ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

РУКОВОДСТВО
ПО ПРИМЕНЕНИЮ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ ОБМЕРНЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ
ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Москва 1984

Приведены методы геодезических, фотосъемочных и фотограмметрических работ для составления обмерных чертежей инженерных сооружений.

Для инженерно-технических работников проектных и изыскательских организаций.

Рекомендовано к изданию секцией инженерной геодезии научно-технического совета ПНИИИС Госстроя СССР

ПРЕДИСЛОВИЕ

Руководство по применению фотограмметрических методов для составления обмерных чертежей инженерных сооружений разработано с целью установления единой технологии создания архитектурных планов инженерных сооружений и содержит рекомендации по составу и способу выполнения комплекса полевых и камеральных работ по наземной стереофотограмметрической (фототеодолитной) съемке.

В основу Руководства положены возможности и преимущества наземной стереофотографической съемки, используемой в качестве основного способа при решении различных измерительных задач, встречающихся при проектировании, реконструкции и исследований инженерных сооружений. Руководство составлено по технологическому признаку выполнения работ, в нем отражены следующие основные вопросы: полевые геодезические и фотосъемочные работы; особенности камеральной обработки снимков сооружений на различных универсальных стереофотограмметрических приборах; аналитическая обработка снимков. В Руководстве нашел отражение отечественный и зарубежный опыт инженерной фотограмметрии, а также действующие нормативные и другие методические документы, регламентирующие порядок работ по наземной стереофотограмметрической съемке при инженерных изысканиях для строительства.

Руководство подготовлено Киевским государственным университетом (проф. В.М. Сердюков, канд. техн. наук Г.А. Патыченко, инженеры В.А. Катушков, И.К. Шумилова, Б.П. Довгий, Г.М. Хихлуха) и Производственным и научно-исследовательским институтом по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Госстроя СССР (канд. техн. наук В.К. Львов, инженеры А.А. Тинт, Н.П. Калинин, Т.С. Белоцерковская).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Общие требования к выполнению архитектурно-строительных обмеров

1.1. Одной из основных задач фотограмметрии в архитектуре является выполнение архитектурно-строительных обмеров с целью реконструкции и реставрации зданий, а также в научно-исследовательских целях. В зависимости от назначения архитектурно-строительные обмеры подразделяются на схематические, архитектурные и архитектурно-археологические.

1.2. Схематические обмеры выполняются для общего обзорного представления сооружений и архитектурных ансамблей. Архитектурные обмеры выполняются для разработки проектов реставрационных работ и реконструкции. Архитектурно-археологические обмеры выполняются для разработки проектов реставрации с одновременным натурным исследованием сооружения и фиксацией состояния памятника.

1.3. Масштабы обмерных чертежей, планов и отдельных фрагментов, требования к полноте и точности их составления определяются в техническом задании в зависимости от назначения архитектурно-строительных обмеров.

1.4. Исходя из технических возможностей современной технологии фотограмметрических методов съемки устанавливается следующая классификация точностей выполнения обмерных работ.

При создании фотопланов фасадов зданий, составляемых для обзорных целей, допускаются перспективные смещения второстепенных деталей (карнизов, балконов), превышающие допуски, приведенные в табл. 1.

Таблица 1

Прецизионные измерения I класса точности выполняются только аналитическим методом с указанием на чертежах размеров всех необходимых деталей.

Для разработки технических проектов реставрации крупных архитектурных ансамблей обмерные чертежи составляются в масштабах 1:100 и 1:200. Для выполнения обмерных работ на стации рабочих чертежей планы сооружений составляются в масштабах 1:20, 1:50. Обмерные чертежи отдельных фрагментов составляются в масштабе 1:10 или 1:5.

Технологические варианты выполнения обмеров фотограмметрическим методом

1.5. Методом фотограмметрии архитектурные обмеры можно выполнять путем измерения:

одиночных снимков;

пары снимков.

1.6. Методом измерения одиночных снимков можно выполнять обмеры сооружений, состоящих главным образом из плоских элементов с крупными формами. В зависимости от заданной точности работ, их назначения и имеющихся фотограмметрических приборов архитектурные обмеры по одиночным снимкам можно выполнять различными камеральными методами обработки снимков:

фототрансформированием;

оптико-графические;

аналитическим;

графическим.

1.7. Методом фототрансформирования могут составляться фотопланы фасадов зданий, интерьера, памятников в заданном масштабе. При необходимости составления чертежных планов контуры фотоплана вычерчиваются тушью, а фотоизображение отбеливается. Фототрансформирование выполняется на фототрансформаторах ФТБ, ФТМ, «Ректимат» и др.

Оптико-графический метод заключается в том, что контуры трансформированного изображения обводятся карандашом и сразу получается чертежный план в заданном масштабе. Обычно при оптико-графическом трансформировании используются одиночные проекторы, имеющие формат прикладной рамки 8×6 см. Поэтому при больших, форматах снимков с них следует изготовлять уменьшенные диапозитивы.

Оптико-графическое трансформирование можно выполнять и с использованием фототрансформаторов. Метод оптико-графического трансформирования технологически более прост, чем метод трансформирования, но имеет меньшую производительность и создает затруднения при контроле чертежей.

Аналитический метод заключается в вычислении координат точек с использованием формулы связи координат одиночного снимка и объекта. Снимки измеряются на стереокомпараторах, вычисления целесообразно выполнять на ЭВМ. Аналитическим методом по измерениям одиночных снимков можно определить главным образом размеры между точками, лежащими в одной плоскости, что ограничивает возможности метода.

Графический метод заключается в составлении чертежного плана с использованием приемов начертательной геометрии и свойств изображения в центральной проекции. Графический метод имеет меньшую точность, чем остальные, и малопроизводителен.

1.8. Методом измерения пары снимков можно определять размеры между любыми точками сооружения, расположенными в различных плоскостях. Этот метод имеет наибольшие возможности для выполнения архитектурных обмеров. Необходимым условием этого метода является наличие снимков, полученных с разных точек. Снимки могут быть получены одним фотоаппаратом или разными фотоаппаратами. Снимки могут составлять стереопару (т.е. по снимкам можно наблюдать стереоэффект), и можно использовать пару снимков, по которым нельзя получить стереоэффект (обычно архивные снимки). Пара снимков может обрабатываться методами:

универсальным;

аналитическим.

1.9. При обработке снимков универсальным методом необходимо иметь снимки, составляющие стереопару и подученные одним фототеодолитом. Снимки стереопары обрабатываются (измеряются) на универсальных приборах: стереопроекторе, стереографе, стереоавтографе и др.

При использовании приборов, у которых фокусное расстояние проектирующих камер устанавливается независимо один от другого (стереограф, стереоавтограф и др.), можно использовать стереопару снимков, полученных разными фотокамерами.

В результате обработки снимков на универсальных приборах получается чертежный план фасада сооружения в заданном масштабе. На универсальных приборах можно определять и координаты точек, расстояния между точками, высоту конструктивных элементов сооружения. Такой метод определения размеров получил название аналого-аналитического.

Универсальный метод имеет наибольшие возможности для архитектурных обмеров.

При аналитическом методе снимки измеряются на стереокомпараторах или монокомпараторах. Снимки могут составлять стереопару, и могут использоваться снимки, по которым нельзя получить стереоэффект, но такие снимки должны иметь перекрытие, т.е. на них должны быть изображены общие детали сооружения.

Аналитический метод основан на использовании математических зависимостей между координатами пары снимков и объекта.

В результате аполитической обработки получается цифровая модель сооружения (координаты X, Y, Z отдельных точек), пользуясь которой можно определить размеры между любыми точками, составить графический план. Наиболее удобно составлять чертежные планы с использованием автоматических координатографов и графопостроителей.

Архитектурные обмеры могут выполняться и комбинированными методами, когда используются различные методы, например метод фототрансформирования и аналитический и т.д.

Кроме этого, в ряде случаев возникает необходимость досъемки невидимых деталей («мертвых мест») путем натурных измерений или использования малоформатных камер.

Приборы для полевых и камеральных работ

Приборы для полевых работ

1.10. Полевые работы при наземной стереофотограмметрической съемке местности выполняются с помощью фототеодолита или специальных фотокамер.

1.11. В настоящее время имеется много типов фототеодолиты, которые можно классифицировать по формату кадра (6×9, 10×15, 13×18, 18×24 см), по углу поля зрения, фокусному расстоянию и другим характеристикам. Комплект фототеодолита состоит из фотокамеры, теодолита, дальномерного устройства, штативов, кассет и других принадлежностей.

Наиболее широко у нас применяются фототеодолиты формата 13×18 см с фокусным расстоянием около 200 мм, как, например, фототеодолиты «Геодезия» (СССР), фирмы «Цейсс» (ГДР) С-3в, С-5в, ТАН, «Фотео-19/1318» и др.

Фототеодолит «Фотео-19/1318» с фокусным расстоянием f = 19 см, со снимком размером 13×18 см в настоящее время широко применяется в нашей стране для наземной стереофотограмметрической съемки местности и для специальных инженерных целей.

1.12. Особую группу составляют стереофотограмметрические камеры, позволяющие выполнять одновременное фотографирование объекта. Такие камеры обычно используются для специальных инженерных съемок с близких расстояний.

Обычно у фототеодолитов, предназначенных для топографических съемок, прикладную рамку устанавливают в фокальной плоскости объектива, что соответствует резкости изображения при наведении на бесконечность. При съемке с близких расстояний для фокусировки необходимо было бы перемещать объектив. Для придания жесткости фотокамере, упрощения ее конструкции и сохранения элементов внутреннего ориентирования объектив не имеет перемещений для фокусировки, поэтому при съемке таким теодолитом с близких расстояний возникает нерезкость изображения. В этих случаях следует или применять специальные фотокамеры с выдвигающимися объективами, или реконструировать существующие, вводя в них удлиняющие тубусы.

Приборы для камеральных работ

1.13. Камеральная обработка материалов фототеодолитной съемки может производиться аналитическим, графическим и графомеханическим методами. При аналитическом и графическом методах сначала измеряют координаты точек снимков на стереокомпараторе для определения координат точек x, z и продольного параллакса p.

Наиболее распространены в Советском Союзе отечественный стереокомпаратор СК-2 и стереокомпаратор 1818 фирмы «Цейсс» (ГДР). Часто вместо стереокомпараторов используются прецизионные стереометры СМ-3 и СМ2-4 конструкции проф. Ф.В. Дробышева. В настоящее время получают распространение стереокомпараторы с автоматической регистрацией результатов измерений на перфокартах, перфоленте или с помощью электрической пишущей машины. К ним относится стекометр фирмы «Цейсс» (ГДР), высокоточный стереокомпаратор СКВ-1, разработанный в ЦНИИГАиК, и др.

1.14. Графомеханический метод заключается в обработке снимков на специальных стереофотограмметрических приборах - стереоавтографах или на универсальных приборах типа стереопланиграфа. Этот метод применяется для составления карт, а также чертежей инженерных сооружений и имеет наиболее высокую производительность.

В Советском Союзе имеются стереоавтографы фирмы «Орель-Цейсс», малый автограф фирмы «Цейсс», стереоавтограф проф. Ф.В. Дробышева. Наибольшее распространение получил, стереоавтограф 1318 фирмы «Цейсс» (ГДР).

Стереоавтограф и стереопланиграф позволяют по фототеодолитным снимкам рисовать ситуацию, горизонтали, определять отметки точек и их плановое расположение. Кроме того, благодаря переключению координатных осей стереоавтографа можно строить продольные и поперечные профили, проекцию на фронтальную и боковую плоскости, в чем возникает необходимость при инженерной фотограмметрии. При помощи стереоавтографа, стереопланиграфа и других универсальных приборов можно составлять по фототеодолитным снимкам чертежи инженерных сооружений, архитектурных памятников и т.д.

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОТОТЕОДОЛИТНОЙ СЪЕМКИ СООРУЖЕНИЙ

Основные понятия и определения

2.1. При инженерных съемках и исследованиях зданий и сооружений применяют фототеодолитную съемку. Фотографирование выполняется при помощи специальных фотокамер, снабженных ориентирным устройством и уровнями, что позволяет устанавливать фотокамеру в необходимое положение.

Фотокамера фототеодолита состоит из объектива, корпуса и прикладной рамки, к которой прижимается фотопластинка в момент съемки. На прикладной рамке фотокамеры имеются две пары координатных меток xx и zz, которые при фотографировании изображаются на снимках. Координатные метки установлены таким образом, что соединяющие их прямые взаимно перпендикулярны.

В некоторых случаях для съемок сооружений применяют любительские фотоаппараты и киноаппараты.

2.2. В инженерной фотограмметрии применяется фотограмметрический метод, когда для измерительных целей используют одиночные снимки, и стереофотограмметрический, когда задача решается по результатам измерений стереопары.

Фотограмметрический метод съемки применяют для определения положения точек сооружения в плоскости, параллельно которой устанавливается плоскость снимка. Съемку выполняют с одной фотостанции. Если объект фотографируется несколько раз (например, для определения деформаций), то такую съемку называют съемкой с нулевым базисом.

Стереофотограмметрический метод используют в тех случаях, когда необходимо определить пространственное положение точек сооружения по осям XYZ. В этом случае съемку производят с двух точек, расстояние между которыми называется базисом фотографирования.

Обычно фотографирование производится с горизонтального базиса. При исследовании сооружений иногда возникает необходимость фотографирования с вертикального базиса, когда одна фотостанция находится над другой.

Системы координат

2.3. При фототеодолитной съемке различают три основные системы координат:

плоскую прямоугольную систему координат снимка xz. За начало координат здесь принимается точка О - точка пересечения осей xx и zz снимка;

пространственную прямоугольную фотограмметрическую систему координат XYZ. За начало координат принимается передняя узловая точка объектива S при установке фототеодолита на левом конце базиса фотографирования. Ось Z обычно занимает вертикальное положение, а оси X и Y могут занимать различное положение в зависимости от условий съемки и удобства выполнения математической обработки результатов измерений (рис. 1).

При фотограмметрических измерениях применяется правая система пространственных координат;

пространственную прямоугольную геодезическую систему координат X_r, Y_r, Z_r, которая может быть государственной или условной и в общем случае не совпадать с фотограмметрической.

Рис. 1. Система пространственных фотограмметрических координат

Геодезические координаты точек объекта получают путем перевычисления фотограмметрических пространственных координат в соответствии с правилами переноса и поворота координатных осей.

При определении взаимного положения точек сооружений определяют только фотограмметрические координаты, не переходя от них к геодезическим.

Элементы ориентирования

2.4. Для определения координат точек объекта по снимкам необходимо знать элементы ориентирования, которые определяют положение снимков в пространстве в момент съемки.

Их разделяют на две группы - внутреннего и внешнего ориентирования.

2.5. Элементы внутреннего ориентирования определяют положение центра проекции относительно снимка. К ним относятся фокусное расстояние f фотокамеры и координаты x₀ и z₀ главной точки O' снимка (рис. 2).

Фокусным расстоянием фотокамеры называется расстояние между узловой точкой объектива S_z' плоскостью снимка (плоскостью прикладной рамки фотокамеры).

Главным лучом называется проектирующий луч S'_O, перпендикулярный плоскости снимка.

Рис. 2. Элементы внутреннего ориентирования снимков

Обычно при изготовлении фотокамеры стремятся установить объектив так, чтобы оптическая ось объектива была перпендикулярна плоскости снимка (плоскости прикладной рамки), т.е. чтобы оптическая ось фотокамеры совпадала с главным лучом фотокамеры. Поэтому часто главный луч фотокамеры называют оптической осью фотокамеры.

Главной точкой снимка называется точка пересечения главного луча с плоскостью снимка. Координатные метки xx, zz прикладной рамки при изготовлении фотокамеры стремятся установить так, чтобы главная точка O' снимка совпадала с началом координат на снимке (с точкой пересечения линий, соединяющих координатные метки xx, zz).

Однако вследствие недостаточно точной установки координатных меток главная точка снимка O' не совпадает с началом координат снимка - точкой O - на величину x₀, z₀. В процессе юстировки фотокамеры стремятся уменьшить величины x₀, z₀ по минимума, поэтому координатные метки обычно изготовляют перемещающимися.

При аналитической обработке результатов измерений несовпадение главной точки снимка с началом координат можно учесть введением соответствующих поправок, поэтому положение координатных меток можно не исправлять, а иногда можно и не определять положение главной точки (т.е. не определять значение величин x₀, z₀).

2.6. Элементы внешнего ориентирования определяют положение фотокамеры относительно принятой пространственной системы координат.

Положение снимка в пространстве определяется шестью параметрами, из которых три линейные и три угловые величины.

Линейными элементами внешнего ориентирования являются координаты центра проекции X_S, Y_S, Z_S. Координаты центра проекции определяют в геодезической, условной или пространственной фотограмметрической системе координат.

Угловые элементы внешнего ориентирования могут в зависимости от принятой системы ориентирования иметь разный вид.

В качестве угловых элементов внешнего ориентирования могут быть взяты (см. рис. 1): α - угол вращения снимка в горизонтальной плоскости вокруг оси Z; ω - угол наклона снимка (угол вращения снимка вокруг оси X), χ - угол крена снимка (угол вращения снимка в своей плоскости вокруг оптической оси фотокамеры).

Угловыми элементами внешнего ориентирования могут быть также дирекционный угол направления оптической оси фотокамеры A_O, угол наклона оптической оси ω и угол поворота (крена) снимка в своей плоскости χ.

Разница между углами α и A₀ заключается в том, что угол α отсчитывается от положительного направления оси Y пространственной фотограмметрической системы координат, а A₀ - от положительного направления оси X_i геодезической системы координат.

2.7. Если имеется пара снимков и фотографирование выполняется одной и той же камерой, то считается, что элементы внутреннего ориентирования одинаковы. Следовательно, положение пары снимков в пространстве определяется 15 элементами, из которых 3 элемента внутреннего ориентирования и 12 - внешнего.

Однако вследствие неприжима фотопластинки к плоскости прикладной рамки фотокамеры изменяются элементы внутреннего ориентирования, и поэтому в общем случае можно считать, что положение пары снимков определяется 18 элементами ориентирования.

Обычно для стереопары фототеодолита снимков выбирают систему элементов внешнего ориентирования, исключающую координаты правого конца базиса (центра проекции фотокамеры при установке на правом конце базиса). В этом случае элементами внешнего ориентирования будут: X_SA, Y_SA, Z_SA - координаты левого центра проекции; A - дирекционный угол базиса; ψ - горизонтальный угол между базисом и оптической осью левой фотокамеры; ω_A - угол наклона оптической оси фотокамеры на левом конце базиса; χ - угол поворота (крена) левого снимка; B - горизонтальное положение базиса; B_z - превышение правого конца базиса относительно левого; γ - угол конвергенции (горизонтальный угол между оптическими осями фотокамеры при установке на левом и правом концах базиса); ω_П - угол наклона оптической оси фотокамеры на правом конце базиса; χ_П - угол поворота правого снимка.

Выбор такой системы обусловлен тем, что эти величины обычно определяются при фототеодолитной съемке.

Основные случаи съемки

2.8. При съемке оптическая ось фотокамеры может занимать различное положение относительно горизонта и линии базиса. В зависимости от принятых угловых элементов внешнего ориентирования различают пять основных случаев съемок: нормальный, равноотклоненный, конвергентный, равнонаклоненный и общий. При нормальном случае съемки (рис. 3,а) оптические оси левой и правой фотокамер устанавливаются горизонтально и перпендикулярно базису B, плоскость снимка занимает отвесное положение.

Нормальный случай съемки применяется чаще, так как он обеспечивает наиболее точные результаты и упрощает математическую обработку.

При равномерно отклоненном случае съемки оптические оси левой и правой фотокамер отклоняются вправо или влево на один и тот же угол α для расширения горизонтального угла охвата снимаемого объекта (рис. 3,б, в). В результате этого с одного базиса можно получить три стереоскопические пары снимков: стереопару для нормального случая съемки, стереопары со скосом влево и вправо.

Рис. 3. Основные случаи съемки

При конвергентном случае съемки оптические оси левого и правого снимков пересекаются под углом γ (рис. 3,г).

При равномерно наклоненном случае съемки оптические оси левой и правой фотокамер наклонены на один и тот же угол ω; этот случай применяется при съемке высоких сооружений.

При общем случае съемки положение оптических осей фотокамеры может быть произвольным.

Наибольшее применение в практике имеют нормальный и равномерно отклоненный случаи съемки. Остальные случаи используют редко - главным образом при определении координат отдельных точек аналитическим методом, когда основные способы съемок по тем или иным обстоятельствам не обеспечивают решение задачи.

Основные формулы фототеодолитной съемки

2.9. К основным формулам фототеодолитной съемки относятся формулы связи координат точек снимка и местности при нормальном и равномерно отклоненном случаях съемки.

2.10. При нормальном случае съемки пространственные координаты точек объекта при стереофотограмметрических измерениях по стереопаре снимков определяют по формулам:

                                                           (1)

                                                          (2)

                                                           (3)

где          В - базис фотографирования;

f  - фокусное расстояние фотокамеры;

p = x_л - x_п   - продольный параллакс определяемой точки;

x, z    - координаты определяемой точки на левом снимке.

2.11. Для равномерно отклоненного случая съемки, когда за ось Y принято направление оптической оси камеры, связь координат точек снимка и объекта выражается формулами:

                                        (4)

                                      (5)

                                       (6)

где α - угол отклонения оптической оси от перпендикуляра к базису (см. рис. 3,б).

2.12. При нормальном случае съемки с равномерно наклоненными осями пространственные, координаты вычисляют по формулам:

                                          (7)

                             (8)

                             (9)

2.13. Вид формул для определения пространственных фото грамметрических координат может изменяться в зависимости от принятой пространственной фотограмметрической системы координат X, Y, Z.

В пространственной системе координат за начало координат обычно принимается центр проекции левого снимка. Направление осей X и Y принимается горизонтальным. За положительное направление оси Y принимаются:

направление, параллельное оси X геодезической системы (рис. 4,а);

направление, перпендикулярное базису (рис. 4,б);

направление оптической оси (горизонтальное положение) левого снимка (рис. 4,в).

Кроме этих направлений могут быть выбраны и другие, однако все формулы для определения пространственных координат при других выбранных положительных направлениях оси Y фотограмметрической системы могут быть получены путем замены в соответствующих формулах первых трех систем X на Y или X на Z и наоборот. Таким образом, практически применяют только формулы для первых трех выбранных направлений для положительной оси Y фотограмметрической системы координат.

Рис. 4. Пространственные фотограмметрические системы координат

2.14. Переход от пространственной фотограмметрической системы координат к геодезической выполняется по формулам:

X_Г = X_SЛ + YcosA - XsinA;                                              (10)

Y_Г = Y_SЛ + YsinA + XcosA;                                              (11)

Z_Г = Z_SЛ + Z + (k + r),                                                    (12)

где X_SЛ, Y_SЛ, Z_SЛ - геодезические координаты левого центра проекции;

A - дирекционный угол оси Y фотограмметрической системы координат;

k + r  - поправка на кривизну Земли и рефракцию.

При инженерных съемках сооружений поправку k + r не учитывают, так как она мала или как постоянная величина при примерно одинаковых отстояниях Y войдет составной частью в поправку за нарушение элементов ориентирования.

2.15. Все формулы для определения пространственных фотограмметрических координат можно обобщить и привести к виду, аналогичному для нормального случая съемки:

                                                         (13)

                                                        (14)

                                                         (15)

В формулах (13) - (15) трансформированные значения x_t, z_t, p_t определяются по формулам:

                                              (16)

                                                (17)

p_t = x_Лt - x_Пt;                                                       (18)

                                             (19)

где a_i, b_i, c_i - направляющие косинусы между координатными осями снимка x, y(f), z и координатными осями трансформированного снимка;

ψ = 90° - (α_Л - φ_Л) - угол поворота оси X пространственной фотограмметрической системы координат относительно базиса.

Направляющие косинусы определяются по формулам:

a₁ = cosα·cosχ - sinω·sinα·sinχ;

a₂ = sinα·cosω;

a₃ = -cosα·sinχ - sinα·sinω·sinχ;

b₁ = -sinα·cosχ - cosα·sinω·sinχ;

b₂ = cosα·cosω;

b₃ = sinα·sinχ - cosα·sinω·cosχ;

с₁ = cosω·sinχ;

с₂ = sinω;

с₃ = cosω·cosχ;

где α, ω, χ - углы внешнего ориентирования относительно принятой системы пространственных фотограмметрических координат.

Точность фототеодолитной съемки

2.16. Точность определения пространственных координат точек объекта зависит в основном от погрешностей измерений снимков, геометрических искажений изображения, погрешностей определения элементов внутреннего и внешнего ориентирования снимков, способа обработки результатов измерений, применяемого случая съемки (нормальный, равномерно отклоненный и т.п.), величины базиса и расположения точек относительно фотостанций.

2.17. При стереофотограмметрической съемке для нормального случая средние квадратические погрешности определения пространственных координат на основании формул (1) - (3) будут определяться по формулам:

         (20)

     (21)

      (22)

где m_B - средняя квадратическая погрешность измерения базиса фотографирования;

m_f - средняя квадратическая погрешность определения фокусного расстояния фототеодолита;

m_p, m_x, m_z - средние квадратические погрешности измерения продольного параллакса к координат точек снимка. При приближенных расчетах можно принять:

                                                       (23)

                                                      (24)

                                                       (25)

2.18. При равномерно отклоненном случае съемки средние квадратические погрешности определения пространственных координат определяются по формулам:

                            (26)

          (27)

          (28)

или при приближенных расчетах:

                                                          (29)

                                                       (30)

                                                         (31)

Таким образом, при равномерно отклоненном случае съемки погрешности в определении X, Y, Z, зависящие от m_p, увеличиваются в 1/cosα раз.

Следовательно, нормальный случай при всех прочих равных условиях имеет большую точность, чем равномерно отклоненный.

3. СОСТАВЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА

Выбор метода камеральной обработки снимков

3.1. Выбор метода съемки определяется техническим заданием, содержащим требования к точности измерений, масштабом составляемого плана и наличием фотограмметрических приборов. При съемке сооружения, состоящего из крупных плоских элементов, целесообразно использовать метод фототрансформирования как наиболее простой и производительный. При необходимости получения графического плана фасада здания или отдельных его элементов фотоплан дешифрируется с вычерчиванием всех элементов тушью, после чего фотоизображение отбеливается.

При съемке сложных сооружений применяется универсальный метод с составлением графического плана на приборах. При необходимости получения фотоплана применяется метод дифференциального трансформирования с использованием ортофототрансформаторов.

Для получения значительного количества координат точек с повышенной точностью используется аналого-аналитический метод. При большом объеме вычисления обработка результатов измерений выполняется по соответствующей программе на ЭВМ.

3.2. Точность фотограмметрических работ зависит от применяемых параметров съемки (отстояние Y, базис съемки В, вид съемки, фокусное расстояние фотокамеры f, формат кадра), точности измерения снимков, введения поправок за нарушение элементов внешнего и внутреннего ориентирования и т.п. Поэтому при полевых работах следует принимать оптимальные параметры съемки, обеспечивающие максимальную точность, а при камеральных работах применять методику, обеспечивающую введение поправок за нарушение элементов ориентирования с погрешностью, не превышающей точности измерения снимков.

В ряде случаев для получения заданной точности работ приходится выполнять многократную съемку (5 - 10 снимков и более) сооружений и измерять снимки двумя приемами. Большое значение для повышения точности фотограмметрических работ имеет точность определения координат центров проекций фотокамер и контрольных точек, а также их количество и расположение на сооружении.

При съемке сооружений отстояние Y определяется заданной точностью определения координат, габаритами сооружения, возможностью расположения базиса фотографирования. При этом необходимо учитывать диапазоны соответствующих движении стереофотограмметрических приборов при камеральной обработке снимков аналого-аналитическим методом.

3.3. Максимальное значение базиса B_макс при съемке местности исходя из возможностей получения стереоэффекта для точек ближнего плана не должно превышать

                                                     (32)

и соответственно продольный параллакс p_макс не должен превышать

                                                         (33)

Однако при съемках сооружений, когда объект съемки близок к плоскости, стереоэффект возникает и при большем значении базиса, или, что то же самое, при большем значении параллакса.

С увеличением базиса при неизменном отстоянии увеличивается точность определения отстояния, но уменьшается величина перекрытий стереопар и тем самым увеличивается протяженность снимаемой части объекта, а следовательно, увеличивается и продвиг работ.

Поэтому при стереофотограмметрической съемке зданий возникает необходимость отыскания оптимальной величины базиса съемки и отстояния, обеспечивающих заданную точность определения координат при наибольшем продвиге работ. Наиболее точные результаты при наибольшем продвиге работ будут получены при оптимальном значении коэффициента съемки K_опт:

                                       (34)

где l - полезный размер кадра по оси; x_макс - максимально возможное значение абсциссы на снимке.

Для фототеодолитов с прикладной рамкой размером 13×18 см и фокусным расстоянием 200 мм K_опт ≈ 2,5; при f = 100 мм K_опт = 1,3. При выбранном оптимальном значении продольного параллакса p_опт предельное значение отстояния Y_макс, обеспечивающее получение заданной точности при максимальном продвиге работ, будет равно:

                                       (35)

и значение базиса съемки найдется на основании (1) и (35):

                                                (36)

Поскольку p_опт = X,

                                                 (37)

Таким образом, оптимальная длина базиса будет равна заданной протяженности сооружения по оси X (рис. 5).

Для фототеодолита «Фотео 19/1318» с f = 195 мм, x_макс = 80 мм значения B_опт и Y_макс будут равны:

                            (38)

                                  (39)

3.4. В отдельных случаях может встретиться необходимость применить съемку с увеличением против оптимального значения базисов B > B_опт, в этом случае p > X_макс.

Большие значения коэффициента съемки возникают при применении короткофокусных фототеодолитов. Так, при использовании универсальной измерительной камеры «UMK 10/1318» коэффициент съемки при оптимальных условиях достигает величины

                                                (40)

и максимальное значение отстояния равно:

Y_макс = K_опт·B_опт = 1,3B_опт.                                           (41)

Рис. 5. Расположение фотостанций при выполнении оптимальных условий съемки

Опыт работ показывает, что съемка объектов строительства при выполнении оптимальных условий обладает рядом преимуществ, особенно при съемке крупных сооружений, когда значительно уменьшается объем полевых и камеральных работ. Съемку при не оптимальных условиях (K > K_опт) можно выполнять при съемке небольших сооружений, при определении координат точек в плоскости x, z при съемке в условиях, когда ограничена возможность выбора нужных отстояний и базисов.

Применение длиннофокусных фототеодолитов оправдано только при повышенном требовании к точности определения координат X, Z в случае, если отстояния уменьшить нельзя.

При съемке крупных и высоких сооружений целесообразно применять фотокамеры большого формата, чтобы при одинаковых фокусных расстояниях с фотокамерой меньшего формата увеличить захват сооружения по высоте и ширине (при увеличении точности определения координат Y) примерно пропорционально увеличению формата кадра.

При одинаковом продвиге работ, т.е. при одинаковом захвате сооружения по высоте и ширине, точность определения координат X, Z повышается пропорционально квадрату увеличения формата кадра, а точность определения отстояния - пропорционально квадрату увеличения формата кадра по оси X.

3.5. При съемке высоких сооружений следует рассчитывать минимальное значение отстояния, при котором будет обеспечен захват здания по высоте

                                                      (42)

где Z_макс - высота сооружения относительно фотокамеры; z_макс - максимальное значение аппликаты на снимке.

Для увеличения аппликаты z съемка высоких сооружений выполняется при верхнем положении объектива у фототеодолитов с перемещающимся объективом и фототеодолитов с несколькими объективами.

Если в натуре отстояние Y окажется меньше рассчитанного по формуле (42) значения Y_мин, то съемку следует выполнять с более высоких точек или при наклонном положении оптической оси.

Если окажется, что рассчитанное по формуле (35) значение будет меньше Y_мин, определенного по формуле (42), то следует увеличить точность определения продольного параллакса m_p, и координат m_x, m_z точек на снимке. Увеличение точности достигается увеличением количества приемов измерений снимков на стереокомпараторе и увеличением числа снимков. Число приемов измерений одного снимка обычно устанавливается 2 - 3, а количество снимков может быть доведено до 6 - 12. В любом случае для получения контроля количество снимков не должно быть меньше 2 - 3 с каждой фотостанции.

3.6. Если в задачу работ входит определение только координат X, Z, то максимально допустимое отстояние Y_макс устанавливается исходя из заданной точности их определения:

                               (43)

Значения m_p, m_x, m_z, входящие в формулы (34) - (42), в зависимости от типа фотокамеры, измерительного прибора, качества фотопластинки могут колебаться от 0,005 до 0,02 мм. Для средних условий при измерениях по маркированным точкам их расчетные значения можно принимать равными m_p = m_x = m_z = 0,02 мм при измерениях на универсальных приборах и равными m_p = m_x = m_z = 0,015 мм при измерениях на стереокомпараторе. Предельные значения отстояний с учетом погрешности измерения снимков и оптимальных параметров съемки приведены в табл. 2.

Составление технического проекта работ

3.7. Технический проект является основным документом, регламентирующим технические требования, технологическую последовательность и методику выполнения работ с учетом конкретных условий, существующих в районе расположения памятника архитектуры. В техническом проекте отображаются все виды полевых и камеральных работ, подлежащих выполнению в соответствии с выбранным методом производства архитектурно-строительных обмеров.

Таблица 2

Составление технического проекта производится на основании технического задания, выдаваемого заказчиком, результатов сбора и изучения материалов и сведений о памятнике архитектуры и районе его расположения и решения о выборе метода выполнения архитектурно-строительных обмеров.

3.8. Техническое задание должно содержать сведения о местоположении памятника архитектуры, целевом назначении архитектурно-строительных обмеров, и стации проектирования. В задании с указанием примерных размеров перечисляются фасады, интерьеры и фрагменты памятника архитектуры, планы которых должны быть составлены в результате обмерных работ, указываются масштабы составляемых планов, местоположение горизонтальных и вертикальных разрезов, очередность и сроки сдачи материалов, особые требования к работам и содержанию материалов. Техническое задание дополняется графическими приложениями, дающими наглядное представление о снимаемых фасадах, местах расположения разрезов и фрагментов.

3.9. Технический проект по своему содержанию должен состоять из текстовой части и приложений.

В текстовой части приводятся общие сведения о предстоящих работах (цель выполнения работ, масштабы создаваемых планов, объемы и стоимость работ), описание местоположения памятника архитектуры, определяются виды и методы геодезических работ по созданию опорной геодезической сети, технология выполнения полевых геодезических и фотосъемочных работ, камеральных работ по обработке материалов геодезических измерений и составлению планов фасадов и интерьеров, их разрезов и фрагментов. Устанавливается порядок контроля и приемки выполненных работ. Приводятся расчеты необходимого количества специалистов, оборудования, инструментов и материалов. В специальном разделе должны быть рассмотрены меры по обеспечению техники безопасности при производстве работ. Приводится перечень выпускаемых материалов.

В виде приложений в состав технического проекта включаются схемы расположения памятника архитектуры, разрезов и фрагментов на его фасадах, схема проектируемых опорных геодезических сетей, схема расположения основных фотостанций с указанием расчетных величин базисов фотографирования и отстояний, чертежи центров геодезической сети и маркировочных знаков и копия технического задания.

При выполнении архитектурно-строительных обмеров отдельных фасадов или их фрагментов вместо технического проекта составляются краткие технические указания по производству полевых и камеральных работ.

Технический проект утверждается руководством организации, выполняющей архитектурно-строительные обмеры, после чего он согласовывается с заказчиком.

Подготовка инструментов и приборов

3.10. Для выполнения полевых геодезических работ подготавливаются следующие инструменты:

оптические теодолиты Т5, Т5К, «Тео-020», «ТЕО-030»;

нивелиры Н3 (НВ-1), НС3, СН4, НТ, -025, -050 и комплекты реек к ним;

рулетки компарированные 5-, 10-, 20-, 50-метровые;

оптические центриры;

визирные марки;

полевые журналы, вычислительная и чертежная бумага.

Для выполнения фотосъемочных работ применяются:

фототеодолитный комплект (фототеодолиты «Фотео 19/1318», С-3в, С-5в, «Геодезия», кассеты, штативы, подставки, рейка для измерения расстояний, юстировочное устройство, отвесы или оптические центры, визирные марки);

универсальная измерительная камеры SMK-10/1318;

стереофотограмметрическая камера SMK-5.5/0808;

фотоэкспонометр; стереоскоп;

фототеодолитные пластинки (контрастные или особоконтрастные, чувствительность 1 - 8 ед. ГОСТ 10691.1-73.

3.11. Для полевой фотолаборатории необходимо следующее оборудование:

кюветы или специальные бачки для фотохимической обработки фотопластинок;

стеклянная посуда для составления и хранения фотохимических растворов;

весы аптекарские с разновесами;

фонарь с красным светофильтром;

термометры технические;

химические реактивы для составления проявителя и закрепителя;

фотографическая бумага размером 13×8 см для изготовления контактных отпечатков.

3.12. Для камеральной обработки снимков применяются следующие приборы:

фототрансформаторы ФТБ, ФТМ, SEG-V, «Ректимат»;

стереокомпараторы СКА-18, СКА-30, «Стекометр»;

универсальные стереофотограмметрические приборы: стереопроектор СПР; стереограф СД; стереопланиграф; стереометрограф; стереотригомат; топокарт; стереоавтограф;

приборы дифференциального трансформирования - ортофотопроектор ОФПД Дробышева.

Перед началом полевых работ все приборы должны пройти тщательный осмотр и необходимый ремонт, после чего производятся их юстировка и компарирование. Упаковка инструментов, материалов и оборудования должна обеспечить их полную сохранность при транспортировке до района работ.

4. ПОЛЕВЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ И ФОТОСЪЕМОЧНЫЕ РАБОТЫ

Рекогносцировка объектов съемки

4.1. Основная цель рекогносцировки - выявить необходимые изменения и внести дополнения в предварительный проект.

В процессе выполнения рекогносцировки участка уточняют места расположения базисов фотографирования и контрольных точек, а также составляют схему геодезических определений базисных и контрольных точек.

4.2. При выборе базиса необходимо, чтобы с концов базиса были видны все необходимые точки сооружения. Выбранные места должны быть удобны для установки фототеодолита и дальномерной рейки на штативе.

4.3. Количество и расположение контрольных точек на сооружении зависит от точности обмерных работ, положения фотокамеры относительно основной плоскости сооружения и метода камеральных фотограмметрических работ. Опыт работ показал, что наиболее целесообразно контрольные точки располагать на вертикальных и горизонтальных линиях относительно одна другой (рис. 6).

Рис. 6. Расположение контрольных точек при архитектурно-строительных измерениях

До съемки все контрольные точки маркируют. Необходимость маркировки контрольных точек, определяемых фотограмметрическим путем, устанавливают в процессе рекогносцировки: если объект фотографирования подставляет собой однообразный участок без характерных контуров (стена здания, балка или другой объект), то выбираемая на нем точка обязательно должна быть маркирована; если снимается объект с большим количеством характерных точек (окна, перекрытия, углы панелей), то контрольными точками могут служить эти детали.

Минимальные размеры марок зависят от расстояния до базиса фотографирования и должны выбираться с таким расчетом, чтобы изображение марки на снимке имело размеры не менее 0,1×0,004 мм. Минимальные размеры марок подсчитывают по формуле

                                                                 (44)

где r - вертикальный или горизонтальный размер марки в натуре, м; l - соответствующий размер изображения марки на снимке, мм; Y - отстояние от базисной точки до марки вдоль оптической оси камеры, м.

4.4. После окончания рекогносцировки закрепляют базисные точки и составляют схему, на которую наносят расположение базисов фотографирования с указанием длины каждого базиса, его порядкового номера и видов съемки, положение контрольных точек, определяемых как геодезическим, так и фотограмметрическим методом.

Выполнение полевых геодезических работ по обоснованию фототеодолитной съемки

4.5. Геодезические работы, выполняемые при фототеодолитной съемке, обычно состоят из:

геодезического определения координат X, Y и отметок левых центров проекций фотокамер;

определения дирекционных углов базисов фототеодолитных станций (АВ или ВА);

определения дирекционных углов с левых точек базисов фототеодолитных станций на контрольные точки;

геодезического измерения контрольных горизонтальных и вертикальных направлений;

измерения длин базисов.

4.6. Требования к точности выполнения геодезических работ, зависящие от методики последующей камеральной обработки материалов, указаны в табл. 3.

4.7. Привязка фототеодолитных станций, не совмещенных с пунктами геодезических сетей, выполняется прямыми, обратными и комбинированными засечками, дальномерно-теодолитными ходами. Геодезическое определение точек базисов производится по программе в соответствии с техническим проектом; независимо от масштаба съемки наблюдения горизонтальных углов производятся двумя приемами, а вертикальных - одним приемом по средней нити.

Дирекционные углы направления базиса определяют не менее чем по двум удаленным пунктам. Геодезическое измерение контрольных горизонтальных и вертикальных направлений обязательно должно производиться с обеих точек базиса фотографирования.

Таблица 3

Измерение длины базиса фотографирования должно производиться с относительной ошибкой не ниже 1:1000. Измерения коротких (до 5 м) базисов можно выполнять компарированной рулеткой.

В некоторых случаях базис может не измеряться, но при этом должны быть обязательно определены геодезические координаты левой станции базиса и стереопара должна быть обеспечена четырьмя контрольными точками.

4.8. Расположение контрольных точек на сооружении по вертикальным и горизонтальным линиям относительно одна другой значительно сокращают объем геодезических работ (см. рис. 6).

Схемы рис. 6,а, б используются при составлении фронтального плана методом трансформирования и универсальным методом. Преимущество этих схем заключается в простоте геодезического определения: точки располагаются на одном уровне, а расстояния между ними измеряются рулеткой. Если точки располагаются не на одной горизонтальной линии, то разность их отметок определяется нивелированием или промером рулеткой.

Схема рис. 6,а используется при съемке сооружений в случае горизонтального положения оси фотокамеры в измерениях V класса точности. Схема рис. 6,б используется при больших углах непараллельности между плоскостью снимка и фасадом сооружения при горизонтальной оптической оси фотокамеры и измерениях III и IV классов точности. Высота здания при таком расположении опорных точек не должна быть больше, чем расстояние между крайними контрольными точками.

Схема рис. 6,в используется при любом методе камеральной обработки снимков и наклонных случаев съемки с обеспечением I и II классов точности измерений. Схему рис. 6,г следует использовать при аналитической обработке снимков для I класса точности измерений.

4.9. Контрольные точки можно определить различными способами, обеспечивающими приведенную в табл. 3 точность. Обычно координаты определяют прямой засечкой с линии базиса, координаты нижних точек - нивелированием, а верхних точек - промером рулеткой от нижних точек. Координаты Y можно определить промерами рулеткой от линии базиса. При геодезическом определении контрольных точек необходимо составлять абрис. Контрольные точки следует маркировать: это способствует повышению точности не только фотограмметрических, но и геодезических работ при определении их координат. Целесообразно также с этой целью маркировать и определяемые точки. Маркировочные знаки можно изготовлять на бумаге и приклеивать на сооружение. Форма маркировочного знака может быть различна. Наиболее просто изготовить крестообразный маркировочный знак, который обеспечивает высокую точность измерений и на снимке. Ширина луча маркировочного знака на снимке должна быть 0,03 - 0,05 мм, длина 0,1 - 0,2 мм. Размеры маркировочного знака можно рассчитать по известным параметрам съемки:

                                                    (45)

где X - ширина луча крестообразной марки; x - соответствующий размер измерительной марки стереоприбора.

4.10. Для повышения точности работ кроме уменьшения отстояния, увеличения базиса съемки при оптимальных параметрах служит наиболее полный учет поправок за изменение элементов внутреннего и внешнего ориентирования.

В пределах стереопары должно быть намечено не менее четырех контрольных точек, располагающихся по углам стереопары (точки 1 - 4 на рис. 6). Если поправки за нарушение элементов ориентирования определяются по формулам:

                               (46)

то для четырех контрольных точек необходимо измерять и координаты x, z независимо от того, подлежат ли они определению при исполнительной съемке. Для дополнительных контрольных точек можно определять кроме отстояний y только координаты x если же определению подлежат только координаты z, то для дополнительных контрольных точек можно определять только координаты z.

Если поправки за нарушение элементов ориентирования определяют с использованием уравнения поправок:

                                     (47)

                                   (48)

то кроме координат X для всех контрольных точек (которых должно быть не менее 5) дополнительно следует определять только координаты Z, если необходимо определить абсциссы точек сооружения, и только координаты Z, если они подлежат определению при исполнительной съемке.

4.11. Для фотостанций определяют координаты центра проекции Х_S, Y_S, Z_S в той же системе, что и контрольные точки. Координаты Х_S определяют только в том случае, если необходимо знать координаты 2 точек сооружения. Координаты X - определяют простым промером по линии базиса, координаты Z_S - путем нивелирования по миллиметровой линейке, которую приставляют нулем к координатной метке на прикладной рамке фототеодолита. Координаты Y определяют по формуле

Y_S = Y_B - e,                                                             (49)

где e - внецентренность передней узловой точки объектива (расстояние от вертикальной оси вращения фототеодолита до передней узловой точки объектива). Для фототеодолитов «Фотео 19/1318» e = 100 мм.

4.12. Базис фотографирования при съемке устанавливается параллельно основной продольной оси сооружения. Если съемка всего сооружения не может быть выполнена с одного базиса, то разбивается створная линия, на которой через расчетное значение длины базиса (формула 38) закрепляются точки стояния фототеодолитов. При оптимальных значениях базиса и отстояния правая фотостанция первого базиса будет левой фотостанцией второго базиса и т.д. (см. рис. 5). Такое расположение базисов и фотостанций обеспечивает наибольшую точность при наименьшем количестве фотостанций и снимков. Точность разбивки створа и параллельность линии базиса продольной оси сооружения должна быть выдержана с погрешностью, не превышающей (1/3)m_Y, если засечка контрольных точек на сооружении выполняется с нескольких базисных точек (более двух). Если засечка всех контрольных точек выполнена в единой системе координат, то разбивка створа и параллельность его оси сооружения может быть выдержана с погрешностью, превышающей допуск к определению координат X, Y, Z, поскольку остаточные погрешности, вызванные ошибками установки фотостанций, будут учтены поправками, определяемыми по контрольным точкам. Точность разбивки створа в этом случае может быть подсчитана по формуле

                                                         (50)

где ∆Y - глубина сооружения; x - максимальное значение координат x или p на снимке; δ_x - допустимое искажение координат, обусловленное погрешностью разбивки створа.

Фотосъемочные работы и их особенности в зависимости от методов камеральной фотограмметрической обработки и применяемых фотограмметрических приборов

Фотосъемочные работы для составления фотопланов

4.13. Если необходимо составить фотоплан плоского сооружения методом фототрансформирования, то створную линию следует разбивать исходя из допустимых углов непараллельности между плоскостью снимка и фасадом здания:

                                 (51)

где δz_доп - допустимое искажение на трансформированном снимке; K - коэффициент трансформирования; F - фокусное расстояние объектива фототрансформатора.

Эту формулу можно использовать при трансформировании фототеодолитных снимков сооружений по двум точкам с использованием геометрической формы сооружения.

Допустимые значения непараллельности α_доп для различных фотокамер и коэффициентов трансформирования, подсчитанные по формуле (51), приведены в табл. 4.

Таблица 4

4.14. Установку параллельности плоскости прикладной рамки фотокамеры плоскости сооружения наиболее просто выполнить на матовом стекле путем оценки нарушения параллельности между горизонтальными линиями сооружения. Оценку удобно выполнить, используя сетку линий, прочерченных заранее на матовом стекле фотокамеры. Точность установки параллельности таким способом можно определить по формуле

                                                     (52)

где m_∆z - ошибка определения равенства аппликат по изображению на матовом стекле; z - аппликата линии, по которой выполняется оценка параллельности; x - длина линии на матовом стекле.

4.15. При трансформировании по двум точкам на ФТМ без введения децентрации для определения допустимых углов непараллельности прикладной рамки фотокамеры и плоскости сооружения используется формула

                                   (53)

Допустимые значения α_доп, подсчитанные в соответствии с формулой (53), приведены в табл. 5.

Таблица 5

4.16. При составлении фронтальных планов методом фототрансформации необходимо учитывать предельные углы непараллельности, обусловленные возможностью трансформирования таких снимков на ФТБ и ФТМ. При коэффициентах трансформирования K > 1 предельные углы непараллельности не должны превышать значений, приведенных в табл. 6.

Предельное отстояние съемки от фотокамеры до плоскости сооружения следует устанавливать исходя из возможного коэффициента увеличения на фототрансформаторе и заданного масштаба составляемого плана:

Y_пред = fMK.                                                                 (54)

Таблица 6

Фотосъемочные работы при обработке снимков на универсальных приборах

4.17. Обработку снимков сложных архитектурных сооружений, имеющих значительное количество деталей, целесообразно выполнять на универсальных стереофотограмметрических приборах. Для этих целей применяются стереопланиграф, стереометрограф, стереопроектор, стереограф и др. Из них наиболее пригодным следует считать стереопланиграф, который позволяет обрабатывать снимки с наибольшими значениями углов α и ω и коэффициентом увеличения. Стереопроектор СПР и стереометрограф позволяют обрабатывать фототеодолитные снимки при f = 200 мм с углами наклона до 4°,5, а стереограф - до 3°, при f = 100 мм соответственно 5°,1 и 6°.

Установку углов в пределах допуска можно осуществить путем разбивки базиса параллельно плоскости сооружения с точностью 2 - 3° и применения нормального случая съемки.

4.18. Если по условиям съемки не представляется возможным установить базис параллельно плоскости сооружения, то допустимая непараллельность не должна превышать значения, устанавливаемого по формуле

                       (55)

где b - среднее значение базиса в масштабе снимка; b_z - максимальное значение базисного движения стереоприборов; M - знаменатель масштаба модели; m - знаменатель среднего масштаба снимка; K = m/M - коэффициент увеличения модели.

Допустимые значения углов между базисом и плоскостью сооружения для фототеодолитной съемки с форматом фотопластинок 13×18 см приведены в табл. 7.

Таблица 7

4.19. При съемке с базиса, непараллельного плоскости сооружения (угол непараллельности превышает данные табл. 7), фотокамеру следует установить так, чтобы угол между плоскостью снимка и плоскостью сооружения не превышал предельных углов наклона проектирующих камер универсального стереофотограмметрического прибора (табл. 8).

При больших значениях непараллельности между базисом и плоскостью сооружения целесообразно выполнять съемку со скосом, причем угол скоса следует устанавливать равным углу непараллельности, взятому с обратным знаком. В результате этого плоскость прикладной рамки станет параллельной основной плоскости сооружения.

4.20. Количество и расположение опорных точек при обработке снимков на универсальных приборах устанавливается в зависимости от типа, содержания и заданной точности работ. При составлении фронтальных планов в масштабах 1:100, 1:200 на сооружении достаточно иметь две контрольные точки, расстояние между которыми измеряется в натуре. Базис съемки измеряется приближенно, поскольку масштабирование модели выполняется по опорным точкам.

Таблица 8

При съемке сооружений в масштабах 1:50 - 1:10 и при съемке с наклонными оптическими осями необходимо на сооружении иметь четыре опорные точки. При съемке сложных сооружений может возникнуть необходимость в дополнительных точках.

Во всех случаях целесообразно опорные точки располагать по геометрической схеме, т.е. строго по горизонтали или вертикали относительно одна другой. Это в значительной мере ускоряет и уточняет ориентирование снимков на универсальных приборах.

Фотосъемочные работы при аналитической обработке снимков

4.21. Аналитический метод как наиболее точный целесообразно применять для определения размеров основных деталей сооружения, когда для обмеров остальных, второстепенных, деталей используется фотоплан или чертежный план.

При съемке сооружения целесообразно применять нормальный случай съемки при оптимальных параметрах.

Отстояние устанавливается исходя из заданной точности съемки и захвата сооружения по высоте по формулам:

                                                           (56)

                                                 (57)

                                                           (58)

где B - базис съемки; m_Y - заданная средняя квадратическая погрешность определения отстояния; m_p - средняя квадратическая погрешность определения продольного параллакса; p_опт - оптимальное значение продольного параллакса, равное максимальному значению абсциссы на снимке (при формате снимка 13×18 см x = 75 - 80 мм); Z - максимальная высота сооружения над центром проекции; z - максимальное значение аппликаты на снимке (при формате снимка 13×18 см z = 60 - 100 мм).

4.22. Если в задачу работ входит определение только координат X и Z, то расчет отстояния выполняется по формуле

                                                    (59)

Значения m_X, m_Z, m_p в зависимости от типа и качества приборов, условий съемки, точности, работы исполнителей могут колебаться в широких пределах. В среднем в качестве расчетных значений для фототеодолитов типа «Фотео 19/1318» и стереокомпаратора 1818 или стекометра можно принимать для маркированных точек m_xz = 0,01 мм для контурных точек сооружения m_x = m_z = 0,02 мм, m_p = 0,01 мм. При необходимости повышения точности определения координат увеличивают количество снимков на каждой станции, если нельзя по тем или иным причинам уменьшить отстояние.

Порядок выполнения фотосъемочных работ

4.23. Одним из наиболее ответственных этапов съемочных работ является фотографирование, так как от качества негативов в значительной степени зависит точность измерительных работ.

Для съемок при естественном освещении используются контрастные или особоконтрастные фотопластинки чувствительностью 1 - 8 ед. ГОСТ 10691.1-73, из которых следует выбирать те, которые обеспечивают выдержку порядка 3 - 10 с. При определении выдержки и проявлении снимков следует обращать внимание на проработку всех деталей, учитывая, что при съемке сооружений различные детали освещаются по-разному.

4.24. Работа на станции по фотосъемке выполняется в такой последовательности. На левом конце базиса устанавливают на штативе фототеодолит, на правом - визирную марку. Центрирование производят обычным для геодезических инструментов способом. Фотокамеру нивелируют по уровням, и ориентирующее устройство устанавливается на отсчет, соответствующий заданному горизонтальному углу, между линией базиса и оптической осью (при нормальном случае съемки - 90°). Предварительно этот отсчет устанавливается по нарушенному лимбу, затем установка уточняется через микроскоп по лимбу ориентирующего устройства. Вращая весь корпус фотокамеры, наводят биссектор зрительной трубы ориентирующего устройства на марку, установленную на другом конце базиса. При закрытом объективе отводят прижимное устройство от прикладной рамки камеры и вставляют кассету с фотопластинкой. Вынимают шторку, поворотом барабанчиков подают рамку с кассетой, в результате чего под действием пружины фотопластинка прижимается к прикладной рамке камеры. На соответствующих барабанчиках фотокамеры устанавливают вид съемки (нормальный, отклоненный влево или вправо), а на нумераторе - номер снимка. После этого уточняют нивелирование фотокамеры по уровням, ориентирование фотокамеры - по ориентирному устройству и выполняют экспонирование. Затем устанавливают кассетную рамку в положение «Отжим», закрывают шторку и вынимают кассету. На место фотокамеры устанавливают визирную марку, а фотокамеру переносят на правый конец базиса, с которого в такой же последовательности выполняют фотосъемку.

В процессе фотосъемки ведется журнал, в который заносятся названия объектов, номер станции, номера снимков, направление оптической оси, отсчет угла скоса, номера кассет, экспозиция, положение объектива и время фотографирования.

5. КАМЕРАЛЬНЫЕ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

Составление фронтальных планов методом фототрансформирования

5.1. Выполнение архитектурно-строительных обмеров путем составления фотопланов обладает рядом преимуществ: увеличивается производительность работ, повышается наглядность и информационная емкость по сравнению с чертежным планом, уменьшается количество снимков, используется более простое оборудование.

Составление фронтальных планов указанным методом состоит из подготовительных работ, трансформирования и монтажа снимков, изготовления репродукций. Если необходимо изготовить чертежный план, то выполняются камеральное дешифрирование, отбеливание фотоизображения и размножение чертежей.

Подготовительные работы

5.2. Подготовительные работы при обработке снимков сооружений способом фототрансформирования включают следующие процессы:

поверки и юстировки фототрансформаторов;

подготовку основы и снимков;

выбор сорта и определение деформации фотобумаги.

Поверки и юстировки фототрансформаторов

5.3. При трансформировании фототеодолитных снимков архитектурных сооружений необходимо выполнить дополнительные поверки фототрансформаторов:

при горизонтальном экране установить параллельность экрана и кассеты фототрансформатора с погрешностью не более 0,5α_доп;

при трансформировании снимков по двум-трем опорным точкам на ФТБ необходимо вынести на экран линию оси его вращения и проекцию главной вертикали. Положение этих линий на экране ФТБ наиболее просто находится с помощью контрольной решетки и контрольной сетки, вычерченной на бумаге.

С этой целью на контрольной решетке отмечаются кружками центральная точка и углы квадрата. Решетка устанавливается в кассету и проектируется при наибольшем увеличении на горизонтальный экран.

На экран кладется лист бумаги размером 60×80 с нанесенной на координатографе сеткой квадратов со стороной 10 - 20 см. Осевые линии контрольной сетки утолщаются. Одна из осевых линий контрольной сетки устанавливается примерно по оси вращения экрана, другая - по линии направления съемки.

Движением χ кассета поворачивается таким образом, чтобы проектирующиеся на экран осевые линии контрольной решетки совпали с осевыми линиями контрольной сетки. Изменением масштаба изображения добиваются совпадения крайних вертикальных (перпендикулярных оси экрана) линий.

Экран наклоняется на максимальный угол, в результате чего изображения контрольной решетки преобразуются в трапеции.

Затем вращением χ кассеты и контрольной сетки на экране добиваются полного совпадения проектирующихся осевой горизонтальной линии с осевой линией контрольной сетки и крайней горизонтальной линии контрольной решетки с горизонтальной линией контрольной сетки, причем для совмещения линий следует несколько изменить наклон экрана.

После этого введением поперечной децентрации добиваются совмещения проектирующейся вертикальной осевой линии (главной вертикали) контрольной решетки с вертикальной осевой линией (линией направления съемки) контрольной сетки на экране.

После полного совпадения параллельных горизонтальных линий и вертикальных осевых линий введением продольной децентрации добиваются такого масштаба изображения, чтобы длина отрезка горизонтальной осевой линии, которая располагается вдоль оси экрана, стала равной длине этого же отрезка, которую он имел при горизонтальном экране.

Затем карандашом прочерчивается линия направления съемки и отмечаются концы горизонтальной осевой линии.

Экран устанавливается вновь в горизонтальное положение. При этом если юстировка выполнена, то совмещение проектирующих осевых линий контрольной решетки и контрольной сети не нарушится. В противном случае юстировка повторяется. Юстировка считается выполненной при определении положения линии направления съемки с точностью 0,2 - 0,3 мм, а положения оси вращения экрана - с точностью 0,5 - 1 мм.

После окончания поверки осевые линии прочерчиваются на экране фототрансформатора черной тушью.

Подготовка основы и снимков

5.4. Порядок подготовки основы зависит от способа монтажа трансформированных снимков (монтаж отдельных снимков или оптический монтаж), от способа трансформирования снимков (по опорным точкам либо по установочным данным) и от расположения опорных точек (точки находятся на одной горизонтальной линии, на одной плоскости, в разных плоскостях).

В качестве основы используется белый ватман, наклеенный на жесткий пластик или алюминий.

Если съемка архитектурного сооружения выполнялась с нескольких фотостанций и монтаж фотоплана производится по отдельным снимкам, то опорные точки наносятся непосредственно на планшет. Опорные точки наносятся с использованием координатографа, в противном случае на планшете вычерчивается сетка квадратов с помощью линейки Дробышева и опорные точки наносятся по координатам с помощью циркуля и масштабной линейки. В любом случае предельная ошибка нанесения точек не должна превышать 0,2 мм.

5.5. При оптическом монтаже снимков на жесткую основу наклеивается фотобумага. После сушки основы на нее накладывается черная бумага, края которой подгибаются и приклеиваются с обратной стороны планшета. Поверх черной бумаги приклеивается тонкая белая бумага, на которую наносятся опорные точки.

5.6. Если опорная точка расположена в другой вертикальной плоскости, для которой выполняется трансформирование, то в положение такой точки вносится поправка, рассчитываемая по формуле

                                                          (60)

где r - расстояние от точки надира до опорной точки на планшете; ∆Y - отступление опорной точки по глубине от общей плоскости, для которой выполняется трансформирование; Y - отстояние от фотостанции до плоскости сооружения (измеряется по перпендикуляру плоскости сооружения).

Расстояние r должно быть измерено с точностью, определяемой по формуле

                                                              (61)

Так, при Y/∆Y = 10, m_∆r = 0,2 мм получим m_r = 2 мм. Для измерения расстояния r с такой точностью положение точки надира на планшете должно определяться (при указанном соотношении Y/∆Y) с погрешностью, не превышающей 2 мм. При меньшей глубине деталей сооружения требования к точности определения координат точки надира снижаются. При малых углах непараллельности между плоскостью прикладной рамки фотокамеры и основной плоскостью сооружения расстояния можно измерять от пересечения линий, соединяющих положение координатных меток при данном положении объектива.

5.7. Расстояние r можно измерять от главной точки при углах наклона, не превышающих величины, вычисляемой по формуле

                                                             (62)

При Y/∆Y = 10, f = 200 мм, m_∆r = 0,2 мм получим

При меньшей глубине сооружения значение угла непараллельности может быть большим. Если значение угла непараллельности превышает установленный допуск, то на снимке должно быть определено положение точки надира. Достаточно просто положение точки надира определяется на планшете по результатам выполнения полевых работ.

5.8. Подготовка снимков заключается в их подборе и наклоне на столе фототрансформатора при проектировании снимка.

Наколка опорных точек выполняется иглой при рассматривании негатива под увеличением 4 - 8^х. При этом на фотопластинке вращением иглы прокалывается эмульсия или иглой прочерчивается крестообразный знак со сторонами 0,5 - 0,1 мм, причем центр накола или креста должен совпадать с опорной точкой. Наиболее точно наколка точек на фотопластинке может быть осуществлена с помощью специальных маркирующих приборов (ДСИ ЦНИИГАиК, «Трансмарк» и др.).

Выбор сорта и определение деформации фотобумаги

5.9. Подбор фотобумаги выполняется по контрастности в зависимости от качества полученного негативного фотоматериала. Подбор фотобумаги, выдержки и режима фотообработки обычно выполняют опытным путем, добиваясь получения качественного позитивного изображения объекта. В результате получают эталонный фотоотпечаток, с фототоном которого в последующем сравниваются все изготовляемые при трансформировании отпечатки.

5.10. Если при трансформировании используется фотобумага на деформирующейся подложке, то перед ее использованием необходимо определить коэффициент деформации бумаги.

Для определения коэффициента деформации фотобумаги на нее контактным способом печатается контрольная решетка, причем на трансформированном отпечатке. Таких отпечатков изготовляются два-три. После фотообработки и сушки измеряются на отпечатках расстояния между удаленными штрихами решетки с точностью 0,1 - 0,2 мм. Расстояния измеряются вдоль и поперек направления волокон подложки в двух-трех местах.

Коэффициент деформации вычисляется по формулам: