высотного опознака в середине сети.

2.2.1. Трансформирование снимков

Изображение плоской горизонтальной местности на аэрофотоснимках, имеющих углы наклона, не является планом. Чтобы получить по таким снимкам план, нужно их преобразовать из наклонных в горизонтальные. Кроме того, из-за изменения высоты полета меняется и масштаб аэрофотоснимков, поэтому их еще нужно привести к единому масштабу составляемого плана.

Процесс преобразования наклонного аэрофотоснимка в горизонтальный с одновременным приведением его к заданному масштабу называется трансформированием аэрофотоснимка.

рис.2. Трансформирование аэрофотоснимка

Сущность трансформирования аэрофотоснимка состоит в следующем. Пусть известны элементы внутреннего и внешнего ориентирования наклонного снимка Р (рис.2), на котором сфотографирован участок плоской горизонтальной местности Е. Расположим снимок Р относительно плоскости Е так, как это было в момент фотографирования, и осветим его источником света L.

Другими словами, восстановим связку проектирующих лучей с центром S, существовавший при съемке. Если снимок имеет угол наклона, то изображение, например, квадрата ABCD местности на снимке получится в виде фигуры abcd, не подобной квадрату. Теперь поместим между центром проекции и местностью Е горизонтальную плоскость P_t. Следы at, b_t, c_t, d_t проектирующих лучей на этой плоскости составят квадрат, т. е. фигуру, подобную той, которая имеется на местности, но в определенном масштабе. Масштаб изображения можно изменять, перемещая поступательно горизонтальную плоскость P_t относительно центра проекции S. Таким образом, в плоскости P_t мы получим трансформированное изображение, какое должно было получиться на горизонтальном снимке. Расположив на плоскости P_t, например, лист фотобумаги, мы получим снимок, не имеющий искажений за наклон, приведенный к заданному масштабу.

Существует несколько способов трансформирования снимков: графический, оптический, фотомеханический, аналитический.

Графический способ состоит в построении на снимке и на планшете взаимно проективных сеток и перенесении по ним контуров с аэрофотоснимка на план. Способ очень трудоемок и в настоящее время практически не применяется.

Оптический (или оптико-графический) способ трансформирования производят с помощью проекционной камеры (типа оптического проектора или фотоувеличителя). После построения на экране прибора трансформированного изображения его обводят на планшете и получают графический план.

Фотомеханический способ основан на применении специальных проектирующих приборов – фототрансформаторов. При этом спроектированное на экран прибора трансформированное изображение экспонируют на фотобумаге, получая трансформированный аэрофотоснимок. Фотомеханическое трансформирование, или фототрансформирование, является наиболее распространенным способом получения трансформированных изображений, из которых затем составляют фотоплан.

Аналитический способ основан на вычислении координат точек горизонтального снимка по измеренным координатам точек наклонного аэрофотоснимка на основании формул трансформирования координат:

(1)

В последние годы в связи с широким внедрением электронно-вычислительной техники аналитический способ находит все большее применение в фотограмметрии.

2.2.2. Полевое дешифрирование

Дешифрирование фотоснимков есть выявление, распознавание и определение характеристик объектов, изображающихся на фотоснимке. Отдешифрированные объекты обозначаются соответствующими условными знаками.

В зависимости от назначения различают топографическое и специальное дешифрирование. К специальным видам дешифрирования относят геологическое, сельскохозяйственное, лесотаксационное, почвенное, геоботаническое, гидрографическое и др.

Полевое дешифрирование осуществляется путем непосредственного сличения снимков с местностью на земле или с летящего самолета или вертолета (аэровизуальный способ). Полевое дешифрирование отличается максимально возможной полнотой и достоверностью результатов. В процессе полевого дешифрирования могут быть опознаны все заданные объекты и определены все их характеристики, в том числе и не изобразившиеся на снимках (например, глубины рек, названия населенных пунктов, административные границы и др.).

Полевое дешифрирование может быть сплошным, по разреженным маршрутам или выборочным на ключевых участках. При сплошном полевом дешифрировании маршруты обхода территории намечают таким образом, чтобы при их наименьшей длине дешифровщик обследовал каждый контур и распознал все объекты путем прямого сопоставления снимка с натурой.

Самым распространенным способом является полевое дешифрирование по разреженным маршрутам. Протяженность и направление маршрутов выбирают так, чтобы обеспечить знакомство со всеми характерными объектами на территории. Вместе с тем маршруты намечают экономно. Они не должны пересекаться, проходить несколько раз по одному и тому же участку или по однотипной местности.

Недостатками полевого дешифрирования являются его низкая производительность, высокая трудоемкость. В связи с этим полевое дешифрирование применяют при картографировании, а также при обновлении планов и карт, прежде всего на районы с интенсивным развитием промышленности и сельского хозяйства, с высокой плотностью застройки и на районы, имеющие важное народнохозяйственное и оборонное значение.

2.3. Фототриангуляция

Фототриангуляция – камеральное определение планового или пространственного положения точек местности при помощи нескольких перекрывающихся аэронегативов. Фототриангуляция производится для трансформирования аэроснимков и стереоскопического сгущения основы.

Фототриангуляция бывает двух основных видов:

1) плоскостная, в результате которой определяют положение точек только в плоскости плана, т. е. координаты х и у;

2) пространственная, в результате которой определяют положение точек в пространстве, т. е. х, у и z.

По геометрической форме построений различают фототриангуляционные ряды, когда строят вытянутую в одном направлении систему треугольников, четырехугольников или других фигур, и фототриангуляционные сети, когда строят многомаршрутную систему различных фигур, распространяющуюся в продольном и поперечном направлениях.

В зависимости от техники выполнения работ, плоскостную фототриангуляцию делят на графическую, графоаналитическую, аналитическую, механическую и оптико-графическую.

При графической фототриангуляции отмечают на нескольких смежных аэронегативах практически неискаженные центральные направления на избранные контурные точки, изображенные на перекрытиях. Эти направления копируют с каждого аэронегатива на отдельные листки восковки. При помощи таких копий производят графические построения одномасштабных систем треугольников и других фигур, а в результате получают положение искомых точек на плане. Графическая фототриангуляция – наиболее распространенная благодаря своей простоте и высокой производительности.

При графоаналитической фототриангуляции звенья фототриангуляционного ряда или сети строят графически независимо одно от другого, но при условии наличия минимум двух общих точек для смежных звеньев. Затем элементы этих звеньев измеряют тем или иным прибором. Результаты измерений подвергают аналитической обработке, в итоге которой получают координаты х и у каждой точки в единой геодезической системе. Этот способ обладает хорошей точностью, но несколько сложнее графического способа, поэтому производственного значения не получил.

При плоскостной аналитической фототриангуляции центральные углы, изображенные на аэронегативе, измеряют при помощи особых приборов. Из этих углов образуют системы треугольников и других фигур. В результате аналитической обработки составленных систем получают геодезические координаты х и у заданных точек.

Аналитическая фототриангуляция является наиболее точным, но и наиболее трудоемким и сложным способом. В настоящее время она быстро развивается как пространственная фототриангуляция, базирующаяся на использовании стереоскопических приборов и методов в сочетании с электронными счетно-решающими устройствами. Этот способ становится самым прогрессивным для камерального сгущения геодезической основы.

При механической («щелевой») фототриангуляции центральные направления копируют с каждого аэронегатива на отдельные листики плотной бумаги или целлулоида при помощи особого штамповального прибора. Каждая копия представляет собой систему радиально расположенных щелей стандартной ширины. Ось такой щели заменяет собой проштампованное центральное направление. Группу таких копий со смежных аэронегативов соединяют особыми скользящими кнопками, вставленными в одноименные щели – направления. Увязку и редуцирование соединенной группы копий в одну геодезическую систему производят механическим растягиванием или сжатием ее. Этот способ применяют за рубежом для обоснования мелкомасштабных съемок при работе на уменьшение, когда он обеспечивает достаточную точность при большой производительности.

Оптико-графическая фототриангуляция основана на использовании универсального стереоскопического прибора типа «мультиплекс».

В большинстве случаев фототриангуляционные ряды и сети развивают от произвольного по длине и ориентированию базиса. Такие ряды и сети условно называют свободными. При их построении используют принцип экстраполяции, что неизбежно приводит к быстрому накоплению ошибок и снижению точности. Принципиально возможно трансформирование аэроснимков и изготовление фотопланов или планов на основе свободной фототриангуляции, но с соответствующей точностью результатов.

Для увязки свободных фототриангуляционных рядов и введения их в единую геодезическую систему необходимо, чтобы каждый ряд опирался минимум на две геодезические точки. Очевидно, что общее количество геодезических точек потребуется тем меньшее, чем больше будут допустимые размеры фототриангуляционных рядов. Эти размеры зависят от точности применяемого способа фототриангуляции и условий производства ее (главное расстояние аэрофотоаппарата, рельеф местности и т. п.).