Элементы центральной проекции. Построение перспективы точки, прямой, сетки квадратов

Лабораторная работа №1

 

Расчет основных параметров аэрофотосъемки. Оценка качества летно-съемочного материала

 

 

Цель: Ознакомиться с плановой аэрофотосъемкой и получить навыки в расчете основных параметров и составлении полетной карты аэрофотосъемки.

Материальное обеспечение: Учебная топографическая карта масштаба 1:100000.

Задание: Рассчитать основные параметры плановой аэрофотосъемки участка местности, заданного по карте - необходимое количество пленки (l), длину съемочного участка (Lc), съемочное время (t), общее количество кадров (N); составить схему аэрофотосъемки.

 

Общие сведения

 

Наиболее быстрым, экономически выгодным, производительным и достоверным способом создания топографических карт и планов, фотокарт, фотопланов, являющихся основой землеустроительных планов, является топографическая аэрофотосъемка.

При проведении аэрофотосъемки получают аэрофотоснимки местности. Использование аэрофотоснимков позволяет фотограмметрическими и стереофотограмметрическими методами составлять топографические карты и планы. Аэрофотосъемка выполняется с самолетов АН-30, ТУ-134СХ для мелкомасштабного фотографирования (от 1:50000 и мельче), с ИЛ-14 для среднемасштабного фотографирования (от 1:10000 – 1:50000), с АН-2 и вертолета К-26 для крупномасштабного фотографирования (от 1:10000 и крупнее).

Фотографирование местности с самолетов производится топографическими аэрофотоаппаратами при отвесном положении оптической оси (α < 30). Аэрофотоаппараты имеют следующее основные технические характеристики: Для производства аэрофотосъемочных работ на основании технического задания и договора составляется технический проект, в котором определяются масштаб аэрофотосъемки и создаваемой топографической карты, тип и фокусное расстояние аэрофотоаппарата, применение спецприборов, календарные сроки производства аэрофотосъемки и состояние местности района работ.

Технический проект имеет следующие основные разделы: исходные данные, картограмма объекта, расчет основных параметров аэрофотосъемки, графический проект на карте, пояснительная записка.

Технический проект является основным документом, определяющим экономические показатели: объем работ, затраты летного времени, производительность аэрофотосъемки, потребность в основных материалах, договорная стоимость аэрофотосъемочных работ.

Проект составляется на рабочей карте, масштаб которой в 3-5 раз мельче масштаба аэрофотосъемки. На карту наносят границы съемочного участка и оси маршрутов. Границы съемочного участка должны совпадать с рамками трапеций, а оси маршрутов должны быть параллельны между собой и параллельны или параллелям или меридианам. Аэрофотосъемку ведут маршрутами максимальной длины, так как в этом случае уменьшается количество зарамочных аэрофотоснимков, число заходов самолета с маршрута на маршрут, а следовательно уменьшается съемочное время, объем фотографических, геодезических и фотограмметрических работ. Самолет пролетает по осям маршрутов и через определенные интервалы времени, т.е. через определенные расстояния, производится фотографирование.

 

 

Порядок выполнения работы

Fk = 100мм, H = 1800м, h =150м, Lx =16.6км, Ly =9.3км, Py=40%, lx*ly =180*18 см, W=200км/час, m =18000

Найти Lc, lпл, N, Tc

Для того чтобы найти эти параметры необходимо вычислить:

Процент продольного перекрытия Px%=62%+38%*h/H, Px=64%

Высоту фотографирования Н=m*f, H=18000*0.1=1800(м)

Базис снимка(в) в =l*(100-Px)/100, в=18*(100-64)/100=6.48cм

Базис фотографирования(Вx) Вx = в*m, Вx=6.48*180 =1166.4м

Поперечный базис снимка (ву) ву =l*(100-Ру)/100, вy =18*(100-40)/100=10.8(cм)

Маршрутное расстояние (Ву),

Bу =ву*m=10.8*180=1944(м)

Площадь съемочного участка(Sуч)=Lx*Ly, Sуч=16.6*9.3=154.38 кв.км

Количество снимков в маршруте(n) n=Lx/Bx+3, n=16.6/1.6+3=14+3=17

Количествo маршрутов(k) k=Ly/By+1, k=9.3/1.9=5

Общее количество кадров(N) N=n*k, N =17*5=85

Длина съемочного маршрута (Lc) Lc=(Lx+3Bx)*N, Lc=(16.6+3*1,2)*85= 1717(км)

Тс=L/W, T=1717/200=8,58(час)

 

Оценка качества материалов аэрофотосъемки выполняется следующим образом:

оценивается фотографическое и фотограмметрическое качество.

Фотографическое качество оценивается визуально или по эталонам: на аэроснимках не должно быть бликов, ореолов, теней, облаков, дымки, механических повреждений и т.д.

Фотограмметрическое качество устанавливают по степени соблюдения продольных и поперечных перекрытий, параллельности сторон снимка линиям базиса, прямолинейности маршрутов и выравниванию пленки. Рx% и Ру% определяется фотограмметрической линейкой.

Прямолинейность маршрута рассчитывается по формуле: zY%= zl/l*100 и не должно превышать 2% -при Н больше 750м, 3%- при Н меньше 750 м.

Не параллельность базиса фотографирования стороне аэрофотоснимка (угол сноса) определяется транспортиром. Измеряется угол между базисом и осью абсцисс, соединяющей координатные метки, допустимая величина -5 при fк=100мм,- 7 при fк=140мм, -10 при fк=200мм.

 

 

Лабораторная работа №2

 

Элементы центральной проекции. Построение перспективы точки, прямой, сетки квадратов

Цель работы: Изучить геометрическую сущность снимка, элементы центральной проекции, «присутствующие» при обработке каждого снимка, научиться решать задачи по нахождению перспектив точек и прямых, раскрывающие особенности геометрии построения снимка.

Задание: Выполнить построения в плоскости главного вертикала и дополнительные построения, связанные с решением прямой задачи. Построить перспективу отрезка расположенного в плоскости Е.

 

Общие сведения.

 

Линейная перспектива представляет собой геометрическую основу построения снимка и преобразования его в план. Поэтому изучение фотограмметрии и практическое применение фотограмметрических методов при решении различных задач невозможно без знания основных положений этого раздела.

Важными вопросами линейной перспективы являются: снимок — центральная проекция, в котором изучаются геометрическая сущность снимка; элементы центральной проекции, «присутствующие» при обработке каждого снимка; решение задач по нахождению перспектив точек и прямых, раскрывающее особенности геометрии построения снимка; решение обратных задач, связанных с построением плана по снимку.

Ниже рассматриваются эти вопросы применительно к геометрии построения снимка и его преобразования в план. Решение предлагаемых в главе задач необходимо для более полного и ясного изучения указанных вопросов.

 

Снимок – центральная проекция

Снимок местности представляет собой изображение этой местности в центральной проекции. Отличительной особенностью центральной проекции является прохождение всех проектирующих лучей, идущих от точек объекта, через центр проекции. Если изображение объекта строится на плоскости, такая центральная проекция называется линейной перспективой. При обычной аэро- или космической фотосъемке объектом является местность, центром проекции служит объектив съемочной камеры (точнее – его передняя узловая точка), а изображение местности в центральной проекции строится на плоскости светочувствительного материала.

Рисунок 1 Ортогональное и центральное проектирование точек местности

 

В то же время создаваемый обычно по снимкам план местности — это изображение небольшого ее участка в ортогональной проекции, в которой проектирование ведется отвесными проектирующими лучами на горизонтальную предметную плоскость.

Сущность центрального и ортогонального проектирования иллюстрируется рисунок 1. На нем показаны точки А, В, N местности, предметная плоскость Е, центр проекции S. Ортогональной проекцией этих точек, построенной отвесными лучами на плоскость Е, являются точки Ао, Bо, Nо, а центральной проекцией, полученной с помощью проектирующих лучей, проходящих через центр проекции S — точки А', В', N’. При пересечении проектирующими лучами плоскости снимка Р образуется центральная проекция точек А, В, N — точки а, b, n.

Для получения плана местности по снимку, т.е. для преобразования центральной проекции местности в ортогональную, необходимо знать геометрические особенности построения снимка, основой которой является теория линейной перспективы.

В линейной перспективе решают две задачи — прямую и обратную. При решении прямой задачи получают центральную проекцию (перспективу) объекта. При решении обратной задачи по центральной проекции объекта определяют его положение, размеры, форму. С позиций линейной перспективы аэро- и космическая фотосъемка представляет собой решение прямой задачи, т. е. получение изображений местности в центральной проекции. Преобразование снимков в фотопланы (планы) местности является решением обратной задачи.

 

Порядок выполнения работы

Построения в плоскости главного вертикалa W. В соответствии с рисунком 2.

 

Рисунок 2 Образец оформления чертежа

 

Построить проекцию главной вертикали υ0V (расположена в плоскости Е) и главную верти­каль υ0υ (расположена в плоскости Р), угол между которыми ранен αР [3]. Используя величины Н (отстояние центра проек­ции S от проекции главной вертикали) и f (отстояние S от глав­ной вертикали), найти положение центра проекции S. Опустив перпендикуляр из S на главную вертикаль (а значит, и на плоскость Р), получить главную точку о картины и ее проекцию О (в пересечении с проекцией главной вертикали υ0V). Опустив перпендикуляр из S на проекцию главной вертикали υ0V (а значит, и на плоскость Е), получить проекцию N точки надира n. Последняя образуется пересечением указанного перпендикуляра с главной вертикалью. Провести биссектрису угла oSn и получить точку нулевых искажений с и ее проекцию С (в пересечении с υ0V ). В пересечении прямой, идущей из центра проекции S параллельно υ0V, с главной вертикалью получить главную точку схода картины i. Отграничить и подписать плоскость главного вертикала W.

Построение остальных основных плоскостей и линии. Отграничить предметную плоскость Е. Для этого провести через υ0 прямую ТТ — основание картины — под углом 45° к проекции главной вертикали υ0V . Остальные грани­цы плоскости Е (ее части) построить в соответствии с рисунком 2. Отграничить позитивную картинную плоскость Р. Для этого провести через i прямую hihi, — линию действительного гори­зонта, параллельную ТТ. Остальные границы плоскости Р построить в соответствии с рисунком 2. Построить плоскость действительного горизонта Е', в которой лежит линия hihi и точка S. Плоскость Е' параллельно плоскости Е.

Дополнительные построения, связанные с решением прямой и обратной задач. Построить: границы снимка, боковые стороны которого параллельны главной вертикали (размер снимка в масштабе построения 3 см); границы соответственного негатива, найдя для этого положение его главной точки и главной вертикали; плоскость Р0 (ее часть) горизонтального снимка с тем же f. Найти линии пересечения плоскостей Р и Р0.Определить, чему равен масштаб вдоль этой линии, и объяснить почему.(m1)

Определить, чему равны расстояния ос, on, oi при заданных элементах центральной проекции, в случае плановой и гиро-стабилизированной аэрофотосъемок, а также на горизонтальном снимке. Результаты свести в таблицу. Найти, чему равны эти расстояния при αР = 90° (например, при фототеодолитной съемке). Результаты показать в графическом виде.

 

Методические указания по оформлению чертежей.

2.2.1. Задачи решаются графически на стандартных форматках чертежной бумаги размером 203X288 мм.

2.2.2. После построения в карандаше вычерчиваются элементы предметной плоскости и плоскости действительного горизонта черным, картинной плоскости — красным, а проектирующие лучи — зеленым цветом.

2.2.3. Все основные точки (S, i, υ0 и т. д. на рисунке 2), а также заданные точки и их проекции обводятся окружностями диа­метром 1,0—1,5 мм соответствующим цветом и подписываются в предметной плоскости прописными буквами латинского алфавита (А, В, С и т. д.), а в картинной плоскости — строчными буквами (а, b, с и т. д.).

Используемые в линейной перспективе плоскости следует рассматривать как бесконечные, их ограничение является условным.

 

Исходные данные: В данной работе для каждого студента задается угол наклона аэрофотоснимка - Р относительно предметной плоскости - Е

αо = 20 + К ,

где К - номер студента по списку

S0 = f - фокусное расстояние картины ,

SN =Н - высота фотографирования ,заданная в масштабе построения одинаковы для всех вариантов и равны:

f =30 мм, Н =70 мм.

По данной контрольной работе студен должен сдать:

Расчеты определения расстояний Ос, Оn, Оi в случае плановой гиро-стабилизированной аэрофотосъемок.

Графический чертеж построений.

 

Лабораторная работа №3

Расчет по формулам и графические построения величин смещения точек, линий, искажение масштаба, вызванное влиянием наклона снимка, рельефа местности, изменением высоты фотографирования.

 

Цель работы: Научиться рассчитывать аналитически искажения, вызванные углом наклона аэроснимка, влиянием рельефа местности, изменением высоты фотографирования; проанализировать и представить в графическом виде; уметь устранять все эти виды искажений и использовать их для практических целей.

Задание:Выполнить необходимые построения и вычислить величины искажений по формулам.