Фотографические методы. Аэрофотометод. Основные аэрофотоматериалы

Каждый полевой исследователь обычно много фотографирует, используя фотоснимки в своей работе чаще всего как иллюстрации. Между тем фотоизображения могут также служить прекрасным средством изучения местности при условии, что фотографирование производится с помощью специального фотоаппарата и каждый участок снимается с двух пунктов для получения стереоскопической пары снимков.

Если известны элементы внешнего и внутреннего ориентирования фотокамеры, а на местности предварительно выполнены необходимые геодезические работы, то по снимкам можно весьма точно измерить сфотографированные объекты, например найти абсолютные и относительные высоты форм рельефа, определить их плановое положение, составить детальную карту местности с изображением рельефа горизонталями.

Кроме геометрических свойств, позволяющих осуществлять фотограмметрические работы, фотоснимки обладают еще определенными физическими свойствами (оптической плотностью, тоном, зернистостью, цветом И пр.), по которым можно судить о некоторых качественных особенностях сфотографированных объектов, например о геологическом строении и происхождении форм рельефа. Поэтому многое из того, что делается или по различным обстоятельствам не может быть сделано при наземной геоморфологической съемке, легко осуществимо в камеральных условиях по материалам фотографической съемки.

Фотоснимки, пригодные для их фотограмметрического и специального (геологического, геоморфологического или географического) изучения, получают путем съемки с самолета или путем наземной съемки при помощи фототеодолита. Соответственно можно различать аэрофотометод и фототеодолитный метод изучения местности.

Аэрофотометод. Любые полевые исследования в настоящее время немыслимы без применения аэрофотометода, т. е без широкого и всестороннего изучения местности по аэрофотоснимкам. Аэрофотометод оказывает глубокое влияние на геоморфологические исследования.

Он позволяет:
1) дать очень полную и точную морфологическую характеристику рельефа,
2) насытить эту характеристику ценными морфометрическими данными (относительные превышения форм, углы падения склонов, густота расчленения рельефа),
3) непосредственно наблюдать не только отдельные формы рельефа, но также целые морфологические комплексы,
4) определять размеры происходящих в рельефе изменений.

Все это значительно расширяет возможности генетического истолкования рельефа, определения его относительного возраста, стадии развития и современной динамики; т. с. решения таких вопросов, которые представляют большой общетеоретический и народнохозяйственный интерес.

В частности, с помощью аэрофотоснимков облегчается структурно-геоморфологический анализ территории, выяснение общей зависимости рельефа от тектонических структур как выраженных па поверхности, так и погребенных (например, от погребенных соляных куполов в районах, перспективных па нефть), изучение морфологии и динамики речных пойм при поисках россыпей, изучение динамики рельефа в районах строительства, сельскохозяйственного освоения и т. п.

Наконец, аэрофотометод позволяет значительно обогатить содержание и повысить точность геоморфологических карт, избежать той случайности и неравномерности их специальной нагрузки, которая обычна при одних только визуальных наземных наблюдениях.

Аэрофотоснимки обычно получают при вертикальном или очень близком к нему положении оптической оси камеры; в геометрическом отношении такие снимки приближаются к плану и благодаря этому могут быть использованы не только для изучения рельефа, но и в качестве топографической основы при производстве полевой геоморфологической съемки.

Обилие на снимках легко опознаваемых местных объектов, в том числе таких, которые отсутствуют даже на крупномасштабных топографических картах (границы полей, отдельные кустики или деревья, промоинки), позволяет хорошо ориентироваться на местности, с большой точностью наносить наблюдаемые объекты и проводить границы выделяемых форм рельефа и их комплексов.

При всех достоинствах аэрофотоснимков все же нельзя утверждать, что благодаря им потребность в топографической карте на тот же район для геоморфолога отпадает. В поле необходимо иметь при себе и аэрофотоснимки и топографические карты, которые, дополняя друг друга, позволяют вести геоморфологические исследования с наибольшей продуктивностью, добиваться повышенной объективности и точности сьемки.

Основные аэрофотоматериалы. При геоморфологических исследованиях применяют следующие аэрофотоматериалы: контактные отпечатки (аэрофотоснимки), репродукции с накидного монтажа, фотосхемы и фотопланы.

Каждый аэрофотоснимок геометрически представляет центральную проекцию земной поверхности на плоскости снимка, причем центром проекции является задняя узловая точка объектива.

Расстояние от центра проекции (S, задней узловой точки объектива) до плоскости снимка называют фокусным расстоянием камеры f. Основание перпендикуляра, опущенного из центра проекции на снимок, называется главной точкой снимка О. Практически она определяется пересечением двух прямых, соединяющих координатные метки, отпечатывающиеся на краях каждого снимка. Через главную точку и центр проекции проходит главный луч снимка, или оптическая ось камеры.

Если оптическая ось камеры в момент съемки вертикальна, то изображение плоской горизонтальной местности на снимке будет также и обычным планом этой местности. Следовательно, все контуры на таком снимке строго подобны соответствующим контурам на местности. Масштаб горизонтального аэроснимка плоской местности постоянен и равен отношению фокусного расстояния съемочной камеры к высоте фотографирования: m = f/H.

В действительности плоскость снимка в момент фотографирования не бывает строго горизонтальной, что вызывает искажение аэроснимка, т. е. смещение точек фотоизображения за наклон оси съемочной камеры. При отклонениях оптической оси камеры от вертикали, не превышающих 3—5°, эти искажения настолько незначительны, что снимок считают плановым.

Масштаб планового снимка находят, как среднее из определений по двум взаимно перпендикулярным направлениям, проходящим через центральную часть снимка. Для этого на снимке выбирают две пары контурных точек, хорошо опознаваемых также на карте. Масштаб снимка определяют по формуле: 1/m = l/L , где m — знаменатель численного масштаба снимка, l — расстояние между контурными точками на снимке, L — расстояние между теми же точками на местности, измеренное непосредственно в природе или установленное по крупномасштабной карте.

Кроме смещений за наклон точки снимка смещены еще за рельеф по направлениям, проходящим через точку надира п, которая находится на главной вертикали на расстоянии f = tgα от главной точки. Смещение за рельеф где h — превышение данной точки, r — ее расстояние от точки надира, H — высота съемки.

При положительных превышениях относительно средней горизонтальной плоскости контуры смещены от точки надира, при отрицательных — к точке надира и тем значительнее, чем больше размах высот и ниже высота съемки. В горах искажения за рельеф достигают настолько большой величины, что с ними приходится серьезно считаться при определении планового положения точек.

В зависимости от типа съемочной камеры размер контактных отпечатков бывает 18 х 1В, 24 x 24 или 30 x 30 см. Масштаб аэроснимков также разный — от 1:5000 до 1:60000. Снимки выдаются подобранными в порядке номеров по листам топографической карты, при этом их масштаб должен быть значительно крупнее, чем масштаб полевой съемки. Полученные отпечатки должны быть в меру контрастны, нормального тона, в хорошем состоянии и выполнены по возможности на полуматовой бумаге, позволяющей работать на них карандашом.

Кроме комплектов аэрофотоснимков при геоморфологических исследованиях используют репродукции с накидного монтажа в произвольном масштабе и репродукции с фотосхем или лучше с фотопланов в масштабе, близком к масштабу полевых работ или несколько крупнее.

Для получения накидного монтажа контактные отпечатки накладывают один на другой, совмещая их по идентичным контурам, и прикрепляют кнопками к листу фанеры или специальному монтажному экрану. Со щита накидного монтажа делают фоторепродукцию обычно в более мелком масштабе с отбивкой рамок листов топографической карты. Так получают первое еще далеко несовершенное с картографической точки зрения фотоизображение сразу большой территории, на котором хорошо видны отдельные контактные отпечатки.

Более совершенное в картографическом отношении фотоизображение местности дает фотосхема, которая монтируется из центральных частей контактных отпечатков без всякой предварительной их обработки. На фотосхеме нет полного совпадения контуров по причине присущих отдельным отпечаткам искажений за рельеф, за наклон снимков, из-за колебаний высоты полета, а также вследствие неизбежных ошибок монтажа. Тем не менее по ней можно составить представление о заснятой местности, нанести необходимые контуры, ориентировочно оценить направления на предметы, расстояния до них, площади.

Наиболее точным в картографическом отношении фотоизображением местности является фотоплан, который в отличие от фотосхемы составляют из трансформированных снимков, т. е. снимков, приведенных к одному масштабу и исправленных за наклон. Фотоплан монтируется на жесткой основе по опорным точкам. Так как после трансформирования искажения за рельеф остаются, при составлении фотоплана на каждом снимке используют только полезную площадь (центральную часть), где эти искажения не превышают допустимых размеров.

Тем не менее га аэроснимках горных районов искажения за рельеф даже в их центральной части могут быть настолько значительны, что от составления фотоплана приходится отказываться. С оригинала фотоплана, так же как и с оригинала фотосхемы получают фоторепродукции, которые и поступают в дальнейшую работу.

Фотосхемы и фотопланы используют для перенесения результатов геоморфологического дешифрирования с контактных отпечатков и для общего изучения района съемки.