Глава II
Обоснование параметров аэрофотосъемки и аэрофотосъемочные расчеты
2.1. Требования к аэрофотосъемке
2.1.1. Общие положения
Создание первичных топографических карт выполняется путём топографических съёмок.
Для аэрофотосъемки был разработан специальный самолет Ан-30, который является глубокой модификацией пассажирского самолёта Ан-24 и предназначен для аэрофотосъёмочных.
Разработка Ан-30 началась в июле 1964 года, когда Советское правительство поставило перед ОКБ им. О. К. Антонова задачу создать на базе пассажирского самолёта Ан-24 специализированный самолёт для аэрофотосъёмки. Заказчиком выступило Главное Управление Гражданского Воздушного Флота (ГВФ) СССР при поддержке ВВС. Первоначально машина задумывалась в двух различных форматах: для гражданской авиации и для ВВС, однако позже остановились на единой компоновке с установкой различного фотооборудования и спецаппаратуры на базовых модификациях Ан-30А и Ан-30Б.
Ан-30 был запущен в серийное производство на Киевском авиационном заводе в 1971 году. Всего с 1971 по 1980 год было построено 125 самолётов (124 Ан-30 + 1 опытный в Таганроге). По другим сведениям — 123, также упоминается цифра в 115 машин, из них 23 самолёта пошли на экспорт в Афганистан, Болгарию, Вьетнам, Китай, Кубу, Чехию, Монголию.
Летно-технические характеристики самолета Ан-30 ФК
Год создания 1964
Размах крыльев, м 29,2
Площадь крыла, м² 74,98
Удельная нагрузка на крыло при
максимальной взлётной массе, кгс/м² 306
Длина самолёта, м 24,26
Высота, м 8,32
Максимальная ширина фюзеляжа, м 2,9
Скорость, крейсерская, км/ч 435
Скорость, максимальная, км/ч 540
Практический потолок, м 8300
Дальность перегоночная, км 2630
Дальность действия, км 1240
Длина разбега по ВПП с бетонным покрытием, м 710
Средний расход топлива, кг/час 855
Максимальная взлётная масса, кг 23 000
Максимальная посадочная масса, кг 23 000
Масса пустого самолёта, кг 15 590
Вес фотооборудования, кг 650
Двигатели 2 × АИ-24ВТ + 1 × РУ-19А-300
Мощность одного АИ-24ВТ, э. л. с. 2820
Тяга реактивного двигателя РУ-19А-300, кгс 800
Взлётная масса, кг 23000
Длина разбега, м 770
Время набора высоты 6000 м = 17 мин
8300 м = 42 мин
Экипаж 6 чел. + 1 оператор
Требования к материалам аэрофотосъемки
Для аэрофотосъёмки в картографических целях используются топографические АФА с форматами аэрофотоснимков 18х18 см, 30х30 см и фокусными расстояниями 75, 100, 200, 300 мм.
Типы топографического АФА выбираются, исходя из методов аэрофототопографической съёмки или технологии обновления топографических карт, типа местности, а также используемых фотограмметрических приборов.
Для съёмки в картографических целях применяется малодеформирующаяся аэрофотопленка, имеющая продольную и поперечную усадку основы не более 0,2% и неравномерную усадку не более 0,07% (РАФ-89 [3]).
Масштаб топографических аэрофотоснимков выбирается в зависимости от масштаба создаваемых топографических документов, физико-географических условий района фотографирования, возможностей фотограмметрических приборов для обработки этих аэрофотоснимков и, как правило, должен быть в пределах 1:0,8m – 1:2,4m, где m – знаменатель масштаба создаваемой топографической карты.
Высота фотографирования над средней плоскостью аэрофотосъёмочного участка при стереотопографическом методе съёмки местности, для обеспечения требуемой точности съёмки рельефа, не должна превышать 2500*Δh (Δh – допустимая средняя ошибка значений высот, подписываемых на топографических картах).
Величина линейного сдвига на топографических аэрофотоснимках не должна превышать 0,05 мм.
Невыравнивание аэрофотопленки в топографических АФА не должно вызывать шибок на аэрофотоснимке в плане больше 0,1 мм.
Продольное и поперечное перекрытия топографических аэрофотоснимков зависит от превышения h над средней плоскостью.
Все требования изложены в руководстве РАФ-89 [3].
Обоснование параметров аэрофотосъемки
2.2.1. Обоснование выбора фокусного расстояния АФА
Для стереотопографического метода используются широкоугольные или сверхширокоугольные (короткофокусные) АФА. Исходя из этого из имеющихся АФА-41/7,5, АФА-41/10, АФА-41/20 мы будем использовать АФА-41/7,5. Это обусловлено из анализа точности определения превышений по аэрофотоснимкам, вычисляемая по формулам (РФР-2 [3]):
(2)
(3)
Отсюда следует, что ошибка определения высот уменьшается с уменьшением фокусного расстояния АФА. В связи с этим будем использовать короткофокусный АФА-41/7,5, так как фокусное расстояние меньше, следовательно, точнее будут определены высоты точек местности.
Обоснование выбора высоты фотографирования и масштаба аэрофотоснимков
Из требований к максимальной высоте фотографирования Hmax≤2500h, находим Hmax.
Для карты масштаба 1:50 000 на горный район h=5,0, следовательно Hmax=12500 м. Также продольный параллакс не должен превышать 20 мм, в противном случае разрушится стереоэффект.
Найдем разность продольных параллаксов одноименных точек стереопары аэрофотоснимков из формулы (2):
(3)
Отсюда находим Hmin со значением =20 мм:
(4)
При максимальных превышениях 990 м и р=72 мм получим Hmin=3564 м. Таким образом, высота фотографирования должна находится в пределах от 3564 до 12500 м.
Чтобы выбрать окончательное значение высоты фотографирования предпримем следующие шаги по выбору масштаба аэрофотоснимков, исходя из изобразительных свойств аэрофотоснимков, а точнее из возможности дешифрировать объекты, которые должны быть отображены на карте масштаба 1:50 000. Размеры объектов, которые можно отдешифрировать на аэрофотоснимке связаны следующими зависимостями:
и (5)
В вышеприведенных формулах L1 и L2 это размеры точечных и линейных объектов соответственно, R – разрешающая способность аэрофотоснимков, а - разность оптических плотностей фона и объекта. Минимальная разрешающая способность, при которой аэрофотоснимки считаются пригодными для обработки равна 10 мм-1. К линейным объектам минимальных размеров можно отнести полевые и лесные дороги, канавы, ручьи и т.д. Их минимальный размер может быть 2-3 м. Точечные объекты – это отдельно стоящие сараи, бани, отдельно стоящие ориентиры и т.д. с минимальным размером 4-5 м. = 1,2-1,3.
Используя приведенные выше данные из вышеприведенных формул получим масштаб аэрофотоснимков, на которых изобразятся соответствующие компактные и линейные объекты:
m70 000 – для точечных объектов;
m
120 000 – для линейных объектов.
Таким образом, если масштаб аэрофотоснимков будет 1:70 000, то можно будет отдешифрировать все объекты, которые должны быть на карте. Поэтому выбираем масштаб 1:70 000. Затем вычисляем Н, так как m и f известны. Следовательно Н=5 250 м.
Таким образом, аэрофотосъемка должна выполняться с самолета Ан-30 АФА-41/7,5 с высоты фотографирования 5 250 м над средней плоскостью. При этом масштаб аэрофотоснимков будет 1: 70 000 (± 5%).
Аэрофотосъемочные расчеты
Для выполнения аэрофотосъемочных расчетов требуется иметь следующие исходные данные:
m – знаменатель масштаба аэрофотоснимков (70 000);
l – длина стороны аэрофотоснимка (180 мм);
Аmax – абсолютная максимальная высота точки местности (990 м);
Аmin – абсолютная минимальная высота точки местности (116 м);
а – длина южной стороны рамки трапеции (для нашего случая масштаба 1:200 000-73 км);
с – длина боковой стороны рамки трапеции (68 км);
1. Высота аэрофотосъемки над средней плоскостью
Н = m × f = 70 000×75 мм = 5 250 м.
2. Высота средней плоскости аэрофотосъемочного участка
Аср = (Аmax + Аmin)/2 = (990 м+116м)/2 = 553 м.
3. Наибольшее превышение точек местности над средней плоскостью:
h = Amax - Aср = 990 м – 553 м = 437 м.
6. Расчетные продольные и поперечные перекрытия при аэрофотосъёмке горной местности:
р' = р +[h/ (Н- h)] × 40 = 60 % + (437/4813)×40 = 64 %;
q' = q + [h/ (Н- h)] × 70 = 30 % + (437/4813)×70 = 36 %.
7.Базис аэрофотосъемки
В = [(m×l)/100)]×(100- р) = [(70 000×180)/100]×40 = 5 040 м.
8. Расстояние между соседними аэрофотосъемочными маршрутами
D = [(m×l)/100]×(100- q ) = [(70 000×180)/100]×70 = 8 820 м.
9. Число аэрофотоснимков в маршруте
n = a/В + 2 = 73 000 м/ 5 040 м +2 = 17.
10. Число аэрофотосъемочных маршрутов на участке
N = c /D = 68 000 м / 8 820 м = 8.
11. Число аэрофотоснимков на участке фотографирования
n1 = N × n = 8 × 17 = 136
Выводы по II главе
В результате расчетов обоснованы параметры аэрофотосъемки, которые дали возможность выбрать аэрофотоаппарат и произведены аэрофотосъемочные расчеты. При этом признано целесообразным фотографирование местности на район создания топографической карты масштаба 1:50 000 производить аэрофотоаппаратом АФА-41/7,5 с высоты фотографирования 5 250 м. В результате аэрофотосъемки будет выполнено фотографирование 8 маршрутов, в каждом из которых будет получено по 17 аэрофотоснимков масштаба 1: 70 000. Общее количество аэрофотоснимков равно 136.
Глава III
Обоснование требований и методика создания планово-высотной основы
3.1. Требования к точности построения фотограмметрических сетей
3.1.1. Обоснование требований к точности построения фотограмметрических сетей
Точность точек фотограмметрического сгущения геодезической основы, т.е. точек планово-высотной основы топографической карты должна обеспечить требуемую точность ее содержания. Поэтому требования к точности содержания карты положим в основу обоснования требований к точности построения фотограмметрических сетей. При этом будем исходить из следующих соображений. Ошибки объектов содержания карты будут зависеть от двух составляющих – от ошибок планово-высотной основы (точек фототриангуляции) и ошибок съемки. Оперируя ср. кв. ошибками будем иметь:
(6)
где mк – ср. кв. ошибка карты;
mс – ср. кв. ошибка съемки;
mф – ср. кв. ошибка фототриангуляции.
Руководствуясь данной формулой обоснуем требования к точности определения планового положения и высот точек фототриангуляции. Допустим, что mc и mф влияют одинаково. В таком случае будем иметь:
(7)
Для обоснования требований к точности определения планового положения точек фотограмметрических сетей воспользуемся значением ошибки планового положения четких контуров (0,75 мм), которое с учетом перехода к средней кв. ошибки будет равно 0, 937 мм. Поэтому mdф = 0,937 мм/1,4=0,669 мм, а после перехода к средней ошибке получим 0,5 мм в масштабе создаваемой карты.
Для обоснования требований к точности определения высот точек фотограмметрических сетей воспользуемся значением ошибки определения высот подписных точек, которое для топографической карты масштаба 1:50000 на горные районы равно 5,0 м. Поэтому получим mhф = 5,0 мх1,25/1,4= 4,464 м, а средняя ошибка будет равна 3,57 м.
Таким образом, средние ошибки планового положения точек фототриангуляции на горные районы не должны превышать 0,5 мм в масштабе создаваемой карты, а средние ошибки определения высот для таких районов при создании топографической карты масштаба 1:50 000 не должны превышать 3,57 м. Полученные значения ошибок согласуются с требованиями к точности фототриангуляции (РФР-2 [4]).
3.1.2. Допуски руководства РФР-2
3.1.2.1.Требования к точности определения планового положения точек фототриангуляции
Средние ошибки планового положения точек фотограмметрических сетей относительно ближайших пунктов геодезической основы и точек плановой съемочной сети не должны превышать 0,35 мм в масштабе карты для равнинных и холмистых районов и 0,5 мм – для горных и пустынных районов.
Требования к точности определения высот точек фототриангуляции
Требования к точности высот зависят не только от масштаба, но и от рельефа. Для основных ландшафтных районов средние ошибки высот точек фототриангуляции не должны превышать (в метрах):
для плоскоравнинных районов с преобладающими углами
уклонов, не превышающими 1˚ 2,0
для холмистых и равнинных районов с преобладающими углами
уклонов, не превышающими 6˚ 2,5
для низкогорных и среднегорных районов 4,0
для высокогорных и районов 8,0
Приведенные выше допустимые значения ошибок определения планового положения и высот точек фототриангуляции будем использовать в дальнейших расчетах и обоснованиях, в частности для определения априорной оценки точности построения фотограмметрических сетей.
Точность построения сетей фототриангуляции зависит как от точности измерений по фотоснимкам, так и от точности, количества и расположения опорных точек, т.е. точек полевой подготовки аэрофотоснимков.
3.2. Обоснование количества и расположения точек полевой подготовки аэрофотоснимков и априорная оценка точности построения сети фототриангуляции
Для решения данного вопроса воспользуемся следующими формулами.
Максимальные расстояния между плановыми опорными точками:
(8)
Максимальные расстояния между плановыми опорными точками:
(9)
3.2.1. Расчет допустимых расстояний между точками полевой подготовки аэрофотоснимков
Из анализа формул (8) и (9) следует, что для расчета допустимых расстояний между опорными точками фототриангуяции необходимы значения ошибок определения их положения как в плане, так и по высоте, знаменатель масштаба аэрофотоснимков (70 000), а также ошибки измеренных координат точек фотоснимков mq.
Ошибки планового положения точек фототриангуляции не должны превышать 0,5 мм в масштабе карты, а средние ошибки определения высот не должны - 4 м. Эти значения, а также знаменатель масштаба аэрофотоснимков m = 70000 будем использовать в расчетах.
Для определения ошибки измеренных координат будем использовать формулу:
(10)
- размер пиксела.
Для определения будем использовать следующую формулу:
(11)
- минимальный размер объекта местности, который будет изображен на создаваемой карте (3 м);
- знаменатель масштаба снимка (70 000).
В результате получим = 22 мкм. Это значение подставляем в формулу (11) и находим значение = 11 мкм.
Дальше подсчитаем допустимые максимальные расстояния между плановыми точками полевой подготовки аэрофотоснимков.
Подставляя в формулу (8) следующие значения: mсн = 70 000, mq=11мкм, md = 0,625 мм (0,5 мм х1,25), t = 50 000, f= 75 мм и b ≈ 72 мм. найдем nd = 28 (базисов).
nd
Найдем nd = 28 (базисов).
Допустимые расстояния между высотными точками полевой подготовки аэрофотоснимков подсчитаем по формулам (9), подставляя в них ср. кв. ошибку определения высот точек фототриангуляции (для данного случая 5 м) и данные, которые приводились выше.
nz
В результате получим nz = 9 (базиса).
3.2.2.Расположение точек полевой подготовки на
аэрофотосъемочных маршрутах
Для того чтобы показать необходимое количество и расположение опорных точек фототриангуляции воспользуемся аэрофотосъемочными расчетами, а именно – количеством аэрофотоснимков в маршруте, которое равно 17 и расчетными значениями nd = 28 базисов и nz = 9 базиса.
С учётом этих условий точки полевой планово-высотной подготовки будут расположены следующим образом:
Обозначения:
- точки высотной полевой подготовки;
- точки планово-высотной полевой подготовки;
- главные точки снимков.
Рис. 2. Схема расположения точек полевой подготовки аэрофотоснимков
3.3. Расчет априорной точности
построения фотограмметрической сети
Для оценки априорной точности построения фотограмметрической сети используем формулы
Для вычислений ср. кв. ошибок координат точек фототриангуляции воспользуемся ранее полученными данными, а именно:
m = 70 000; mq = 11 мкм; nd =28 базисаов; nz =9 базиса; f = 75 мм; b =72 мм.
В результате расчетов получим: mx = 4,3 м; my = 4,4 м; mz = 2,9 м
Общую ср. кв. ошибку планового положения точек фототриангуляци подсчитаем по формуле
(12)
md=6,1
При переходе к средним ошибкам точек фототриангуляции получим:
ср. ошибка планового положения – 6,1 м на местности или 0,12 мм в масштабе карты 1: 50 000;
ср. определения высот – 2,9 м.
Сравнивая полученные значения ошибок с допусками (0,5 мм в масштабе карты для планового положения и 4,0 м для определения высот на горный район) приходим к выводу, что полученные аэрофотоснимки масштаба 1:70 000 и предложенный вариант расположения точек полевой подготовки аэрофотоснимков обеспечат создание планово-высотной основы для создания карты масштаба 1: 50 000 с требуемой точностью. |
Скачать 207 Kb.