автореферат диссертации по геодезии, 05.24.02, диссертация на тему:Аналитическая фототриангуляция при известных координатах центров проэкций аэрофотоснимков

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"

На правах рукопису УДК 528.72: 528.78

Колб Ігор Захарович

АНАЛІТИЧНА ФОТОТРІАНГУЛЯЦІЯ ПРИ ВІДОМИХ КООРДИНАТАХ ЦЕНТРІВ ПРОЕКЦІЙ АЕРОФОТОЗШМКІВ

Спеціальність 05.24.02 - фотограмметрія та картографія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Львів - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі аерофотогеодезії Національного університе "Львівська політехніка".

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Дорожинські Олександр Людомирович, завідувач кафедри аерофотогеодезії Національно університету' "Львівська політехніка",м. Львів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Мельник Володимир Миколайови Волинський державний університет ім. Лесі Українки, м. Луцьк;

доктор технічних наук, доцент Рудий Роман Михайлович, Іван» Франківський університет нафти і газу, м. Івано - Франківськ.

спеціалізованої вченої ради Д 35.052.13. Національного університету "Львівськ політехніка" за адресою: 79013, м.Львів-13, вул. Ст.Бандери,12.

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Національног університету "Львівська політехніка", вул. Професорська,!.

Провідна установа: Донецький державний технічний університет, м Донецьк.

Захист відбудеться" И-. 2000 р. о год

годині на засідаш

Вчений секретар спеціалізс * "

кандидат технічних наук

С.Г. Савчук

С

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ Сучасні наукові дослідження в фотограмметрії, зокрема в галузі побудови рототріапгуляційних мереж, скеровані на розробку та вдосконалена існуючих аналітичних іетодів. Особливе місце тут відводиться створенню нових методів побудови блочних мереж іотшріаіігуляції, що передбачають застосування супутникових систем автономного изначешія місдеположень, та розробці способів сумісного математичпого опрацювання фотограмметричних та геодезичних даних. Такі методи с перспективними для створення іптимальних, економічно більш досконалих технологічних схем фототріангуляцішщх робіт. СУШ Конгрес ISPRS визначив одніао з найважливіших задач розробку методик іфсктивного застосування даних супутникових навігаційних систем (GPS) в процесах фотограмметричних побудов. ■

Підвищення ефективності фотограмметричних робіт за рахунок використання афіксованих в польоті просторових координат центрів проекцій знімків доведено ірактичним виконанням в ряді країн програм топографічного аерофотознімання. Проте в 'енському ід роботи стосувались знімання в середніх та дрібних масштабах, тому високої ■очності для координат цегарів проекцій не вимагалось. Тепер появляється реальна «ожливість застосування GPS-даних та фотограмметричних побудов при рупномасштабному аерофотозніманні.

Сьогодні в Україні вже працюють аерофотознімальні літальїгі апарати, обладнані гавігаційними системами GPS. Проте ці системи застосовують лише для цілей іітаководіння, і практично не використовують при фотограмметричних побудовах. Крім ого, слід очікувати впровадження в Україпі систем високоточного фіксування координат іентрів проекцій аерофотознімків. Тому розробка та всебічне дослідження методик астосуванпя даних супутникових позиційних систем в процесах фотограмметричних юбудов є актуальним завданням. •

ЗВ'ЯЗОК РОБОТИ З НАУКОВИМИ ПРОГРАМАМИ, ПЛАНАМИ, ТЕМАМИ Дана робота виконана на кафедрі аерофотогеодезії Національного університету Львівська політехпіка" в рамках наукової тематики "Розробка методів аналітичної і (ифрової фотограмметрії".

МЕТА І ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕНЬ .Практичне підтвердження високоточного визначення кутових елементів зовнішнього рієтгтування та координат точок мережі запропонованим способом.

2.Дослідження впливу густоти та геометрії опорної геодезичної мережі на точність фототріангуляції.

3. Визначенім необхідної точності фіксування в польоті лінійних елементів зовнішньогс орієнтування для застосування їх для згущення фотограмметричних мереж прі топографічному зніманні.

4.Виявлення впливу величини міжмаршрупюго перекриття на точність фототріаіігуляції.

5 .Порівняння точності методу з точністю, яка досягається традиційним способом зв’язок. б.Виявлешія доцільності застосування в фототріангуляції додаткових геометричних побудов в першу чергу стереопар, сформованих із знімків сусідніх маршрутів.

НАУКОВА НОВИЗНА ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ

1.Доведено, що спосіб побудови блочних мереж аналітичної фототріангуляції при відомго координатах центрів проекцій, оснований на модифікованому способі зв’язок, дозволж будувати високоточні мережі без застосування геодезичної ошри.

2.Розроблено методику побудови блочних наборів макетних знімків (включаючи стереопари сформовані із знімків сусідніх маршрутів) та способи генерування помилої фотограмметричних вимірів з заданими статистичними характеристиками.

3.Визначено способи апріорного розрахунку необхідної точності фіксування координа-центрів проекцій при проведенні топографічного аерофотознімання.

4.На основі загальної математичної моделі створено типову технологічну схему побудові блочної фототріангуляції при відомих координатах центрів проекцій. Ця схема реалізована ] пакеті комп'ютерних програм.

5.Виконано комплексне дослідження нового методу фототріангуляції шляхом постанови моделювального експеримешу.

ПРАКТИЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ

1.Виконані дослідження підтверджують ефективність використання лінійних елементі] зовнішнього орієнтування при створенні блочних мереж фототріангуляції практично прі довільних геометричних умовах побудови блоків та в будь-яких масштабах.

2.Показано можливість побудови мереж фототріангуляції з точністю, що задовільняє вимог) до знімальних мереж без застосування опорних геодезичних мереж.

3.Запропонована методика математичного моделювання може бути використана прі дослідженнях фототріангуляційних процесів.

з

ОСНОВЫ ПОЛОЖЕНЯ, ЩО ВИНОСЯТЬСЯ НА ЗАХИСТ

1.Теоретичні основи блочної фототріангуляції методом зв’язок при відомих лінійних елементах зовнішнього орієнтування знімків.

2.Методгаса досліджень фототріангуляційних процесів шляхом математичного моделювання.

3.Комплексне експериментальне дослідження нового способу блочної фототріангуляції при відомих лінійних елементах зовнішнього орієнтування, виконане шляхом математичного моделювання.

4.Формування коваріаційної матриці фотограмметричних вимірів та її вплив на фототріангуляційні побудови.

АПРОБАЦІЯ РОБОТИ Основні наукові та практичні результати доповідались іш 1-й Міжнародній гауково-практичній конференції “Кадастр, фотограмметрія, геоіпформатика - сучасні гехнології та перспективи розвитку” (Львів, 1997р.); науково-технічній конференції “Сучасні іосягаення геодезії, геодинаміки та геодезичного виробництва” (Львів, 1999р.); IV Иіжтродггому науково-технічному симпозіумі “Геоінформаційний моніторинг іав колишнього середовища. GPS та ПС - технології” (Алупгга, 1999р.); на тукових мпференціях професорсько- викладацького складу ДУ “Львівська політехніка”.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК АВТОРА Результати, приведені в дисертаційній роботі, отримані автором самостійно, еоретичні основи блочної фототріангуляції при відомих координатах центрів проектування ули сформовані на основі консультацій проф. О. Дорожинського. В роботі [1], публікованій в співавторстві, дисертанту належить постановка експерименту, створення рограмного забезпечення, аналіз результатів.

СТРУКТУРА ТА ОБСЯГ ДИСЕРТАЦІЇ исертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів та висновків. Загальний обсяг зботи складає 115 сторінок, включаючи 8 рисунків, 12 таблиць та список літературних керел із 79 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі відображено актуальність теми дисертації, вказано мету даної роботи, сначено новизну та практичну значимість отриманих результатів.

В першому розділі дисертації приведено аналіз існуючих методів створення мереж блочної фототріангуляції. Особливу увагу приділено застосуванню при фототріангулюванні елементів орієнтування аерофотознімків. Дано огляд сучасних методів фіксування цих елементів в процесі аерофотознімання. На основі цього аналізу сформовано задачі дисертаційної роботи та шляхи їхнього розв’язаній.

В ряду аналітичних методів побудови фототріангуляційних мереж особливе місце займас метод зв’язок. Завдяки широкому використанню геометричних зв’язків, що утворюються в блоці, цей спосіб є теоретично найбільш строгим. Теорія методу зв’язок дає змогу моделювати різноманітні варіанти як вихідних даних, так і відслідковувати можливості покращення точності фотограмметричних побудов за рахунок доповнення математичних моделей додатковими геометричними умовами Зручний метод і при дослідженні можливостей методу найменших квадратів для вирішення задачі вирівнювання, зокрема, узагальненого па залежні вимірювання методу найменших квадратів.

З метою посилення геометричної жорсткості фотограмметричної мережі метод зв’язок доповнюється рівняннями, складеними за умовою компланарності векторів. Цей підхід дозволяє виконувати роздільне вирішення задачі побудови мережі - спочатку визначаються елемент зовнішнього орієнтування знімків, а потім координати нових точок. Така модифікація методу зв’язок не знайшла широкого практичного застосування. Причина полягає в першу чергу в ускладненні структури системи рівнянь поправок, значному збільшенні об’єму масивів даних. Проте сучасний стан розвитку ЕОМ дозволяє вирішиш ці проблеми, тому метод знову набуває актуальності.

Одним з шляхів підвищення точності фототріангуляції є застосування елементів зовнішнього орієнтувашія (е.з.о.). Якщо ці елемента визначені з достатньою точністю, порядок їхнього використання практично еквівалентний до застосування опорних даних. Це в свого чергу дає змогу скоротити кількість визначуваних в процесі фотограмметричного вирівнювання величин, спростити саму процедуру вирівнювання, і в кінцевому результаті проводити фотограмметричні побудови без використання наземних опорних даних. Всі наведені переваги в принципі відкривають шлях до розробки нових методів фотограмметричних побудов (в першу чергу фототріангуляції), більш ефективних порівняно з традиційними. Технологічні схеми таких методів спрощуються за рахунок польової прив’язки аерознімків та пов’язаних з ними робіт.

Сучасна технологія інструментального визначення е.з.о. в процесі аерознімальних робіт базується на застосуванні супугникових позиційних систем та забезпечують

визначення просторових координат центрів проектування в момент експозиції до 0.01-1.0 м в залежності від умов знімання. Оснащення аерофотокамер такими системи має принципове значення, адже дозволяє вирішувати дві важливі проблеми - визначення просторових координат центрів проектування та підвищення якості літаководіїшя при аерозніманні.

В другому розділі описано розроблені автором способи формування блочних наборів макетних знімків, включаючи поперечні стереопари, із збереженням параметрів аерознімання та характеристик території, що фотографується. На основі узагальнена [снуючих методів статистики сформовано методика генерування рядів помилок фотограмметричних вимірів із заданими статистичними параметрами. Ці методики є зазови ми для постановки моделювшіьного експерименту. :

Було використано блочні набори макетних знімків у двох варіантах - з 60% шжмаршрутним та повздовжнім перекритті та з 30% міжмаршрупшм і 60% повздовжнім іерекриттями знімків. Будувались ці набори з дотриманням вимог, що висуваються при топографічному аерозніманні. Кожна стереопара блоку забезпечена 6-ма стандартно розташованими точками. Масштаб блоку, кількість стереопар в маршруті та число маршрутів в блоці можна змінювати. ■ ■■

Запропоновано порядок обчислень макетних блоків, що забезпечує: збереження іри масштабуваїші заданих характеристик рельєфу та траєкторії польоту носія АФА.

Для дослідження методу блочної фототріангулянії крім звкчайпих стереопар було :формовано також поперечні стереопари, які складаються із знімків сусідніх маршрутів та .южуть бути включені в обробку за единим алгоритмом сумісно із звичайними

ґгереопарами.

Описана метода формування макетних знімків була реалізована в комп’ютерній ірограмі на мові Паскаль, що дає змогу легко формувати блоки довільної конфігурації із зданими параметрами знімання.

Складна природа геодезичних і фотограмметричних процесів дозволяє ірогнозувати виникнення рядів вимірів, в яких помилки не підлягають нормальному закону юзподілу. При деяких обставинах з’являється більш складна модель, коли маємо справу із :орельоваиими результатами вимірів. Тому у фотограмметричних процесах необхідно досліджувати точність побудов при корельованих вимірах з негауссовим розподілом юмилок.

Поділимо що задачу на дві складові частини - моделювання випадкових іезалежних помилок з негауссовим розподілом та моделювання залежних помилок вимірів

при заданій кореляції. В математичній статистиці відомі методи генерування випадкові чисел заданого стандарту з визначеною функцією розподілу, що використовують прийом отримання рядів заданих чисел з рядів рівномірно розподілених чисел. Було створеї комгаотерну програму, що реалізує генерування рядів помилок при заданих параметр; розподілів. Для перевірки одержаних в результаті роботи програми рядів помито застосовувались відомі методи статистичного аналізу, зокрема визначались вибірко характеристики та перевірялась гіпотеза про закон розподілу помилок із застосованій критеріїв відповідності Пірсона, Мізеса та Колмогорова.

Для моделювання залежних помилок вимірів використано метод переводу векто]

Коваріацішу матрицю помилок фотограмметричних вимірів пропонуєш отримувати шляхом генерування за апріорі заданою коваріаційною функцією. Опираючи на результати досліджень в цій галузі Ю. Неумивакіна, І.Фінарезського, Ю. Тюфлів Х.Бурштинської та аналізуючи фізичну суть фотограмметричних вимірювань зауважимо, п найбільш вагоміш фактором слід вважати місцеположення точок на знімку, тому приймем що коефіцієнт кореляції залежить від відстані Бу між точками і та j

Критичне значення коефіцієнта кореляції рівне 0,2 при 5% рівні значимості для точо

можна знехтувати).

Нами визначено і приведено в роботі декілька видів вихідних функцій, що можу бути використані ж кореляційні.

Приведена методика генерування рядів помилок фотограмметричних вимір дозволяє виконувати математичне моделювання фотограмметричних задач при різні статистичних характеристиках помилок виміряних величин. На основі аналізу результаті одержаних попередніми дослідниками, підібрано кореляційні функції, які можуть буї використані для апріорного генерування кореляційних матриць помилі фотограмметричних вимірів. Відтак з’являється можливість використовувати ці матриці до генерування статистично залежних помилок вимірів. Запропонований іпдх дозволяєзастосовувати в фотограмметрії узагальнений на залежні вимірювання МНК бі ускладнення обчислень.

Третій роздої присвячено опису теоретичних основ блочної фототріангуляції її; її?доміг>; координатах центрів проектування знімків, формуванню математичних моделей

залежних величин Є у вектор незалежних складових Т].

(

відстань між якими на знімку не перевищує 7 см ( кореляцією при більшій відста

‘5

e = Yr

1 О

при різних видах функції втрат та з врахуванням неоднорідності опорних даних, що використовуються при створенні мереж. Тут використано теоретичну’ концепцію, розроблену проф. О. Дорожпнським, а нижчеприведені моделі отримані дисертантом.

Загальна модель для побудови фототріангуляції способом зв’язок з опорними даними буде містити рівняння поправок для фотограмметричних вимірів та двох типів опорних даних (наземної мережі та мережі центрів проекцій):

є = Y- А8ц/ -TST- C8S - К8Гй,вагаР,

П -C8S 3вагаР2 (2)

-Я5Г0 , вагаР3

Тут Y- вектор виміряних плоских прямокутних координат точок фотознімків; -.; .

Ys - вектор виміряних просторових координат центрів проекцій;

Y[o вектор визначених просторових координат опорних точок;

8ш - вектоп поплавок ттп тл-ів mxHjrv знімків бтток-и-

г а х - j - - j -- j ?

8Г - вектор поправок до просторових координат точок фототріангуляційної мережі;

SS - вектор поправок до просторових координат центрів проекцій;

<5Г0 - вектор поправок до просторових координат опорних точок;

Л,Т,С,К - матриці частинних похідних (відомі з літератури);

Рь Р2, Рз - діагональні матриці ваг відповідно фотограметричних вимірів, цеіпрів проекцій, опорних точок.

Перепишемо рівняння (2), ввівши блочні матриці:

£=Y-

Г

Y-

В D и

0 0 Z

0 F и

0 0 z

,вага Pt

,вагаР4

(3)

Порівняння (2) та (3) дає вирази для цих матриць.

До рівнянь (3) можіа застосувати відомі підходи до мінімізації функції втрат. Як зазначалося раніше, найбільшого поширення набув метод найменших квадратів, тобто випадок квадратичної функції втрат. Приймаючи гіпотезу незалежності та нерівноточності

вимірів, введемо у вирівнювальний процес діагональні матриці ваг помилок та опорних даних.

Опускаючи проміжні викладки, запишемо розв’язок системи нормальних рівнянь та знаходження вирівняних векторів и,г-.

(4)

Оцінка для дисперсії <7 рівна

З1 = (єтр1є+у'їраГ)і(п-г) (5)

де п- число рівнянь поправок, г- число ігеівідомих.

Середня; квадратична похибка вирівняної величини знаходиться теж за відомою формулою

~и ~ВГРХВ ' -і ’ В1 Р^ '

2 £>Т/>Г+РТР4?

ш\ = 52Є>,.

(6)

тут і- номер невідомого, ^-діагональний елемент оберненої матриці коефіцієнтів

нормальних рівнянь, загальний вигляд якої записано в рівнянні (4).

Система (2) чи розв’язок (4) з оцінкою (6) є досип, загальним. Зауважимо, що вал-Рь Р2 ,Р3 виступають універсальним регулятором процесу вирівнювання, що досить повне показано в публікаціях Ю. Маркузе, О. Дорожинського та інших

З рівнянь (3) витікають кілька окремих випадків, які мають суттєве практичне значення, для них отримані відповідні математичні моделі.

Випадок 1. Координати опорних точок є величинами безпомилковими.

Випадок 2. Координати центрів проекції є величинами безпомилковими.

Випадок 3. Координати опорних точок та центрів фотографування відомі безпомилково. Випадок 4. Координати центрів фотографування відомі безпомилково, а опорні точки взагал відсутні, тобто побудова блочної меорежі ири відомих координатах центрів проекцій бе: опорних точок.

Універсальна модель (2) побудови фототріангуляції з опорними даними вимага< коректного співставлений точності виміряних величин та опорних даних. Першу групу з

. 2

моделі (2) становлять фотограмметричні виміри зі стандартом СГ. (розмірність міліметри) ті

ьагами Р]. Другу групу складають виміри координат центрів проекцій зі стандартом ст2

(розмірність метри) та вагами Р2. Третю групу складають виміри координат опорних точої-

Ці величніш фігуруватимуть в усіх обчисленнях заметь відповідних ваг

Таким чином, нами отримана узагальнююча математична модель блочної фототріангуляції способом зв’язок з використанням опорних даних, з якої можна отримати кілька окремих випадків математичних моделей.

На основі цієї моделі отримано також вирішення при застосуванні неквадратичної функції втрат. Нехай маємо ряди фотограмметричних вимірів та просторових координат

опорних точок, похибки яких £ та у р розподіляються за нормальним законом та

некоррельовані між собою; ряди просторових координат центрів проекцій мають похибки, що розподілені за законом, відмінним від нормального, і не корелюють з вимірами інших видів. Для моделі

2

із стандартом С73 (розмірність метри) та вагами Р3.

Вводячи коефіцієнт погодження, запишемо погоджені ваги

(7)

Єх = Ху, коваріаційна матриця Е ^

(8)

уі = — С, Х1, коваріаційна матриця Ь

розв’язок буде:

Модель (2) представимо так:

Є = У — А5ц/ — Т8Г — С8Б — К8Гй , коваріаційна матрицяЕ у

-Е8Го , коваріаційна матриця * (10)

Г* = г3

Тоді з порівняння (10) та (В) маємо:

— Е8Б , коваріаційпа матриця Е .

Є Г 71 'А Т С К

/Гй. . Я = 1 . 4 = 0 0 0 Е

*1 =

У1 =/5. 'у-1 0

8у/

8Г

<5Г0

8Б

Сі = [о о е о],

(И)

е;1 =

У о

у-1 — у-1

Підстановка (11) в (9) дає такий розв’язок:

'А-Гу1 У ' 0 ' 0 '

Т-Гу1 -7 С-Г/ -7 + 0 • У* + у-і 0 •О^А)

0 0

(12)

Формула (12) дає розв’язок задачі вирівнювання блочної фототріянгуїтяттії при змішаній функції втрат. Раніше така постановка та розв’язок нами в літературі не зустрічались.

Досліджено питання щодо необхідної точності фіксації лінійних елементів орієнтування в процесі виконання асрофотозйомки Отримані результати дозволяють зробити висновок: щоб визначити координати точки об’єкта із заданою точністю, необхідно фіксувати положення центрів проекцій в два рази точніше. Деяким пом'якшенням цієї вимога є кількаразове незалежне розв’язування прямої фотограмметричної засічки, якщо точка зобразилась на кількох стереопарах.

В четвертому розділі роботи приведено результати комплексного дослідження способу фототріангуляції при відомих координатах ценірів проекцій, проведеного шляхом моделювати блочних мереж різного виду.

Постановка моделювального експерименту представлена як послідовність таких

операцій:

1) формування завдана на обчислювальний експеримент;

2) згідно з умовами завдання формується макетний блок аерофотозшмків;

побудова та вирівнювання мережі фототріангуляції;

оцінка точності мережі, аналіз впливу обраних в завданні характеристик блоку та умов рівшовалня на точність мережі

Змінюючи завдання, можна детально відслідковуваш вплив па загальну точність грежі таких параметрів: вид та геометрія блоку аерофотознімків (розміри блоку, поперечне та повздовжнє рекрштя знімків, масштаб знімання, параметри АФА тощо);

вид, геометрія та густота опорної геодезичної мережі та точність визначення просторових ординат нсі прів проекції;

точність фотограмметричних вимірів та статистичні характеристики помилок ггограмметричних вимірів; наявність в блоці поперечних стереопар.

Експериментальне дослідження методу фототріангуляції при відомих лінійних емошах зовнішнього орієнтування знімків проводилося шляхом моделювання блочних ^реж на макетному матеріалі.

Геометрія блоку аерознімків. Метою цього етапу дослідження було виявлення ікуваної точності методу у випадках використання блоків знімків з різними жмаршругним перекриттям, масштабом, кількістпо маршрутів в блоці. Кожен маршрут стить по 6 знімків. Всі стереопари забезпечені 6-ма стандартно розташованими точками. У ггограмметричні вимірювання вводились випадкові нормально розподілені незалежні милки із стандартом 0.01 мм. Всі блоки будувались без опорної мережі Результати >делювання приведено в таблицях 1 та 2.

В таблицях середні квадратичні помилки визначеши планових координат точок :режі приведено в міліметрах в масштабі знімка. Величину тп2 подано як відносну помилку г / Н, де Н- висота фотографування. Контрольних точок 20.

Табл. 1. Точність мереж при 30% міжмаршругаому перекритті.

М-б 2-х маршрутні мережі 3-х маршрутні мережі .

знімання тх ГПї тг тх тг тг

(мм) (мм) а/я) (мм) (мм) (1/Н)

1:5 000 0.007 0.015 1/10250 0.007 0.014 1/10100

1:10 000 0.007 0.013 1/8840 0.007 0.013 1/9150

1:25 000 0.009 0.020 1/8100 0.010 0.024 1/8430

Табл. 2. Точність мереж при 60% міжмаршрушому перекрігггі.

М-б 2-х маршрутні мережі 3-х маршрутні мережі

знімання тх (мм) тг (мм) тг (1/Н) тх (мм) ту (мм) піг (1/Н)

1:5 000 0.006 0.007 1/8150 0.0060 0.0120 1/10300

1:10 000 0.008 0.009 1/7800 0.0075 0.0119 1/9730

1:25 000 0.010 0.010 1/7180 0.0085 0.0124 1/9000

Як видно з таблиць, 3-х маршруті блоки на 10-15% точніші, аніж 2-х маршрута що можна поясниш більшою кількістю зв’язкових точок в зонах міжмаршрутної перекриття. Мережі з 60% поперечним переіфштям дозволяють вшначати планові т висотні координати в середньому на 30% точніше, ніж при 33% перекритті маршрутів. Пр: побудові блоків масштабу 1: 5 000 число ітерацій рівне 8 і зростає при побудові мереж масштабах 1:10 000 та 1: 25 000 до 24.

Точність визначення координат центів проектування. Мета дослідження - вивчит вплив точності визначення лінійних елементів орієнтування знімків на точніст фотограмметричних побудов, що використовують ці дані. Моделювання макетних блокі проводилось на блоках з 60% поперечним перекриттям із вводом випадкових нормальн розподілених помилок із стандартом 0.01 мм. у фотограмметричні виміри та випадковії нормально розподілених помилок із стандартами 0.1 м, 1.0 м, та 5 м у координати цеіггрі проекції. Масштаб зйомки 1:10000. Результати моделювання приведено в таблиці 3.

Табл. 3. Залежність точності мережі від точності визначення лінійних елементів

орієнтування знімків.

Точність лінійних е.з.о. (м) Точність визначення кутових е.з.о. (мінут) Точність визначення координат точок мережі

та та тк тх(мм) Щу(мм) тг(м)

0 0.16 0.21 0.28 0.008 0.009 0.1169

0.1 0.21 0.25 0.28 0.009 0.009 0.1170

1.0 0.18 0.28 0.33 0.011 0.011 0.1483

5.0 0.43 0.29 0.36 0.0247 0.030 0.3368

Відчутне зниження точності мереж відбувається при зменшенні точності изначення лінійних елемеїггів орієнтування до 5 метрів. В цьому випадку точність изначення планових координат точок моделі складає 0.03 мм в масштабі знімка, а висотні ідмітки визначаються з точністю 1/4000 (30% від точності ідеального випадку). Це говорить іро те, що в окремих випадках знімання (при вирішенні наприклад задач зотограммегричного згущення знімальної основи) достатньо фіксувати координата центрів іроектування з точністю порядку 5 метрів, чого можна досягти і без використання пеціальної дороговартісної навігаційної апаратури.

Вид опорної мережі Для дослідження впливу на точність побудов густоти та еометрії опорної мережі, моделювання макетних блоків проводилося у наступних варіантах: і) без опорної мережі;

>) з 1-єю опорною точкою в центрі блоку,

;) з 4-ма опорними точками по краях блоку,

1) з 8-ма опорними точками по периметру блоку.

Моделювання проводилось на блоці з трьох маршрутів по 6 знімків в кожному. Масштаб знімання 1:10000. Результати моделювання показали, що наявність наземної шорної мережі суттєво не впливає на точність визначення планових координат точок фотограмметричної мережі, проте при забезпеченні опорними точками центральної зони злоку (варіант В) - ймовірно найбільш слабкого місця мережі, на 10-15 відсотків зростає точність визначення висотних відміток ш2.

Використання додаткових геометричних умов. В попередніх блоках відслідковується ситуація, коли при визначенні кутових елементів орієнтування знімків куга а та к визначаються в 1.5-2 рази гірше, аніж куш а .Тому важливим є вивчення доцільності включення в блок стереопар, утворені із знімків сусідніх маршрутів, адже використання поперечних стереопар ускладнює реалізацію задачі - зростає обсяг вимірювальних фотограмметричних робіт, збільшуються розміри числових масивів, ускладнюється їх формування в ЕОМ та використання в обчислювальних процедурах. Тому дослідження нами пропонується проводити за такими схемами:

A) мережа будується із звичайних стереопар;

B) мережа будується із використанням звичайних стереопар та поперечних стереопар, утворених на початку та в кінці блоку,

C) мережа будується із використанням звичайних стереопар та поперечних

стереопар, утворених в очікувано слабких місцях блоку - по краях та в центрі блоку;

Б) використовуються всі стереопари, які можна утворити в блоці.

Результати моделювання приведено в табл.4. Для іллюсірації швидкості сходимості вирівнювального процесу в таблиці приведено кількість ітерацій, необхідних дл побудови блоку.

Табл.4. Точність мереж при застосуванні додаткових геометричних умов.

Варіанти блоків Ітерацї С.К.ІІ визначення координат С.К.П. визначення кутових е.з.о.

гпх (мм) ту (мм) т2 (1/Н) та (мін.) та (мін.) тк (мін.)

СхемаА 18 0.007 0.012 1/7970 0.26 0.30 0.35

Схема В 9 0.007 0.011 1/10160 0.25 0.23 0.27

Схема С 7 0.006 0.011 1/10260 0.21 0.18 0.22

Схема Б 6 0.006 0.008 1/10310 0.18 0.21 0.19

Як г.идтго л табл.4, використання поперечних стереопар ке приводить до суггєвоп покращення точності визначення планових координат X та У, середні квадратичні похибю яких практично рівні стандарту помилок, що вводились у вимірювання, проте дещі покращується визначеній висотних відміток. Так при використанні схеми Б точнісл вівпачеіпія координати Ъ зростає на 29%, а при використанні схеми С відповідно на 27% При використанні схеми В точність визначення висот зростає на 25 %.

Слід зауважити також, що при використанні схем О та С ітераційішй процеї стабілізується в 2.5-3 рази швидше, тобто необхідно значно менше машинного часу ди побудови блоку. Щодо визначення кутових елементів орієнтування знімків, то прі використанні поперечних стереопар с значний ріст точності визначення кутів к та и - до ЗО 35% порівняно із схемою А. Схему ІЗ можна рекомендувати для високоточно фототріангуляції, оскільки точність визначеення планових координат ті в порівнянні і схемою А підвищується в 1,4 рази, а точність визначення висот зростає в 1,3 рази. При умов міжмаршрушого перекриття не менше 60% є можливість покращити точність визначенні координати Z точок мережі та кутових елементів зовнішнього орфєігтування використовуючи міжмаршруші геометричні зв’язки. При цьому доцільно при їхньому використанні застосовувати схеми В та С. Це не приведе до значного збільшенш вимірювальних робіт та ускладнення обчислювального процесу .

В дисертаційній роботі виконано розрахунки очікуваної точності типових варіантів фотограмметричного блоку (масштаб знімання 1:10 000), який складається з трьох маршрутів по 5 знімків в кожному маршруті при різних комбінаціях опорних даних та топеречних стереопар. Проведені експеримеїпи дозволяють зробити висновок, що зозроблений метод фототріангуляції при відомих лінійних елементах зовнішнього зрієнтування знімків та створений програмний комплекс блочної фототріангуляції іабезпечують високу точність фотограмметричних побудов.

У висновках наведено підсумки дисертаційної роботи.

[.Сформульовано математичну модель блочної фототріангуляції із застосуванням лінійних лементів зовнішнього орієнтування. Отримана математична модель врахування зізпорідності опорних даних при вирівнюванні з квадратичною та змішаною функцією утрат.

’.Запропоновано способи апріорного визначення необхідної точності фіксації в польоті соордипат цеіпрів проекції.

?.Розроблено та реалізовано методику математичного моделювання фототріангуляційіпк гроцссів. Представлено спосіб побудови блочних наборів макетних знімків із заданими сарактеристикями, включаючи стереопари, сформовані із знімків сусідніх маршрутів.

і.т-Гл основі знзлізу існуючих теоретичних розробок, фізичних УМОВ ОТрИМЗНЇІЯ іерофотознімків та проведеїшя фотограмметричних вимірювань, запропоновано спосіб шріорного формування кореляційної матриці помилок фотограмметричних вимірів, що ложе буш використано при застосуванні в фотограмметрії узагальненого їй залежні вимірювання МІГК.

5.На основі загальнотеоретичної моделі розроблено алгоритм та програмне забезпечення заочної фототріангуляції із використанням лінійгих елементів зовнішнього орієнтування.

З.ПІляхом постановки моделювального ексиеримеїпу досліджено новий спосіб блочної фототріаіпуляції. Результати моделювання підтверджують практичну можливість побудови високоточної блочної мережі без використання наземних опорних даних. Виявлено вплив 'еометрії та густоти опорної мережі на загальну точність фототріангуляції.Запропоновано варіанти підвищення точності мережі шляхом застосування міжмаршрупшх зв’язків.

За рахунок викорис тання запропонованих нами шляхів опгимізації геометрії блоку гочігість визначення планових координат точок мереж може бути реально наближена до точності фотограмметричних вимірюваш., а точність визначення висот точок сягає

lo

величини 1/10000 відносно висоти фотографування. Цс відкриває нові перспектив застосування аналітичних методів фотограмметрії в таких галузях:

- при побудові геодезичних та кадастрових мереж нижчих класів;

- у військовій справі, де важливим є швидкість отримання інформації, її достовірнісп

автономність носія;’ '

- при вивченні важкодостушшх та недоступних територій;

- для оперативного отримання інформації при виникненні небезпечних природних л техногенних явищ.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Дорожинський О.Л., Колб І.З.Моделювання в фотограмметрії залежних помилок вимірів неГауссовим розподілом //-Деп ДНТБ №9417122.-1994.-11 с.

2. Колб 1.3. Дослідження точності аналітичної фототріангуляції при відомих елемента зовнішнього орієнтування// Геодезія, картографія і аерофотознімання. -Вин. 58, -1997. с.218-221.

3. Колб І. Моделювання блочної фототріангуляції при відомих лінійних елемента орієнтування.// Вісник геодезії та картографії. -Вип. 4, -1998.- с.41-44.

4. Колб 1.3. Формувати блоків макетних знімків для моделювання фотограмметричнії задач// Тези доповідей науково-технічної конференції "Сучасні досягнення геодезі геодинаміки та геодезичного виробництва".-Львів.-1999,-сІ 97-199.

5. Колб 1.3. До питання про застосування елементів зовнішнього орісіггування фототріангуляції.//Геодезія, картографія і аерофотознімашія. -Вип. 59, -1999. -с.73-77.

6. Колб 1.3. Точність поодинокої моделі при використанні просторових координат центрі фотографування, зафіксованих системами GPS7/ Збірник наукових доповідей 4 наукове технічного симпозіуму "Геоінформаційний моніторинг навколишнього середовища -GPS G IS-техі юлогії".-Львів,-1999. -с. 15-19.

АНОТАЦІЯ

Колб 1.3. Аналітична фототріангуляція при відомих координатах центрів проекці аерофотознімків,- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеїи кандидата технічних іиук : спеціальності 05.24.02 - фотограмметрія та картографія,- Національний університе "Львівська політехніка", Львів - 2000.

Сформульовано математичну модель блочної фотогриангуляції із застосуванням іінійних елементів зовнішнього орієнтування. Запропоновано спосіб врахувати: нзнорідності опорних даїшх при вирівнюванні з квадратичною та змішаною функцією втрат. Розроблено метод апріорного визначення необхідної точності фіксації в польоті соординат центрів проекції. Теоретично обгрунотовано та реалізовано методику математичного моделювапня фототріангуляційних процесів. На основі аналізу існуючих 'еоретичних розробок запропоновано спосіб апріорного формувати кореляційної матриці юмилок фотограмметричних вимірів. Розроблено алгоритм та програмне забезпечення ілочної фототріангуляції із застосуванням лінійних елементів зовнішнього орієнтувати. Досліджено з використанням модешовальпого експеримешу повий спосіб блочпої Ьототріангуляціїта та підтверджено практичну доцільність побудови високоточної блочної іережі без використання опорних геодезичних точок.

Ключові слова: аерофотознімок, аналигична фототріангуляція, точність,

іатематичне моделювання, центри проекцій аерофотознімків, GPS.

АННОТАЦИЯ

Солб И.З. Аналитическая фототриангуляция при известных координатах центров проэкций ерофотоснимков,- Рукопись.

{исертацкя ка сокскапие ученой степени кандидата технических наук по специальности 5.24.02 - фотограмметрия и картография,- Национальный университет "Львивська олитехника", Львов - 2000.

Сформулировала математическая модель блочной фототриангуляции с отользовзнием линейных алементгт тшептего ориентирования. Предложен способ учета азнородности опорных данных при уравнивании с квадратичной и смешанной функцией отерь. На основе анализа существующих теоретических разработок предложен способ приорного формирования корреляционной матрицы ошибок фотограмметрических змерений.

Разработан метод априорного определения необходимой точности фиксирования в олете координат центров проэкций. В общем случае эти величины следует определять цвое точнее требуемой точности сети. При построении сетей следует учитывать ногократное независимое решение фотограмметрической засечки для точек, которые зобразились на нескольких стереопарах.

Теоретически обоснована и реализована методика математического моделироваш фототриангуляциошшх процессов. Предложен способ формирования макетных блоке аэрофотоснимков, включая стереопары, составленные из снимков соседних маршрута Разработаны алгоритм и программное обеспечение блочной фототриангуляции использованием лилейных элементов внешнего ориентирования.

Исследовалось влияние на общую точность сетей вида и геометрии блок аерофотоснимков (размеры блока, величина поперечного и продольного перекрыло масштаб). Выявлено, что сети с 60% поперечным перекрытием снимков позволяют на 30°, точнее определять плановые и высотные координаты точек.

В результате мидйшровшшя сетей, обеспеченных наземными опорными сетям различной геометрии и густоты, определено, что наличие таких сетей существенно не влияе на точность плановых координат точек фототриангуляции. При обеспечении опорным точками центральной части блока на 10-15% уваличивается точность определения высотны координат.

Наличие в блоке стереопар, сформированных из снимков соседних маршрута позволяет несколько улучшить качество сети Разработаны схемы использования таки стсрсопар, позволяющие избежать значительного увеличения количества исходно! информации и усложнения расчетов.

Таким образом использование моделирующего эксперимента позволил! исследовать новый способ блочной фототриангуляции и подтвердить практическую возможность построения высокоточной блочной сети без использования опорные геодезических точек.

Ключевые слова: аэрофотоснимок, аналитическая фототриангуляция, точность математическое моделирование, центры проекции аэрофотоснимков, GPS.

ABSTRACT

Kolb I.Z. The analytical aerial triangulation when the coordinates of centers of projection are now. • Manuscript

Thesis on competition of a scicntific degree of the candidate of technical science b) speciality 05.24.02 - photogrammetry and kartography. - National university "Lvivsks politcchnika", Lviv, 2000.

It is formulated the mathematical model of block aerial triangulation with application ol linear external orientation elements. The method of registration (taking into account) of control data

rterogeneity for adjustment with quadratic and combined function of losses isproposed. The ethod of a priori determination of necessary accuracy of the fixation of projection centers co-dinates during the flight is developed. The principles of mathematical modelling of aerial iangulation processes is realized on theoretical base. According to the analysis of existant eoretical elaborations the method of a priori formation of correlation matrix of photogrammetrical easurement errors is proposed The algorithm and software of block aerial triangulation with iplication of linear external orientation elements is worked out The new method of block aerial iangulation is investigated with use of modelling experiment, and practical expediency of high xuracy block network creation without use of control geodetic points is confirmed.

Key words: aero photo, analytical aerial phototriangulation, precision, mathematical Lodelling, center of proection, GPS.

Підписано до друїдг 11.09.2000 p. Формат 60x90,1/16. Ум. друк арк. 1,0. Обл.-вид. арк 0,96.

Тираж 100 прим.

ТзОВ “Ліга-Прес” вул. Замкнена, 9, Львів 16