ПРЕДМЕТ ФОТОГРАММЕТРИИ, ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ И ЗАДАЧИ.

Крымский федеральный университет им. В.И.Вернадского

«Академия биоресурсов и природопользования»

Кафедра геодезии и геоиформатики

Нечаев В.А..

ФОТОГРАММЕТРИЯ

(конспект лекций 6 семестр)

Симферополь

2015

Содержание

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФОТОГРАММЕТРИИ. 2

1. 1 ПРЕДМЕТ ФОТОГРАММЕТРИИ, ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ И ЗАДАЧИ. 2

1. 2 ФОТОТОПОГРАФИЯ И ФОТОТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ. 3

1. 3 ПРИКЛАДНАЯ ФОТОГРАММЕТРИЯ. 4

1. 4 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ФОТОГРАММЕТРИИ. 5

2. ОПТИЧЕСКИЕ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОТОГРАММЕТРИИ. 10

2.1 ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ФОТОКАМЕРЕ. 10

2.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ФОТОГРАФИЧЕСКИХ ОБЪЕКТИВОВ. 12

2.3. ХАРАКТЕРИСТИКА ФОТОГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ. 15

2.4 Принцип получения цифровых снимков.. 18

2.5 ЦЕНТРАЛЬНАЯ ПРОЕКЦИЯ СНИМКА И ОРТОГОНАЛЬНАЯ ПРОЕКЦИЯ ПЛАНА. 24

2.6 ЭЛЕМЕНТЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ПРОЕКЦИИ И ЕЕ СВОЙСТВА. 25

2.7 Получение снимков местности. 29

2.8 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АЭРО и наземной ФОТОСЪЕМКИ. 30

2.8.1 Летательные аппараты.. 30

2.8.2 Аэрофотоаппараты.. 31

2.8.3 Вспомогательное аэрофотосъёмочное оборудование. 33

2.8.4 Оборудование для фотографирования с земли. 39

2.8.5 Основные характеристики фотограмметрических цифровых камер. 40

3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОДИНОЧНОГО СНИМКА.. 44

3.1. СИСТЕМЫ КООРДИНАТ ТОЧЕК МЕСТНОСТИ И СНИМКА. 44

3.2. ЭЛЕМЕНТЫ ОРИЕНТИРОВАНИЯ СНИМКА. 47

3.3. ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ И ПЛОСКИМИ КООРДИНАТАМИ ТОЧКИ СНИМКА. 48

3.4. ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ КООРДИНАТАМИ ТОЧКИ МЕСТНОСТИ И СНИМКА.. 51

3.5. ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ КООРДИНАТАМИ ТОЧКИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО И НАКЛОННОГО СНИМКОВ. 54

3.6. МАСШТАБ СНИМКА. 55

3.7. СМЕЩЕНИЕ ТОЧЕК И Искажение направлений, ВЫЗВАННОЕ НАКЛОНОМ СНИМКА. 57

3.8. СМЕЩЕНИЕ ТОЧЕК И НАПРАВЛЕНИЙ НА СНИМКЕ, ВЫЗВАННОЕ РЕЛЬЕФОМ МЕСТНОСТИ. 59

3.9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВНЕШНЕГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ СНИМКА.. 61

4. Теория пары снимков. 63

4.1 Стереоскопическая пара снимков и элементы ее ориентирования.. 63

4.2 Зависимость между координитами точки местности и координатами ее изображения на паре снимков.. 64

4.3 Элементы взаимного ориентирования пары снимков.. 68

4.4 Уравнение взаимного ориентирования пары снимков.. 70

4.5 Определение элементов взаимного ориентирования.. 72

4.6 Построение модели с преобразованием связок проектирующих лучей.. 77

4.7 Внешнее ориентирование модели.. 77

4.8 Двойная обратная пространственная фотограмметрическая засечка.. 80

4.9 Особенности теории наземной фотограмметрии.. 80

4.9.1 Основные виды наземной стереофотограмметрической съемки. 82

5 Стереоскопическое зрение, измерение снимков и модели. 83

5.1 ОСНОВЫ СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ. 83

5.2 СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, простейшие стереоприборы. 87

5. 3 Особенности измерения цифровых снимков.. 93

5. 3.1 Средства измерений. 93

5.3.2 Принципы измерений. 94

5.3.3 Механизм корреляции изображений. 98

5.3.4 Внутреннее ориентирование снимка в системе координат цифрового изображения. 99

5.4 ФИЗИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ОШИБОК СНИМКА.. 102

6. Технологии фототопографических съемок.. 104

6.1 Основные технологические схемы... 104

6.2 Стереотопографический метод АФС.. 105

6.2.1 Технологически схемы.. 105

6.2.2 Летносъемочный процесс. 107

6.2.3 Трансформирование снимков и составление фотоплана. 110

6.2.3.1 Общие положения. 110

6.2.3.2 Перспективное трансформирование. 111

6.2.4 Составление фотоплана. 115

6.2.5 Понятие о привязке снимков. 117

6.2.6 фототриангуляция. 118

6.2.6.1 Основные понятия. 118

6.2.6.2 Аналитическая маршрутная фототриангуляциа. 119

6.2.6.3 Понятие о блочной фототриангуляции. 122

6.2.6.4 Деформация модели и точность построения фотограмметрической сети. 122

6.2.7 Понятие о топографическом дешифрировании снимков. 123

6.2.8 Технологии, основанные на обработке фотоснимков. 125

6.2.8.1 Классификация универсальных аналоговых стереоприборов. 125

6.2.8.2 Оптические универсальные аналоговые стереоприборы.. 126

6.2.8.3 Универсальные приборы механического типа. 128

6.2.8.4 Составление планов на СПР. 130

6.2.8.5 Другие приборы механического типа. 136

6.2.8.6 Ортофототрансформирование. 138

6.2.8.7 Автоматизация обработки снимков на фотограмметрическом оборудовании. 139

6.2.8.8 Понятие об универсальных стереоприборах аналитического типа. 142

6.2.9 Особенности цифрового трансформирования и составления фотоплана. 143

6.2.9.1 Назначение и области применения цифрового трансформирования снимков. 143

6.2.9.2 Создание цифровых фотопланов. 149

6.2.9.3 Точности цифровых трансформированных фотоснимков и фотопланов. 154

6.2.10 Основные сведения о векторизации. 155

6.2.11 Построение цифровых моделей. 157

6.2.12 Особенности основных отечественных фотограмметрических станций. 157

6.2.12.1 Пакет PHOTMOD SP. 157

6.2.12.2 Пакет PHOTMOD AT.. 161

6.2.12.3 Талка.. 162

6.2.12.4 ЦФС (Digitals/Delta) 164

6.3 Комбинированный метод АФС.. 165

6.4 Особенности аэрофототопографической съемки карьеров.. 166

7 Понятие о дистанционном зондировании. 168

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФОТОГРАММЕТРИИ.

ПРЕДМЕТ ФОТОГРАММЕТРИИ, ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ И ЗАДАЧИ.

Фотограмметрия - наука, изучающая способы определения форм, размеров, пространственного положения и степени изменения во времени различных объектов, по результатам измеренийих фотографических изображений.

Термин "фотограмметрия" происходит от греческих слов: photos – свет, gramma – запись, metreo – измерение. Следовательно, его дословный перевод - измерение светозаписи.

Предметы изучения фотограмметрии это геометрические и физические свойства снимков, способыих получения и использования для определения количественных и качественных характеристик сфотографированных объектов, а также приборы и программные продукты, применяемые в процессе обработки.

Характеристики объекта могут изучаться по его изображению на одиночном снимке или по паре перекрывающихся снимков, полученных из различных точек пространства.

Еслиприизучении объекта используются свойства одиночного снимка, то такой метод получения необходимой информации называют фотограмметрическим. Если же он изучается по паре перекрывающихся снимков, то метод называют стереофотограмметрическим.

В настоящее время в фотограмметрии выделяют три направления исследований. В первом изучаются и развиваются методы картографирования земной поверхности по снимкам. Второе связано с решением прикладных задач в различных областях науки и техники. В третьем развиваются технологии получения информации об объектах Земли, Луны и планет солнечной системы с помощью аппаратуры, установленной на космических летательных аппаратах. Задачи и методы последнего из указанных направлений существенно отличаются от первых двух, и далее детально не рассматриваются.

Основными достоинствами фотограмметрического и стереофотограмметрического методов являются:

- высокая точность результатов, так как снимки объектов получают прецизионными фотокамерами, а их обработку выполняют, как правило, строгими методами;

- высокая производительность, достигаемая благодаря тому, что измеряют не сами объекты, а их изображения. Это позволяет обеспечить автоматизацию процесса измерений и последующих вычислений;

- объективность и достоверность информации, возможность при необходимости повторения измерений;

- возможность получения в короткий срок информации о состоянии, как всего объекта, так и отдельных его частей;

- безопасность ведения работ, так как съемка объекта выполняется неконтактным (дистанционным) методом. Это имеет особое значение, когда объект недоступен или пребывание в его зоне опасно для здоровья человека.

- возможность изучения движущихся объектов и быстро протекающих процессов.

Наряду с отмеченными достоинствами рассматриваемые методы имеют и недостатки. К ним следует отнести зависимость фотографических съемок от метеоусловий и необходимость выполнения полевых геодезических работ с целью контроля всех технологических процессов. Поэтому только разумное их сочетание с другими методами получения информации может обеспечить решение поставленной задачи сминимальными затратами труда и средств.

Современная фотограмметрия как техническая наука тесно связана снауками физико-математического цикла, достижениями радиоэлектроники, вычислительной техники, приборостроения, фотографии. Она органически связана с геодезией, топографией и картографией.

На основе достижения физики и особенно оптики созданы современные объективы съемочных и обрабатывающих приборов.

Успехи в развитии электроники, радиоэлектроники, вычислительной техники и космической геодезии способствовали автоматизации процессов самолетовождения и управления полетами космических кораблей созданию сенсоров, для получения изображений в цифровом виде, а также приборов для определения положения снимков в момент фотографирования,автоматизации процессов обработки и хранения информации, которой обладаютснимки.

Благодаряхимии освоен выпуск черно-белых и цветных фотоматериалов. Математика широко применяется в разработке теории фотограмметрии при решении практических задач.

Методами, известными в астрономии и геодезии, снимки обеспечиваются опорными точками, необходимыми для создания съемочной сети с целью составления топографических карт и планов или решения прикладных задач.

При создании по фотоснимкам планов и карт и их оформлении используются достижениями картографии.