Методы создания цифровых карт по материалам аэрофотосъемки

Методы создания цифровых карт по материалам аэрофотосъемки

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Технология создания карт, основанные на аналоговых и аналитических методах фотограмметрии

.1 Аэрофотосъемка для создания топографических карт

.2 Стреротопографический метод создания топографических карт

.3 Комбинированный метод создания топографических карт

. Цифровые фотограмметрические технологии создания цифровых карт и ортофотопланов

.1 Технология создания цифровых карт на цифровых фотограмметрических станциях

.2 Элементы внутреннего ориентирования снимка

.3 Создание модели и взаимное ориентирование снимков

.4 Внешнее ориентирование модели

.5 Построение цифровой модели рельефа. Общие сведения о цифровых моделях рельефа

.6 Цифровое ортотрансформирование снимка

. Экспериментальные работы. Ортотрансформирование снимков в программном комплексеOrthoPhotoSDS

. Применение фотограмметрии в архитектуре

Заключение

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсовой работы является изучение методов создания цифровых карт по материалам аэрофотосъемки. Выполнить ортотрансформирование снимков и составить контурную часть карты по ортофотоплану. Курсовая работа включает теоретические исследования и экспериментальные работы. Теоретическая часть предусматривает обзор и анализ технологий создания топографических карт и планов фотограмметрическими методами. Экспериментальные работы включают:

составление рабочего проекта;

выполнение цифрового ортофототрансформирования снимка с использованием программы OrthoPhoto-SDS;

оценка точности выполненных работ;

оформление документации по экспериментальным работам.

Фотограмметрия - дисциплина, которая изучает формулы, размеры, свойства объектов, а также их пространственное расположение по изображениям.

В 20 веке началось развитие различных видов съемки. Появились такие виды как инфракрасная, телевизационная, радиолокационная, съемка на основе ПЗС (приборы с зарядовой связью). При съемке стали использовать различные носители аппаратуры (самолеты, вертолеты, космические носители и т.д.). Съемка стала производиться не только с точек земной поверхности, но и под водой, в центре взрывов и т.д. В связи с появлением компьютеров, а также на основе достижений оптики, физики, электроники и др. областей науки были разработаны аналитические фотограмметрические приборы и цифровые стереоплоттеры (ЦФС) (цифровые фотограмметрические станции). Появились новые виды фотограмметрической продукции ЦММ (цифровая модель местности), ЦМР (цифровая модель рельефа). Сущность фотограмметрии заключается в том, что количественные и качественные характеристики этих объектов определяются по их изображениям. Для этого по снимкам на основе геометрической обратимости фотографического процесса строится модель местности.

1. ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ КАРТ, ОСНОВАННЫЕ НА АНАЛОГОВЫХ И АНАЛИТИЧЕСКИХ МЕТОДАХ ФОТОГРАММЕТРИИ

1.1    Аэрофотосъемка для создания топографических карт

топографический карта цифровой снимок

Развитие фотограмметрии связано с возникновением фотографии в 1839 году. В 1886г. В Санкт-Петербурге впервые была выполнена съемка территории с воздушного шара. Так было положено начало развития аэрофотосъемки в России.

Любому строительству предшествуют соответствующие изыскания, необходимым элементом которых является крупномасштабные топографические съемки. Топографические крупномасштабные планы используются при проектировании, строительстве и эксплуатации промышленных предприятий, инженерных сооружений и в многоотраслевом городском хозяйстве. Топографические съемки в мелких масштабах производятся с целью создания государственных топографических карт, для различных отраслей деятельности. Построение одиночной модели местности по паре снимков или модели местности по группе снимков, принадлежащих одному или нескольким маршрутам, связано с установлением в однозначное соответствие смежных связок проектирующих лучей и определением положения точек моделей в результате пересечения соответствующих лучей.

Аэрофотосъемка выполняется аэрофотоаппаратами (АФА) с различными фокусными расстояниями, в зависимости от характера съемки. Следует иметь ввиду, что у аэрофотоаппаратов с большим фокусным расстоянием разрешающая способность на краях снимка выше, а величина систематических ошибок снимков меньше. Поэтому предпочтительнее использовать короткофокусные АФА. Однако следует крайне осторожно подходить к использованию АФА с  так как они имеют неоднородное качество фотоизображения и разрешающую способность в центре и на краях снимка, большую дисторсию, большое влияние на положение точек снимка ошибки неприжима и клиновидности светофильтра. Кроме того, при съемки в определенных условиях может возникнуть эффект “ глория” (блики на фотоизображении).

При больших перепадах высот на местности  в пределах одной стереопары может оказаться, что разность продольных параллаксов  будет слишком большой. Если , то стереоэффект становится неустойчивым, а точность стереоизмерений низкой. Поэтому следует определить , при котором .

Масштаб создаваемой аэрофотосъемки зависит от масштаба создаваемой карты. Мелкий масштаб позволяет количественно сократить объем аэрофотосъемочных работ, фотограмметрического сгущения, работ по составлению карты. Но и в это же время усложняются работы по маркировке, дешифрированию и достижению точности стереотопографических работ. При крупном масштабе аэрофотосъемки все с точностью наоборот, но количественно возрастают объемы работ.

1.2 Стереотопографический метод создания топографических карт

В районах с большим количеством контуров точки съемочного обоснования намечают на естественных контурах. Контуры должны были четкими и обеспечивать идентификацию с ошибкой не более 0.1мм в масштабе карты. Есть такие места где четко определить точку местности на аэрофотоснимке не возможно, для этого на местности производят маркировку точки. При маркировке стараются чтобы затраты на нее уходили минимальные. Для этого практически всегда точки маркируют таким образом, что вокруг нее снимают дерн (если на асфальте, то рисуют) правильной геометрической фигуры (крест, треугольник, квадрат и т.д.).

Дешифрирование изображения нужно для того чтобы на снимках можно было распознать объекты местности, их численность, качественные характеристики и т.д. Дешифрирование может выполняться на аэрофотоснимках, фотосхемах и фотопланах. Материал который используется для дешифрирования должен быть близким к масштабу создаваемой карты. Для того чтобы экономическая эффективность работ по дешифрированию была как можно лучше нужно заранее выбирать оптимальный масштаб аэрофотосъемки и фотоматериала, предоставить необходимые технические средства для камерального производства, собрать весь материал для того чтобы в дальнейшем обойтись без полевого обследования, выбрать технологическую последовательность процессов.

Существует два варианта составления карт на универсальных приборах: на чертежном плане и на фотоплане. Какой вариант применять зависит от масштаба создаваемой карты, рельефа местности, контурной нагрузки. Разрешающая способность изображения полученного на фотопленке выше, чем на фотобумаге. На протяжении многих лет отработана технология с использованием ЦМР для масштабов 1:5000 и крупнее. Данные для ЦМР можно получить с помощью универсальных приборов с ошибкой . Чтобы составить карту на универсальном приборе нужны исходные данные такие как: диапозитивы на стекле, элементы внутреннего ориентирования АФА , расстояние между координатными метками, установочные величины для коррекционных механизмов, базисные компоненты, каталоги координат точек, снимки с наколами и абрисами этих точек, основа с координатной сеткой рамкой трапеции и опорными точками, снимки или фотосхемы.

1.3Комбинированный метод создания топографических карт

Технологическая схема комбинированной съемки

Рисунок 1-Технологическая схема комбинированной съёмки

Комбинированный метод применяется в тех случая когда стереотопографический метод не обеспечивает требуемую точность отображения рельефа. При комбинированном классическом методе производится полевая съемка рельефа и дешифрирование на фотокопиях с фотоплана. Фотопланы содержат значительно больше информации о местности, чем графические планы, поэтому обладают большей объективностью и достоверностью. Но если на местности есть большие колебания рельефа то при создании фотопланов возникают некоторые трудности. В случае многоэтажной плотной застройки фотопланы невыгодны.

При комбинированном методе по аэрофотоснимкам получают только фотоплан поэтому высота фотографирования не оказывает влияния на точность конечной продукции. Имеет значение только масштаб аэрофотосъемки. Параметры аэрофотосъемки  и  определяются выбранным масштабом аэрофотосъемки. При создании фотопланов наиболее сложной частью работы является учет ошибок за рельеф. Поэтому лучше всего свести к минимуму объем этих работ.

В настоящее время применяется этот же метод, но для создания цифровых карт на фотограмметрических станциях.

. ЦИФРОВЫЕ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ КАРТ И ОРТОПЛАНОВ

2.1 Технология создания цифровых карт на цифровых фотограмметрических станциях

Применение цифровых методов фотограмметрии в практике топографических, кадастровых и других съемок, как и картографического обеспечения геоинформационных и кадастровых систем, стало реальностью сегодняшнего дня. Это обстоятельство и послужило основанием для того, чтобы в действующих инструкциях по фотограмметрическим работам были обозначены как основные задачи, решаемые цифровыми методами, так и критерии их эффективности.

Этапы построения модели:

а)      внутреннее ориентирование снимков;

б)      взаимное ориентирование. Базисная система координат;

в)      вычисление фотограмметрических координат точек модели;

г)       внешнее ориентирование модели;

д)      цифровое трансформирование снимков (обработка).

Требования к цифровым фотограмметрическим системам (ЦФС) делятся на общие, технические и технологические.

Общие требования к ЦФС включают такие условия, как строгость алгоритма, максимальная автоматизация процессов обработки, гарантированное решение задачи при наличии теоретической возможности, использование всей геометрической точности исходных изображений, насыщенность алгоритмов логическими операциями контроля полноты и корректности данных, авторская поддержка программных средств и др.

Технические требования определяют главные условия функционирования цифровых систем и в частности - возможность обработки черно-белых и цветных снимков в сжатых и несжатых форматах, отсутствие ограничений на объем памяти и быстродействие ПЭВМ, peaлизация оптических и электронных средств стереоизмерении и ряд других.

Технологические требования к цифровым системам определяют перечень функциональных возможностей систем, наличие которых обеспечивает их эффективную эксплуатацию, в частности:

автоматическое распознавание и измерение изображений координатных меток и выполнение внутреннего ориентирования;

автоматическое стерео отождествление и измерение идентичных опорных и других точек местности перекрывающихся снимков;

внутреннее, взаимное и внешнее ориентирование снимков и моделей (маршрутов) по произвольному числу исходных точек (меток, крестов);

автоматическое построение по стереопарам цифровых моделей рельефа;

ортотрансформирование изображений с использованием информации о рельефе, представленной в виде горизонталей, высот отдельных точек (пикетов) в виде регулярной или нерегулярной ЦМР, формирование выходного ортоизображения с заданным геометрическим разрешением и автоматическое выравнивание яркостей элементов изображения.

Сбор цифровой информации об объектах местности в процессе стерео и моно векторизации (по эпиполярным снимкам и ортоизображению соответственно) с использованием настраиваемого классификатора, ее редактирование с помощью автоматизированных процедур и представление результатов в распространенных форматах.

2.2 Элементы внутреннего ориентирования снимка

Элементы внутреннего ориентирования снимка - это фокусное расстояние f и координаты главной точки x_o и y_o, позволяют найти положение центра проекции относительно снимка и восстановить связку лучей, существовавшую в момент фотографирования, так как снимки стереопары обычно получены одним фотоаппаратом, можно считать, что элементы внутреннего ориентирования пары снимков одинаковые.

На первом этапе цифровой фотограмметрической обработки снимка выполняют внутреннее ориентирование снимка. Для этого измеряют координаты координатных меток в системе координат цифрового изображения.

X_j; Y_j, где j = 1,…, К. Все j-номер координатной метки, а К-количество координатных меток. Для каждой координатной метки записываются уравнения вида:

_j = A_o+A₁*X_yj+A₂*Y_yjj = B_o+B₁*X_yj+B₂*Y_yj

, Bo, A₁, B₂ - коэффициенты преобразователя, находящиеся путем совместного решения уравнения.

X_yj, Y_yj - это координаты меток в системе цифрового изображения.

X_j, Y_j - координаты координатных меток в системе координат снимка. Они берутся из паспорта аэрофотоаппаратуры.

Рисунок 2- Внутреннее ориентирование снимка

2.3 Создание модели и взаимное ориентирование снимков

Одним из важных свойств стереопары снимков является возможность построения свободной модели местности путем взаимного ориентирования снимка. Модель строится в произвольно заданной системе координат и в произвольном масштабе. Введем фотограмметрическую систему координат, связанную только с парой снимков. Начало системы координат в точке S₁. Ось Z вдоль базиса фотографирования S₁S₂. Введем условие, что плоскость XZ проходит через главный луч первого снимка. Такая система координат называется базисной.

Рисунок 3- Взаимное ориентирование снимков

₁=0 α₁= αл

Ys₁=0 ω₁=0

Zs₁=0 χ₁= χл

Xs₂=B α₂=αп

Ys₂=0 ω₂= ωп

Zs₂=0 χ₂= χп

Для заданной системы координат элементы внешнего ориентирования левого и правого снимка имеют следующие значения: α₁, χ₁, ω₁, α₂, χ₂, ω₂ называются элементами взаимного ориентирования пары снимков. Базис выбирается произвольно и определяет масштаб модели.

2.4 Внешнее ориентирование модели

Для определения координат точек модели в геодезической системе координат необходимо выполнить геодезическое (внешнее) ориентирование.

Рисунок 4- Внешнее ориентирование модели

_гX_гY_гZ_г - геодезическая система координат;

SXYZ - фотограмметрическая система координат;

SX_гY_гZ_г - вспомогательная система координат, оси которой параллельны осям геодезической системы координат, а начало в точке S-начало фотограмметрической системы координат.

X₀,Y₀,Z₀ - геодезические координаты начала фотограмметрической системы координат.

Угол  - это продольный угол наклона модели. Это угол между осью Zг и проекцией оси Z на плоскость ZгXг.

Угол n - это поперечный угол наклона снимка, угол между осью Z и плоскостью XгZг.

Угол Q - это угол между осью Y и плоскостью YгZг на плоскости X Y, угол поворота модели.

Для внешнего ориентирования модели необходимо знать координаты опорных точек. Опорная точка - это точка с известными геодезическими координатами.

На первом этапе известными являются геодезические координаты Xг,Yг,Zг и X,Y,Z опорных точек, а неизвестными будут являться элементы внешнего ориентирования модели: X₀, Y₀, Z₀, E, , , t. Для нахождения семи неизвестных необходимо знать координаты как минимум трех опорных точек. После определения семи неизвестных элементов внешнего ориентирования будут определяться геодезические координаты Xг,Yг,Zг всех точек модели. После выполнения внешнего ориентирования производится оценка точности. Она определяется путем вычисления расхождения между геодезическими координатами:

∆ X_г= X_г'- X_г; (1)

∆ Y_г= Y_г'- Y_г; (2)

∆ Z_г= Z_г'- Z_г; (3)

Где X_г', Y_г', Z_г' - это координаты опорных (контрольных) в геодезической системе координат, вычисленные после внешнего ориентирования модели. X_г, Y_г, Z_г - координаты опорных точек, полученные из полевых работ (каталог координат).

2.5 Построение цифровой модели рельефа. Общие сведения о цифровых моделях рельефа

Цифровая модель рельефа (ЦМР) является составной частью цифровой модели местности (цифровой карты). Цифровой моделью рельефа будем называть некоторую метрическую информацию о топографической поверхности земли и правила обращения с этой информацией.

Существует много различных способов формирования ЦМР. Их можно разделить на три группы:

структурно-аналитические;

функциональные (или аналитические).

В структурно-цифровых моделях информация о ЦМР представлена координатами точек. Точки могут располагаться на орографических линиях, в характерных местах рельефа, на горизонталях, образуя сетку неправильных треугольников или четырехугольников. Для восстановления модели применяется линейная интерполяция.

Рисунок 5- Схема расположения точек

Особенностью структурно-аналитической модели рельефа является то, что аппроксимация (интерполяция) поверхности некоторой аналитической функцией выполняется по участкам отдельных элементов рельефа, ограниченных структурными линиями Исходная информация о рельефе задается координатами точек на границах и внутри участков.

Рисуно 6- Участки моделирования в структурно-аналитических моделях рельефа

К функциональным моделям относится наибольшее количество ЦМР. Здесь поверхность рельефа описывается некоторой функцией, например, полиномом, которая строится по координатам точек, задающих поверхность рельефа, информация о ЦMP хранится в виде параметров подобранной функции.

Для формирования ЦМР важно выбрать необходимое расположение и число исходных точек. Расположение, т.е. структура, измеряемых точек при сборе информации зависит от способа построения модели рельефа и стремления максимально точно задать топографическую поверхность при меньшем объеме измерений. По структуре первичной (исходной) информации о рельефе цифровые модели условно можно разделить на три основных типа.

А) Регулярная сеточная модель.

Точки регулярной сеточной модели располагаются в углах правильной сетки, состоящей из квадратов, прямоугольников в равносторонних треугольников.

Рисунок 7-Схемы расположения точек в регулярных сеточных моделях

Измерения, в таком случае, могут быть выполнены на универсальном приборе. При этом стереоскопическая марка последовательно перемещается вдоль осей X и У прибора с заданным шагом ∆ X и ∆ V и фиксируются аппликаты точек. Шаг разбиения сетки выбирается с таким расчетом, чтобы в дальнейшем можно было производить линейное интерполирование с заданной точностью

Б) Модели с нерегулярным (хаотическим) расположением точек.

В некоторых ЦМР информация задается координатами множества точек, расположенных в характерных местах рельефа и являющихся вершинами плоских треугольников, вдоль ребер которых выполняется линейная интерполяция, например, как в структурно-цифровых моделях.

По измерениям координат точек на снимках на стереокомпараторе по регулярной сетке также образуется нерегулярная сеточная модель из-за смещений точек, вызванных углами наклона снимков и рельефом местности.

В) Модели с частично регулярным расположением точек.

Для построения ЦМР с частично регулярным расположением точек информация может быть задана в виде системы профилей. Тогда измерения выполняются вдоль линий профиля в точках перегибов рельефа или в точках, расстояние между которыми изменяется в зависимости от сложности рельефа.

Рисунок 8-Расположение точек на линиях профиля в частично регулярной модели

Измеряемые точки могут располагаться на горизонталях с равным и неравным шагом.

Рисунок 9-Расположение точек на горизонталях в частично регулярной модели

Рассмотрим один из вариантов формирования функциональной ЦМР на примере построения модели профиля рельефа.

Построение цифровой модели профиля рельефа. Для построения функциональной модели профиля рельефа можно использовать различные алгоритмы, в данном случае для формирования ЦМР предлагается сплайн-аппроксимация, сущность метода сводится к следующему.

Функция рельефа f(У) на отрезке [а,b] задается координатами Уi, Zi;. точек, т.е. дискретно.

Рисунок 10-Профиль рельефа

Рисунок 11-Разбивка профиля на элементарные отрезки

Перед аппроксимацией рельефа данным методом строится промежуточная модель. Для этого вычисляются отметки всех граничных точек элементарных участков _[С_г , С_г+1] профиля и стандартных точек с координатами Yn. (n=I,….,5) на каждом элементарном участке. [1]

Рисунок 12-Разбивка профиля на элементарные отрезки

Элементарный отрезок [С_г , С_г+1] со стандартными точками Yn (n=I,....5).

Значения функции рельефа f (Уn) в указанных точках находятся путем линейной интерполяции по измеренным точкам. Для этого относительно каждой определяемой точки “n” ищутся два ближайших исходных пикета, расположенных слева и справа от точки " n " .

Рисунок 13-Графическая интерпретация линейной интерполяции

Вычисление искомой отметки в точке с координатой Yn, выполняется по формуле (4)

 (4)

Где Y_n , Y_n+1 - плановые координаты исходных точек, ближайших к определяемой;

Y_n - координата определяемой точки; Z_n - отметка определяемой точки;

Z_{i ,} Z_i+1- измеренные отметки исходных точек.

Конечным результатом построения ЦМР являются коэффициенты B_i полиномов вида на каждом элементарном участке [C_r,C_r+1] которые находятся по способу наименьших квадратов при условии непрерывности на границах элементарных отрезков [ С_r ,С_г+1].

 (5)

Точность построения ЦМР зависит от плотности точек исходной информации, размера элементарного участка аппроксимации и сложности (расчлененности) рельефа. Необходимо помнить, что на каждом элементарном участке [С_r , С_г+1] аппроксимации должно быть не более двух точек экстремума функции рельефа. За точки экстремума функцииZ_min. ^и _Zmax принимаются такие между которыми уже нет других точек перегибов рельефа требующих отображения.

Рисунок 14-Экстремальные точки рельефа

2.6 Цифровое ортотрансформирование снимка

Применение фототрансформирования предполагает установление коллинеарного соответствия между объектами местности и их изображениями на фотоснимке. Это условие выполняется для фотоснимков плоской местности, если и формат, масштаб фотографирования и размеры картографируемого участка позволяют пренебречь влиянием кривизны Земли. При наличии на местности значительных превышений использование перспективного трансформирования фотоснимков уже не дает нужной степени приближения к ортогональной проекции.

При ортофототрансформировании исходный фотоснимок разбивается на маленькие элементарные участки, для которых влияние угла наклона и рельефа местности становятся незначительными. На этом основании перспективное трансформирование каждого участка заменяется масштабным преобразованием, которое приводит изображение к заданному масштабу.

В пределах каждого элементарного участка изображение исходного фотоснимка проектируется со своим коэффициентом увеличения n, при котором на светочувствительном материале получается ортогональная проекция местности в заданном масштабе.

Значение этого коэффициента увеличения вычисляется по высотам Н тех точек местности, чье изображение на исходном фотоснимке совпадает по положению с так называемыми центрами привязки элементарных участков, т.е. тех его точек, для которых устанавливается строгое взаимно однозначное соответствие с одноименными точками местности (точка М).

Рисунок 16-Положение центров привязки текущего элемента участка на фотоснимках стереопары, модели местности и ортогональной проекции.

Ортофототрансформирование наряду с фототрансформированием находит широкое применение на производстве. Ортофототрансформирование выполняется на ортофототрансформаторах типа ОФПД, Ортофот, Ортокомп. Ортофототрансформирование следует проектировать тогда, когда число зон трансформирования превышает трех. Оно может быть запроектировано в сочетании с другими методами на отдельные участки на основе характера анализа рельефа.

Процесс ортофототрансформирования состоит из нескольких этапов:

а)       подготовительные работы (расчет данных, подготовка УП и ОФПД к работе);

б)      построение модели;

в)      сканирование модели;

г)       получение ортофотоснимков;

д)      монтаж фотоплана;

е)       оценка точности изготовления фотопланов.

Изготовление ортофотопланов может выполняться по нескольким технологиям в зависимости от конкретных условий производства. Наиболее часто встречаются технологии, показанные на рисунке.

Цифровое трансформирование фотоснимков является логическим развитием метода ортофототрансформирования. Различают два способа цифрового трансформирования: цифровое трансформирование всего снимка и цифровое ортофототрансформирование.

Цифровое трансформирование заключается в преобразовании массива трехмерной цифровой информации (координат x, y и оптических плотностей точек) изображения исходного снимка в трансформированную информацию соответствующую горизонтальному снимку заданного масштаба.

При его осуществлении координаты идентичных точек исходного и трансформированного фотоснимков находятся во взаимно однозначном соответствии, которое может быть выражено с помощью формул коллинеарного соответствия:

;(6)

;

Где

-координаты горизонтального фотоснимка;

-координаты точек исходного фотоснимка;

- координаты точек трансформированного снимка;

-фокусное расстояния исходного снимка;

-компоненты матрицы ориентирования в геодезической системе координат;

-масштабный коэффициент.

Из анализа формул (6) следует, что для непосредственного решения задачи перспективного трансформирования фотоснимков требуется знание их элементов внутреннего и внешнего ориентирования.

На практике реализация такого решения стала возможной в результате обработки прибора аналитического трансформатора предложенного проф. А.Н. Лобановым и д.т.н. И.Г. Журкиным.

Этот способ применяется тогда, когда смещение точек, вызванное рельефом местности, не превышают допустимых значений, то есть при трансформировании плоскоравнинных территорий. В этом случае трансформирование сводится к исправлению изображения за угол наклона и приведение его к заданному масштабу.

Цифровое ортотрансформирование заключается в преобразовании по элементарным участкам исходного цифрового снимка в трансформированное цифровое изображение. Размеры элементарных участков цифрового трансформированного снимка определяются плотностью узлов ЦМР и зависят от характера рельефа и требований к точности создания цифрового фотоплана.

Из определения перспективного трансформирования следует, что получение трансформированного фотоснимка в требуемом масштабе основано на применении перспективного и масштабного преобразований, совместное действия которых можно выразить следующей формулой:

, (7)

где

-поточечный перенос изображения исходного фотоснимка;

-Общее масштабное преобразование трансформированного фотоснимка.

Из нее видно, что в пределах текущего элементарного участка геометрических преобразований не производится. Приведение получаемого трансформированного фотоснимка к заданному масштабу обеспечивается последующим общим масштабным преобразованием его изображения.

Процесс цифрового трансформирования фотоснимков осуществляется прямым и обратным методом.

В прямом методе направление движения измерительной информации совпадает с направлением при преобразовании координатных систем.

 (8)

В обратном методе трансформирования движение вычислительной и измерительной информации противоположно по направлению:

При сканировании трансформируемого фотоснимка производится формирование исходной матрицы  координат  пикселей и оптических плотностей.

. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РАБОТЫ. ОРТОТРАНСФОРМИРОВАНИЕ СНИМКОВ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ ORTOPHOTO-SDS

Для запуска программы дважды щелкнуть левой кнопкой мыши на изображение значка OrthoPhoto-SDS™.

Ввод исходных данных. Этот процесс включает в себя загрузку левого и правого снимков стереопары и ввод паспортных данных аэрофотоаппарата в сертификаты левого и правого снимков.

Рисунок 17-Сертификал левого снимка

Рисунок 18-Сертификал правого снимка

Внутренне ориентирование. Выполняется путём снятия отсчётов на координатные метки на левом и правом снимках.

Рисунок 19- отчеты на координатных метках

Взаимное ориентирование снимков. Выполняется по двенадцати точкам в стандартных зонах. После измерения координат всех ориентирных точек выполняются вычисления (определяются элементы взаимного ориентирования по условию компланарности). На основе полученных результатов выполняется редактирование измерений на точках, остаточный поперечный параллакс на которых превышает допуск, затем измерения и вычисления повторяются до тех пор, пока величина остаточного поперечного параллакса не станет допустимой.

Рисунок 20-Точки для внешнего ориентирования (после редактирования)

Внешнее ориентирование модели. Выполнялось по 10 опорным точкам, замаркированным на снимках. Одновременно с измерением координат опорных точек в программе создаётся каталог геодезических координат.

Рисунок 21-Расхождение на опорных точках

Создание цифровой модели рельефа. Цифровая модель рельефа, ЦМР - средство цифрового представления 3x-мерных пространственных объектов (поверхностей, рельефов) в виде трехмерных данных как совокупности высотных отметок или отметок глубин и иных значений аппликат (координаты Z) в узлах регулярной сети с образованием матрицы высот, нерегулярной треугольной сети (TIN) или как совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний.

В данном случае была создана нерегулярная ЦМР, содержащая порядка 100 точек. После измерения координат выполнялось редактирование измерений с целью устранения ошибок опознавания (аналогично предыдущим процессам).

Рисунок 22- нерегулярная ЦМР

Рисунок 23-Нерегулярная ЦМР после исправления

Визуализация ЦМР. Построение горизонталей и поверхности. В результате этого этапа были получены растровое изображение визуализации ЦМР и векторное изображение в виде горизонталей (посредством ПП GS Surfer 7).

Рисунок 24-Растровое изображение визуализации ЦМР

Ортотрансформированием называется процесс исправления снимков за углы наклона и за рельеф, а также приведение их к заданному масштабу.

Результатом построения ЦМР будут геодезические координаты всех точек модели. По этим координатам, а также полученным из построения модели элементам внешнего ориентирования, вычисляются координаты точек на ортотрансформированном снимке. Графическое представление зоны ортотрансформирования представлено на рисунке 26

Рисунок 25- Параметры трансформирования

Рисунок 26-. Графическое представление зоны ортотрансформирования

.ПРИМЕНЕНИЕ ФОТОГРАММЕТРИИ В АРХИТЕКТУРЕ

Все строительные сооружения постоянно подвергаются разрушительному воздействию сил природы и цивилизации и поэтому требуют ремонта через определенные промежутки времени. Если при этом речь идет о памятниках архитектуры, то необходимые работы нужно подготавливать с особой тщательностью и производить с учетом ряда моментов. Например, подобные работы предполагают обязательное проведение инвентарной съемки, точной и соответствующей действующим стандартам.

То же самое относится и к развалинам, которые должны быть сохранены для человечества в качестве архитектурного наследия. При этом зачастую возникает необходимость в специальных научных исследованиях, которые в свою очередь выдвигают особые требования. Перенесение памятника архитектуры в другое место несомненно связано со значительными, трудно прогнозируемыми, не подвергающимися расчету опасностями и поэтому, как правило, производится лишь после разработки полной, исчерпывающей документации о фактическом состоянии объекта, которая должна быть составлена таким образом, чтобы в случае повреждения или разрушения отдельных частей они могли бы быть восстановлены или заменены копиями.

Развитие промышленности и транспорта довольно часто связано с уничтожением памятников архитектуры, художественная ценность которых хотя и не столь высока, чтобы оправдать расходы на перенесение, но тем не менее достаточно значительна для искусствоведения, и поэтому необходимость составления соответствующей документации актуальна до слома.

Особую значимость приобретает систематичность ведения документации на имеющиеся памятники архитектуры, не связанной с нуждами строительства, а скорее необходимой для инвентаризации. Получаемые при этом материалы образуют основу для проведения ремонтных или восстановительных работ в случае разрушений. Наконец, искусствоведческие исследования опираются на такие материалы, если по форме и размерам памятников можно делать определенные выводы.

Часть материалов, необходимых для решения указанных выше задач, особенно изображения памятников, быстро, с небольшими затратами ручного труда, а также финансовыми может быть получена с помощью наземных фотограмметрических методов. По сравнению со съемкой классическими методами фотограмметрия, несмотря на высокую стоимость приборов, имеет многочисленные преимущества: не надо взбираться на строительные сооружения; отпадает необходимость в строительстве лесов; продолжительность наружных (полевых) работ сокращается. Применение фотограмметрических методов имеет значительные экономические преимущества, которые, однако, в большой мере зависят от характера объекта и прежде всего от технических характеристик применяемой съемочной аппаратуры.

Таким образом, одной из основных задач фотограмметрии в архитектуре является выполнение архитектурно-строительных обмеров с целью реконструкции и реставрации зданий, а также в научно-исследовательских целях.

Масштабы обмерных чертежей, планов и отдельных фрагментов, требования к полноте и точности их составления определяются в техническом задании в зависимости от назначения архитектурно-строительных обмеров.

Исходя из технических возможностей современной технологии фотограмметрических методов съемки, устанавливается классификация точностей выполнения обмерных работ, которая указана в таблице. При создании фотопланов фасадов зданий, составляемых для обзорных целей, допускаются перспективные смещения второстепенных деталей (карнизов, балконов), превышающие допуски.

Прецизионные измерения 1-го класса точности выполняются только аналитическим методом с указанием на чертежах размеров всех необходимых деталей.

Для разработки технических проектов реставрации крупных архитектурных ансамблей обмерные чертежи составляются в масштабах 1:100 и 1:200, для выполнения обмерных работ на стадии рабочих чертежей планы сооружений - в масштабах 1:20, 1:50, обмерные чертежи отдельных фрагментов - в масштабе 1:10 или 1:5.

Создание архитектурных проектов зданий и сооружений.

Архитектурное проектирование включает в себя проектирование новых районов, зданий, сооружений, разрабатывание новых архитектурных форм, внутреннюю архитектуру. Сюда входят еще пространственное расположение объектов, выбор конструкции и строительных материалов, организация рабочих мест и другие задачи. И здесь могут быть использованы фотографии, фотосхемы, ортофотопланы. Очень часто используется оптический монтаж фото- и стереоперспективы. Фотографии будущего сооружения получаются посредством чертежей или макетов.

б) Фотография макета

с) Фотомонтаж

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсовой работы выполнено следующее:

а)      рассмотрена технология создания карт, основанные на аналоговых и аналитических методах фотограмметрии;

б)      рассмотрена аэрофотосъёмка для создания топографических карт;

в)      рассмотрен стереотопографический метод создания топографических карт;

г)       рассмотрен комбинированный метод создания топографических карт;

д)      рассмотрены цифровые фотограмметрические технологии создания цифровых карт и ортопланов;

е)       рассмотрена технология создания цифровых карт на цифровых фотограмметрических станциях;

ж)      рассмотрено построение цифровой модели рельефа;

з)       проведена работа по ортотрансформированию снимков в программном комплексе OrthoPhoto-SDS;

и)      рассмотрено применение фотограмметрии в архитектуре.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.                 Лобанов А.Н. Фотограмметрия: Учебник для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Недра, 1984, 552с.

2.         Буров М.И., Краснопевцев Б.В., Михайлов А.П. Практикум по фотограмметрии. Учеб. пособие для вузов. - М.: Недра, 1987, 302с

3.         Гук П.Д. Технология создания карт фототопографическими методами. Учебное пособие. Новосибирск, 1990г

4.         Гук. Решение фотограмметрических задач с использованием ЭВМ-28.

5.         Аковецкий В.И. Дешифрирование снимков.М.,Недра,1983

А.С.Назаров Фотограмметрия

6. <http://ru.wikipedia.org>

. <http://www.racurs.ru>

. http://www.krugosvet.ru