Развитие фотограмметрии в России

Доктор технических наук, профессор И.Т. Антипов

Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА)

Россия, 630108, Новосибирск, ул. Плахотного 10,

e-mail: [email protected]

The Development of Photogrammetry in Russia

Prof. Dr. Ivan T. Antipov

Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)

10, Plakhotnogo Ul., 630108, Novosibirsk, Russian Federation,

e-mail: [email protected]

В России интерес к фотограмметрии проявился в конце XIX века. В этом направлении работали многие энтузиасты – ученые, инженеры, изобретатели. С первых шагов развитие фотограмметрии пошло как путем заимствования иностранного опыта, так и за счет разработки собственных оригинальных решений и оборудования.

In Russia some interest in photogrammetry was first revealed at the end of the XIX century. Many enthusiasts (scientists, engineers and inventors) worked in this field. At its earliest stage photogrammetry developed both on the basis of the experience taken from abroad and that of the home original decisions and equipment.

В 1885г. в России была создана Воздухоплавательная команда, командиром которой назначен военный инженер А.М. Кованько. В мае 1886г. он выполнил в первое в России фотографирование с воздушного шара во время полета над Санкт-Петербургом. Для съемки с шара использовалась специальная камера, сконструированная В.И. Срезневским. С 1887 г. фотографирование осуществлялось на фотопленку.

In 1885 Aeronautical crew was formed in Russia under the command of the military engineer A.M. Kovanko. In May 1886 he became the first in Russia to take a photograph from the balloon during a flight over St.-Petersburg. Special camera constructed by V.I. Sreznevsky was used for this purpose. Since 1887 photographic film was used in aerial cameras.

Первая фототеодолитная съемка была сделана Н.О. Виллером на Кавказе в 1891 году.

The first phototheodolite mapping was conducted by N.O. Willer in the Caucasus in 1891.

Крупным пропагандистом фотограмметрии являлся Р.Ю. Тиле, который получил образование в Дрездене, а впоследствии работал в Министерстве путей сообщения России. В 1896г. Р.Ю. Тиле посетил ряд стран Европы и США, где изучил опыт практического применения фотограмметрических методов. Под руководством и при непосредственном участии Р.Ю. Тиле в 1897г. была выполнена фототопографическая съемка для проектирования линии, связывающей железные дороги Забайкалья и Маньчжурии. Составленный план с нанесенной на него запроектированной железнодорожной линией экспонировался на Парижской Всемирной выставке.

R.Yu. Tile was one of those who made much for popularization of photogrammetry. He got education in Dresden and later worked at the Ministry of Railways in Russia. In 1896 R.Yu. Tile visited some countries of Europe and the USA where he studied the practice of photogrammetric methods. In 1897 R.Yu. Tile took part in phototheodolite surveying (being at the head of it) for projecting the line connecting the railroads of Transbaikalia and Manchuria. The topographic map with the projected railway line was exhibited at the Paris World Fair.

В последующие годы Р.Ю.Тиле осуществил ряд других съемок для изыскания железных дорог и строительства крупных сооружений, используя при этом как фототеодолит, так и съемку с воздушного шара. В 1899г. Р.Ю. Тиле сконструировал специальный фотоаппарат – «панорамограф», в котором вокруг центральной камеры с отвесной оптической осью размещалось еще шесть камер с отклоненными оптическими осями, что позволяло получить полное панорамное изображение местности. Панорамограф был снабжен специальным устройством, позволявшим затворам камеры одновременно срабатывать только при горизонтальном положении прикладной рамки центральной камеры. В 1902г. путем перемещения аэростата с установленным на нем панорамографом была выполнена первая в России маршрутная фотосъемка.

In the years that followed, R.Yu. Tile carried out some more topographic surveys for railroads and large engineering constructions using both phototheodolite and photography from the balloon. In 1899 R.Yu. Tile designed a special photocamera – “panoramograph”, incorporating six cameras with declined optical axes around the central camera with a vertical optical axis. This device allowed receiving a complete cycloramic terrain image. The panoramograph was supplied with a special device to let all the camera shutters act simultaneously only when the focal plane-plate of the central camera was horizontal. In 1902 the first strip photography in Russia was performed from the balloon supplied with panoramograph.

В 1908-1909гг опубликована трехтомная монография Р.Ю. Тиле «Фототопография в современном развитии». В ней были проанализированы наземная фотограмметрия, стереофотограмметрия и воздушная съемка, описаны все известные в то время приборы, методы обработки фотоснимков, области применения фотограмметрии.

In 1908 -1909 the three-volume monograph “Phototopography in Modern Development” by R.Yu. Tile was published. It analyzed terrestrial and aerial photogrammetry and described all the instruments, methods of image processing and the range of photogrammetry application known at that time.

Велика роль и других специалистов, много сделавших в начале XIX века для становления фотограмметрии в России. Так В.Ф. Найденов выполнил первые работы по построению планов по воздушным снимкам. Он сконструировал фототрансформатор для преобразования наклонных снимков в горизонтальные. В 1908г. издана его книга «Измерительная фотография и ее применение в воздухоплавании».

There were also other specialists who made a great contribution to the development of photogrammetry in Russia at the beginning of the XIX century. As, for example, V.F. Naydenov, who was the first to make topographic maps by aerial images. He constructed phototransformer for converting oblique images into vertical ones. In 1908 his book “Measuring Photography and Its Use in Aeronautics” was published.

Как и во всем мире, мощный толчок развитию фотограмметрии в России принесло становление авиации. Много внимания аэрофотосъемке и фотограмметрии стали уделять военные ведомства. В русской армии была создана аэрофоторазведовательная служба. В 1913г. военным инженером В.Ф. Потте был изобретен пленочный аэрофотоаппарат для маршрутной и площадной съемки с самолета. В период первой мировой войны все крупные военные операции на фронтах сопровождались проведением аэрофотосъемки. Аэрофотоснимки рассматривались и как средство для разведки, и как исходные данные для исправления топографических карт и создания новых планов для военных целей.

In Russia, likewise all over the world, a great impact to the development of photogrammetry was made by the advent of aviation. Great attention was paid to the aerial photographic survey and photogrammetry by military departments. A reconnaissance survey was established in the Russian army. In 1913 a military engineer V.F. Potte invented a film camera for strip and block aerial photography. During the World War I all significant military operations at the fronts were supported by aerial photography. Images served both for reconnaissance and as initial data for topographic maps updating, as well as for making new maps for military purposes.

В 1917г. в России произошли две революции, за которыми последовала гражданская война. В результате в стране была свергнута монархия, на смену которой пришел новый общественно-политический строй. В границах прежней страны образовался Союз Советских Социалистических Республик (СССР), ядром которого стала Россия. Одним из первых декретов новой власти было учреждено Высшее геодезическое управление, на которое были возложены функции государственной геодезической и картографической службы. В задачи этой службы входили и регулярные топографические съемки территории страны. В последующие годы государственная геодезическая и картографическая служба неоднократно реформировалась, с 1992г. она именуется Роскартография.

In 1917 two revolutions took place in Russia, which were followed by the Civil war. The events resulted in dethronement of the monarchy replaced by the new social and political system. Instead of the former country the Union of Soviet Socialist Republics (USSR) was formed with Russia as its core. According to one of the first decrees of the new government the Main Geodetic Administration (MGA) with the functions of the geodetic and cartographic survey was established. It was also charged to conduct regular topographic surveys of the country. In the years that followed, the MGA was reformed time and again. Since 1992 it has been called Roscartographia.

Период развития фотограмметрии в СССР, охватывающий 1917-1991гг, можно условно называть советским. Хотя СССР объединял несколько республик, основные процессы, определявшие лицо советской фотограмметрии, связаны с Россией. В 1991г. СССР распался на 15 независимых государств, в которых вновь изменились социальные и экономические законы. На своей территории Россия приняла на себя все наследие СССР, в том числе и в области фотограмметрии. Поэтому есть все основания рассматривать историю фотограмметрии в России, как одно целое с советским периодом.

The period of 1917-1991 of the photogrammetry development in USSR may be conventionally called a Soviet one. Though the USSR united several republics, the most important processes reflecting the state of the Soviet photogrammetry took place in Russia. In 1991 the USSR disintegrated into 15 independent states, which established their own social and economic regulations. As concerns Russia, it inherited everything connected with the Soviet photogrammetry on its territory. Thus there are total reasons to consider the history of Russian photogrammetry as a single whole with the Soviet period.

Уже с осени 1918г. началось проведение аэрофотосъемки для картографических целей. Примерно в то же время в военно-воздушных войсках была организована Аэрофотограмметрическая школа с отделениями аэрофотосъемки, фотолабораторной обработки и фотограмметрии. Вскоре фотограмметрию стали преподавать и в других учебных заведениях: с 1920г. – в Московский межевом институте, с 1921г. – в Военно-инженерной академии (впоследствии Военно-инженерный университет), с 1923г. – в Военно-топографическом училище (впоследствии Санкт-Петербургский филиал ВИУ). В 1925г. в Московском межевом институте была организована кафедра фотограмметрического профиля, руководство которой возложено на Н.М. Алексапольского. Впоследствии эта кафедра разделилась на две – кафедру фотограмметрии и кафедру аэрофотосъемки. К преподаванию были привлечены В.С. Цвет-Колядинский и П.П. Соколов. Здесь начали свою педагогическую деятельность А.С. Скиридов и Ф.В. Дробышев. Забегая вперед, отметим, что в 1930г. Московский межевой институт разделился на два самостоятельных высших учебных заведения – Московский геодезический институт (МИИГАиК) и Московский институт землеустройства (ныне Государственный университет по землеустройству). В составе последнего имелась кафедра аэрофотогеодезии. В 1932г. кафедра фотограмметрии была организована также в Военно-инженерной академии. Первым заведующим этой кафедры стал Н.М. Алексапольский.

As far back as in autumn 1918 the aerial survey for topographic mapping was started. Approximately at the same time the Military Air Forces established the school of aerial survey including special departments for aerial photography, photolaboratory processing and photogrammetry. A short time later photogrammetry was started to be taught in other educational institutions: since 1920 – in Moscow surveying institute, since 1921 – in Military-engineering academy (later Military-engineering university), since 1923 – in Military-topographic school (later Saint-Petersburg branch of the Military-Engineering University). In 1925 the department of photogrammetry was established at Moscow Surveying Institute, with N.M. Alexapolsky at the head. Afterwards it was subdivided into photogrammetry department and that of aerial survey. The specialists like V.S. Tsvet-Kolyadinsky and P.P. Sokolov were invited to teach there. A.S. Skiridov and F.V. Drobyshev started their teaching career just at this department. Running ahead, it should be noted, that in 1930 Moscow surveying institute was divided into two independent higher educational establishments: the Moscow Institute of Engineers for Geodesy, Aerial Photography and Cartography (MIIGAiK) and the Moscow Institute of Land Management (now the State University of Land Management). The latter included the department of aerial photographic survey. In 1932 the department of photogrammetry was organized at Military-Engineering Academy as well, with N.M. Alexapolsky being the first head of it.

С 1920г. началось создание аэрогеодезических предприятий, за каждым из которых была закреплена определенная территория. Предприятиям вменено в обязанность производство всех топографо-геодезических работ на закрепленной территории. В состав каждого предприятия вошли фотограмметрические цеха. Постепенно сеть аэрогеодезических предприятий расширилась до трех десятков. В своей деятельности предприятия руководствовались едиными общегосударственными нормативами и планами.

1920 saw an appearance of aerogeodetic enterprises with certain territories assigned to them. The enterprises were charged to carry out all the topographic and surveying works on their territories. Each enterprise incorporated a photogrammetry department. Before long the number of aerial survey enterprises amounted to thirty. Their activities were guided by the unified state standards and plans.

В 1923г. было создано добровольное общество Добролет, а в его системе – государственное бюро аэросъемки во главе с М.Д. Бонч-Бруевичем, летносъемочный отдел в котором возглавил В.С. Цвет-Колядинский. Кроме того, был создан отдел аэросъемки при Укрвоздухпуть. Позднее оба это подразделения слились в единое государственное предприятие Госаэросъемка, которое вошло в систему Высшего геодезического управления.

In 1923 a voluntary association Dobrolet was formed, which incorporated the state bureau for aerial survey, headed by M.D. Bontch-Bruyevitch. The department of aerial photography of the bureau was headed by V.S. Tsvet- Kolyadinsky. In addition to the above mentioned, the department of aerial survey was established at Ukrvozduhoput. Later the two subdivisions joined to form the state enterprise Gosaerosyomka (State aerial survey) which became a part of the Main Geodetic Administration.

В 1923–1924 гг. советское правительство отпустило значительные средства на изготовление отечественных приборов, а также на приобретение за границей новейшего оборудования для летносъемочных и фотограмметрических работ. Но огромная площадь страны не позволяла ориентироваться только на дорогостоящие, сложные и высокоточные стереофотограмметрические приборы типа стереопланиграфа. Было ясно, что для быстрого топографического картографирования необходимы более простые и более производительные фотограмметрические методы.

In 1923-1924 the Soviet government allotted significant funds on both manufacturing domestic instruments and buying the latest equipment abroad to be used in aerial surveys and photogrammetric works. But expensive complicated high-precision streophotogrammetric instruments like stereoplanigraph did not suffice for the Soviet Union with its huge territories. It was clear that to promote topographic mapping, simpler and more efficient methods of photogrammetry were needed.

Прежде всего, внимание ученых и производственников привлек комбинированный метод съемки. При этом для получения контурной нагрузки топографической карты изготавливался фотоплан, который затем дешифрировался в поле, а рельеф местности отображался путем мензульной съемки. Опорные точки, необходимые для трансформирования снимков и монтажа фотоплана, в первое время определялись из полевых геодезических измерений, а с 1929 г. для этого стали использовать графическую фототриангуляцию. Для трансформирования фотоснимков применялись фототрансформатор Руссиля (Франция) и немецкий фототриасформатор Люфтбильд, усовершенствованный Н.М. Алексапольским и П.П. Соколовым. Кроме того, использовался трансформаторы МГИ (Московского геодезического института) и профессора П.П. Соколова. Для приведения к нужному масштабу сетей фототриангуляции и увязки их был налажен выпуск редукторов Н.А. Попова.

First of all, the attention of scientists and manufacturers was drawn to the combined method of surveying. In this case, to receive planimetric components of the map, the photomap was made which was later interpreted in the field, and the relief was mapped by means of the plane-table survey. The picture control points to be used for rectification of images and mosaicking originally were determined through geodetic surveys. Beginning with 1929 graphical phototriangulation came into use for this purpose. For image rectification, photorectifiers of Russil (France) and Luftbild (German) were used, moreover the last one was improved by N.M. Alexapolsky and P.P. Sokolov. In addition to the mentioned the rectifiers of the Moscow Institute of Geodesy and those of professor Sokolov were employed. To scale and adjust phototriangulations networks, the production of N.A. Popov magnifiers was started.

Большая заслуга в разработке и внедрении комбинированного метода принадлежит профессору Н.М. Алексапольскому. Помимо последнего, пионерами применения графической фототриангуляции в стране стали Ф.В. Дробышев и М.Д. Коншин, опиравшиеся на теоретические исследования С. Финстервальдера (Германия) и Г.П. Жукова.

A lot of the credit must go to professor N.M. Alexapolsky for the development and introduction of the combined method. In addition to the latter, F.V. Drobyshchev and M.D. Konshin became pioneers in using graphical triangulation in the country on the basis of the research of Finsterwalder (Germany) and G.P. Zhukov.

Предпринимались попытки заменить графическую фототриангуляцию более совершенным вариантом. В 1929г. В.Ф. Дейнеко разработал аналитический вариант фототриангуляции. Завод «Аэрогеоприбор» выпустил несколько экземпляров надир-триангулятора Ф.В. Дробышева. Этот прибор позволял выполнять такие же операции, как и радиал-триангулятор фирмы «Карл Цейсс». Но все же графическая фототриангуляция долгое время оставалась основным методом планового сгущения. Лишь много лет спустя начали использовать фотополигонометрию, хотя принцип ее был предложен Ф.В. Дробышевым еще в 1930г.

Efforts were made to replace a graphical triangulation by some more efficient one. In 1929 V.F. Deyneko developed an analytical version of phototriangulation. The plant “Aerogeopribor” produced several copies of F.V. Drobyshev nadir-triangulator. The device was capable of doing the same operations as “Karl Zeiss” radial-triangulator. Still graphical phototriangulation remained the basic method for extension of horizontal control for a long time. Many years had passed before photopoligonometry came into use though the principle was offered by F.V. Drobyshev as early as in 1930.

Наряду с топографическим картографированием, в конце 20-х годов прошлого века аэрофотосъемку и фотограмметрию стали применять и для решения задач, связанных с исследованием и использованием природных ресурсов. В 1925г. под руководством П.М. Орлова и В.М. Платона была выполнена опытная аэросъемка леса в Тверской губернии. Сравнение фотосхем с планшетами традиционной к тому времени наземной съемки показало, что фотоснимки дают более детальную информацию о состоянии леса. В том же году была создана организация, взявшая на себя заботы об аэрофотосъемке для нужд землеустройства. В 1926-1927гг. под руководством В.Ф. Дейнеко и Н.Н. Веселовского были выполнены первые опытно-производственные работы по аэросъемке городов. Была также проведена съемка участка реки Волга с целью изучения фарватера реки и перекатов на ней. На большой площади проведена аэросъемка для изыскания трассы Туркестано-Сибирской железной дороги. Полученный опыт и разработанные методики перечисленных работ легли в основу последующих аналогичных съемок.

At the end of the 20s of the last century alongside with topographic mapping, aerial photography and photogrammetry came into use for natural resources exploration. In 1925 a trial aerial forest survey guided by P.M. Orlov and V.M. Platon was conducted in the Tver region. As compared with the field maps of the ground survey traditional at that time, the aerial mosaics provided more detailed information on the forest state. In the same year a special organization was established to deal with aerial surveying for land management. In 1926-1927 V.F Deyneko and N.N. Veselovsky were in charge of the pilot aerial surveying of the cities. The survey of the Volga tract was also conducted in order to study its waterway and rifts. An aerial survey of the large area was conducted for routing Turkestan-Siberian railway. The experience acquired and the techniques, developed for the above mentioned works, provided the basis for the subsequent surveys of the kind.

Понятно, что комбинированный метод топографической съемки, опиравшийся на мензулу, был неприемлем для съемки горных районов. Поэтому в 1929-1937гг на большой район Памира карты масштаба 1:100000 были созданы с помощью наземной стереофотограмметрической съемки. Но комбинированный метод не мог обеспечить оперативное отображение рельефа и на обширнейших равнинных территориях страны. В 1928г. в Москве был создан Государственный институт геодезии и картографии (ныне ЦНИИГАиК), а в следующем году – Научно-исследовательский институт аэрофотосъемки в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург). Впоследствии эти два института были объединены. Специалисты этих институтов вместе с учеными из Научно-исследовательского института Военно-топографической службы занялись поиском эффективных способов съемки рельефа по аэрофотоснимкам. Работы в этом направлении проводились и в высших учебных заведениях.

It is obvious that the combined method of topographic surveying based on the plane-table was inappropriate for surveying mountainous areas. That is why in 1929 -1937 the 1:100,000 scale maps of the large Pamir area were made by means of the ground stereophotogrammetric survey. But the combined method could not provide prompt mapping of the country vast plane territories as well. In 1928 the State Institute of Geodesy and Cartography (now Central Research Institute of Geodesy, Aerial Survey and Cartography, TSNIIGAiK) was established in Moscow and a year later – the research institute of aerial survey in Leningrad (now Saint-Petersburg). Consequently the two institutes were united. The specialists of the two institutes together with the scientists of the Research Institute of Military Topographic Survey had to look for the efficient methods of relief survey by means of aerial photography. This kind of research was conducted at higher educational establishments as well.

Хотя весьма ограниченно, но нашел применение универсальный способ, предусматривающий обработку снимков на аналоговых стереофотограмметрических приборах. Но на долю его приходились лишь единичные проценты всей площади аэрофототопографических съемок. Теоретические исследования по этому направлению, обобщающие и обогащающие зарубежный опыт, выполнены профессором А.С. Скиридовым. Им предложен метод продолжений, позволявший обрабатывать последовательные стереопары маршрута. По его инициативе установлена светящаяся цветная измерительная марка на приборе, получившем название «стереоуниверсал», который выпускался в небольшом количестве в 1931-1935гг.

Though the universal method of image processing by means of analogue stereo restitution-devices was not in common practice, it was still used. Unfortunately the share of stereo-restitution techniques was negligible to cover the vast territories under survey. The theoretical investigations in this direction, conducted by professor A.S. Skiridov, enriched and summarized the experience of other countries. He offered the method of extension which permitted to process successive stereopairs of the strip. On his initiative the light colour floating mark was installed in the instrument called “stereouniversal”, produced in a small batch in 1931-1935.

следующая страница>