13.1 Наземна стереофотограмметрічеськие
Наземна стереофотограмметрічеськие зйомка - це складання плану шляхом обробки знімків місцевості, отриманих фотографуванням її камерами, встановленими на земній поверхні. Таку зйомку особливо часто застосовують при зйомці гірській місцевості.
Фотографування місцевості виконують фототеодоліта, а в даний час частіше цифровими фотокамерами.
Фототеодоліт - прилад, який представляє собою фотокамеру з ориентирующим пристроєм, що служить для орієнтування фотокамери в потрібному напрямку. На рис. 13.1 показаний фототеодоліт Р 30 фірми Вільд (ФРН), у верхній частині якого укріплений теодоліт, який використовується як для орієнтування фотокамери, так і для виконання необхідних кутових вимірювань.
Ділянка місцевості фотографують з двох точок S1 і S2 (рис. 13.2). Відстань між ними називається базисом фотографування.
В результаті фотографування місцевості на скляній фотоплатівці, вміщеній в касету фотокамери, фіксується знімок - зображення місцевості і координатні мітки (рис. 13.3).
Мал. 13.1 Фототеодоліт P30
Мал. 13.3 Фотознімок (лівий)
На знімку вимірюють координати зображень точок місцевості і їх поздовжні паралакси. Координатними осями знімка служать осі x і z. що проходять через координатні мітки. На рис. 13.3 показаний знімок і на ньому - координати x1 і z1 зображення m1 точки місцевості M (див. Рис. 13.2).
При виготовленні та юстирування фототеодоліта прагнуть, щоб перетин O осей x і z збігалося з головною точкою знімка, тобто з точкою перетину площини знімка головним променем - проектує променем, перпендикулярним до площини знімка.
Нормальним випадком зйомки вважають такий, коли при фотографуванні головний промінь фотокамери S1O1 (рис. 13.4) встановлюють в горизонтальне положення і в обох точках (S1 і S2) направляють перпендикулярно базису. Але часто зйомку виконують з відхиленням головних променів від нормалі до базису на однакові або навіть різні кути.
За результатами вимірювань обчислюють просторові координати точок місцевості, виражені в фотограмметричної системі координат S1XYZ (див. Рис. 13.4).
Мал. 13.4 Зв'язок координат x, z на знімках
з фотограмметричними координатами X. Y. Z:
а - проекція на горизонтальну площину S1XY;
б - проекція на вертикальну площину S1YZ
Початком фотограмметричних координат служить центр проекції лівого знімка S1. Осі X і Y лежать в горизонтальній площині. За вісь Y прийнято напрямок головного променя фотокамери O1S1. а вісь X перпендикулярна до нього і при нормальному випадку зйомки лежить в одній вертикальній площині з базисом. Вісь Z спрямована вгору по стрімкій лінії. Точки О1 і О2 - головні точки лівого і правого знімків. Точка місцевості М відіб'ється на лівому знімку в точці m1. а на правому - в точці m2. Для обчислення фотограмметричних координат точки M використовують такі очевидні співвідношення:
де X. Y. Z - фотограмметричні координати точки M;
f - фокусна відстань камери;
Зі співвідношень (13.1) випливають формули для обчислення фотограмметричних координат:
При зйомці значних ділянок місцевості фотографування різних її частин доводиться виконувати з різних базисів, отримуючи координати точок місцевості в різних фотограмметричних системах.
Від фотограмметричних координат X. Y. Z переходять до геодезичним прямокутним координатам, наприклад, координатами Гаусса-Крюгера x. y і нормальним висот H. При нормальному випадку зйомки цей перехід виконують, використовуючи формули:
де. . . - геодезичні прямокутні координати пікету M і центру проектування S1;
і - висоти тих же точок;
a - кут дирекції осі Y. тобто напрямку головного променя фотокамери O1S1.
Координати і висоту центру проектування, а також дирекційний кут напрямку O1S1 визначають прив'язкою до опорної геодезичної мережі.
Обчисливши координати і висоти достатнього числа пікетів, розташованих в характерних точках контурів і рельєфу, і завдавши їх на план, викреслюють обриси контурів і горизонталі. Обчислення і графічні побудови автоматизовані і виконуються за стандартними програмами на цифровий фотограмметричної станції ЦФС, що включає комп'ютер, дисплей, пристрої введення і виведення інформації, в тому числі графічний пристрій. Знімки місцевості вводяться в ЦФС в цифровому вигляді. Для цього, якщо зображення місцевості отримано на фотопластинці або фотопапері, його сканують і перетворять в цифрову форму. При фотографуванні цифровими камерами відразу отримують цифрові знімки. В результаті подальшої обробки знімків формується цифрова модель місцевості і при необхідності на графобудівнику викреслюється план місцевості.
Відзначимо, що наземна стереофотограмметрічеськие зйомка застосовується не тільки для складання планів місцевості. Фотографуючи фасади будівель, архітектурні та історичні пам'ятники, створюють креслення, докладно відображають деталі їх форми, що дозволяють виконувати точні їх обміри та створювати документи, які використовуються в подальшому, наприклад, при реставраційних роботах.
13.2 Сканерна зйомка
Лазерний сканер - прилад, призначений для автоматичного визначення просторових координат безлічі точок, розташованих на поверхні об'єкту зйомки.
Сканер випромінює лазерний промінь, який, відбившись від поверхні об'єкта, повертається до приладу. За часом проходження сигналу, як і в Светодальномер, визначається відстань до точки відображення.
Кроковий двигун приладу системою дзеркал змінює напрямок лазерного променя. По кутах повороту дзеркал і виміряним відстані обчислюються тривимірні координати точки.
Інтерфейсним кабелем сканер з'єднаний з комп'ютером, який за встановленою програмою керує роботою сканера і обробляє результати вимірів.
Під час зйомки поверхню об'єкта покривається "хмарою точок", тобто безліччю точок, щільність яких може здаватися в межах від часток міліметра до декількох сантиметрів. В результаті обробки вимірювань отримують тривимірну модель об'єкта. Цю модель можна розглядати на екрані комп'ютера під різними кутами зору і в різних проекціях, а також виконувати на ній обмір цікавлять частин об'єкта зйомки.
Обмежене поле зору сканера і форма об'єкта зйомки зазвичай не дозволяють виконати зйомку всього об'єкта з однієї установки сканера. Тому сканування виконують з декількох позицій сканера, покриваючи об'єкт "хмарою точок" по частинах. При цьому частини хмари повинні мати перекриття, тобто загальні точки, що дає можливість "зшивати" ці частини в одне ціле. Такими загальними точками служать характерні, особливо чіткі точки об'єкта або спеціальні мішені, що встановлюються перед зйомкою на об'єкті. При необхідності центри мішеней геодезичними вимірами прив'язують до існуючої геодезичної мережі. Такий прив'язкою забезпечується подання всієї моделі в єдиній з геодезичної мережею системі координат.
Мал. 13.5 Лазерний сканер Leica HDS2500
Сканери існують різної точності (рис. 13.5). Вибір сканера залежить від характеру розв'язуваної задачі. Так, точні сканери при відстані від приладу до об'єкта 50 м забезпечують визначення положення точок з похибками, що не перевищують 3-6 мм. Сканери з дальністю зйомки 400 м і більше характеризуються точністю в кілька сантиметрів.
Метод лазерного сканування застосовується для оперативного складання плану ділянки місцевості, а також для зйомки штучної споруди або фасаду будівлі і отримання їх точних креслень.