Федеральная служба геодезии и картографии

Санкт-Петербургский техникум геодезии и картографии

ОТЧЕТ
по лабораторной работе на тему:
«Расчет аэрофотосъемочного залета и полевая подготовка аэрофотоснимков для создания топографической карты в масштабе 1 : 10 000»

Оценка: Выполнил:

Преподаватель:

Санкт-Петербург

2006 год

Содержание

1. 
   Цель лабораторной работы и исходные данные………………….3
   
2. 
   Введение…………………………………………………………………………...4
   
3. 
   Краткая физико-географическая характеристика района….…8
   
4. 
   Выбор сечения рельефа и основных параметров АФС……….…9
   
5. 
   Аэрофотосъемочные расчеты…………………………………………….11
   
6. 
   Оформление рабочей карты………………………………………………14
   
7. 
   Планирование планово-высотной подготовки АФС…………….15
   
8. 
   Заключение……………………………………………………………………….17
   
9. 
   Список литературы…………………………………………………………….18
   

Цель лабораторной работы и исходные данные
Цели лабораторной работ:

1. 
   Научиться рассчитывать аэрофотосъемочный залет и уметь выполнять полевую подготовку аэрофотоснимков для создания топографической карты масштаба 1: 10 000 одним из методов аэрофототопографической съемки.
   

2. 
   Узнать основные требования, предъявляемые к аэрофотосъемке, в зависимости от масштаба и технологии создаваемой карты, а также для конкретного района картографирования.
   

Исходные данные:

1. 
   Топографическая карта масштаба 1: 50 000 на картографируемую территорию.
   

2. 
   Картографируемые трапеции У-41-96-А-б (1, 2, 3, 4).
   

При выполнении аэрофотосъемки – метод, выбор масштаба съемки, тип АФА, продольное и поперечное перекрытие – выбираем, соответственно характеру картографируемой местности, требованиями действующей инструкции и согласно с требованиями Заказчика.

При создании топографической карты масштаба 1: 10 000, высоту сечения рельефа, основу создаваемой карты и другие параметры – определяем соответственно требованиям инструкции.

I. Введение

1. 
   Современные методы аэрофототопографической съемки
   

Фототопографическая съемка – топографическая съемка, основанная на использовании фотоснимков. По способу создания разделяют аэрофототопографическую съемку, т.е. съемку, выполненную непосредственно с летательного аппарата и наземную фототопографическую съемку – т.е. съемку, выполненную непосредственно с земной поверхности.

Есть два метода аэрофототопографической съемки: комбинированный и стереотопографический.

При комбинированной аэрофототопографической съемке контурная часть карты получается по топографическим аэрофотоснимкам путем создания топографического фотоплана, а изображение рельефа местности наносится на фотоплан в результате измерений на местности.

При стереотопографической съемке контурная часть карты и изображение рельефа на ней получаются по топографическим аэрофотоснимкам в камеральных условиях. При этом карта может быть создана в виде фотоплана с вычерченными на нем тушью в условных знаках контурами и горизонталями, а также в виде графического плана на чистой основе.

Рисовка рельефа выполняется по снимкам на специальных стереофотограмметрических приборах.

В фототопографии широко распространен метод наземной фототопографической съемки – для создания топографической карты используются фотоснимки местности, полученные фотокамерой установленной на земной поверхности. Такая съемка обладает определенными достоинствами: фотоснимки, сделанные жестко установленной камерой, практически не имеют углов наклона, а их положение в пространстве в момент фотографирования легко определяются.

К недостаткам этой съемки относится наличие «мертвых зон» (участков местности, которые не изображаются на снимках) и значительный объем работ по сравнению с аэрофотосъемкой.

Наземная фототопографическая съемка часто применяется в высокогорных районах, при съемке карьеров, на небольших площадях и в тех случаях, когда аэрофотосъемка не целесообразна или невозможна.

1.2. Краткая технологическая схема методов
Комбинированная аэрофототопографическая съемка
1. Топографическая аэрофотосъемка.

Целью топографической аэрофотосъемки является получение аэрофотоснимков.

Основные процессы:

а) подготовка к аэрофотосъемке,

б) выполнение аэрофотосъемки,

в) полевые фотолабораторные работы (изготовление негативов на фотопленке и отпечатков с них на фотобумаге),

г) полевые фотограмметрические работы (приемка, проверка и оценка качества материалов аэрофотосъемки).
2. Топографо-геодезические работы первого сезона.

Топографо-геодезические работы первого сезона проводятся для получения плановых опорных точек. Эти работы называются еще плановой привязкой или плановой геодезической подготовкой аэрофотоснимков.

Плановая опорная точка – это контурная точка, выбранная на местности и распознанная на аэрофотоснимке, для которой в результате геодезических измерений определены плановые координаты x и y.
3. Камеральные фотограмметрические работы.

Цель камеральных работ – создание топографического фотоплана. Эти работы начинаются с процесса фотограмметрического сгущения сети плановых опорных точек. С фотоплана изготавливают фотокопию, которая используется в дальнейшей работе.

4. Топографо-геодезические работы второго сезона.

Необходимость выполнять топографо-геодезические работы во второй раз в создании оригинала топографической карты. Чтобы создать на основе фотоплана топографическую карту, выполняют дешифрирование фотоплана и наносят на него горизонтали в результате измерений на местности.

Стереотопографическая съемка

1. 
   Топографическая аэрофотосъемка.
   

Цель и содержание работ те же, что и при комбинированной съемке.
2. Топографо-геодезические работы.

В отличие от комбинированной съемки эти работы выполняются не за два полевых сезона, а за один. Цель полевых работ – получение плановых и высотных опорных и дешифрирование аэрофотоснимков. Процесс получения высотных опорных точек называют высотной привязкой аэрофотоснимков.

Высотной опорной точкой называется точка, выбранная на местности и распознанная на аэрофотоснимке, для которой в результате геодезических измерений найдена высота.

3. Камеральные стереофотограмметрические работы.

Цель стереофотограмметрических работ – создание оригинала топографической карты по аэрофотоснимкам на фотограмметрических приборах. Работа начинается с процесса сгущения плановых и высотных опорных точек. После сгущения создается оригинал топографической карты.

1.3. Каким методом предполагается создавать карту на данный район
Основным методом топографической съемки в масштабах 1:10 000 и 1:25 000 является стереотопографический. Комбинированный метод чаще применяется при съемках в масштабе 1:10 000 для районов, где земная поверхность покрыта густой и высокой растительностью, погрешности учета которой вызывают ошибки высот горизонталей больше указанных допусков. Для данной территории при создании карты будем использовать стереотопографический метод.


1.4 Основные требования, предъявляемые к точности создаваемой карты.
При создании карты основными требованиями, предъявляемые к точности являются:

Средние погрешности в положении на карте четких контуров и предметов местности относительно ближайших точек планового съемочного обоснования не должны превышать:

0,5 мм – при создании карт равнинных и всхолмленных районов с уклонами до 6º;

0,7 мм – при создании карт горных и высокогорных районов.

Средние погрешности точек полевого съемочного обоснования (с учетом погрешностей опознания на аэроснимках) относительно ближайших пунктов геодезической основы не должны превышать:

0,1 мм на карте – для точек планового обоснования;

0,1 высоты сечения рельефа – для точек высотного обоснования.

Средние погрешности съемки рельефа в открытых районах относительно ближайших точек съемочного обоснования, в зависимости от характера местности и высоты сечения рельефа, не должны превышать величин, указанных в таблице №1:

Районы съемки	Высота сечения рельефа горизонталями, м		Средняя погрешность съемки рельефа (в долях высоты сечения)
	1:10 000	1:25 000	1:10 000	1:25 000
Плоско-равнинные с уклоном местности до 1º	1,0	2,5	1/4	1/3
Равнинные с уклоном местности от 1º до 2º	1,0; 2,0	2,5; 5,0	1/3	1/3
Равнинные пересеченные и всхолмленные с уклоном от 2º до 6º	2,0; 2,5	2,5; 5,0	1/3	1/3
Горные и предгорные	5,0	5,0	в долинах - 1/3 сечения. На склонах - соответствие числа горизонталей разности высот между перегибами склона
Высокогорные	-	10,0

Таблица №1
На сплошь залесенных участках местности средние погрешности съемки рельефа допускаются в полтора раза больше средних погрешностей, установленных для соответствующего открытого района.

Средние погрешности высот характерных точек, надписываемых на карте, не должны превышать 75% от средних погрешностей съемки рельефа, а в горных и высокогорных районах не должны превышать 1/2 высоты сечения рельефа.

Предельные погрешности съемки контуров и рельефа, а также определения высот характерных точек не должны превышать удвоенных значений средних погрешностей. Количество предельных погрешностей не должно превышать 10% от общего числа контрольных измерений.

II. Краткая физико-географическая характеристика района

2.1. Географическое расположение участка местности
Данный участок местности располагается на территории Европейской части Российской Федерации.
2.2. Характер рельефа
Характер рельефа представлен равнинным типом местности. Самая высокая отметка – 168,0 м, к северу от деревни Модино, минимальная отметка – 141,3 м (юго-западная часть территории)
2.3. Населенные пункты
Местность представляет собой малочисленные населенные пункты, состоящих из множества отдельных дворов и строений.

На данной территории самым крупным населенным пунктом является поселок сельского типа Борки (кол-во домов 191).

2.4. Гидрография
Гидрография представлена несудоходными реками Пекша, Нечуга, Сега. С севера на юг проходит канал Мал. Сиуч (ширина 6 м, глубина 1,5 м), со скоростью течения 0,2 м/с. На территории также расположено множество каналов и канав шириной до 3 м. Среди гидротехнических сооружений часто встречаются мосты.
2.5. Дорожная сеть
Дорожная сеть представляет собой большую часть грунтовых дорог. Шоссе грунтового покрытия проходят:

- с востока на запад от пос. Борки в сторону Дворяткино (шоссе №95), с шириной проезжей части 6 м.

- от пос. Флорищи через д. Аньково в сторону Арефино,

- от д. Аньково до шоссе №97

На западе территории есть часть узкоколейной железной дороги
2.6. Растительный покров
Растительный покров представлен в основном луговой растительностью и кустарниками. Среди деревьев преобладают ель и сосна. Самый крупный лес: Лисий лес (средняя высота деревьев 20 м, толщина дерева 0,30 м и расстояние между деревьями 5 м).

III. Выбор сечения рельефа и основных параметров АФС

3.1. Выбор сечения рельефа по углам наклона местности
Основные характеристики указаны в таблице №2
Таблица №2

№ п\п	номенклатура	У-41-96-А-б				аэрофотосъемочный участок
	хар-ка местности	I	II	III	IV
1	высота сечения	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
2	α° ср	2°	1°	1°	1°	1º
3	A max	168	167	150	153	168
4	A min	150	150	140	144	140
5	A ср = (Amax+Amin)/2	159	158	145	148	154
6	ΔA ср	0	1	14	11	14
7	H = Amax-Aср	9	9	5	5	14
8	контурная часть	средняя загруженная
9	основа	четкая

Высота сечения рельефа создаваемой карты – 1,0 м.

3.2. Выбор табличных значений АФС
Таблица №3

Район съемки, высота сечения рельефа	Фокусное расстояние АФА, мм: основного	Масштаб фотографирования	Перекрытие аэроснимков, %
	дополнительного
Плоско-равнинный, hc = 1,0 м	а) 70	1:14000	60 x 30
	б) 100	1:11000
	в) 70 / 100, 140	1:14000 / 1:40000	60 x 30/ 80 x 30
Равнинный и всхолмленный, hc = 2,0 (2,5) м	а) 70, 100	1:18000-1:20000	60 x 30
	б) 70 / 140	1:30000 / 1:15000	60 x 30 / 60 x 30
	в) 70, 100 / 140	1:18000-1:20000 / 1:40000	60 x 30/ 80 x 30
Горный и предгорный, hc = 5,0 м	а) 100, 140, 200	1: 20000	60 x 30
	б) 100, 140	1: 35000 / 1:40000
	в) 140, 200 / 70, 100	1:20000 / 1:60000	60 x 30 / 60 x 30

Используя таблицу №3 по выбору значений для аэрофотосъемки из инструкции, выбираем параметры аэросъемки для данной территории:

фокусное расстояние f_к = 70 мм

масштаб аэрофотосъемки 1:m = 1:14 000

продольное перекрытие P% = 60%

поперечное перекрытие Q% = 30%
Н = f_k*m = 70мм*14 000 = 980 мм

0,1Н = 98

ΔA_ср ≤ 0,1H (14 ≤ 98)
3.3. Выбор основы создаваемой карты
Карта создается на чистой основе.
3.4. Определение границ аэрофотосъемочного участка
Объектом аэрофотосъемки являются участки земной поверхности с четко определенными границами, заданными Заказчиком в соответствии с договором. Объект аэрофотосъемки делится на наименьшие съемочные участки, границы которых должны совпадать с рамками трапеций топографических карт (планов). Размеры наименьших съемочных участков указаны в таблице №4.

Аэрофотосъемка производится по отдельным съемочным участкам, состоящим из одного или нескольких наименьших съемочных участков. Наименьшие съемочные участки могут объединяться, если разности отметок высот средних плоскостей соседних участков не более 0,2H – для горной и не более 0,1H – для равниной местности (H – высота полета над средней плоскостью съемочного участка).

Таблица №4

Масштаб создаваемой топографической карты (плана)	Размер наименьшего съемочного участка (в направлении маршрута)
1: 100 000 1: 50 000 1: 25 000 1: 10 000 1: 5 000 1: 2 000 1: 1 000	Две трапеции масштаба 1: 100 000 Одна трапеция масштаба 1: 100 000 Одна трапеция масштаба 1: 50 000 Одна трапеция масштаба 1: 25 000 Одна трапеция масштаба 1: 10 000 Одна трапеция масштаба 1: 5 000 В границах объекта аэрофотосъемки, но не менее 1 км2

IV. Аэрофотосъемочные расчеты

4.1. Вычисление основных параметров АФС по данным Заказчика
По согласованию с Заказчиком принимаем следующие параметры аэрофотосъемки:
фокусное расстояние f_к = 70,25 мм

масштаб аэрофотосъемки 1:m = 1:14200

продольное перекрытие P% = 61%

поперечное перекрытие Q% = 32%
А_ср = 154,0 м

h = 14 м

А_аэр = 141,0 м


Вычисление основных параметров АФС:

1) Вычисляем среднюю высоту фотографирования:

Н_ср = f_к*m = 70,25 мм*14200 мм = 997750 мм ≈ 998 м
2) Вычисляем абсолютную высоту фотографирования:
Н_абс = Н_ср + А_ср = 998 м + 154 м = 1152 м
3) Вычисляем высоту фотографирования над аэродромом:
Н_аэр = Н_абс – А_аэр = 1152 м – 141 м = 1011 м
4) Вычисляем расчетное значение продольного перекрытия:
Р_расч = Р_зад + (100 – Р_зад)*(h/H_ср) = 61% + (100 – 61)*(14/998) ≈ 61,55%
5) Вычисляем расчетное значение поперечного перекрытия:
Q_расч = Q_зад + (100 – Q_зад)*(h/H_ср) = 32%+(100 – 32)*(14/998) ≈ 32,95%


4.2. Требования предъявляемые к аэрофотоаппаратуре
Для выполнения аэрофотосъемки применяются топографические аэрофотоаппараты (АФА). Выбор типа АФА производится Заказчиком и согласовывается с Исполнителем. Лабораторные исследования аэрофотоаппаратов по определению внутреннего ориентирования и фотограмметрической дисторсии должны выполняться не реже чем один раз в два года, а также во всех случаях после разъема компонентов объектива или после замены выравнивающего стекла. При этом координаты главной точки не должны превышать 0,1 мм, а поверхность прижимного стола кассеты и выравнивающего стекла не должны отклоняться от плоскости более чем на ±0,01 мм.

Аэрофотоаппарат должен обеспечивать получение показаний дополнительных устройств (часов, круглого уровня и др.).

Показания радиовысотомера, статоскопа и радиодальномерной станции должны регистрироваться одновременно с фотографированием местности.

4.3. Технические характеристики выбранного АФА
При выборе АФА учитывались основные параметры аэрофотосъемки (фокусное расстояние, масштаб), время цикла, а также отдавалось предпочтение модернизируемым моделям (с маркировкой «М»).
Тип аэрофотоаппарата: ТЭ-70М

Фокусное расстояние: 70 мм

Угол поля зрения: 122°

Разрешающая способность, не менее: 15 лин/мин

Некомпенсируемая радиальная дисторсия не более: ±25 мкм

Время цикла: ±25 с

Диапазон выдержек: 1/30 – 1/120 и 1/80 – 1/240

Наличие стекла с сеткой крестов: нет

4.4. Расчет количества аэроснимков
По карте масштаба 1:50000 определены длина и ширина участка: L₁ = 16,2 см и L₂ = 18,6 см.

При данном масштабе в 1 см = 500 м.

Тогда, найдем длину и ширину участка на местности:

L₁*M = 8100 м и L₂*M = 9300 м

1) Вычисляем базис фотографирования:
В = b_сн*m = l_x * (100 – P_расч) * m/100 = 180 мм * (100 – 61,55%) * 14200 мм /100 = 982,8 м
2) Вычисляем количество аэроснимков в маршруте:
n = L₁/B +3 = 8100 м/982,8 м + 3 = 11,24 снимка

При округлении в большую сторону получаем 12 снимков.

3) Вычисляем расстояние между маршрутами:
Д = d*m = l_y * (100 – Q_расч) * m/100 = 180 мм * (100 – 32,95) * 14200 мм/ 100 = 1713,8 м
4) Вычисляем количество маршрутов на участке съемки:
K = L₂/Д + 1 = 9300 м/1713,8 м + 1 = 6,43

При округлении в большую сторону получаем 7 маршрутов

5) Вычисляем общее количество снимков на весь участок:
N = n*к = 12*7 = 84 снимка
6) Вычисляем нужное количество метров пленки:
l_s = (18 см + 1 см)*N = 0.19 м *84 сн ≈ 16 м

V. Оформление рабочей карты

5.1. Нанесение аэросъемочных маршрутов на рабочую карту
При аэрофотосъемке объекта маршруты должны иметь направление «запад-восток» или «север-юг», быть непрерывными и параллельными границами съемочных участков, совпадающих с рамками трапеций топографических карт (планов). Оси крайних маршрутов проектируются по границам съемочных участков. Из этого следует, что ось первого маршрута должна пройти по северной рамке аэрофотосъемочного участка, а ось последнего маршрута должна совпадать с южной рамкой или пройти южнее ее. Ось второго и всех последующих маршрутов наносим по западной и восточной рамкам через расстояние Д_к:
Д_к = Д/М = 1713800 мм/ 50000 мм ≈ 34 мм

5.2. Нанесение главных точек аэроснимков на рабочую карту
Маршруты должны продолжаться за границы съемочного участка на один базис фотографирования при расчетном продольном перекрытии аэрофотоснимков 60%; на два и четыре базиса фотографирования при расчетном продольном перекрытии аэрофотоснимков 80 и 90% соответственно. В договоре может быть предусмотрено увеличенное обеспечение границ съемочного участка.

На карте намечаем положение главных точек аэрофотоснимков на осях аэрофотосъемочных маршрутов. Главные точки располагаются на расстоянии базиса фотографирования В_к друг от друга в масштабе карты:

B_k = B/М = 982800 мм/ 50000 мм ≈ 20 мм

5.3. Нанесение зон поперечного перекрытия на рабочую карту
Для нанесения зон поперечного перекрытия необходимо посчитать значение E_k/2, которое будет использоваться как расстояние от главных точек снимка до края зоны перекрытия, отмерявшееся в сторону главной точки снимка следующего маршрута.
E_k = L_y*m/M = 180 мм * 14200 мм/50000 мм ≈ 51 мм
E_k/2 = 51 мм / 2 = 25,5 мм

VI. Планирование планово-высотной подготовки АФС

6.1. Определение месторасположения точек плановой и высотной полевой подготовки на участке съемки
В качестве точек планового и высотного обоснования в первую очередь должны быть использованы пункты главной геодезической основы, т.е. совокупности геодезических данных, необходимых для создания карты. Главная геодезическая основа дополняется точками съемочного обоснования для обеспечения последующего фотограмметрического сгущения. Для составления рабочего проекта используют имеющиеся топографические карты, аэроснимки и репродукции накидного монтажа; если аэрофотосъемка еще не выполнена, то для проектирования используют аэрофотосъемочные материалы прошлых лет.

Проект планового и высотного обоснования оформляется в виде схемы на карте, масштаб которой в 4-5 раз мельче масштаба топографической съемки. На карте показываются:

- границы участка работ;

- пункты главной геодезической основы;

- оси аэрофотосъемочных маршрутов;

- зоны размещения точек съемочного обоснования и урезов воды;

- схемы геодезического определения точек съемочного обоснования.

Точки планового и высотного съемочного обоснования располагаются рядами поперек аэрофотосъемочных маршрутов и размещаются в середине межмаршрутных перекрытий и по возможности в зонах тройного перекрытия аэроснимков в маршруте. Точки планового обоснования должны быть определены по высоте.

Расстояние на местности вдоль маршрута между рядами точек планового обоснования должно быть не более 8-10 км при съемке в масштабах 1:10000 и 20-25 при съемке в масштабе 1:25000.

Расстояние на местности вдоль маршрута между рядами точек высотного обоснования должны быть не более:

2,0-2,5 км – при съемке с высотой сечения рельефа через 1,0 м,

8-10 км – при съемке с высотой сечения рельефа через 2,0(2,5) м,

20-25 км – при съемке с высотой сечения рельефа через 5,0 м,

40-50 км – при съемке с высотой сечения рельефа через 10,0 м.

Отметки урезов воды в реках и озерах должны определятся в местах пересечения водоемов нивелирными и высотными ходами, а при сечении рельефа через 1,0 м также вдоль рек через 10-15 см на карте.

По свободным границам участка, параллельным аэрофотосъемочным маршрутам съемки площади, определяются дополнительно одна планово-высотная точка между рядами точек съемочного обоснования.

6.2. Рекомендации по маркировке точек
В районах с большим количеством контуров точки съемочного обоснования намечают на естественных контурах с учетом наиболее простого их геодезического определения. Следует выбирать четкие контуры, которые уверенно опознаются на данном и смежных аэроснимках обоих маршрутов и обеспечивают идентификацию с погрешностью не более 0,1 мм в масштабе карты. Запрещается в качестве опознаков использовать контуры на крутых склонах и обрывах, высокие объекты, тени и закрытые тенью контуры, объекты, изменяющие свое положение. Точки высотного обоснования выбирают на равнинных участках.

В районах, где не может быть обеспечено надежное опознавание на аэроснимках точек местности, перед аэрофотосъемкой должна быть выполнена маркировка точек планового (планово-высотного) обоснования.

Для маркировки следует использовать материалы темного цвета при светлом фоне ландшафта. Если фон окружающего ландшафта имеет переменную окраску, необходимо создавать вокруг знака искусственный фон, резко контрастирующий с цветом знака.

VII. Заключение

В процессе выполнения лабораторной работы я научился рассчитывать аэрофотосъемочный залет и выполнять полевую подготовку аэрофотоснимков для создания топографической карты масштаба 1:10 000.

Я изучил основные положения и требования, предъявляемые к аэрофотосъемке, которые зависят от масштаба, технологии создаваемой карты и конкретного района картографирования.

Список литературы:

1. 
   Фотограмметрия; И.А. Краснощекова, О.Б. Нормандская; Москва, «Недра», 1982.
   
2. 
   Инструкция по топографическим съемкам в масштабах 1:10 000 и 1:25 000, полевые работы; Москва, «Недра», 1978.
   
3. 
   Основные положения по аэрофотосъемке, выполняемой для создания и обновления топографических карт и планов (ГКИНП-09-32-80); Москва, «Недра», 1982.
   
4. 
   Словарь терминов, употребляемых в геодезической и картографической деятельности; Г.Л. Хинкис, В.Л. Зайченко; Москва, «Проспект», 2006.