Специальное аэросъемочное оборудование

При топографической аэрофотосъемке кроме аэрофотоаппарата применяют вспомо­га­тельное оборудование, обеспечивающее ста­били­зацию съемочной камеры, контроль вы­соты, скорости, прямоли­нейно­сти полета, интервала между экспозициями, заход на оче­редной съе­мочный мар­шрут и определение данных для последующей фотограм­метрической обра­ботки – высоты фотографирования, превышений между центрами фотографирования, их коорди­наты и др. С этой це­лью на борту само­лета устанавливают статоскоп, радио­вы­сотомер, гиро­стаби­лизирую­щую установку и др.

2.1. Статоскоп представляет собой высокочувствительный дифферен­ци­альный баро­метр, позволяющий измерять изменение давления воздуха, возникающие при колебании вы­соты фотографирования.

Спо­соб основан на известном положении, что при малых разностях вы­сот (порядка 50–100 м) ко­лебание высоты полета D H связано с разностью давления D p и баромет­рической ступенью Q_H простой ли­нейной зависимостью

DH = Q_H - D p.

Поскольку барометрическая ступень для стандартной атмосферы из­вестна, для опре­деле­ния превышения между центрами фотографи­ро­ва­ния необходимо лишь измерить раз­ность давлений в точках съемки.

Дифференциальный барометр представляет собой две U-образные трубки, частично за­полненные жидко­стью. Конец одной из трубок непо­сред­ственно перед началом фотогра­фи­рова­ния запирается, и по­сле этого изменения высоты полета выявляются в виде разности уров­ней жидкости в двух коленах.

1. манометрическая трубка

2. баллон

3. клаппан

Изо­бражения обоих уровней непре­рывно фотографиру­ется на дви­жу­щуюся пленку, на которой в мо­мен­ты фотогра­фи­рова­ния делаются отметки (рис. 1.11). Про­явленная пленка на­зывается статограммой и содержит данные об изменении давления в точках фотогра­фирования . В современном аэрофотосъемочном производстве применяются статоскопы-автом­аты непрерывного действия С-51 и С-51М, обеспечивающие определение превышений между центрами фотографирования с точностью около ±1 м.

2.2.Радиовысотомер представляет собой радиолокационную установку, предназна­чен­ную для измерения высоты полета в моменты фотографирования. Принцип его действия ос­нован на использовании импульсного метода измерения расстояний и измере­нии врем­ени про­хождения радиоволны, направленной к земной поверхно­сти и отра­женной обратно. Тогда пройденный радиовол­ной путь, со­ответст­вую­щий высоте фотографирования:

где v_c – скорость распространения радио­волн, равная 300 000 км/сек;

t – вре­мя прохо­ждения ра­диоволной расстояния от само­лета до бли­жайшей точки ме­стности и обратно.

Принцип работы радиовысотомера заклю­чается в следующем. В момент экспонирования передатчик 1 (рис. 1.12) генерирует и через антенну 2 излучает импульс, который, отразившись от земли, улавливается приемной антенной 3 и че­рез приемник 4 передается на экран индикатора 5. Изображения направленного и принятого радиоимпульсов строятся в виде развертки шкалы на эк­ране электронно-лучевой трубки, которая в мо­менты сра­ба­ты­вания за­твора фотокамеры фотографируется на фото­пленку, называемую высотограммой.

Кадры высотограммы содержат изображение индикатора со шкалой развертки от 0 до 500 м и два выступа («выброса»), соответствующие моментам регистрации на­чального и отражен­ного импульсов.

Для определения высоты фотографирования к разности отсчетов по высотограмме при­бавля­ется произведение 500 м на целую часть ча­стного от деления най­денной по формуле (1.10) приближен­ной высоты фотографирования на 500.

Широкая направленность антенны (120°) и выбранная длина волны (68 см) обеспечивают отражение радиоволн от точек зем­ной поверх­но­сти (а не от растительно­сти), расположенных на различ­ных рас­стоя­ниях. После приема первого отраженного им­пульса прием­ник ра­диоволн запи­рается, что исключает многозначность определений.

С увеличением рельефа местности показания радиовысотомера начинают отличаться от истинного значения высоты фотогра­фиро­вания и при­ближаются к наклон­ному расстоя­нию до ближай­шей точки. По­иск этих точек и введение со­ответствующих поправок в показания радиовысотомера выполняют по фотограмметрическим данным.

Применяемые при аэрофотосъемке радиовысотомеры РВТД и РВТД-А обеспечив ают оп­ределение высоты фотографирования над равнинной местностью с точностью 1, 2–1, 5 м.

2.3. Гиростабилизирующая установка предназначена для стабилизации в полете положения съемочной камеры и уменьшения углов отклонения ее главной оптической оси от отвесной линии. В основе конструкции современных гироскопов лежит принцип волчка, стремящегося сохранить неизменным пространственное положение своей оси вращения при наклоне плоскости, на которой он установлен. Применяе­мые гиростабилизирующие установки Н-55, ТАУ, ГУТ-9 и др. ис­поль­зует трехстепенные гироскопы, ста­билизирующие положение съемочной ка­меры с точностью 10–15 минут.

2.4. Системы определения координат центров фотогра­фиро­вания в про­цессе аэрофотосъемки применяют с 50-х гг. прошлого столетия. В начале это были радиотехнические системы, основан­ные на фазовых методах измерения расстояний от само­лета до двух на­зем­ных станций. Широко применяемые в то время ра­диогеоде­зическая станция ЦНИИГАиК (РГСЦ) и самолетный радиодальномер (РДС) обес­пе­чивали определе­ние координат центров с ошибкой 1–5 метров.

Системы глобального пози­ционирования (GPS – Global Positioning System), появившиеся в 90-х гг., заменили радиогеодезические системы. Они работают по принципу измерения дальностей (расстояний) от самолета до геодезических спутников и скоростей их изме­нения (вследствие перемещения этих спутников). Определяемые с помощью системы простран­ственные координаты центров фотографирования могут использоваться как для целей навига­ции, так и последующей фотограмметрической об­работки снимков. В обоих слу­чаях через заданный про­межуток времени опреде­ляются коор­динаты точки и заносятся на магнит­ный носи­тель вместе со временем их оп­ределения и временем срабатывания затвора фотокамеры (экспозиции).

Последующая обработка дан­ных позволяет вы­чис­лить про­странст­венные координаты центров фото­гра­фирования путем интерпо­ляции GPS‑ измерений на моменты экспо­зи­ции и учесть по­ложение антенны прием­ника отно­си­тельно узловой точки объектива фотока­меры. Ошибка опре­деле­ния ко­ординат центров этим мето­дом не превышает 0, 1 м.

Одним из примером исполь­зования GPS-аппаратуры для реше­ния задач навигации является комп­лекс «Вектор» с радиу­сом действия около 1000 км, разработанный АЗОТ «Ракурс» при учас­тии РосИМЗ и АО «ПРИН». Комплекс применяется с 1992 г. при аэро­­фотосъемке мелкого масштаба. Показания GPS регистрируются и используются для кор­рек­ции нави­гационных элементов и точного са­мо­летовождения (с оши­б­кой менее 200 м при высоте фото­графирования 10 000 м). Фактическое положение оси маршрута опре­деляется по коор­динатам точек, накла­ды­ва­ется на элект­ронную карту и выводится на экран компьютера.