ально новых фотограмметрических приборов универсального типа, среди которых наибольшее применение имели стереопроектор Романовского (СПР, 1954 г.) и стереограф Дробышева (СД, 1956 г.). Массовое применение этих приборов позволило заменить дифференцированный способ аэрофототопографической съемки более точным, экономичным и технологичным универсальным.
Широкое применение в этот период получили приборы, обеспечивающие фиксацию положения съемочной камеры в процессе съемки и определения координат центров фотографирования – радиовысотомеры, статоскопы, гиростабилизирующие установки, радиогеодезические системы.
Третий этап развития фотограмметрии, продолжавшийся с начала 1960-х до середины 1980-х гг., характеризуется развитием и массовым использованием аналитических методов.
Теоретические основы аналитической фотограмметрии были сформулированы в первой половине XX века, когда были опубликованы основополагающие труды профессора Н. Г. Келля «Пространственная обратная засечка в фотограмметрии» (1926 г.), «Фотография и фотограмметрия» (1937 г.) и профессора Н. А. Урмаева «Аналитические методы уравнивания фототриангуляции» (1936 г.), «Элементы фотограмметрии» (1941 г.). Появление в конце 1950-х гг. электронных вычислительных машин (ЭВМ) сделало задачу применения аналитического метода обработки результатов фотограмметрических измерений актуальной и своевременной. Выполненные в 1956–1957 гг. под руководством профессора А. Н. Лобанова исследования положили начало внедрению аналитического метода в производство. Теория метода, опубликованная А. Н. Лобановым в книге «Фототриангуляция с применением электронной цифровой вычислительной машины» (1960 г.), с незначительными усовершенствованиями применяется и в настоящее время. Дальнейшее развитие аналитической фотограмметрии связано с именами И. Т. Антипова, М. Н. Булушева, В. Б. Дубиновского, Ф. Ф. Лысенко, Р. П. Овсянникова, Б. К. Малявского, М. М. Машимова, В. И. Павлова, В. А. Поляко-
вой, И. И. Финаревского и др. Широкому ее внедрению в производство способствовало создание в 1970-х гг. автоматизированных стереокомпараторов СКА-18 и СКА-30, обеспечивающих измерение аэроснимков с точностью порядка 2–3 мкм.
В этот период была выполнена первая космическая фотосъемка обратной стороны Луны с космического аппарата Луна-3 (1959 г.);
20
создана серия новых приборов – аналитический комплекс Аналит (1970 г.), аналитический стереопроектор СПА (1979 г.), автоматизированный фототрансформатор ФТА (1979) и автоматизированный комплекс «Ортомат» (1984 г.); начат серийный выпуск ортофотопроектора ОФПД на базе стереографа СД (1973 г.); создан специализированный аэрофотосъемочный самолет Ан-30 (1974 г.). Началось планомерное фотографирование Земли и других планет с пилотируемых и автоматических космических аппаратов, получившее новый импульс с созданием Госцентра «Природа» (1973 г.).
Активная разработка аналитических методов обработки результатов фотограмметрических измерений привела к появлению высокоточных аналитических приборов, представляющих сочетание высокоточного стереокомпаратора с персональным компьютером, выполняющим аналитическую обработку данных в момент их получения (режим on-line). К числу таких приборов относятся аналитический плоттер AP (Италия, США), Traster (Франция), Planicomp (Германия), Aviolyt (Швейцария), Анаграф (СССР) и др., являющиеся прообразами будущих цифровых фотограмметрических систем.
Современное состояние фотограмметрии характеризуется массовым применением цифровых методов обработки материалов аэрофотосъемки.
Истоки современной цифровой фотограмметрии относятся к 1924 г., когда профессор А.С. Скиридов сформулировал идею автоматизации стереофотограмметрических измерений на основе сравнения фотографических плотностей соответственных зон смежных снимков. Воплощение этой идеи в цифровой фотограмметрической системе (ЦФС) стало возможным лишь в середине 1980-х гг.
ЦФС представляет собой персональную ЭВМ, оснащенную средствами визуализации стереоскопической модели местности – анаглифическими, поляроидными очками или стереонасадкой и специальным программным обеспечением. Она имеет, как правило, модульную структуру с наращиваемыми аппаратными и программными средствами, обеспечивающими обработку материалов аэрофотосъемки начиная от измерения и преобразования изображения и до формирования фотокарты. Одним из первых цифровых приборов, предназначенных для цифровой обработки снимков, является система
DCCS (Digital Comparator Correlater System), разработанная в 1985 г.
фирмой HAI (США) под руководством У. Хелавы. Из применяемых в настоящее время цифровых фотограмметрических систем можно от-
21
метить ЦФС Photomod (ЗАО «Ракурс», Россия, 1993), DVP (Leica, Швейцария,1993), RealisticMap (Медиаскан, Республика Беларусь) и др.
Мощным стимулом развития цифровых методов в фотограмметрии стало появление цифровых съемочных систем – сенсоров, позволяющих получать цифровые цветные, черно-белые и иные изображения в любом диапазоне инфракрасной, ультрафиолетовой или видимой части спектра.
В прил. № 1 части 2 приведена блок-схема технологического процесса создания цифровых карт по материалам аэрофотосъемки. В прил. № 2 части 2 приведена блок-схема технологии создания и обновления цифровых топографических планов по материалам цифровой аэрофотосъемки (ЦАФС) и воздушного лазерного сканирования (ВЛС).
Контрольные вопросы
1.В чём отличие методов аэрогеодезических изысканий от геодезических?
2.Перечислите основные виды аэроизысканий.
3.Какие современные виды и методы аэросъёмки применяются для сбора широкого спектра информации об объектах съёмки?
4.Поясните, что такое элементы внутреннего ориентирования аэрофотоснимка?
5.Перечислите элементы внешнего ориентирования снимка.
6.Объясните природу угловых и линейных сдвигов изображения.
7.Поясните, какие методы аэросъёмки относятся к активным и в чём их преимущества?
8.Какие основные прикладные тематические направления включает аэрогеодезия?
9.Назовите основные периоды (этапы) исторического развития традиционной фотограмметрии.
22
Глава 1. ОСНОВЫ АЭРО и КОСМИЧЕСКОЙ ФОТОСЪЕМКИ
1.1. Общие понятия об аэрофотосъемке
Одним из важнейших применений фотографии является воздушное и космическое фотографирование, т. е. получение снимков земной поверхности с летательных аппаратов – самолетов, вертолетов, искусственных спутников Земли и др.
Аэрофотосъемкой называют совокупность работ по получению аэронегативов и аэроснимков или цифровых снимков местности с целью последующего их использования для создания планов и карт местности. Термин «Аэрофотосъемка» объединяет ряд взаимосвязанных процессов, в частности:
-летно-съемочные работы, включающие разработку технических условий аэрофотосъемки, составление проекта и его исполнение;
-полевые фотолабораторные работы, в случае традиционной аэрофотосъёмки, включающие фотографическую обработку экспонированных аэрофильмов, изготовление по ним отпечатков и иной первичной продукции;
-полевые фотограмметрические работы, включающие реги-
страцию материалов аэрофотосъемки и оценку качества исполненной фотосъемки.
Результатом традиционных работ являются аэронегативы, аэроснимки, а также зафиксированные в полете показания специальных приборов.
Аэронегативы (аэроснимки) – фотографические изображения местности, покрывающие без разрывов заданный участок земной поверхности – используются для последующего преобразования и создания по ним карт и планов. Для обеспечения последующих работ смежные аэронегативы (аэроснимки) должны иметь перекрытия расчетной величины. Метрические и фотометрические характеристики аэронегативов в значительной степени зависят от выполнения технических условий аэрофотосъемки и выбора параметров применяемых для аэрофотосъемки фотографических материалов и оптических систем. Точность и качество аэронегативов, в свою очередь, определяет качество создаваемых по ним карт и планов, сроки фотограмметрической обработки, организацию работ и т.п. Для получения полноценных аэронегативов и их эффективного использования необходимо со-
23
гласование летно-съемочных работ, и в первую очередь их параметров, с организацией всего топографо-геодезического производства.
Вотличие от традиционной аэрофотосъёмки цифровая аэрофотосъёмка выполняется по двум технологиям, которые зависят от типа цифровых камер:
- летно-съемочные работы, в которых используют камеры с ПЗС линейками, обязательно сочетаются две системы GPS + INS, то есть Глобальная система позиционирования и Инерциальная система, для определения положения изображения ПЗС-линейки в пространстве в каждый момент времени. Эта съёмочная система часто используется также при космических съёмках. Бортовой компьютер и программное обеспечение позволяют интегрировать обработку данных GPS -приёмника и данных INS – инерциальной системы и объединить трансформированное по ним изображение в полные снимки.
Всамолётном варианте изменения в высоте платформы, на которой установлена камера, трудно предсказуемы. Поэтому разработан
иреализован второй технологический подход – матричный сенсор.
- летно-съемочные работы, выполняемые на основе матричного сенсора (ПЗС – матрица), больше напоминают традиционный аналоговый метод аэрофотосъёмки, когда все элементы матрицы одновременно экспонируются. В этом методе внутрипиксельная геометрия известна и строго определена, по сравнению с линейной технологией, в которой размеры пикселя меняются в зависимости от продольной скорости носителя. В матричной технологии в настоящее время проблема в том, что большие матричные решётки сложны в изготовлении. Поэтому комбинируют: делают большие по площади решётки из нескольких маленьких по площади. Например, из четырёх. Четырех линзовый объектив формирует четыре отдельных изображения, которые трансформируют в центральную проекцию и автоматически стыкуют. Такие снимки обрабатываются по существующим программам аналитической обработки.
Результатом цифровой аэрофотосъёмки являются цифровые аэрофотоснимки, а также зафиксированные в полете элементы внешнего ориентирования (линейные – Xs, Ys, Zs – координаты центра фотографирования; угловые – , , – ориентирование камеры относительно осей координат).
В соответствии с законами центрального проектирования, по которым строится изображение местности, аэронегатив (аэроснимок) содержит ряд искажений, величины которых определяются углом на-
24