Съемочное обоснование мензульной съемки

Мензульную съемку производят на основе опорной геодезической се­ти. Сеть может быть в виде теодолитных ходов, мензульных ходов, гео­метрической сети.

Мензульный ход представляет собой ряд закрепленных на местности точек, плановое положение которых на планшете получают графически с помощью мензулы и кипрегеля.

Геометрическая сеть - система треугольников, пункты которых полу­чают на планшете графическим способом. Если с точек созданного съе­мочного обоснования нельзя полностью выполнить съемку местности, то закрепляют переходные точки. Их положение на планшете получают уг­ловыми засечками.

15.3. Съемка ситуации и рельефа местности

Съемка ситуации и рельефа производится, как и при тахеометриче­ской съемке, полярным способом при вертикальном круге кипрегеля сле­ва от наблюдателя.

Установив мензулу над точкой съемочного обоснования, планшет центрируют, горизонтируют и ориентируют.

Лекция 16 ФОТОТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ

16.1. Фотограмметрия и её назначение

Фотограмметрия (от греч. слов photos свет, gramma запись, metreo измерение) - это наука определения количественных и качественных ха­рактеристик по снимкам.

Различают следующие виды фотограмметрических съемок:

1. Наземная фотосъемка.

2. Аэрофотосъемка.

3. Космическая фотосъемка.

Наземная фотосъемка применяется в основном при создании карт горных районов, карьеров. При этом применяются специальные приборы

- фототеодолиты, которые устанавливаются на штативе и поэтому их называют фототеодолиты.

Аэрофотосъемку широко применяют для создания топографических карт и планов различных масштабов (1:500 - 1:100 000). Аэрофотосъем­ка позволяет намного повысить производительность труда и экономиче­скую эффективность топографо-геодезического производства и инже­нерно-геодезических изысканий.

16.2. Аэрофотосъемка

Аэрофотосъемка - комплекс летно-съемочных работ, фотографи­ческих и фотограмметрических работ, в результате которых получают аэронегативы и аэрофотоснимки местности.

Плановым называется такое фотографирование, при котором опти­ческая ось аэрофотоаппарата отклоняется от отвесной линии не более, чем на 3°. Если это отклонение превышает 3°, то такая аэрофотосъемка называется перспективной или наклонной.

При топографической аэрофотосъемке основным видом фотографи­рования является плановое.

Аэрофотосъемка подразделяется на одиночную, маршрутную и пло­щадную.

Одиночной называется аэрофотосъемка при которой получают один или несколько снимков.

Маршрутной называется аэрофотосъемка полосы местности с одно­го захода самолета. При этом аэрофотоснимки взаимно перекрывают друг друга в направлении полета.

Площадной называется аэрофотосъемка значительной площади зем­ной поверхности путем проложения нескольких прямолинейных и взаим­но параллельных маршрутов. При этом аэрофотоснимки соседних мар­шрутов перекрываются (рис. 96).

Перекрытие аэрофотоснимков в направлении маршрута съемки на­зывается продольным и обозначается буквой p.

16.3. Аэрофотосъемочная аппаратура

При аэрофотосъемке снимки местности получают аэрофотоаппаратами Объектив аэрофотоаппарата должен давать резкое и геометрически правильное изображение. Современные аэрофотоаппараты являются полными автоматами. Они производят серию аэрофотоснимков через заданный промежуток времени, при этом величина экспозиции автомати­чески меняется из-за различной освещенности местности, автоматиче­скую перемотку аэропленки, её выравнивание и т. д.

Кроме АФА, при аэрофотосъемке применяют вспомогательные при­боры, которые позволяют определить, как были ориентированы аэрофо­тоснимки в пространстве в момент съем­ки. К этим приборам относятся статоскоп и радиовысотомер. Плоскость, в которую выравнивается аэрофотопленка и созда­ется изображение местности, называется плоскостью прикладной рамки или фокальной плоскостью аэрофотоаппарата.

На выравнивающем стекле нанесены координатные метки, опреде­ляющие координатную систему каждого снимка, изображение которых фиксируется на аэрофотоснимке. Размер прикладной рамки определяет формат аэрофотоснимка.

16.4. Аэрофотоснимок и карта. Их отличие и сходство

Аэрофотоснимок теоретически и практически резко отличается от карты, например, по внешнему виду. Вместе с тем карта и аэрофотосни­мок имеют много общего, так как оба эти документа являются изображе­нием местности. Это изображение как на карте, так и на аэрофотоснимке получено в определенном масштабе, которому свойственны размеры изображений тех или иных топографических объектов.

Существенное отличие аэрофотоснимка от топографической карты вытекает из геометрической сущности их получения.

Топографическая карта - ортогональная проекция местности (рис. 99, а), т. е. такая проекция, в которой изображение объектов мест­ности на плоскости получают с помощью проектирующих лучей, перпен­дикулярных к плоскости проецирования.

Ортогональная проекция характеризуется двумя основными свойствами: расстояния на карте пропорциональны горизонтальным проложением соот­ветствующих расстояний на местности; углы с вершинами в любой точке карты равны соответствующим горизонтальным углам на местности.

В отличие от карты на аэрофотоснимках изображение объектов мест­ности строится проектирующими лучами, пересекающимися в объективе аэрофотоаппарата.

Лекция 17.

ФОТОТОПОГРАФИЧЕСКИЕ СЪЕМКИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

17.1.Летносъемочные работы

Как правило, аэрофотосъемку выполняют в более мелком масштабе по сравнению с заданным масштабом изготовляемой карты или плана.

Аэрофотосъемку выполняют так, чтобы продольное перекрытие было не менее 60 %, а поперечное не менее 40 %.

Для обеспечения заданной величины перекрытий необходимо соблю­дать базис фотографирования. Базисом фотографирования называется расстояние между двумя соседними точками экспозиции,

Оценка качества летносъемочных работ выполняется по следующим критериям:

1) по качеству фотографического изображения;

2) величине продольного и поперечного перекрытия;

3) уклонению оси фотоаппарата от вертикали;

4) прямолинейности маршрута;

5) уклонению от заданной высоты полета самолета.

17.2. Масштаб аэрофотоснимка

Аэрофотоснимок горизонтального участка плоской местности, полу­ченный при отвесном положении оптической оси АФА, представляет собой контурный план этой местности, пригодный для различных измерений.

17.3. Смещение точки на снимке за счет рельефа

Проекция вертикали, проходящая через ось объектива называется точкой надира и обозначается n. Это самая неискаженная точ­ка на снимке. Точка А изобразится на снимке на расстоянии г от точки n, т. е.

17.4. Трансформирование аэрофотоснимков

Из-за влияния углов наклона при аэрофотосъемке и влияния рельефа местности изображение на аэрофотоснимке не соответствует плану, и поэтому возникает задача трансформирования аэрофотоснимка.

Трансформированием называется преобразование центральной проекции, которую представляет собой аэрофотоснимок, полученный при наклонной проекции главного луча, в другую центральную проекцию, со­ответствующую отвесному его положению, с одновременным приведени­ем изображения к заданному масштабу.

Наиболее распространен способ трансформирования при помощи особых оптических приборов - фототрансформаторов. Он состоит из проекционного фонаря с источником света, объектива, кассеты и экрана, на который проектируется трансформируемый снимок. Фототрансформа­тор позволяет устранить искажения аэрофотоснимков перемещением и наклоном кассеты и экрана до совпадения четырех ориентирующих точек аэронегатива с одноименными точками опорного планшета. Если после этого вместо планшета на экран положить фотобумагу и переснять нега­тив, то получают трансформированный снимок.

После трансформирования из рабочих площадей составляют план местности, который называется фотопланом.

17.5. Сгущение планово-высотного обоснования аэросъемки

Для трансформирования снимков надо иметь на них четыре точки с известными координатами. Эти точки могут быть получены при полевой привязке снимков, но тогда существенно увеличиваются объемы и стои­мость работ. Поэтому в полевых условиях производится разряженная привязка, при которой определяются координаты двух - трех точек на маршрут, а плановое положение четырех трансформационных точек ка­ждого снимка получают в камеральных условиях.

Процесс сгущения планового положения точек может выполняться пу­тем построения специальных сетей фототриангуляции или фотополиго- нометрии, пункты которых определяют аналитически на электронно­вычислительных машинах, а также путем графического построения.

17.6. Дешифрирование аэрофотоснимков

Распознавание по фотоизображению объектов местности и выявле­ние их содержания с обозначением условными знаками качественных и количественных характеристик называется дешифрированием.

Дешифрирование - наиболее важный, ответственный и весьма трудо­емкий процесс при изучении местности и явлений по аэрофотоснимкам.

От точности определения положения на фотоизображении дешифри­руемых элементов местности, достоверности и полноты их характеристик в значительной степени зависит качество получаемой по фотоснимкам информации.

В зависимости от содержания дешифрирование делится на топогра­фическое и специальное.

При топографическом дешифрировании с аэрофотоснимков получа­ют информацию о земной поверхности и элементах местности для со­ставления топографических карт и планов.

При специальном дешифрировании отбирают тематическую инфор­мацию (геологическую, геоботаническую, об элементах железнодорожно­го пути и т. п.).

Дешифрирование также разделяют на полевое, камеральное и ком­бинированное.

Полевое дешифрирование заключается в сличении аэрофотоснимка с местностью. Этот способ обеспечивает наивысшую полноту качества и достоверности результатов дешифрирования. Однако полевое дешиф­рирование требует значительных затрат времени и средств.

Камеральный способ дешифрирования заключается в анализе фото­изображения объектов местности с использованием всего комплекса признаков дешифрирования. При этом используются альбомы эталонов дешифрирования.

Комбинированный способ сочетает в себе процесс камерального и полевого дешифрирования. Бесспорно распознаваемые объекты мест­ности дешифрируются в камеральных условиях, затем осуществляют по­левую доработку сложных участков.

17.7. Создание топографических карт по аэрофотоснимкам

Топографические карты по аэрофотоснимкам создаются комбиниро­ванным и стереоскопическими методами.

При комбинированном методе контурная часть плана создается с ис­пользованием аэрофотоснимков в камеральных условиях, а рельеф сни­мается в поле при помощи мензулы.

Съемка рельефа выполняется на фотопланах, фотосхемах и на от­дельных снимках. Предварительно создается высотное съемочное обос­нование, для чего определяются высоты плановых опорных знаков или четких контуров. Параллельно со съемкой рельефа может выполняться дешифрирование.

Фотоплан (фотосхему или отдельный снимок) прикрепляют к планше­ту и определяют высоты характерных точек рельефа тригонометриче­ским нивелированием. При равнинном рельефе нивелирование выпол­няют горизонтальным лучом.

Фотоизображение помогает выбрать характерные точки. Кроме того, на хорошо видимые точки местности рейки не устанавливают, а углы на­клона измеряют наведением центра непосредственно на точки.

Расстояние между станцией и характерной точкой определяют по масштабу фотоплана. После определения отметок характерных точек проводят горизонтали.

Съемка рельефа на фотопланах требует в два раза меньше времени, чем при обычной мензульной съемке.

При стереофотограмметрических методах рисовка рельефа вы­полняется в камеральных условиях. Стереоскопическую модель местно­сти получают на специальных стереоприборах: измерительных стерео­скопах, стереокомпараторах, универсальных стереофотограмметриче- ских приборах, монокомпараторах и т. д., а также на экране монитора компьютера.

Различают два способа стереоскопической рисовки рельефа: универ­сальный и дифференцированный.

При универсальном способе при помощи перекрывающихся снимков на стереофотограмметрических приборах создается пространственная модель местности, по которой определяют координаты X, Y, Z любой точки местно­сти. В результате измерений стереомодели при универсальном способе го­ризонтали автоматически вычерчиваются на бумаге. Для этого используют приборы стереографы, стереометрограф топокарт.

При дифференцированном методе единый процесс создания плана или карты местности разделяется на ряд этапов. Высоты точек рельефа полу­чают в камеральных условиях, путем измерений стереомодели, но горизон­тали рисуют на снимках по этим высотам, как и при полевой съемке.

В последнее время широко стали использовать дигитайзеры-преоб­разователи графической информации в цифровую.

Лекция 18

ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ И СПУТНИКОВЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

18.1.Понятие о геоинформационных системах

Геоинформационные системы (ГИС) - это автоматизированные сис­темы, основными функциями которых являются сбор, хранение, интегра­ция, анализ и графическая визуализация в виде карт или схем простран­ственно-временных данных, а также связанной с ними атрибутивной ин­формации о представленных в ГИС объектах.

В качестве источников данных для создания ГИС служат:

- картографические материалы

- данные дистанционного зондирования (ДДЗ),

- результаты геодезических измерений на местности, выполняемые нивелирами, теодолитами, электронными тахеометрами, GPS приемни­ками и т. д.;

- данные государственных статистических служб по самым разным отраслям народного хозяйства,

- литературные данные (справочные издания, книги, монографии и статьи, содержащие разнообразные сведения по отдельным типам гео­графических объектов).

В ГИС редко используется только один вид данных, чаще всего это сочетание разнообразных данных на какую-либо территорию.

18.2. Классификация геоинформационных систем

Множество задач, возникающих в жизни, привело к созданию различных ГИС, которые могут классифицироваться по следующим признакам:

• По функциональным возможностям:

- полнофункциональные ГИС общего назначения;

- специализированные ГИС, ориентированные на решение конкрет­ной задачи в какой либо предметной области;

- информационно-справочные системы для домашнего и информа­ционно-справочного пользования.

Функциональные возможности ГИС определяются также архитектур­ным принципом их построения:

- закрытые системы не имеют возможностей расширения, они спо­собны выполнять только тот набор функций, который однозначно опре­делен на момент покупки;

- открытые системы отличаются легкостью приспособления, воз­можностями расширения, так как могут быть достроены самим пользова­телем при помощи специального аппарата (встроенных языков програм­мирования).

• По пространственному (территориальному) охвату ГИС подразде­ляются на глобальные (планетарные), общенациональные, региональ­ные, локальные (в том числе муниципальные).

• По проблемно-тематической ориентации - общегеографические, экологические и природопользовательские, отраслевые (водных ресур­сов, лесопользования, геологические, туризма и т. д.).

• По способу организации географических данных - векторные, рас­тровые, векторно-растровые ГИС.

18.3. Основные компоненты геоинформационных систем

К основным компонентам ГИС относят: технические (аппаратные) и программные средства, информационное обеспечение.

Технические средства - это комплекс аппаратных средств, приме­няемых при функционировании ГИС. К ним относятся рабочая станция (персональный компьютер), устройства ввода-вывода информации, уст­ройства обработки и хранения данных, средства телекоммуникации.

Рабочая станция используется для управления работой ГИС и выпол­нения процессов обработки данных, основанных на вычислительных и логических операциях. Современные ГИС способны оперативно обраба­тывать огромные массивы информации и визуализировать результаты.

Ввод данных реализуется с помощью разных технических средств и методов: непосредственно с клавиатуры, с помощью дигитайзера или сканера, через внешние компьютерные системы. Пространственные дан­ные могут быть получены с электронных геодезических приборов, с по­мощью дигитайзера или сканера, либо с использованием фотограммет­рических приборов.

Устройства для обработки и хранения данных интегрированы в сис­темном блоке компьютера, включающем в себя центральный процессор, оперативную память, запоминающие устройства (жесткие диски, пере­носные магнитные и оптические носители информации, карты памяти, флеш-накопители и др.).

Устройства вывода данных - монитор, графопостроитель, плоттер, принтер, с помощью которых обеспечивается наглядное представление результатов обработки пространственно-временных данных.

Программные средства - программное обеспечение (ПО) для реа­лизации функциональных возможностей ГИС. Оно подразделяется на базовое и прикладное ПО.

Базовые программные средства включают: операционные системы (ОС), программные среды, сетевое программное обеспечение, системы управления базами данных, а также модули управления средствами вво­да и вывода данных, систему визуализации данных и модули для выпол­нения пространственного анализа.

К прикладному ПО относятся программные средства, предназначен­ные для решения специализированных задач в конкретной предметной области. Они реализуются в виде отдельных модулей (приложений) и утилит (вспомогательных средств).

Информационное обеспечение - совокупность массивов информа­ции, систем кодирования и классификации информации. Особенность хранения пространственных данных в ГИС - их разделение на слои. Мно­гослойная организация электронной карты, при наличии гибкого меха­низма управления слоями, позволяет объединить и отобразить гораздо большее количество информации, чем на обычной карте.

18.4.Глобальные навигационные спутниковые системы

В настоящее время для определения положения точек или объектов в пространстве широко применяются глобальные навигационные спутни­ковые системы (ГНСС): американская NAVSTAR GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System) и российская ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система). Их глобальность обеспечивается функционированием на околоземных орбитах искусст­венных спутников (ИСЗ), видимых из любой точки Земли. Данные спутни­ки непрерывно передают высокоточные измерительные сигналы и соз­дают, таким образом, вокруг нашей планеты информационное коорди­натно-временное поле. Используя данное поле, с помощью специаль­ного приемника и программного обеспечения можно определять положе­ние точек и объектов в пространстве и времени.

18.5.Принцип действия ГНСС

Принцип, на котором основано действие ГНСС, весьма прост - местопо­ложение объекта определяется путем измерения расстояний от него до ис­ходных точек, координаты которых известны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В конспекте лекций изложены основные сведения по геодезии и топо­графии, дано описание геодезических приборов их устройства, рас­смотрены методы геодезических измерений, вычислений и оценки точно­сти их результатов, инженерно-геодезическое обеспечение изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений, общие вопросы по геоинформационным и спутниковым навигационным системам.

Приведенный учебный материал является основой для успешного ос­воения студентом практической части дисциплины «Инженерная геоде­зия» и приобретения навыков, необходимых инженеру, как для разработ­ки различных проектов, так и для строительства и изучения работы ин­женерных сооружений.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Инженерная геодезия (с основами геоинформатики) : учеб. / С.И. Матвеев [и др.] ; под ред. С.И. Матвеева. - М. : ГОУ УМЦ ЖДТ, 2007.

- 555 с.

2. Инженерная геодезия : учеб. для вузов ; под ред. Д.Ш. Михелева. - 4-е изд., испр. - М. : Академия, 2004. - 480 с.

3. Куштин, И.Ф. Инженерная геодезия : учеб. / И.Ф. Куштин, В.И. Куштин.

- Ростов-н/Д : Изд-во ФЕНИКС, 2002. - 416 с.

4. Инженерная геодезия : учеб. для вузов ж.-д. транспорта / Г.С. Бронштейн, В.Д. Власов, Н.С. Зайцев [и др.] ; под ред. С.И. Матвее­ва. - М; 1999. - 455 с.

5. Инженерная геодезия : учеб. для вузов ж.-д. транспорта /

А.А. Визгин, В.Н. Ганьшин, В.А. Каугия [и др.] ; под ред. проф. Л.С. Хре­нова. - г-е изд., перераб. и доп. - М. : Высш. лек., 1985. - 352 с.

6. Строительно-технические нормы Министерства путей сообщения Российской Федерации. Железные дороги колеи 1520 мм (СТН Ц-01-95).

7. Строительные нормы и правила Российской Федерации. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения (СНиП 11-02-96). - М., 1996.

8. Свод правил по инженерно-геодезическим изысканиям для строи­тельства (СП 11-104-97). - М., 1997.

9. Условные знаки для топографических планов масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500.-М.: Недра, 1989. - 286 с.

10. Инструкция по нивелированию 1-4-х классов. - М. : Недра, 1990.

- 167 с.

11. Ганьшин В.Н. Таблицы для разбивки круговых и переходных кри­вых / В.Н. Ганьшин, Л.С. Хренов. - М. : Недра, 1985.

12. Справочное руководство по инженерно - геодезическим работам / под ред. В.Д. Большакова и Г.П. Левчука. - М. : Недра, 1980. - 781 с.

13. Основы геоинформатики : учеб. пособие для студ. вузов в 2-х книгах / Е.Г. Капралов, А. В. Кошкарев, В.С. Тикунов [и др.] ; под ред.

В.С. Тикунова. - М. : Издательский центр «Академия», 2004. - 480 с.