Укладка трассы инженерных сооружений на аэроснимках и универсальной модели местности

Определение превышений по аэроснимкам, определение параллаксов с помощью стереокомпаратора

Стереокомпараторы

ЛЕКЦИЯ № 9

Тема: Получение пространственного изображения точек (линий) на универсальной модели местности (УММ) и создание топографических карт

ВОПРОСЫ:

ВОПРОС 1 – Стереокомпараторы

Стереокомпараторами называются фотограмметрические приборы, с помощью которых измеряют координаты, продольные и поперечные параллаксы изображений точек на аэроснимках. Координаты и параллаксы измеряют по негативам, диапозитивам, контактным отпечаткам, трансформированным аэроснимкам.

Стереокомпараторы состоят из: станины, основной каретки, каретки левого и правого снимков с кассетами, бинокулярную наблюдательную систему, штурвал Х основной каретки, шкалу абсцисс, штурвал У, шкалу ординат, винт (штурвал) продольных параллаксов, шкалу продольных параллаксов, винт (штурвал) поперечных параллаксов, шкалу поперечных параллаксов, закрепительный винт левой каретки и осветителя.

Рисунок 13 – Схема устройства стереокомпаратора

Бинокулярная оптическая система содержит две измерительные марки, которые при стереоскопическом наблюдении сливаются в одну пространственную марку. Эту марку наводят на наблюдаемые точки.

Перед работой стереокомпаратор поверяют специальными контрольными сетками и устанавливают места нулей шкал прибора. При поверках устанавливают: плавность и прямолинейность движения кареток вдоль их осей, совпадение центров вращения кассет с их центрами и взаимную перпендикулярность движения марок вдоль осей х и у прибора при вращении соответствующих штурвалов и параллактических винтов.

Перед установкой в прибор на каждый негатив (аэроснимок) наносят положение его главной точки. Негативы закладывают в кассеты прибора эмульсионной стороной вниз и зажимают покровными стеклами, а аэроснимки и диапозитивы закладывают эмульсией вверх. При укладке негативов (снимков) в кассеты их главные точки совмещают с центрами кассет.

После установки и ориентирования аэроснимков на приборе приступают к измерению координат, продольных параллаксов (разностей абсцисс изображений точек на левом и правом аэроснимках) и поперечных параллаксов точек.

При измерениях марку прибора перемещают в пространстве стереомодели штурвалами Х и У и винтами продольных и поперечных параллаксов, последовательно совмещая ее с соответствующими точками модели. Координаты и параллаксы точек аэроснимков отсчитывают на соответствующих шкалах прибора после стереоскопического наведения марки на изображения определяемых точек.

Для высокоточных измерений используют специальные высокоточные стереокомпараторы. Современные стереокомпараторы имеют бинокулярную оптическую систему с увеличением 8…20^х, двухскоростное перемещение кареток от электропривода, переключение осей визирования и поворота изображения, фоторегистрирующие и проектирующие устройства наведения марок на точки, световое табло и автоматическое регистрирующее устройство для цифрового ввода измеряемых координат и параллаксов в персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ). Он обеспечивает измерения координат со средней квадратичной ошибкой ± 1 мкм и в связи с автоматизацией ряда процессов обладает в десятки раз большей производительностью, чем на стереокомпараторе, не имеющем регистрирующего устройства.

ВОПРОС 2 – Определение превышений по аэроснимкам, определение параллаксов с помощью стереокомпаратора

Для определения превышений на стереокомпараторе рассматривают пару аэроснимков с взаимным продольным и поперечным перекрытием в случае горизонтальной аэросъемки, при которой оба аэроснимка горизонтальны и сняты с одной и той же высоты.

При этом за начала основных систем координат принимают центры проекций каждого снимка S; за направление оси абсцисс – прямую, направленную вдоль полета, от центра проекции левого аэроснимка S₁ через центр проекции правого снимка S₂; за оси ординат – прямые, направленные вдоль горизонтальной плоскости влево по перпендикуляру к осям абсцисс, а за ось аппликат – направление вверх по главному лучу каждого аэроснимка.

Рисунок 14 – Определение превышений по горизонтальным снимкам

Изображения точек местности на снимках будем определять в системах координатных осей каждого аэроснимка, которые ориентированы в пространстве в тех же направлениях, что и оси координат основных систем, но с началом координат в их главных точках.

Используя пропорциональность сторон подобных треугольников, образованных при центрах проекций стереопары, в основаниях которых лежат точки местности или соответствующие их проекции в плоскостях аэроснимков получают ряд формул:

, , , .

Длина базиса фотографирования при этом будет равна:

Разность абсцисс изображений одной и той же точки на левом и правом аэроснимках называется продольным параллаксом данной точки:

Тогда:

Или:

Отсюда следует, что все точки местности, лежащие в какой-либо горизонтальной плоскости Т_о, на снимках горизонтальной аэросъемки имеют одинаковые продольные параллаксы.

Рассматривая те же зависимости в другой горизонтальной плоскости, например, в плоскости Т_с, где лежит точка С, возвышающаяся над исходной плоскостью Т_о на превышение h_с, устанавливают, что:

откуда:

Из зависимостей видно, что продольный параллакс любой точки снимка является базисом фотографирования местности, выраженным в масштабе изображения данной точки.

Так как и , то и разность продольных параллаксов двух точек на аэроснимках будет определять превышение между ними.

Взяв разность продольных параллаксов:

заменив

получают:

или:

Таким образом, измерив продольные параллаксы изображений ряда точек аэроснимков горизонтальной аэросъемки или их разности, можно по ним определить превышения между этими точками на местности. Геометрически величины продольных параллаксов точек и разностей продольных параллаксов выражены на том же рисунке. Продольные параллаксы измеряют на различных стереофотограмметрических приборах.

Используя фотограмметрические приборы и указанные выше зависимости, при проектировании инженерных сооружений можно по аэроснимкам или на стереомодели (УММ) успешно решать ряд важных задач:

- создавать топографические карты на универсальном приборе;

- определять превышения между точками местности (вести фотограмметрическое нивелирование);

- по установленным в проекте координатам и рабочим отметкам проектных точек определять значения разностей продольных параллаксов;

- по определенным разностям продольных параллаксов определять продольные параллаксы и абсциссы этих точек;

- вычисленные продольные параллаксы и абсциссы точек позволяют определить положение проектных точек на аэроснимках с учетом их высотного положения;

- положение проектных точек на аэроснимках с учетом их высотного положения в свою очередь дает возможность получить пространственное изображение этих точек, то есть создать универсальную стереомодель местности (УММ) с использованием автоматизированного стереокомпаратора и ПЭВМ;

- возможность получения пространственного изображения точек на универсальной стереомодели местности (УММ) может быть использована для построения на ней макета запроектированного сооружения или его отдельных частей.

Однако случай горизонтальной аэросъемки почти не встречается. Каждый аэроснимок под влиянием различных причин даже при стабилизации аэрофотоаппарата будет занимать в пространстве по отношению к горизонтальной плоскости и смежным снимкам некоторое иное положение. Вследствие этого и разности продольных параллаксов точек плановых аэроснимков будут отличаться от соответствующих им разностей продольных параллаксов, свойственных горизонтальному случаю съемки.

Или иначе:

где - измеренная на плановых аэроснимках разность продольных параллаксов;

- истинное значение разности продольных параллаксов, соответствующей горизонтальному случаю аэросъемки;

- поправка к разности продольных параллаксов, связанная с влиянием элементов внешнего ориентирования снимков.

Таким образом, для получения истинных разностей продольных параллаксов Dр необходимо либо привести фотоизображения снимков или их координаты к горизонтальному случаю аэросъемки (выполнить трансформирование снимков), либо в измеренные на плановых аэросъемках разности продольных параллаксов Dр¹ ввести поправки, равные dр.

Введение поправок в разности продольных параллаксов при известных элементах внешнего ориентирования снимков можно произвести как аналитически при помощи персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ), так и механически с помощью специальных приспособлений (корректоров), установленных в фотограмметрических приборах (стереометрах, стереопроекторах и т.д.).

Рисунок 15 – Внешний вид стереометра

Стереометры по конструкции являются стереокомпараторами, снабженными специальными коррекционными устройствами для автоматического исправления измеряемых разностей продольных параллаксов. В соответствии с этим на стереометрах можно получать уже исправленные продольные параллаксы точек, а по ним - исправленные разности продольных параллаксов и превышения.

Стереометры предназначены для фотограмметрического нивелирования, рисовки горизонталей, планов и могут быть использованы для решения многих инженерных задач (проведение линии заданного уклона, укладка трассы, определение рабочих отметок, оценка уклонов проектных линий и т.д.).

К универсальным стереофотограмметрическим приборам относят и фототеодолиты. Фототеодолитные снимки сооружений целесообразно обрабатывать на универсальных стереофотограмметрических приборах, предназначенных для обработки аэроснимков (стереопроектор, стереограф, стереометрограф и др.). Возможности обработки снимков сооружений на стереоавтографе, специально предназначенном для составления топопланов местности по фототеодолитным снимкам, ограничена.

Универсальные приборы используются главным образом в тех случаях, когда по фототеодолитным снимкам необходимо получить чертежный план, как это требуется при архитектурно-строительных обмерах.

Для получения более точных размеров используют аналогоаналитический метод, когда при визировании на точки стереомодели, кроме графической фиксации точки на планшете, берут отсчеты по шкалам х, у, z прибора. Эти отсчеты используются для вычисления пространственных фотограмметрических координат Х, У, Z точек объекта, размеров деталей и расстояний между различными точками сооружения.

Фототеодолитные снимки сооружений целесообразно обрабатывать на универсальных стереофотограмметрических приборах, предназначенных для обработки аэроснимков (стереопроектор, стереограф, стереопланиграф, стереометрограф и др.).

ВОПРОС 3 – Укладка трассы инженерных сооружений на аэроснимках и универсальной стереомодели местности

Пространственная укладка трассы может осуществляться как совместно с фотограмметрическим нивелированием, так и независимо от него. Она выполняется по стереомодели местности в период трассирования сооружения одним из следующих способов:

- способом визуального размещения трассы на стереомодели и фотосхеме (накидном монтаже);

- способом подбора основных элементов трассы на стереомодели в зоне проведения линии заданного уклона;

- способом последовательного инструментального подбора на стереомодели всех основных проектных элементов трассы.

Способ визуального размещения трассы применяется в равнинной и пересеченной местности, где отсутствует необходимость развития трассы по установленному или предельному уклону. Этот способ подробно рассматривается на лабораторных занятиях.

Способ пространственной укладки трассы на стереомодели вдоль предварительно проведенной линии заданного уклона предназначен для трассирования сооружений в пересеченной и горной местности, где имеются участки со значительной извилистостью косогоров и с развитием линий по заданному уклону. Укладка начинается с проведения линии уклона, установленного в качестве наиболее целесообразного для данных условий. Линию заданного уклона проводят на фотограмметрических приборах. Затем по стереомодели в зоне прохождения линии заданного уклона стереомаркой прибора и прозрачными шаблонами кривых прокладывают трассу дороги.

Способ последовательного инструментального подбора на стереомодели всех основных проектных элементов трассы (уклонов, радиусов кривых, рабочих отметок и др.) применяют в сложных условиях рельефа, когда возникают затруднения в разделении трассы на отдельные проектные участки.

В этом методе в отличие от предыдущего пространственная укладка трассы осуществляется последовательным подбором горизонтальных кривых и продольных уклонов вдоль направлений, ранее выбранных по карте и под стереоскопом.

Для наглядной оценки трассировочных работ результаты укладки трассы целесообразно фиксировать сразу на двух снимках стереопары не только проведением трассы, но и накалыванием на нее точек нулевых работ, переломов проектной линии в профиле и главных точек закруглений, определяющих пространственное положение трассы на стереомодели местности. При таком закреплении трассы на двух аэроснимках каждой стерео пары или одновременно на стерео фотосхеме и ее вкладышах с надлежащим оформлением положения и тональности изображения откосов насыпей и выемок можно под стереоскопом наблюдать пространственное изображение уложенной трассы и оценивать по нему выполненное проектирование дороги.

Окончательно выбранная трасса инженерного сооружения на аэроснимках должна оформляться в виде ее ортогонального следа, образующегося при проектировании точек трассы на поверхность стереомодели по вертикальной плоскости.

Линия ортогонального следа изображает на аэроснимках положение ортогональной проекции воздушной линии трассы на местности, тогда как изображение местности, представленное на аэроснимке вдоль воздушной линии трассы, проходит по иному направлению в соответствии с центральной проекцией этой линии (рисунок 16).

Следовательно, для выполнения различных проектно-изыскательских работ по трассе (для фотограмметрического нивелирования, перенесения трассы с аэроснимков в натуру и т. д.) необходимо на аэроснимке иметь не только трассу, но и изображение ее ортогонального следа.

Из теории перспективы известно, что проведенная на местности пространственная прямая изображается на аэроснимках также прямой. Поэтому, пересекая глубокую балку, прямолинейная трасса в высокой насыпи (линия ABCDEF) на аэроснимке изобразится также прямой (abcdef). Ее же ортогональный след в натуре (линия ABC_оD_оEF) на аэроснимке окажется смещенным в сторону от изображения пространственной прямой. Величина этого смещения зависит от удаленности прямой относительно начального направления снимка и от величин рабочих отметок насыпи. Ортогональный след трассы на аэроснимке будет проходить по линии abc¢d¢ef.

Рисунок 16 – Положение ортогональной проекции воздушной

линии трассы на местности

Однако вдоль той же воздушной прямой ось дороги может проходить и по склонам балки при незначительных земляных работах (описывая поперечное сечение балки по линии ABC_оD_оEF). В этом случае изображение оси автодороги на аэроснимке будет совпадать с изображением ее ортогонального следа, т. е. будет проходить вдоль линии abc¢d¢ef. Следовательно, если ось автомобильной дороги и ее воздушная линия совпадают с поверхностью склонов (рисунок 17), как линия AMNK, то изображения трассы и ее ортогонального следа на аэроснимке совпадают и проходят по одной и той же линии аmnk. Когда же воздушная линия трассы висит над местностью и осью дороги, то ее изображение на аэроснимке будет отличаться от положения изображения ортогонального следа трассы. При фотограмметрическом трассировании дорог по геометрическим моделям, образующимся на универсальных приборах и приборах двойного проектирования, положение ортогонального следа трассы легко фиксируется на планшете прохождением марки прибора вдоль трассы по поверхности модели местности.

Рисунок 17 – Изображение трассы и ее ортогонального следа

на аэроснимке при совпадении оси автомобильной дороги и

ее трассы (воздушной линии) с поверхностью склонов местности

Однако при фотограмметрических работах, где изображение геометрической линии трассы представлено на аэроснимках, положение этого изображения относительно линии ортогонального следа трассы, проектируемого на поверхность местности или стереомодели, будет претерпевать некоторые смещения относительно их ортогональных проекций. Поэтому нивелирование, разбивку пикетажа и перенесение в натуру изображенной на аэроснимках трассы следует производить вдоль линии ортогонального следа трассы.

На линии ортогонального следа, кроме всех переломных точек трассы, должны быть также показаны и хорошо опознаваемые в натуре контурные точки, по которым в дальнейшем трасса может быть опознана в натуре. Линию ортогонального следа трассы следует находить на стереомодели по высотным переломам местности вдоль воздушной линии, вычерченной по фотосхеме, или на аэроснимках накидного монтажа, в пределах однородных участков трассы.

Дата добавления: 2014-01-04