ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2019
Просмотров: 2220
Скачиваний: 20
Изображения, получаемые с помощью тепловых съемочных си¬стем, используют в целях картографирования подземных комму¬никаций, выявления техногенных нарушений сооружений (неф-те- и газопроводов, теплосетей, зданий и т. п.) и изучении нега¬тивных экологических процессов (определение загрязнения почв и водных объектов нефтепродуктами, засоления почв, зон подтоп¬ления и т. п.).
Применение оптических генераторов излучения — лазеров — привело к разработке активных оптических съемочных систем. С помощью лазера облучают снимаемую поверхность. Отраженный от элементарной площадки (пикселя) сигнал принимает оптичес¬кая система. В результате съемки получают трехмерное цифровое изображение. Особенностью лазерного луча является его способ¬ность проникать через лиственный покров древесной раститель¬ности. Поэтому лазерные съемочные системы применяют для по¬строения профилей рельефа на территориях, закрытых лесами. Они эффективны при обследовании линий электропередачи. Ли¬нейное разрешение лазерных систем значительно уступает фото¬графическим системам. Точность определения координат зависит от высоты съемки. Например, при использовании системы ALMT-1020 с высоты полета носителя Н= 300 м точность опреде¬ления плановых координат равна 0,7 м, а высот точек местности — 10..12 cv.
Использование радиоволн в качестве носителя информации об объектах земной поверхности привело к созданию радиофизичес¬ких съемочных систем. Их разделяют на два класса: использующие метод активной радиолокации и регистрирующие собственное из¬лучение объектов.
Из систем, относящихся к первому классу, наибольшее приме¬нение получили радиолокационные станции бокового обзора (РЛС БО). В основе их работы заложены принципы радиолокации. Ге¬нератор, установленный на борту летательного аппарата, выраба¬тывает радиоволны определенной длины, амплитуды, поляриза¬ции. С помощью антенны радиоизлучение направляется на зем¬ную поверхность (рис. 2.9). Длины радиоволн, используемые при съемке, находятся в диапазоне от 1 см до 1 м и более. Режим излучения может быть непре¬рывным или импульсным. Пос¬ле взаимодействия с объектами поверхности происходит моду¬лирование несущего сигнала, изменяются его исходные ха¬рактеристики. Степень модулирования определяется физическими и химическими свойствами объекта. Отраженный модулированный сигнал воспринимается приемной антенной. Принятые сигналы после усиления поступают на экран, где происходит построчная ви¬зуализация результатов радиолокации. Яркость изображения объекта зависит от энергии возвратившегося сигнала. Прямолиней¬ность распространения радиоволн, их чувствительность к измене¬нию рельефа при отражении создают определенную специфику ра¬диолокационного изображения. Она выражается в значительной изменчивости яркости изображений и сложной геометрии снимка. Первичная обработка результатов съемки выполняется на борту ле¬тательного аппарата или на Земле. Геометрические искажения уменьшаются в результате выполнения геометрической коррекции снимка. Результат съемки — непрерывная полоса радиолокацион¬ного изображения. Аэросъемку выполняют со стандартных высот #=3,5; 5; 6,5; 30,5 км при ширине полосы 15 и 37,5 км. Масштаб изображения в продольном и поперечном направлениях неодина¬ков. Разрешение РЛС БО уступает фотографическому.
Продольное разрешение зависит от размеров антенны и часто¬ты используемых радиоволн. Усовершенствованные радиолокаци¬онные станции позволяют получить разрешение по полю снимка с самолета до 5 м, при съемке из космоса — до 20 м.
Преимущество радиолокационных съемок — их независимость от погодных условий. Снимать можно при сплошной облачности, в туман и даже дождь, поэтому РЛС-съемку называют «всепогод¬ной». Она незаменима в районах, где погодные условия не позво¬ляют использовать иные съемочные системы. Современные тех-нологии обработки снимков делают возможным использование РЛС-снимков для картографических целей. Радиолокационную съемку применяют для изучения водных поверхностей, определе¬ния границ береговых линий, овражной сети, зон подтопления, состояния посевов и т. п.
Сверхвысокочастотная радиометрия относится к пассивным методам исследования поверхности Земли. Выполняют ее с помо¬щью СВЧ-радиометров, измеряющих собственное излучение объектов в спектральном интервале 0,15...30 см в нескольких ка¬налах. Способы построения изображения и передачи информации на наземные пункты приема аналогичны применяемым при РЛС-съемке. Линейное разрешение СВЧ-радиометров в зависимости от типа прибора может быть от нескольких метров до десятков кило¬метров и более. Точность определения температур уступает тепло¬вым съемочным системам. Достоинство СВЧ-съемки — формиро¬вание воспринимаемого радиометрами сигнала в глубине снимае¬мого объекта и возможность передачи информации о глубинных процессах.
В практике проведения аэро- и космических съемок часто при¬меняют комплексное использование съемочных систем разных типов для получения разноплановой информации об исследуемых объектах.
26 КАДРОВЫЙ СНИМОК, ЦЕНТРАЛЬНАЯ ПРОЕКЦИЯ
При картографировании земной поверхности используют раз¬личные законы построения изображения этой поверхности в мас¬штабе—картографические проекции. Задачи организации терри¬торий, земельного и городского кадастров, инженерных изыска¬ний удобнее решать по планам, созданным по законам ортого¬нального проектирования: точки элементов ситуации при этом проецируют на горизонтальную плоскость отвесными линиями с одновременным масштабированием результатов.
На снимках, полученных с помощью кадровых съемочных сис¬тем, изображение строится по законам центрального проецирова¬ния. Проектирующие лучи здесь представляют собой пучок ли¬ний, проходящих через единую точку — центр проекции.
Основные элементы центральной проекции (рис. 3.1) следую¬щие:
S — центр проекции — в фотограмметрии задняя узловая точка съемочной камеры;
Р’ — картинная плоскость (негативная) — фокальная плоскость съемочной камеры;
Р – картинная плоскость позитивная;
Е– предметная плоскость — горизонтальная секущая плос¬кость снимаемого участка местности;
о — главная точка картины — главная точка снимка, получае¬мая при пересечении главного луча (оптической оси) объектива съемочной камеры So с плоскостью картины;
W— плоскость главного вертикала, проходящая через точку S перпендикулярно плоскостям Р и Е
vov' — главная вертикаль — след пересечения плоскостей Р (F) и W\
v0V- проекция главной вертикали;
п — точка надира — точка пересечения плоскости Р (Р/) отвес¬ным лучом;
N —проекция точки надира —точки пересечения плоскости Е отвесным лучом;
АльфаР —угол наклона картины (снимка) — угол между плоскостя¬ми Р (Р’) и Е или лучами SO и SN;
с — точка нулевых искажений — точка пересечения плоскости Р (Р') биссектрисой угла oSn;
С— проекция точки нулевых искажений;
hnhn — горизонталь, проходящая через точку л, — линия в плос¬кости Р (Р')> перпендикулярная vov.
Горизонтали могут проходить через любую точку картины, на¬пример через точку о — h0h0 или точку с — hchc. В одной из систем координат снимка главную вертикаль v0 V принимают за ось абс¬цисс, а любую из горизонталей — за ось ординат.
Точки о, п, с располагаются на главной вертикали, а точки О, С, N— на ее проекции. Расстояние oS называют главным расстояни¬ем и обозначают буквой /, а в фотограмметрии — фокусным рас¬стоянием съемочной камеры. Расстояние SN называют высотой съемки и обозначают Н.
27 М-Б ГОРИЗ И НАКЛОННОГО СНИМКА. ОПРЕДЕЛ. М-БА НАКЛОННОГО СНИМКА.
28 ВЛИЯНИЕ НАКЛОНА СНИМКА НА СМЕЩЕНИЕ ТОЧЕК ИЗОБРАЖЕНИЯ.
На снимке равнинной местности (на рис. 3.2 плоскость E), по¬лученном при отвесном положении оптической оси съемочной камеры, элементы ситуации изобразятся без искажений. Сетка квадратов на местности, например, изобразится на снимке Ро по¬добной сеткой в масштабе: 1/m=f/H
Наклон камеры на некоторый угол альфаР нарушит подобие —изображение сетки квадратов перспективно преобразуется рис. 3.3)- Рассмотрим суть такого преобразования. На рисунке 3.4 показаны: горизонтальный снимок PQ, наклонный снимок Р и равнинная местность Е в сечении их плоскостью главного вертикала. Снимки P0 И P пересекутся по горизонтали hchc, так как oS = o0S =f. В прямоугольных треугольниках oSc, o0Sc CS — общая гипотенуза, следовательно, эти треугольники подобны; поэтому Sc — биссектриса угла альфар, а точка с лежит на hchc (рис. 3.5).
Приняв за начало отсчетов общую для обоих снимков точку с, отложим на снимке Ро отрезки са' = са и сb' — cb. В результате по¬лучим величины смещения изображения точек А и В соответ¬ственно a0a' = -дельтаа и b0b' = +дельтаа.
Значение дельтаа для точек, расположенных не на главной вертика¬ли, будет зависеть также от значения угла ср, отсчитываемого от положительного направления главной вертикали до направления, исходящего из точки с на анализируемую точку, например на точ¬ку а (см. рис. 3.5), против хода часовой стрелки.
Значение 5а определяют по формуле:дельаальфа = -r^2c*cos фи*sin альфаP/f-r*cos фи*sin альфаP, где rc — отстояние определяемой точки снимка от точки нулевых искажений.
Анализируя формулу (^), видим, что:
смещения дельаа возрастают при увеличении угла альфаР и уменьшении фокусного расстояния съемочной камеры;
точки, расположенные на горизонтали hchc,не смещаются;
максимальные смещения точек при определенном значении rс будут в точках, располагающихся на главной вертикали;
точки, расположенные от горизонтали hchc в сторону положи¬тельных абсцисс, смещаются к точке с, а в сторону отрицательных абсцисс — от точки с (на рис. 3.6 A0, b0, do, e0 — положение точек на горизонтальном снимке).
При использовании снимков плановой съемки (альфар < 3°) можно применять упрощенные формулы: делтаальфа = -r^2*cos фи * sin альфар/f или делтаальфа = -rс*xc * sin альфар/f,
так как выражение rccos ф sin aP существенно меньше в сравнении с величиной f. В формуле (^) хс (см. рис. 3.5) — абсцисса точки в системе координат v0v — ось х, hchc— ось у.
Разновеликость смещения точек вследствие влияния угла на¬клона снимка обусловливает непостоянство масштаба по полю кадра. Ранее отмечалось, что точки, расположенные на линии hchC не смещаются вследствие влияния наклона снимка. Очевид¬но, масштаб по этой линии будет постоянным и равным масштабу горизонтального снимка: 1/mhchc = f/H.
Горизонталь hchc называют ли¬нией неискаженных масштабов. На прочих горизонталях масштаб также будет постоянным, но на каждой горизонтали свой. Выражают его формулой: 1/ mhh = f/H (1-xc*sin альфаp /f ) в которой хс — абсцисса горизонтали при начале координат в точ¬ке с.
Масштаб вдоль главной вертикали определяют по формуле: 1/mv0v = f/H (1-xc*sin альфаp /f )^2 Масштаб по произвольному радиальному направлению можно найти по формуле: 1/mфи = f/H(1-rc*cos фи *sin альфаp/f)^2 В результате анализа формул (3.4), (3.5), (3.6) можно устано¬вить следующее:
масштаб по главной вертикали изменяется более интенсивно;
масштаб бесконечно малого отрезка по вертикали в точке с и любому другому направлению равен масштабу в той же точке гго горизонтали. Этот масштаб называют главным;
масштаб в части снимка с положительными абсциссами мель¬че, а в части с отрицательными абсциссами — крупнее главного.
Непостоянство масштаба снимка при альфаР не равно 0 приводит к искаже¬нию площадей. Относительная ошибка площади: дельта(изм)Pальфа/ P = 3xc*sin альфаР/f = 3mxc*sin альфаР /H, в которой хс — абсцисса центра измеряемого участка в принятой ранее системе координат.
Из формулы (3.7) видно, что искажение площадей уменьшает¬ся с увеличением фокусного расстояния съемочной камеры и со¬ответственным увеличением высоты съемки. Площади участкор или массивов участков, центры которых совмещаются с точкой нулевых искажений, не искажаются вследствие наклона снимка.
Геометрическая интерпретация процесса искажения направле¬ний, обусловленного наклоном снимка, показана на рисунке 3.7. Исследуемое направление проходит через точки а и b (на рис. 3.7 показана правая верхняя часть снимка). Точка а отстоит от точки нулевых искажений на величину rс. Точка а0 — неискаженное в результате наклона снимка положение точки а, полученное путем введения определенной по формуле (3.1) поправки. Направление аЬ при его продолжении пересечет горизонталь hchc в точке d. На¬клонный и горизонтальный снимки пересекаются по линии hchc. Поэтому точка d будет принадлежать и неискаженному направле¬нию — оно пройдет через точки a° и d. Угол ЭТАальфа, образовавшийся при точке d, — искажение направления ab, которое будет изменяться при изменении углов, образованных исследуемым на¬правлением: с главной вертика¬лью снимка [(угол «КПД») и радиус-вектором са (угол НЮ)].
Величину ЭТАа вычисляют по формуле Н. Я. Бобира: ЭТАа = альфаРrc*sin НЮ * cos «КПД»/f. Для примера приведем значения искажения, определенные при различных/ аР и при rс = 90 мм: «таблица»… Положение точки нулевых искажений и главной вертикали обычно неизвестно. По приведенным ранее формулам определяют возможности использования конкретных снимков для непосред¬ственного выполнения на них метрических действий. Точку нуле¬вых искажений при таких расчетах заменяют главной точкой, а аргументам гили х придают максимальные значения.
29 ВЛИЯНИЕ РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ НА ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СНИМКА
Сечение горизонтального снимка P0 и земной поверхности (с точками А и В) отвесной плоскостью, проходящей через центр проекции S, показано на рисунке 3.8. Эта плоскость пересечет снимок по линии, проходящей через точку надира п. Пересечем произвольно местность горизонтальной плоскостью Е. Точки Д, и щ — ортогональные проекции точек А и В на плоскость Е. Превы¬шения точек Аи В над плоскостью Е соответственно — hA и +hs. На снимке точки местности и их ортогональные проекции на плос¬кость Е изобразятся точками а, Ь, а0 и bQ. Заметим, что точка а, с отрицательным превышением, сместилась относительно точки а0 точке надира, а точка Ь, с положительным превышением, — от точки надира, а0а и в0в — смещения точек аи bиз-за влияния рельефа местности. Изображение точки местности D, лежащей на отвесном проектирующем луче, не сместится независимо от ее превышения над плоскостью Е.
Для определения смещения точек из-за влияния рельефа мест¬ности используют формулу: дельтаh = rnh/H = rnh/fm, где rn — расстояние от точки надира до измеряемой точки; h — превышение точки над горизонтальной плоскостью, принятой за исходную; H—высота съемки над той же плоскостью; т — знаменатель масштаба изображения, отнесенного к той же плоскости.
Для выяснения влияния рельефа местности на изменение мас¬штаба частей снимка и, следовательно, на искажение площади участков, различно расположенных на неровной земной поверх¬ности, используем рисунок 3.9. На нем изображено сечение отвес¬ной плоскостью, проходящей через центр проекции S, горизон¬тального снимка P0, а также четырех участков: наклоненного в сторону от точки S — AB, наклоненного к точке S— LG двух го¬ризонтальных с разными высотами — BD и KL. Ортогональные проекции всех сечений равны между собой — AB0 = B0D — = KL- LG0. Очевидно, что в центральной проекции линии орто¬гональной проекции изобразятся равными отрезками (abQ = bod0 — kl— lg0). По результатам центрального проецирования реальных линий местности можно сделать следующие выводы:
изображение участков, наклоненных от точки S, всегда будут меньше изображения их в ортогональной проекции. С увеличением угла наклона участка точки А и В могут оказаться на одном проектирующем луче. Линия АВ в этом случае изобразится на снимке точкой, а участок местности —линией. При дальнейшем увеличении угла наклона v (скаты балок, оврагов и др.) окажутся в «мертвой зоне» и совсем не отобразятся на снимке;