Топографічне знімання місцевості методом геометричного нівелювання. Поняття про фотограмметричні знімання місцевості

План

1. ТОПОГРАФІЧНЕ ЗНІМАННЯ МІСЦЕВОСТІ МЕТОДОМ ГЕОМЕТРИЧНОГО НІВЕЛЮВАННЯ

1.1 Нівелювання поверхні за квадратами

1.2 Нівелювання поверхні за паралельними лініями

1.3 Нівелювання поверхні за полігонами і створами

1.4 Побудова топографічного плану за результатами

2. ПОНЯТТЯ ПРО ФОТОГРАММЕТРИЧНІ ЗНІМАННЯ МІСЦЕВОСТІ

2.1 Види фотознімання

2.2 Наземне стереофотограмметричне знімання

2.3 Аерофототопографічне знімання

2.4 Визначення масштабу аерознімку

2.5 Дешифрування ситуації на аерофотознімку

2.6 Трансформування аерофотознімків

2.7 Складання фотопланів

1. ТОПОГРАФІЧНЕ ЗНІМАННЯ МІСЦЕВОСТІ МЕТОДОМ ГЕОМЕТРИЧНОГО НІВЕЛЮВАННЯ

1.1 Нівелювання поверхні за квадратами

Це один із видів топографічного знімання місцевості, яке часто застосовують при будівництві, коли необхідно отримати топографічний план ділянки з високою точністю.

Досить визначити координати двох точок А і В, щоб зорієнтувати земельну ділянку АВ12. На стороні АВ за допомогою теодоліту і мірної стрічки розмічають сітку квадратів довжиною сторони, визначеної технічним завданням. Загально прийнято призначати сторони квадратів довжиною 5,10, 20 і 50 м. Вершини квадратів на місцевості фіксують за допомогою дерев‘яних кілочків.

Висоти на вершини квадратів передають геометричним нівелюванням від Рп 36. Спочатку визначають висоту точки А за формулою

HA=Hрп 36+h, (1)

де h – перевищення між репером 36 і точкою А.

Рис. 1. Нівелювання з одної станції

Нівелір встановлюють приблизно посередині земельної ділянки з таким розрахунком, щоб було видно всі вершини квадратів (Рис.1). На станції Сст визначають горизонт приладу. Для цього приводять нівелір в робоче положення, рейку встановлюють на точку А і знімають відлік по чорній стороні а. Горизонт приладу обчислюють за формулою

(2)

де НА – висота точки А.

Після цього рейку по черзі встановлюють на землю в кожній вершині квадратів і знімають відліки по чорній стороні. Висоти вершин квадратів обчислюються за формулою

(3)

де Сі – відлік по чорній стороні рейки, встановленій у відповідній вершині квадратів.

1.2 Нівелювання поверхні за паралельними лініями

Спосіб паралельних ліній застосовують на відкритій і закритій місцевості при рівнинному рельєфі. Основою для знімання є магістраль АВ, яка закріплена на території ділянки з метою забезпечення найкращих умов виконання за паралельними лініями (рис.2).

Перпендикулярно до магістралі АВ, а в необхідних місцях і під кутом, розмічають поперечники. Інколи будують поперечники другого порядку CD, EF, MN т. ін. Віддаль між поперечниками залежить від характеру місцевості, масштабу і характеру знімання. При зніманні в масштабі 1:2000, поперечники будують через 30-40 м. На кожному поперечнику розмічають пікетаж, починаючи від магістралі.

На початку і в кінці між сусідніми поперечниками вимірюють віддаль.

Рис. 2. Нівелювання за паралельними лініями

З поперечників виконують знімання контурів і предметів місцевості. Результати знімання записують в пікетажний журнал.

Магістраль нівелюють в прямому і зворотному напрямках, а поперечники лише в прямому. Нівелірний хід по поперечнику починають від магістралі (наприклад, від ПК-О); в кінці ходу, в точці К переходять на сусідній поперечник в точку Р і по ньому повертаються до магістралі ПК-1. Результати нівелювання записують в журнал і т. ін.

В камеральних умовах нівелірні ходи урівнюють, вираховують висоти всіх пікетних і плюсових точок, після чого складають план ділянки місцевості у відповідному масштабі.

1.3 Нівелювання поверхні за полігонами і створами

Спосіб полігонів застосовують на відкритій місцевості з добре вираженим рельєфом. Основою для знімання в цьому випадку служить мережа замкнених магістралей (рис.3).

Полігони намагаються прокладати в характерних місцях рельєфу, за лініями водорозділів та водозливів. Для детального знімання ситуації і рельєфу на магістралях полігону будують поперечники.

Пікетні і плюсові точки магістралей і точки на поперечниках розташовують рівномірно по всій території.

Після камеральної обробки польових матеріалів складають топографічний план ділянки.

Рис. 3 . Нівелювання за полігонами і створами

1.4 Побудова топографічного плану за результатами нівелювання поверхні

На аркуші креслярського паперу будують координатну сітку та підписують її згідно координат точок планової основи. На план наносять точки планової основи за їх прямокутними координатами. В масштабі будують сітку квадратів з відомою стороною, або поперечники. Підписують висоти всіх вершин квадратів та додаткових точок в характерних місцях і наносять ситуацію згідно пікетажного журналу. За відомим перерізом рельєфу виконують інтерполювання та проводять горизонталі. Коли переріз рельєфу прийнятий 0,25 м, то кожна п‘ята горизонталь проводиться потовщеною (0,2 мм).

Горизонталі проводять шляхом інтерполювання, тобто пропорційно поділу віддалі між точками. Помітки поділу з однаковими висотами з‘єднують плавною кривою, виконавець з досвідом інтерполювання виконує на око, а менш досвідчені виконавці користуються палеткою.

В нижній частині плану підписують масштаб, а нижче масштабу пишуть “Суцільні горизонталі проведені через 0,25 м”. Підписується фірма, яка виготовила план та прізвище виконавця.

2. ПОНЯТТЯ ПРО ФОТОГРАММЕТРИЧНІ ЗНІМАННЯ МІСЦЕВОСТІ

2.1 Види фотознімання

В залежності від того, де знаходиться при зніманні фотокамера, розрізняють два види фотознімання: наземне стереофотограмметричне знімання і аерофотознімання.

Ці знімання виконуються так, щоб за виміряними величинами на фотознімках можна було визначити положення будь-яких точок об‘єкту, скласти топографічний план ( карту), виконати рішення спеціальних задач. Таким чином фотографія – це консервування оптичного зображення предмета з однієї точки місцевості на площині негативній або слайдовій плівках.

Наука, яка вивчає способи визначення розмірів, форми і положення об‘єкту за його фотознімком, називається фотограмметрією. Слово фотограмметрія походить від грецьких слів photos – світло, gramma – запис і metreo – вимірюю.

2.2 Наземне стереофотограмметричне знімання

При наземному фотограмметричному зніманні визначають планове і висотне положення об‘єкту, шляхом фотографування його з двох взаємно орієнтованих між собою пунктів з відомими координатами.

Якщо одночасно розглядати фотознімки за допомогою простого фотограмметричного приладу стереоскопа так, щоб лівим оком бачити лівий знімок, а правим – правий, то ми побачимо рельєфне об'ємне зображення – модель знятого об‘єкту. Ці знімки називають стереоскопічними або стереопарою.

Стереопара – це консервування оптичного зображення одного і того ж предмета з лівої та правої точок місцевості на площині негативної або слайдових плівок.

Фізіологічна особливість нашого зору – отримання стереоефекта, пояснюється тим, що зображення різноманітних віддалених предметів відбивається на сітчатці кожного ока на різних відстанях від найбільш чутливих місць її – жовтих плям.

Наземне стереофотограмметричне знімання виконується за допомогою фототеодоліта, який складається із фотокамери і теодоліту. Фототеоделіт ставиться на штатив та приводиться в робоче положення за відомими правилами. Теодоліт устаткований пристроєм для вимірювання базису фотографування за допомогою горизонтальної рейки.

Застосування фототеодоліту дає можливість встановлювати оптичну вісь фотокамери у визначеному положенні відносно напрямку базису, а також орієнтувати її відносно сторін горизонту і виконувати прив‘язку станцій фототеодолітного знімання до пунктів геодезичного обґрунтування.

Обробка знімків фототеодолітного знімання виконується на стереоанаграфах. За їх допомогою автоматично будується топографічний план місцевості оптико-механічним шляхом.

Наземне стереофотограмметричне знімання доцільно використовувати при зніманні ділянок для:

а) складання паспорту родовищ будівельних матеріалів;

б) топографічного плану транспортної розв‘язки на перетині двох автомобільних доріг;

г) розробки генерального плану дорожньої дільниці;

д) топографічного плану мостового переходу.

2.3 Аерофототопографічне знімання

Аерофотознімання виконується спеціальними аерофотоапаратами, скорочено АФА. Фотографування на плівку, або пластинку виконується автоматично. Найбільш часто вживаються наступні розміри аерознімків: 18х18, 18х24, 23х23, 30х30 см.

Для знаходження головної точки аерознімку на прикладній рамці фотокамери є чотири координатні мітки, зображення яких отримують на негативі. Точка перетину прямих ліній, які з‘єднують протилежні координатні мітки, і є головною точкою аерознімку (рис.1).

Рис. 1. Прикладна рамка фотокамери

Аерофотоапарат встановлюють на літаку так, щоб оптична вісь фотокамери співпадала з висковою лінією, а площина знімку знаходилась приблизно горизонтально. В залежності від положення оптичної осі фотокамери, або положення площини знімка в момент знімання, аерофотознімання ділиться на планове і перспективне.

Плановим зніманням називається аерофотознімання, виконане при положенні оптичної осі фотокамери, яка відрізняється від прямовисного не більше ніж на 3 градуси. Перспективним зніманням називається аерофотознімання, яке виконано при нахиленому положенні оптичної осі фотокамери. Таке знімання виконується при фотографуванні хмар з літака. Недоліком перспективного фотознімання є зміна масштабу від переднього плану до заднього. Тому найбільше поширене планове аерофотознімання.

В залежності від розмірів і форми ділянки, аерофотознімання буває одиночним, маршрутним і суцільним. Об`єктами одиночного аерофотознімання є окремі ділянки місцевості, яка зображається на одному аерознімку. Маршрутне аерофотознімання – це знімання місцевості вузької смуги (річка, канал, залізна і автомобільна дороги та інше), ширина яких зображується на одному знімку. Для того, щоб між аерознімками не було розривів, маршрутне аерознімання виконується з поздовжнім перекриттям сусідніх аерознімків. Коли знімання ділянки не може бути зображене на аерознімках одного маршруту, то виконується суцільне аерофотознімання декількома паралельними маршрутами. Ці маршрути прокладають так, щоб аерознімки сусідніх маршрутів взаємно перекривалися. Таке перекриття називається поперечним. Поздовжнє перекриття складає 60-80%, а поперечне 25-40%. Наявність перекриття при маршрутному і суцільному аерофотозніманні дає можливість отримати план із зображенням на ньому не тільки ситуації, але і рельєфу місцевості.

Метод обробки аерознімків, при якому отримують тільки контурну частину карти, а рельєф знімають методом наземного знімання, називається контурно-комбінованим аерозніманням.

Коли контури і рельєф місцевості зображають на карті за допомогою вимірів на перекриваючих аерознімках, а геодезичними методами будується тільки обґрунтування знімання, то такий метод називають стереофотограмметричним зніманням.

2.4 Визначення масштабу аерознімку

Якби місцевість була горизонтальною ділянкою і оптична вісь фотоапарата під час знімання була прямовисною, то аерознімок був би планом місцевості.

В цьому випадку масштаб аерознімка можна обчислити в залежності від фокусної відстані аерофотоапарата і від висоти Н = SO його об‘єктива S, яка називається висотою знімання (рис.2).

Рис.2. Визначення масштабу

Нехай на аерознімку отримали зображення a, b, c і d точок A, B, C i D місцевості. Із подібності трикутників a b S і A B S маємо

. (1)

Відношення довжини відрізка ab на знімку до довжини відповідної лінії AB на місцевості є числовим масштабом аерознімку.

, (2)

так що

. (3)

Тобто числовий масштаб аерознімку дорівнює відношенню фокусної віддалі аерофотоапарата до висоти знімання.

2.5 Дешифрування ситуації на аерофотознімку

Розпізнавання на аерознімку ситуації і рельєфу місцевості називається топографічним дешифруванням, а розпізнавання спеціальних об‘єктів – технічним дешифруванням.

При дешифруванні використовують прямі і посередні демаскуючі ознаки. Прямими демаскуючими ознаками є такі, які безпосередньо вказують на характер об‘єкту. До них відносять:

1) форма зображення – на знімку зберігаються характерні окреслення (річки, притоки, озера, будівлі і таке інше);

2) розміри зображення – маючи виміряну величину зображення предмета на аерознімку відомого масштабу, легко визначити розміри предмета на місцевості;

3) окреслення тіні – окреслення тіні дає можливість визначити форму предмету та його призначення;

4) тон зображення на аерознімку залежить від таких причин:

а) здатність поверхні відбивати від себе проміння світла;

б) характеру поверхні предмета – чим вона меншу має шаруватість тим світліша на аерознімку;

в) освітлення предмета – чим вона більша, тим світліше зображення на знімку;

г) світлочутливості фотографічної емульсії.

До посередніх демаскуючих ознак належать такі, які характеризують взаємне положення об‘єктів.

1. Населені пункти відрізняються наявністю груп будинків зображених чотирикутниками. На житлових будинках видно димоходи у вигляді точки.

2. Дороги. Автодороги на знімку зображаються у вигляді білих смуг з темними лінями по краях (канави).

3. Водневі поверхні зображуються темним тоном, піщане мілководдя – білими плямами.

4. Грунтово-рослинний покрив. Рілля виділяється своїми прямими окресленнями. Тон зображення ріллі різний в залежності від висоти і характеру посіву.

5. Ліси і кущі окреслені темними фігурами. Листяні і соснові ліси розпізнаються за характером зображення крони дерев.

2.6 Трансформування аерофотознімків

Фотоплан представляє собою зображення місцевості, отримане за трансформованими аерознімками. Якщо контактні знімки обрізати посередині перекриття, а потім прикласти обрізаними краями один до одного, то отримаємо фото схему. Фотосхема відрізняється від фотоплану тим, що перша має різні масштаби, а другий приведений до одного масштабу.

Трансформування аерофотознімків виконують за допомогою фототрансформаторів. У фототрансформатор вкладають аеронегатив, який освітлюється сильним джерелом світла і через об‘єктив фототрансформатора проектують на екран. На екран трансформатора кладуть аркуш паперу з нанесеними координатами точок геодезичного обґрунтування. Змінюючи віддаль від об‘єктиву до екрану і нахиляючи екран в ту, чи іншу сторону добиваються співпадання зображень точок геодезичного обґрунтування негатива з відповідними точками паперу (планшету). В цей момент отримане на екрані зображення відповідає горизонтальному положенню аерознімка і аерофотознімання в заданому масштабі. Закріплюють екран та кладуть на нього фотопапір і за відповідною технологією виготовляють аерознімок, який в результаті буде трансформованим. Планшет на якому змонтовані трансформовані знімки і проведені горизонталі та нанесена сітка прямокутних координат називається фотопланом або топографічним планом

2.7 Складання фотопланів

Для отримання фотоплану трансформовані аерознімки накладають один на другий перекриваючими частинами, розрізають посередині перекриття і прикладають аерознімки обрізаними частинами один до одного.

При контурно-комбінованому аерофотозніманні виготовляють репродукцію з фотоплану і на ній виконують дешифрування ситуації і знімання рельєфу місцевості. Інколи дешифрування ситуації і знімання рельєфу виконують безпосередньо на контактних відбитках, а з них переносять необхідні дані на фотоплан. З цього фотоплану фотографічним шляхом виготовляють копію, на якій в туші викреслюють все те, що повинно бути зображено на карті даного масштабу. Після цього всі інші деталі фотозображення змивають особливим хімічним розчином і отримують звичайну топографічну карту.

При стереофотограмметричному зніманні зображення контурів і рельєфу зразу переносять з аерознімка на карту за допомогою спеціальних стереоскопічних приладів та отримують топографічну карту.