Я лекция Съемка местности

Под съемками местности в аэрокосмических методах исследо­вания принято понимать процесс дистанционной регистрации излу­чения с записью принимаемых сигналов в форме изображений (снимков), графиков и регистрограмм, а также в числовой форме. Основной, наиболее распространенной и удобной для практиче­ского использования формой записи результатов съемок является фотоизображение, в которое могут преобразовываться регистри­руемые сигналы практически во всех диапазонах электромагнит­ного спектра.

Аэрокосмические методы исследований бази­руются в основном на использовании фотографирующих съемочных, систем, к которым принято относить системы, дающие на выходе изображения местности, хотя на их входе может фиксироваться не только видимое излучение, но и излучение других диапазонов спектра - ультрафиолетовое, инфракрасное, микроволновое.

Фотографирующая система может быть фотографической, ра­ботающей по принципу прямого оптического проектирования види­мых лучей на светочувствительные фотослои, и нефотографической (оптико-электронной), в которой визуализация регистрируемого излучения осуществляется косвенно, путем электронно-оптических преобразований электрических сигналов.

Съемки земной поверхности, выполняемые с воздушных и кос­мических носителей аппаратуры, в свою очередь можно подразде­лить на фотографические и нефотографические. По принципу и ме­тоду регистрации излучения в группе нефотографических съемок различают телевизионную оптическую (кадровую) и оптико-меха­ническую (сканерную), фототелевизионную и радиолокационную съемки. Перспективными, но пока находящимися в стадии разра­ботки, также являются в этой группе лазерная, голографпческая и акустическая съемки.

Нередко в литературе можно встретить также классификацию нефотографических съемок, связанную с названиями отдельных диапазонов спектра. В ней выделяют обычно ультрафиолетовую, инфракрасную, радиотепловую и радиолокацион­ную съемки.

Следует отметить, что методы съемок могут быть пассивные и активные, а также многозональные и многоспектральные. В пас­сивных методах используются съемочные системы, которые сами не генерируют излучения, а регистрируют естественное излучение земной поверхности (солнечное видимое, инфракрасное, микро­волновое). В активных методах, например радиолокации, исполь­зуется съемочная аппаратура, генерирующая направленное излу­чение, воспринимающая отраженный от поверхности сигнал и преобразующая его в изображение.

Многозональный метод съемки, который может применяться в фотографическом и нефотографическом варианте, состоит в одно­временной регистрации излучения данного диапазона спектра (преимущественно -видимого, включая ближнюю ИК-зону) в не­скольких, обычно не более 6, узких его участках.

Многоспектральный метод съемки, который применяется в нефотографическом варианте, заключается в одновременной индикации излучения многих диапазонов спектра также в узких их участках. В настоящее время многоспектральная съемка может вестись, охватывая одновременно ультрафиолето­вую, видимую, вею инфракрасную и даже частично микроволно­вую области спектра. С этой целью используется нефотографиче­ская аппаратура, содержащая до 13 и более съемочных каналов..

Элементы внешнего ориентирования воздушных и космических снимков определяются либо непосредственно при съемке с по­мощью специальных устройств и приборов (радиогеодезические станции, радиовысотомеры, статоскопы), либо косвенно, путем отыскания необходимых параметров на основе аналитического ре­шения так называемой обратной фотограмметрической задачи по данным геодезической или географической привязки снимков к местности. При космической фотосъемке задача определения эле­ментов внешнего ориентирования может быть решена также по данным измерения фотоснимков звездного неба. Эти снимки полу­чают с помощью специальной звездной камеры, определенным образом ориентированной относительно камеры, фотографирующей земную поверхность. Обе камеры работают синхронно, что обеспе­чивает одновременное получение снимков земной поверхности и звездного неба.

Аэрокосмические съемки принято делить на ряд классов и ви­дов в зависимости от назначения, используемых носителей, съе­мочной аппаратуры, технологии выполнения съемки, формы пред­ставления результатов.

Существуют несколько разновидностей съемок с самолета: аэро­фотографическая, тепловая инфракрасная, радиолокационная и др. Кроме того, традиционные аэрометоды включают ряд так на­зываемых геофизических съемок — аэромагнитную, аэрорадио­метрическую, аэроспектрометрическую, в результате выполнения которых получают не снимки, а цифровую информацию об ис­следуемых объектах.Из всех съемок наиболее распространенной является аэрофо­тографическая Вида аэрофотосъемок. Понятие о съемочном процессе. Фотографирование местности с воздуха может вестись не только с самолетов, но и с других носителей съемочной аппарату­ры: вертолетов, воздушных шаров, аэростатов, дирижаблей, пла­неров и т. п. Основное требование к аэрофотосъемочному полету состоит в том, чтобы самолет летел строго по намеченному прямолинейному маршруту на одной заданной высоте и сохранял при этом макси­мально возможную устойчивость. В реальных условиях полета штурман-аэрофотосъемщик, учитывая угол сноса самолета под влиянием ветра, находит такой курс его следования, при котором обеспечивается полет с некоторой путевой скоростью в заданном направлении относительно земной поверхности. За работой всего комплекса аэрофотосъемочной аппаратуры (аэрофотоаппарат, радиовысотомер, статоскоп, фоторегистрирующие приборы) следит непосредственно бортоператор. По данным о скорости и высоте полета он определяет и устанавливает на командном приборе такой интервал съемки, при котором выдержи­вается определенное перекрытие снимков в маршруте. В практике аэрофотосъемки принято по-разному называть и обозначать высоты фотографирования, измеряемые относительно различных уровней. Если высота фотографирования определяется от уровня моря, ее называют абсолютной. Высота фотографирования, измеряемая относи­тельно уровня аэродрома, называется относительной. Высоты фотографирования, кроме того, могут изме­ряться относительно среднего уровня территории съемки или отно­сительно конкретной точки на земной поверхности. В этом случае их называют соответственно средними и истинными высотами фотографирования. При расчете масштаба фотографирования, как правило, исходят из средней высоты фотографирования.

В зависимости от значений угловых элементов внешнего ориен­тирования камеры и характера покрытия местности снимками различают перспективную, плановую и стабилизированную аэро­фотосъемку, а также аэрофотосъемку одинарную, одномаршрутную и площадную (рис44).

Рис. 44 Схемы одинарной (а), одномаршрутной (б) и площадной (в)

аэрофотосъемки

Перспективную съемку выполняют при значительных углах на­клона оптической оси камеры от отвесной линии. При плановой аэрофотосъемке оптическую ось камеры стремятся уста­новить в отвесное положение, удерживая ее в фотоустановке в горизонтальном положении по уровню. При этом удается обеспе­чить вертикальность оптической оси камеры с погрешностью, не, превышающей обычно 3°. Стабилизированную аэрофотосъемку выполняют с помощью специальной гиростабилизирующей фотоустановки, которая обеспечивает получение снимков с углами наклона не более 40'. В настоящее время в целях картографирова­ния выполняют, как правило, только плановую и стабилизирован­ную аэрофотосъемку.

Под одинарной аэрофотосъемкой подразумевается,
фотографирование небольших участков местности, покрываемых
одиночными снимками.

Одномаршрутная аэрофотосъемка приме­
няется обычно для фотографи­рования линейных объектов. Одномаршрутная аэрофотосъемка применяется при исследо­ваниях речных долин, прибрежной полосы, при дорожных изыс­каниях и т. д. Выборочную маршрутную аэрофотосъемку характер­ных объектов географ может выполнять самостоятельно, сочетая ее с аэровизуальными наблюдениями. Для этих целей удобно ис­пользовать ручной аэрофотоаппарат или цифровую фотокамеру.

Выполняя площадную аэрофотосъемку равнинных районов, обычно стремятся делать продольное и поперечное перекрытие соответственно в 60 и 30%. При таком продольном перекрытии у трех смежных аэроснимков маршрута будет образовываться зона тройного перекрытия, наличие которой необходимо для выполне­ния различных фотограмметрических измерений. Если на аэрофото­снимке площадной съемки провести средние линии перекрытий, то на нем будет очерчена некоторая центральная часть, называемая его рабочей или полезной площадью. В этой части снимка иска­жения за перспективу и рельеф всегда меньше, чем в периферий­ных его частях.

Для того чтобы обеспечить в процессе аэрофотосъемки задан­ную величину продольного перекрытия, командный прибор должен включать АФА через заданные интервалы времени.

Наибольшее производственное применение, прежде всего для топографических съемок, получила площадная аэрофотосъемка, при которой снимаемый участок сплошь покры­вается серией параллельных прямолинейных аэросъемочных мар­шрутов, прокладываемых обычно с запада на восток. В маршруте

на каждом следующем снимке получается часть местности, изоб­раженной на предыдущем снимке. Аэрофотоснимки, получаемые с продольным перекрытием, образуют стереоскопические пары. Про­дольное перекрытие, выражаемое в процентах, устанавливается в зависимости от назначения аэрофотосъемки различным — от 10 до 80 % при среднем значении 60 %. Аэрофотосъемочные маршру­ты прокладывают так, чтобы снимки соседних маршрутов имели поперечное перекрытие. Обычно поперечное перекрытие составля­ет 30 %. Перекрытие снимков позволяет объединить разрозненные аэроснимки в единый массив, целостно отображающий заснятую территорию.

Время для съемки выбирают так, чтобы снимки содержали максимум информации о местности. Учитывают наличие снеж­ного покрова, смену фенофаз развития растительности, состоя­ние сельскохозяйственных угодий, режим водных объектов, влаж­ность грунтов и т. д. Обычно аэрофотосъемку выполняют в лет­ние безоблачные дни, в околополуденное время, но в некоторых случаях, например для изучения почв, лесов, предпочтение отда­ют поздневесенним или раннеосенним съемкам. Съемка плоско­равнинной местности при низком положении Солнца в утрен­ние или вечерние часы позволяет получить наиболее выразитель­ные аэроснимки, на которых микрорельеф подчеркивается про­зрачными тенями. Однако освещенность земной поверхности дол­жна быть достаточной для аэрофотографических съемок с ко­роткими экспонирующими выдержками. Поэтому съемку при вы­соте Солнца менее 20° обычно не производят. По завершении летно-съемочных работ оценивается качество полученных мате­риалов: определяется фотографическое качество аэронегативов (величина коэффициента контрастности, максимальная плот­ность, плотность вуали), проверяется прямолинейность съемоч­ных маршрутов, контролируется продольное и поперечное пере­крытие и др.

Носители съемочной аппаратуры Для выполнения съемки съемочная аппаратура устанавливает­ся на носитель, который поднимает ее на нужную высоту, пере­мещает относительно земной поверхности и обеспечивает опре­деленное ориентирование в пространстве. Носители съемочной аппаратуры можно разделить на две основные группы: авиацион­ные и космические.

Авиационные носители. Для аэросъемки используют серийные самолеты, которые специально приспосабливают для установки съемочной аппаратуры. Помимо летного экипажа (пилоты, ради­сты и др.) на борту аэросъемочного самолета находятся штурман - аэросъемщик и бортоператор, непосредственно работающий с ап­паратурой. Для аэросъемок в географических экспедициях исполь­зуют легкие самолеты и вертолеты. Большими возможностями об­ладают комплексные летающие лаборатории, создаваемые на базе самолетов с различными летно-техническими характеристиками — ТУ-134, ИЛ-18, АН-12 и др., которые обычно оснащаются всеми видами съемочной аппаратуры: аэрофотоаппаратами, сканерами, радиолокаторами.

Первый отечественный специально сконструированный само­лет-лаборатория АН-30 имеет в носовой части кабину с хорошим обзором для работы штурмана-аэросъемщика. В ней установле­ны оптические визиры для прокладки съемочных маршрутов и другие вспомогательные приборы.Съемочные системы, используемые в аэрокосмических методах, должны обеспечить получение снимков, пригодных для геометриче­ских и фотометрических измерений,.визуального дешифрирования я автоматизированной машинной обработки. Для практики тре­буются снимки различных масштабов и разрешения, охватывающие сильно отличающиеся по площади территории. Требования, предъ­являемые к съемочным системам, зачастую противоречивы и труд­но удовлетворимы одновременно. Поэтому, очевидно, не может быть одной универсальной съемочной (Системы, удовлетворяющей все требования потребителей. В настоящее время эксплуатируются десятки разновидностей съемочных систем — сложных приборов многократного действия, рассчитанных на работу в условиях виб­рации и перегрузок, отличающихся принципом работы, используе­мым диапазоном длин волн, приемниками излучения и т. д. Обычно съемочные системы делят на фотографические, в которых для получения снимков используется видимое (световое) и ближ­нее инфракрасное излучение, и нефотографические, работающие в других участках спектра. При рассмотрении принципов получения снимков мы подразделим их на системы, обеспечивающие одно­моментное получение всего кадра снимка, системы, последователь­но формирующие изображение снимка из узких полос (строк), и, наконец, системы, которые образуют изображение снимка из от­дельных элементарных участков (элементов изображения).Фотографические камеры -- это наиболее распространенная и наиболее универсальная съемочная аппаратура. Они отличаются в зависимости от назначения -- наземных, воздушных или космиче­ских съемок. Центральное место среди фотографических съемоч­ных камер занимает аэрофотоаепарат, с помощью которого вы­полняется фотографическая съемка с самолета. Аэрофотоаппарат. Обычно аэрофотоаппараты делят на карто­графические, предназначенные для получения снимков с высокими

измерительными геометрическими свойствами, и некартографиче-_ские — д_ля рекогносцировочных съемок, получения цветных сним­ков для дешифрирования и т. д. Принципиальная схема кадро­вого аэрофотоаппарата изобра­жена на рис. 3.1. Наиболее рас­пространенный в СССР размер кадра картографических аэрофо­тоаппаратов 18X18 см, а за ру­бежом — 23x23 см, хотя исполь­зуются аэрофотоаппараты с раз­мером кадра 6X8, 13X18, ЗОХ ХЗО см.Важнейшей частью аэрофото­аппарата, определяющей его раз­меры, является объектив, состоя­щий из 4—10 линз, которые по­добраны таким образом, чтобы их погрешности взаимно компен-

у? = 500 мп

Рис. 3.1. Аэрофотоаппарат:

о — принципиальная схема; б — серия аэрофотоаппаратов АФА-ТЭ с разными фокусными расстояниями; / — аэрофото-установка; 2 — корпус с объективом; 3 —кассета; 4 — команд­ный прибор

ивном случае — сжато. Поэтому снимки, полученные аэрофото­аппаратами со шторно-щелевыми затворами, не используют для точных фотограмметрических измерений.

Принципиально важной частью аэрофотоаппарата является ус­танавливаемая в фокальной плоскости прикладная рамка, к кото­рой во время экспонирования прижимается аэропленка. Перед экспонированием аэропленка тщательно выравнивается в плос­кость или прижимом к стеклу, или пневматически. Дело в том, что малейшее отступление от плоскости прикладной рамки приводит к| ощутимым геометрическим искажениям изображения.

На самолете специальная аэрофотоустановка с амортизатора­ми, предохраняя аэрофотоаппарат от вибраций, обеспечивает за­данное его положение: вертикальное направление оптической оси при плановой съемке и наклонное — при перспективной. Для ста­билизации заданного положения аэрофотоаппарата и уменьшения

неизбежного -наклона плановых снимков применяют гиростабили>-зирующие установки, использующие свойства гироскопа сохранять в пространстве неизменное положение. При 'работе на больших высотах аэрофотоаппарат изолируют от внешней среды, а съемку ведут через иллюминатор.

Процесс аэрофотосъемки обычно сопровождается определением пространственного положения самолета в моменты фотографирова­ния. Для этого в комплекте с азрофотоаппаратами используют радиовысотомер для определения истинной высоты полета само­лета и дифференциальный барометр-высотометр (статоскоп) для точного 'измерения разности высот полета в моменты фотографи­рования, а также радиогеодезическую аппаратуру для получения плановых координат самолета. Для радиогеодезического определе­ния положения самолета в районе съемки располагают 2—3 спе­циальные наземные радиостанции, которые, работая совместно с самолетной, позволяют измерять расстояния между самолетом и •наземными станциями в моменты фотографирования.

Неотъемлемой частью съемочных систем служит бортовой компьютер, управляющий их автоматической работой. Съемочная аппаратура дополняется комплексом приборов для точного опре­деления во время полета пространственных координат и углов наклона носителя — радиовысотомерами, ГЛОНАСС/ОР8 -при­емниками, инерциальными системами. Работа электронных съе­мочных систем тесно связана с бортовыми средствами передачи видеоинформации на Землю и наземными пунктами приема этой информации. Применяются два режима передачи: синхронно с выполнением съемки (в зоне прямой видимости) с предваритель­ной записью снятой видеоинформации на запоминающие устрой­ства на борту носителя и быстрым ее сбросом во время пролета над пунктом приема. Все съемочные системы, предназначенные для получения аэрокосмических снимков, не только регистриру­ют необходимую видеоинформацию, но, к сожалению, вносят в нее неизбежные аппаратные искажения.

Каждый аэрокосмический снимок, помимо изображения зем­ной поверхности, содержит служебную информацию: регистра­ционный номер, дату и точное время съемки, параметры съемоч­ной аппаратуры, координатные метки, калибровочные данные и другие характеристики, необходимые для его последующей обра­ботки и практического использования.

.

Дата добавления: 2014-01-06