ВВЕДЕНИЕ. 1.1 Краткая характеристика фототопографических технологий 8

ВВЕДЕНИЕ 6

1 ОСОБЕННОСТИ ФОТОТОПОГРАФИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ПРИ

ИНВЕНТАРИЗАЦИИ АВТОДОРОГ 8

1.1 Краткая характеристика фототопографических технологий 8

1.2 Аэрофотосъёмка при решении задач

автодорожной службы 13

1.3 Особенности планово-высотного обоснования, дешифрирования и фотограмметрического сгущения 24

1.4 Документация при инвентаризации автодорог 25

2 ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ФОТОТРИАНГУЛЯЦИЯ ДЛЯ СГУЩЕНИЯ ПЛАНОВО-ВЫСОТНОГО ОБОСНОВАНИЯ

ПРИ СОЗДАНИИ ПЛАНОВ АВТОДОРОГ 27

2.1 Обзор современных способов

фототриангулирования 27

2.2 Теоретические основы алгоритма программы

Фотомод 34

2.3 Технология фототриангулирования на цифровой фотограмметрической станции Фотомод 40

3 ЭКСПЕРМЕНТАЛЬНЫЕ РАБОТЫ 46

3.1 Цель и программа эксперимента 46

3.2 Анализ результатов производственной фототриангуляции 47

3.3 Анализ результатов разных вариантов планово-высотного обоснования 56

3.4 Выводы и предложения по результатам экспериментальных исследований 62

4 РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЭРОФОТОТОПОГРАФИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ 63

5 ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ОХРАНЫ ТРУДА 70

5.1 Обеспечение безопасности жизнедеятельности при работе с ПЭВМ 70

5.2 Обеспечение комфортных условий на рабочем месте (микроклимат, пыль) 76

5.3 Особенности охраны труда женщин и молодёжи 79

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 82

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 84

ПРИЛОЖЕНИЕ А – Паспорт аэрофотосъёмки 86

ПРИЛОЖЕНИЕ Б – Варианты планово-высотного

обоснования 87

ПРИЛОЖЕНИЕ В – Результаты геодезического ориентирования для первого варианта планово-высотного обоснования 88

ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Результаты геодезического

ориентирования для второго варианта планово- высотного обоснования 89

ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Результаты геодезического

ориентирования для третьего варианта планово высотного обоснования 90

ПРИЛОЖЕНИЕ Е - Результаты геодезического

ориентирования для четвёртого варианта планово высотного обоснования 91

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж - Результаты геодезического

ориентирования для пятого варианта планово высотного обоснования 92

ВВЕДЕНИЕ

Фотограмметрические методы находят широкое применение в лесном и сельском хозяйстве, использовании природных ресурсов и охране окружающей среды при линейных изысканиях и проектировании.

При дорожных изысканиях, проектировании и строительстве часто отдают предпочтение геодезическим методам. Однако, как показала практика, в труднодоступных районах (горные, заболоченные) более эффективен аэрофототопографический метод. Однако следует отметить, что на небольших объектах фотограмметрические методы не всегда рациональны из-за удорожания аэрофотосъёмочных работ.

Фотограмметрические методы, безусловно, имеют преимущества перед геодезическими. Главные из них – высокая информативность и достоверность, данные о местности, быстрое получение информации на большие территории и до 70 % процессов автоматизировано.

Учитывая это ОАО НФ «ИркутскгипродорНИИ» внедряет в своём производстве фототопографические методы при автодорожных изысканиях, проектировании, строительстве и инвентаризации дорог с использованием цифровых технологий. В дипломной работе поставлена цель, проанализировать особенности фототопографической технологии для решения автодорожных задач на конкретном объекте, федеральная автомобильная дорога М-52 «Чуйский тракт» протяжённостью 538,7 м в границах Республики Алтай.

Автор дипломной работы занималась обработкой аэрофотосъёмочных материалов в течение года (на производственной практике и в период дипломирования), получила производственный опыт и разобралась с технологическими положениями и особенностями отдельных процессов. Результаты производственных работ и исследований положены в основу дипломной работы. Наибольшее внимание уделено процессу пространственной фототриангуляции.

Дипломная работа состоит из пяти глав:

1) особенности фототопографической технологии, используемой при инвентаризации автодорог;

2) пространственная фототриангуляция для сгущения планово-высотного обоснования при создании планов автодорог;

3) экспериментальные работы;

4) расчёт экономической эффективности аэрофототопографический технологий;

5) обеспечение безопасности жизнедеятельности и охраны труда.

1 ОСОБЕННОСТИ ФОТОТОПОГРАФИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ПРИ ИНВЕНТАРИЗАЦИИ АВТОДОРОГ

1.1. Краткая характеристика фототопографических технологий

При изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог используют планы, фотопланы, ортофотопланы, цифровые карты, одиночные снимки и др.

Принципиально структура фототопографических технологий при проектировании, изыскании, строительстве и инвентаризации автодорог не отличается от технологии создания топографических карт и планов, хотя и имеются особенности.

Для получения топографических карт и планов выполняется технологическое проектирование, которое производится в два этапа. На первом этапе разрабатывается общая технология создания карты и плана, определяются основные параметры аэрофотосъёмки, метод съёмки, определяются объёмы работ и их стоимость. Следующая стадия включает рабочее проектирование отдельных процессов. При рабочем проектировании детализируется технология по всем этапам создания топографических карт и планов.

В настоящее время в основном используют фототопографические способы создания карт.

Рассмотрим технологические схемы стереотопографического и комбинированного методов создания топографических карт и планов, так как данные виды съёмок считаются самыми универсальными и экономически выгодными.

Каждый вид применяемой технологии зависит от многих факторов: рельефа и характера застройки картографируемой территории, наличия фотограмметрических приборов, сроков выполнения работ и других.

Как правило, на первом этапе выбирается один из вышеприведенных вариантов технологии, а уже затем проектируются полевые или камеральные процессы.

Основным вариантом создания топографических карт и планов является стереотопографический метод. Этот метод наиболее совершенный из всех видов съёмок; обладает большой гибкостью, наиболее механизирован и культура производства этой технологии отвечает современному уровню научно-технического прогресса. Поэтому, этот способ должен использоваться всегда, если он экономически целесообразен и обеспечивает требуемую точность. Ниже приведена технологическая схема – создания карт стереотопографическим методом.

	Маркировка

или

	Изготовление фотопланов

или

Рисунок 1 – Технологическая схема создания карт стереотопографическим методом.

Комбинированный аэрофототопографический способ используется тогда, когда стереотопографический способ не обеспечивает точность отображения рельефа. Такие условия возникают в следующих случаях:

- земная поверхность покрыта сплошным лесом или кустарником, причём колебания высоты растительности превышает допустимую ошибку приведения горизонталей (отображения рельефа);

- при крупномасштабных съёмках, когда травостой (летняя съёмка), старая трава (весенняя съёмка) или другие помехи не позволяют определить стереоскопически отметки земной поверхности с требуемой точностью;

- при съёмках в масштабе 1:500, когда минимально допустимая высота фотографирования не обеспечивает требуемой точности определения отметок на стереоприборах.

Ниже приведена технологическая схема, используемая при создании топографических карт и планов комбинированным методом (рисунок 2).

Приведённые технологии действительны и для автодорожных изысканий.

Однако при использовании этих технологий для решения автодорожных задач отдельные процессы технологий имеют свою специфику. Свои особенности имеют аэрофотосъёмочные работы, процессы планово-высотного обоснования, фототриангуляции и создания графической документации.

В ОАО НФ «ИркутскгипродорНИИ» топогрфическую съёмку выполняли стереотопографическим методом. Следовательно, далее все процессы будут рассматриваться исходя из этого метода.

Рисунок 2 – Технологическая схема создания карт комбинированным методом.

1.2 Аэрофотосъёмка для решения автодорожных задач

Основные требования к аэрофотосъёмке для создания карт и специальных целей в основном одинаковые, но имеются некоторые отличия. Сначала рассмотрим общие требования.

Перед выполнением аэрофотосъёмки на какую-либо местность необходимо рассчитать её параметры: фокусное расстояние, высота фотографирования, масштаб съёмки, продольное и поперечное перекрытия. Для этих параметров существуют требования, рекомендации, наставления, которые указаны в инструкции по топографической съёмке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500.

Масштабы фотографирования, типы аэрофотоаппаратов, особенности требования к материалам аэрофотосъёмки предусматривается в техническом задании на выполнение аэрофотосъёмочных работ. Техническое задание на аэрофотосъёмку разрабатывается с учётом характера снимаемой территории и масштабов составляемых планов, требований к виду конечных топографических материалов, сроков выполнения работ и дополнительных требований к топографическим материалам, проектируемой технологии аэрофототопографической съёмки.

Фотографирование местности для стереотопографической съёмки рельефа в равнинных районах должно, как правило, выполняться аэрофотоаппаратами (АФА) с =70 мм, во всхолмлённых и горных районах – с =100 мм. Для застроенных территорий, если один и тот же залёт используется и для составления плана, и для стереоскопической рисовки рельефа, фотографирование местности следует выполнять АФА с =100 мм.

При выборе АФА для стереоскопической съёмки контуров следует учитывать, что ширина «стереоскопической мёртвой зоны», образуемой смещением изображений высоких объектов (зданий, деревьев и др.) в направлении от точки надира составляет:

При =100 мм – 0,7 высоты объекта

При =140 мм – 0.5 » »

При =200 мм – 0,35 » »

Для того чтобы не было необходимости учитывать разномасштабность изображений крыш и оснований построек при составлении фотопланов, фокусные расстояния АФА выбираются с учётом следующего:

Для фотопланов масштаба 1:5000 мм ³ Lh/20;

1:2000 мм ³ Lh/3,2:

1:1000 мм ³ Lh/0,8;

1:500 мм ³ Lh/0,2;

где h – преобладающая высота построек в м,

L – преобладающая протяжённость построек в метрах.

АФА, используемые для стереоскопической съёмки, должны обладать высокими метрическими свойствами.

Аэрофотосъёмка для стереоскопической рисовки рельефа при крупномасштабной съёмке должна выполняться только проверенными АФА, объективы которых исследованы в отношении дисторсии, оказывающей наибольшее влияние на точность определения высот.

Для съёмки используются чёрно-белые, цветные и спектрозональные аэроплёнки с противоореольной защитой на полиэфирной (лавсановой) и триацетатной основах.

Обеспечение аэроснимками границ объекта съёмки и съёмочных участков должно соответствовать действующим техническим требованиям к аэрофотосъёмке для топографических целей, которые оговариваются при заключении договора на выполнение аэрофотосъёмочных работ.

Направление маршрутов аэрофотосъёмки при фотографировании значительных по площади объектов, как правило, должно быть «запад-восток» или «восток-запад». При съёмке для целей изыскания допускается прокладка аэрофотосъёмочных маршрутов и по другим направлениям.

При выборе масштаба фотографирования для стереофотограмметрических работ учитывают заданную точность стереоскопической рисовки рельефа (или высот, подписываемых на плане), точность нанесения контуров и допустимые коэффициенты величены R (отношение масштаба плана к масштабу снимков) используемых стереофотограмметрических приборов.

Значения масштаба фотографирования (относительно точек местности с минимальными высотами) для стереотопографической съёмки, в зависимости от высоты сечения рельефа и применяемых АФА, должны быть не мельче указанных в таблице

Таблица 1 – Рекомендуемые параметры аэрофотосъёмки

Продолжение таблицы 1

Значения масштабов фотографирования при изготовлении фотопланов определяемые в зависимости от заданного масштаба плана, фокусного расстояния АФА, даны в таблице 2.

Таблица 2 – Значения масштабов при изготовлении фотопланов

При аэрофотосъёмке городов для топографических съёмок в масштабах 1:1000 и 1:500целесообразно поперечное перекрытие задавать равным 60%, чтобы имелась возможность стереоскопически рассматривать детали построек минимум с двух сторон.

Аэрофотосъёмка площади участка может выполняться одним аэрофотоаппаратом или двумя одновременно.

Аэрофотосъёмка одновременно двумя АФА с получением дополнительным АФА крупномасштабных аэрофотоснимков для целей дешифрирования проектируется в тех случаях, когда фотограмметрические работы производятся по аэрофотоснимкам мелкого масштаба (полученных основным аэрофотоаппаратом), не позволяющим выполнить дешифрирование с необходимой полнотой и подробностью.

Аэрофотосъёмку с большим количеством древесной растительности следует выполнять в период отсутствия листвы.

Аэрофотосъёмка крупных речных долин выполняется в период меженного уровня воды в реках. В зоне водохранилищ аэрофотосъёмку следует выполнять при нормальном подпорном горизонте, который может приходиться на разные сезоны года. На прибрежных участках с выраженными приливно-отливными явлениями рекомендуется выполнять при одном из предельных уровней [16].

Все перечисленные требования, определённые настоящими инструкциями и наставлениями по топографической съёмке параметров аэрофотосъёмки, действительны и для автодорожных задач.

Для уточнения можно руководствоваться рекомендациями, изложенными в публикации А.Н. Лобанова, И.Т. Антипова и П.Д. Гука.

Рассмотрим выбор параметров аэрофотосъёмки для стереотопографической технологии с учётом различных рекомендаций.

Точность определения элементов ориентирования снимков зависит от способа взаимного ориентирования связок (условие коллинеарности или компланарности), а также выбранной системы координат, но пропорциональность меры точности от фокусного расстояния остаётся во всех случаях.

Производственный опыт свидетельствует о целесообразности использования АФА с в основном для стереотопографической съёмки плоскоравнинных открытых районов, где возникают трудности с отображением слабо выраженных форм рельефа.

Однако следует иметь в виду, что при больших перепадах высот на местности в пределах одной стереопары может оказаться, что разность продольных параллаксов

(1)

будет слишком большой. Если DP ³15 мм, то стереоэффект становится неустойчивым, а точность стереоизмерений низкой. Поэтому следует определить , при котором DP < 15 мм. Преобразовав известную формулу

(2)

(умножим её на f/f и примем H/f = m), получим рабочую формулудля расчёта :

, (3)

где b – базис в масштабе снимка;

m – масштаб съёмки.

Более мелкий масштаб получается не только за счёт уменьшения фокусного расстояния, но и за счёт увеличения высоты фотографирования. Поэтому стремятся выбрать максимально допустимую высоту фотографирования. Критерием допустимости является точность, которая должна быть обеспечена выбранными параметрами аэрофотосъёмки (f и H).

Для определения параметров, обеспечивающих заданную точность, пользуются формулами, полученными дифференцированием формул прямой фотограмметрической засечки. Для высот точек Z (h) в одиночной модели средняя квадратическая ошибка выражается формулой:

(4)

или

(5)

для плановых координат x , y

(6)

или, полагая , получим

. (7)

Общая ошибка в плане ( ) выразится формулой

(8)

В формуле (6), (7), (8) , - средние квадратические ошибки трансформированных значений продольных параллаксов и координат точек снимков.

Для определения из (8) получим

, (9)

где - допустимая средняя квадратическая ошибка отображения рельефа на карте (плане), заданная нормативными допусками по топосъёмке соответствующего масштаба;

b – базис в масштабе снимка, вычисляемый по формуле

, (10)

где Px – продольное перекрытие аэрофотоснимков;

- средняя квадратическая ошибка трансформированного продольного параллакса.

Значения определяется ошибками измерения продольных и поперечных параллаксов и вычисляются по формуле:

. (11)

Величины определяются по статистическим данным производства по точности определения высот точек местности и одиночной модели, т.е. при рисовке рельефа на универсальных приборах [9].

По данным формулам получены следующие параметры аэрофотосъёмки: 44 мм, у используемой камеры RC-30 303,223 мм, 0,46 м, 0,28 м, 920 м, =3000.

Рассмотрим выбор параметров аэрофотосъёмки, предложенный автодорожниками.

Параметры аэрофотосъёмки выбирают в зависимости от масштаба создаваемого плана (таблица 3) [4].

Таблица 3 – Рекомендуемые параметры аэрофотосъёмки

Сравнивая расчётные параметры и рекомендации автодорожников видно, что они мало отличаются. В расчётах масштаб аэрофотосъёмки получился крупнее, за счёт того, что использовались аэрофотоаппараты с большим фокусным расстоянием. Высота фотографирования практически одинаковая.

Основные параметры аэрофотосъёмки получают по следующим формулам:

1) высота фотографирования

; (12)

2) продольное Px и поперечное Py перекрытия

, (13)

где h – максимальный перепад высот точек местности в пределах снимка;

3) базис фотографирования

, (14)

где =60%.

4) расстояние между смежными маршрутами

, (15)

где , - формат снимка (23*23 см),

=30% [3].

Для используемых в дипломной работе материалов получим следующие параметры, вычисленные по рекомендациям автодорожников: = 2120 м, 54%, 38%, 740,6 м, 998,2 м.

Особенностью аэрофотосъёмки при решении автодорожных задач является следующее: при создании топографических карт и планов выполняется площадная аэрофотосъёмка по параллелям, в автодорожных же работах выполняется маршрутная аэрофотосъёмка. Вдоль трассы автодороги прокладываются одиночные или спаренные аэрофотосъёмочные маршруты. Спаренные маршруты прокладываются для уменьшения числа секций съёмочных маршрутов.

1.3 Особенности планово-высотного обоснования, дешифрирования и фотограмметрического сгущения

Прослеживая порядок технологии создания карт и планов, следующими этапами будут планово-высотное обоснование, дешифрирование и фотограмметрическое сгущение. Эти процессы почти не отличаются от технологии топографических задач. Но имеются некоторые особенности при автодорожных изысканиях.

Планово-высотное обоснование выполняется по той же технологии что при создании карт и планов. Особенностью является то, что при инвентаризации автодороги опознаки размещают по линии трассы автодороги, то есть близко к оси аэрофотосъёмочного маршрута, и ставят достаточное количество опознаков по краям маршрутов, так как отсутствует контроль на стыках маршрутов, для того, чтобы обеспечить надёжную стыковку со смежными маршрутами. По нашему мнению, необходимо делать планово-высотное обоснование по краям маршрута ещё и для того, чтобы избежать кручения маршрута, а по дороге геодезические работы выполнялись для конкретных автодорожных задач.

Особенности дешифрирования автодорожников в том, что они опознают необходимые для автодорожных задач объекты.

При дешифрировании автомобильной дороги М-52 «Чуйский тракт» особое внимание уделялось объектам:

- дорожные знаки, а также делились по типам;

- коммуникации (трубы, мосты, ограждения);

- выемки и насыпи.

Также при дешифрировании используется паспорт автодороги с характеристиками труб, мостов, видами и количеством дорожных знаков, отображаются все съезды и примыкающие дороги разных классов. Производится выноска характеристики автодороги (ширина покрытия, общая ширина) и подпись километража.

Особенности аэрофотосъёмки и планово-высотного обоснования влияют на технологию фотограмметрического сгущения.

Фотограмметрическое сгущение для автодорожных целей имело свои особенности в том, что точки сгущения наносились в основном вдоль линии трассы автодороги, а остальные распределялись равномерно по всей модели.

Так как аэрофотосъёмка, как правило, маршрутная (редко двухмаршрутная), при планово-высотном обосновании необходимо особое внимание обращать на края маршрутов и обеспечить надёжный контроль конечной точности фототриангуляции в этих местах.

1.4 Документация при инвентаризации автодорог

Выполнив в определённом порядке все процессы топографической технологии, создаётся документация необходимая при инвентаризации федеральной автомобильной дороги М-52 «Чуйский тракт». В АО НФ «ИркутскгипродорНИИ» следующий перечень предоставляемой ими документации:

- утверждённые в установленном порядке цифровые инженерно-топографические ортофотопланы земельных участков в масштабе 1:2000 на машинных носителях в формате данных .SXF (ГИС «Панорама»);

- утверждённые в установленном порядке цифровые инженерно-топографические ортофотопланы земельных участков в масштабе 1:2000 в графическом виде;

- ортофотопланы масштаба 1:2000 в системе координат 1963 года на обрабатываемую территорию на машинных носителях в формате данных .TIFF;

- каталоги координат и кроки (абрисы) межевых знаков;

- утверждённые акты установления и согласования границ земельных участков со смежными землепользователями;

- технические отчёты о выполнении инженерно-геодезических изысканий на район работ (промежуточных – по этапам выполнения работ и итоговый);

- другие отчётные материалы в соответствии с требованиями строительных норм и нормативных технических документов, указанных технических документов.

2 ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ФОТОТРИАНГУЛЯЦИЯ ДЛЯ СГУЩЕНИЯ ПЛАНОВО-ВЫСОТНОГО ОБОСНОВАНИЯ ПРИ СОЗДАНИИ ПЛАНОВ АВТОДОРОГ

2.1 Обзор современных способов фототриангулирования

При создании проектировании, изыскании и строительстве инженерных сооружений приходится определять качественные и количественные характеристики различных объектов.

Существует много различных способов решения этих задач, большинство из них основано на непосредственном контакте с объектом, исключение составляет фотограмметрический метод. Достоинством этого метода является бесконтактность; объективность, оперативность и высокая точность полученных данных; высокая информативность и максимально возможная степень автоматизации выполняемых процессов.

Выполнить вышеперечисленные виды работ геодезическим способом дорого, а зачастую просто невозможно. Были разработаны фотограмметрические методы выполнения этих работ.

Одним из основных процессов фотограмметрической технологии является сгущение съёмочного обоснования способом фототриангуляции.

Фототриангуляция это процесс построения трёхметных моделей объекта, по группе снимков принадлежащих одному или нескольким съёмочным маршрутам. Как и при построении одиночной модели для внешнего ориентирования фототриангуляционной сети используют опорные пункты.Число опорных пунктов обратно пропорционально точности и жёсткости самой сети. Другой путь уменьшения полевых работ заключается в определения элементов внешнего ориентирования снимков в процессе аэрофотосъёмки. Главным вопросом дипломной работы является фототриангуляция, выполняемая для решения задач возникающих при автодорожных изысканиях, проектировании, строительстве и инвентаризации. В связи с этим вопросу развития фототриангуляции, её современного состояния и перспективах уделено большое внимание.

Первые способы фототриангулирования были графическими, основанными на свойстве планового аэроснимка. На основе опытных работ по пространственной фототриангуляции на стереопланиграфе А. С. Скиридов изобрёл прибор стереоуниверсал и разработал аналитический способ фототриангулирования с применением этого прибора.

В Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэросъёмки и картографии (ЦНИИГАиК) Г. П. Жуков и Г. В. Романовский разработали дифференциальный способ пространственной фототриангуляции, включающий графическую радиальную фототриангуляцию с аналитическим определением высот по исправленным разностям продольного параллакса.

Дальнейшее развитие фототриангуляции показало, что радиальная фототриангуляция позволяет определить не только плановое положение точек местности, но и их высоты.

Затем возникла и начала развиваться пространственная фототриангуляция на универсальных приборах.

Широкое и эффективное применение аналитической фототриангуляции в аэрофотогеодезическом производстве стало возможным после изобретения электронных ввычислительных машин [13].

В настоящее время имеется большое количество теоретических и практических разработок. В области аналитической фототриангуляциип предложены и успешно используются на производстве целый ряд способов фототриангулирования. Возникает необходимость в их классификации.

В основу классификации, предложенной М.И. Булушевым [15] положены: вид, назначение, форма сети; фотограмметрическое качество исходных материалов; порядок использования геодезической опоры; элемент уравнивания; размер элементарного звена; геометрические условия, используемые при уравнивании.

Пространственная фототриангуляция выполняется, в большинстве случаев, для определения геодезических координат точек местности. И в зависимости от вида конечных результатов фотограмметрические сети можно разделить на: плановые, высотные и пространственные. По назначеню фотограмметрические сети могут быть каркасными и заполняющими. По форме различают маршрутную, многомаршрутную или блочную фототрингуляцию.

Под фотограмметрическим качестврм, в данном случае, понимается величина продольного и поперечного перекрытия снимков. Обычно аэрофотосъёмка выполняется с 60% продольным и 30% поперечным перекрытиями, но иногда эти параметры изменяются.

В зависимости от порядка использования геодезической опоры фотограмметрическая сеть может быть: зависимой – при наличии тавномерно расположенных опознаков сеть строится сразу в геодезической системе координат; независимой - сеть строится без использования опознаков, в произвольной системе координат; частично-зависимой – если в процессе построения сети применяются дополнительные данные, полученные физическими методами (координаты точек фототриангулироования, показания высотомера, статаскопа и др.).

В качестве элемента уравнивания может использоваться либо связка проектирующих лучей, либо модель местности.

Размер элементарного звена сети зависит от числа входящих в него снимков, и может представлять из себя: связку проектирующих лучей – отдельный снимок; стереопару – одиночная модель; двойную модель; модель подблока; модель маршрута. Кроме своего размера, элементарные звенья отличаются друг от друга и видом определяемых велечин, а также порядком их соединения в единую цепь.

Изложенная классификация не является полной, она лишь отражает различные аспекты построения фотограмметрических сетей и является основной для следующих методов:

- способ независимых моделей;

- способ частично-зависимых моделей;

- способ зависимых моделей;

- способ совместного определения и уравнивания элементов внешнего ориентирования снимков и координат точек местности – способ связок;

- способ раздельного уравнивания элементов внешнего ориентирования снимков и координат точек местности;

- способ вставки «точка-снимок»;

- построение сетей без определения угловых элементов внешнего ориентирования снимков;

- построение сетей без определения линейных элементов внешнего ориентирования снимков;

- построение сети фототриангуляции на основе предварительно уравненных угловых элементов ориентирования снимков;

- построение сетей путём жёсткого подориентирования связок;

- комбинированный способ;

- построение блочной сети объединением независимых моделей;

- построение блочной сети объединением маршрутов;

- построение блочной сети объединением триплетов;

- построение блочной сети объединением подблоков;

- построение сетей с использованием квазиснимков;

- построение сетей на предельно разреженном геодезическом обосновании;

- построение блочной сети по материалам аэрофотосъёмки выполненной двумя камерами;

- построение блочной сети при увеличенных перекрытиях снимков;

- построение сетей без использования связующих точек.

И. В. Антиповым был разработан программный комплекс ФОТОКОМ-32. указанный комплекс представляет собой ряд взаимосвязанных программ, с помощью которых эффективно выполняется фотограмметрическое сгущение и решаются сопутствующие этому задачи. Комплекс позволяет: развивать пространственную аналитическую фототриангуляцию в виде маршрутных и блочных сетей разнообразной конфигурации, в том числе с каркасными и взаимно перекрёстными маршрутами; вставлять в уравненную фототриангуляционную сеть неограниченное количество дополнительных точек; выдавать каталоги координат и высот точек уравненной фототиангуляционной сети по маршрутам или листам карты [2] способом связок. Особенностью способа связок, разработанного профессором А. Н. Лобановым, является то, что фотограмметрическая сеть строится и уравнивается сразу по всем снимкам блока или маршрута. Для каждой точки снимка, включенной в фотограмметрическую сеть, записываются два уравнения коллинеарности связывающие координаты точки на местности и на снимке. Задав приближённые значения неизвестных – элементов внешнего ориентирования снимков и координат точек местности, и решив, под условие минимума суммы квадратов невязок, записанные для всех точек уравнения коллинеарности находят поправки к приближённым значениям неизвестных. Решение продолжается до тех пор пока поправки к приближённым значениям неизвестных не станут пренебрегаемо малы. Геометрическая сущность уравнений коллинеарности позволяет строить фотограмметрические сети непосредственно в геоцентрической системе координат или в системе координат Гаусса-Крюгера без определения элементов взаимного ориентирования снимков. Конечно, не исключается и случай построения свободной маршрутной сети с последующим внешним ориентированием её по опорным точкам [14].

Главным достоинством описываемого метода является его полное соответствие теории наименьших квадратов. Это обусловлено тем, что уравниваются непосредственно измеренные величины, а не их функции. Способ связок универсален и позволяет совместно с решением уравнений коллинеарности решать, с учётом весов, практически любые уравнения описывающие геометрические связи между элементами уравниваемой сети [13].

Если при построении сети способом связок кроме условия коллинеарности использовать условие компланарности векторов, то за счёт увеличения числа уравнений при том же количестве неизвестных, можно несколько улучшить обусловленность матрицы нормальных уравнений. Порядок совместного использования уравнений коллинеарности и компланарности приводится пример в работе профессора А. Г. Чибуничева.

При построении сети по способу связок необходимо соблюдать условия Гаусса-Маркова: в измерениях должны отсутствовать грубые ошибки, а систематические ошибки должны быть на порядок меньше случайных. Исходя из изложенного, способ связок применяют только для уравнивания сети, используя в качестве приближённых значения неизвестных, полученных при построении сетей иным способом [16].

Также программный комплекс Фотоком-32 позволяет выдавать ведомости элементов стереофотограмметрических приборов и фототрансформаторов; осуществлять калибровку аэрофотосъёмочных или измерительных приборов, составлять их паспорта и учитывать данные калибровки при вычислительной обработке результатов измерений снимков; создавать аналитические модели местности и снимков и решать по ним задачи технического проектирования и исследовательского характера [2].

Кроме названного комплекса И. Т. Антиповым завершён в 2002 г. и сразу же начал быстро внедряться в производство специализированный программный комплекс Фотоком для цифровой фотограмметрической станции ЦНИИГАиК. Вместе с основным программным обеспечением ЦФС этот компонент обеспечивает выполнение фототриангуляции в режиме on-line [2].

Из обзора аналитических способов фототриангуляции можно сделать следующие выводы. Все перечисленные способы сыграли определённую роль в развитии теории и практике аналитических построений.

В настоящее время математические положения аналитической фототриангуляции достигли совершенства и остаются неизменными при переходе на цифровую фототриангуляцию. Однако при переходе на цифровую фототриангуляцию появляется новое направление, связанное с автоматизацией процессов измерения, которые пока находятся в стадии развития.

С точки зрения алгоритма построения сетей фототриангуляции признаны способы, обеспечивающие использование всех связей, как вдоль маршрутов, так и между ними, предусматривающие уравнивание измеренных велечин строгими математическими методами, обеспечивающие максимально возможное исключение систематических и грубых ошибок.

По этим условиям наиболее современным следует признать комплекс программ, разработанный д.т.н. Антиповым И. Т., Фотоком.

В ОАО НФ «ИркутскгипродорНИИ» предпочтение отдали Фотомоду по той причине, что Фотоком в это время ещё не был переведён на цифровую обработку. Недостаток Фотомода заключается в том, что уравниваются не измеренные величины, а функции от них.

Далее Фотомоду будет уделено особое внимание, так как в работе использовался этот программный комплекс.

2.2 Теоретические основы программы Фотомод

Разработчики программы Фотомод считают алгоритм секретом фирмы. Однако, из анализа программы можно сделать вывод, что основу алгоритма взяты способы построения маршрутных и блочных сетей фототриангуляции объединением независимых моделей. Поэтому для изложения теоретической сущности использован классический способ, опубликованный в работе «Аналитическая фототриангуляция с применением ЭВМ», авторами которого являются А. Н. Лобанов, В. Б. Дубиновский, Р. П. Овсянников.

Конечно алгоритм, принятый в программе Фотомод, имеет свои особенности, но основные положения должны быть одинаковы. Ниже излагается сущность классического способа построения фототриангуляции объединением независимых моделей.

В способе построения блоков объединением независимых моделей вначале строят одиночные модели в фотограмметрической системе координат (без геодезического ориентирования). Для того, чтобы координаты всех моделей получить в единой системе координат, надо определить элементы внешнего ориентирования моделей Xo, Yo, Zo, ε, η, ν, t относительно геодезической системы координат.

Создавая блочную сеть, определяют эти элементы из совместного преобразования всех моделей. В качестве исходного условия примем равенство координат связующих точек.

Пусть связующая точки местности имеет координаты X, Y, Z в системе данной модели и , , - в системе соседней i-й модели. После соединения моделей получим равенства

. (16)

Допустим, что элементы ориентирования i-й модели известны точно, а элементы ориентирования данной модели – лишь приближённо. Обозначим эти приближённые значения через , , , , , , и поправки к ним – через , , , , , , .

Тогда вместо (16) напишем

. (17)

.

Введём обозначения коэффициентов

(18)

, (18)

и составим уравнения поправок

. (19)

Значения коэффициентов этих уравнений равны

;

; , (20)

; ;

;

где

; ;

.

По координатам одной связующей точки составляют три уравнения вида (19) с семью неизвестными. Для определения этих неизвестных, следовательно, надо брать не менее трёх точек. Центр проекции общего снимка двух моделей тоже считается связующей точкой, но с большим весом, чем другие точки моделей.

Решая уравнения (19) под условием [pvv] = min, находим поправки к приближённым значениям элементов ориентирования данной модели. Введя поправки, вновь перевычисляют коэффициенты (20) и свободные члены (20), составляют новые уравнения (19) и находят новые поправки к искомым неизвестным. Так действуют до тех пор, пока очередные поправки будут пренебрегаемо малыми.

Окончательные значения элементов преобразования координат точек данной модели в систему координат i-й модели будут равны

. (21)