автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Математические методы и программное обеспечение проектирования и уравнивания блочных сетей фототриангуляции при решении маркшейдерских задач

гешастерство иаукй. висят тола и технической пояктеад

российской федераций

слнкт-пвтетФгскгга о?де»!л тпт. ордена оггаптьскоз револш» я ордена трудоюго гршюго знамени

ГОР1ШЗ институт г. плехашел

lía ррзвзз' рукописи

СЕРЮ /лексгидр Павлович

11атп1лтическяе нетодц И ПР01ГАННКСВ ОКЕСП^ЭШЕ

и РОЕктк роваки я э трдашш тотт сетей

фототриангулящщ й£й рервш fumjsmaspcx3x задач

спеишльность: 05. 15. oí - нгркзейяег-эд

автореферат днссерташда ка гоясканяе ученой степени кандидата технически нале

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 1992

Работа выполнена в Донецком орден* Трудового Красного Знамени политехническом институте

Научный руководитель: доктор технических наук,

t^joijeccop Могильный С,Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Хлебников A.B.

кандидат технических неук Корабяев Д.П.

Ведущее предприятие: Докучаевский флюсо-

долоыитный комбинат

Зашита диссертации состоится " а^-аЛ 1992 г. в час. мин. на заседании специализированного

Совета Д.063.15.03 в Санкт-Петербургском горном институте мм. Г.В.Плеханова по адресу:

199026, г. Санкт-!1етербург, 21 линия, дом 2, ауд. /•/&&

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского горного института им. Г.В.Плеханова

Автореферат разослан "¿J" ¿ы-'/игл-У 1992 г.

WWW* ^

Ученый секретарь специализированного

Совета, кандидат технических наук,

доцент Е.Л.Очкуров

.. ./..",.1 - з -

СОТАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работ Аналитическая Фототгиангуяяиия является эффективный н производительным методом определения пространс-твеннш координат точек объекта по его фотоизображением, что делает ее весьма привлекательны« инструментом для реиеиия топографических и инженерных задач во многих отраслях науки и техники, в той числе в маркшейдерской деле.

В практике маркшейдерских работ существует ряд задач, использование в решении которых аналитической фотограмметрии позволяет получить количественно и качественно лучше результата во сравнению с традиционными способами их решения (создание иаркяей-аерсного сьемочного обоснования, построение цифровых плпноэ карьера, наблюдения за сдвижением земной поверхности. деФорнади-яни различных иихенеряых сооружения и др.)

Каждая из задач требует различной точности определения пространственных координат точек. Наиболее высокая точность требуется для изучения геонеканических процессов при ткрытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Технология аналитической Фототриангуляции, принятая в аэрофотогеодезической производстве, вследствие нестрогости используенкх способов уравнивания не обеспечивает требуенсй для решения большинства маркшейдерских задач точности. Наиболее строг им. точнш и перспективным способом является блочное .уравнивание по способу связок с санокалнбговкой. Разработка на базе указанного способа технологии построения Фотогганяетрнческих сетей, обеспечивав« максимально воэмохмго точность определения координат точек, является актуальной задачей для иаркыейд«рии.

Цель работы - разработка программных средств построения и уравнивания блочных сетей аналитической Фототриангулядин псвиьегиой точности для реыеиаа наркшейдерскик задач.

Задачи исследований: установить еозиояиые пути повышения точности аналитической Фототрнаягудяшии ври решении, маркыейдерских задач: оцтиназирпоать вичнсдительтей процесс при строгом ургв^и-вании блочках сетей Фототриангулядни по методу связок; разработать методику строгого прёдгасчета точности проектируемых сетей

- ч -

Фототриангуляции с учетом влияния случайных ошибок координат жесткик опорник точек на результаты уравнивания.

Методика исследования. В теоретических исследованиях реализованы методы аналитической Фотограмметрии. теории графов, вычислительной математика, технологии разреженных натри« и информатики. При проведении экспериментальных исследований использованиеI нетоян математического и ннитааионного моделирования, статистического анализа и практические испытания в условиях горнодабыва-маих предприятий.

Научная новизна работы за:отчается :

- в классификации Фотограмметрических построений н установлении основных особенностей структуры натрии, возникающих ир! уравнивании Фотограмметрических сетей по способу связок;

- в обоснования путей оптимизации вычислительного процесса пр» строгом ураенасанки блочных сетей «с тотриаи гуд я пни;

- в разработке способов и алгоритмов . Лорнирования ленточ-но-окаймденноя структур« иатрнсы коэффициентов линейных уравнений и способов их решения применительно к уравниванию Фотогран-метрических сетей;

- в разработке методики выполнения строгого предрасчета точности проектируемых сетей фотстриангуляики, включающей спосо< опенки влияния случайных ошибок координат опорных точек и кето дику расчета необходимой точности определения координат оворгш точек в фогограикетрнчсских сетях.

Практическое значение работы заключается в разработке техноло гии и программного обеспечения построения и уравнивания блочки: • сетей Фототриаигуяяцив -повышенной точности для ЭВМ, позволяю««; . речаать бояьоинство карквейдерских, а также научных и прикладки: задач.

Достоверность н обоснованность результатов исследований под таержяаптся солоаительными результатами драктическог использования разрабртгниой технологии аналитической Фототриан гулянки с условиях: прокзводстоа; экспериментальной проверсо точности оиредеденая коорд;маг течек местности способом анали-п; ческой фототризегуляоки. Ешолаепкой на зкеперккентальнок соли гэке.

На аацитг ьшосятся: * "

- •топологические схекы Фотогргкиетрйческнх сетей, использует

- з -

для реиения маркшейдерских задач;

- способ Формирования ленточной структуры матрицы коэффициентов редуцированной системы нормальных уравнений;

- способ решения раэреаелиих систем линейных уравнений высокого порядка;

- методика строгого лредрлсчета точности проектируемых марк-вейдерских сетей Фотогриаигуляиии.* ■

Реализация результатов исследований. Результаты выполненных исследования внедрены в практику нарквейдерских работ на карьерах Курской магнитной аномалии. Каджаранскон медио-иолибденовон комбинате /Армения/, на Тырныаузском вольфрано-молибденовом «ом-' бинзте /клблгдино - Баякагия/ и флюсодолонитных карьерах объединения "Кмогнеупор" /Украина/ при непосредственном участии и под руководством автора. Материалы исследований включены в 5 научно-исследовательских- работ, а также в Отраслевые ииструктивно-ието-дические указания, изданные институтом ВКОГЕН /г. Белгород/.

Аппробааия работы. Основные положения диссертациям докладывались и обсуалались в Донецком политехническом институте, а также на следэтмнх конференциях и семинарах:

- на IY республиканской конференции "Молодые ученые - научно-техническому прогрессу в угольной промышленности' /Донецк, май 1984 г. /;

- на конференции "Совершенствование методики производства высокоточных геодезических и Фотограметрических работ при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений" / Киев, июнь 1966 г./;

- на семинаре "Современное состояние и перспективы автоматизации крупномасштабного картографирования" /Киев, октябрь 1990 г. /.

Разработанный на основе теоретических исследований автора программный комплекс аналитической Фототриангуляции HKS в 19в& г. экспонировался на ВДНХ СССР и отмечен серебрянной медаль».

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, че-

—-—в—-■---

тырех глав, заключения и списка литературы из 232 наименований, а

том числе 77 зарубежных. Работа содержит .32.1 стран..« машинописного текста, 25 таблиц. 72 рисунка.

- 6 -СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Ео введении обоснована актуальность тены. ее научное и практическое значение, с Формулировав цель работы и основные положения, выпоенные иа зашиту.

В первой главе дан анализ возможностей Фотограмметрических методов в решении маркшейдерских задач, сФормулированы цели и задачи исследований .

Фотограмметрические методы обладают рядом положительны» достоинств. выгодно отличающих и.' от традиционных геодезических методов измерений, Однако в маркшейдерской практике им отводится вспомогательная роль. Основная причина - низкая точность определения координат точек, что является следствием использования ус-тареетеГ*. технологии обработки результатов Фотограмметрически* измерений.

Анализ тенденций, сложившихся за последние 10-15 лет в мировой Фотограмметрической науке, показывает, что основные яути повышения точности Фотограмметрических построений связаны с переходом на теяиологир, использ лощу» методы аналитической Фотограмметрии, в частности аналитическую Фототриаигуляцию по способу связок с самокалибровкой. Такая технология позволяет определять координаты точек с точностью в масштабе снимка 2-10 мкм. что достаточно для решения большинства маркшейдерских задач, включая наиболее требовательные к точности определения пространственного положения точек - геомеханические задачи.

Вазснын Фактором повышения точности Фотограмметрических методов является ослабление влияния систематических ошибок снимков.

При решении геомеханическич задач точность Фотограмметрически! определений сопоставима с точность» координат опорная точек. Уменьшение ич влияния на точность построения сети'является I этой связи актуальной задачей.

Технология блочной аналитической Фототриангуляции, принятая аэрофотсгеодепическом производстве, по ряду причин не удовлетв< ряет требованиям точности' решения маркшейдере кик задач. Это тр> бует разработки технологии, ориентированном на решение маркше] дерских задач и обеспечивающей максимально возможную точное

пределенкя координат точек. *

Основу такой технологии вольно составлять программное ©беспече-ие аналитической фототрнэнгуляоии по способу связок с самокалиб-овкоа. Разработка указанного программного обеспечения а решение озннкаших при этом вопросов математического характера является дной из главных задач диссертации.

Во второй главе рассмотрены вопросы проектирования программного >бесв»чения аналитической Фототриаипуляпии,

Показано, что для преодоления возникают« при строгом уравнива-ши обшгных Фотограметрическнх сетей вычислительных трудностей «обходнно использовать особенности блочной структуры матрицы ко-»ффивиеитов нормальны« уравнений О , которые определяются тоаоло-тоей уравниваемой сети.

На основе аппарата теории графов выполнен анализ фотограннетри-«ескнх построений, ннеодих перспективу использования при реиении «аркшейдерских задач.

Все Фотограмметрические сети в зависимости от их топологии раз-неяеш на 4 схема топологическим образок сети Фото-риангуляпки вобой схемы есть граф измерения или уравнений связи ср<У,Н). состояний из множества версии V, представленного подмножествами вер-Еин-снинкоа Э и вегетш-точек т, и множества ребер И. соответстпу-саего измерении. Обгёя-.шеиие ссег исходна?; вершин граФа ск в одну осну» исходную вергшу vвйV переводит граф йГ о граф определяемых веяичш» паи уравнений воправок (ШУ,Б).

В анссертаави подробно рассмотрена 1-я схема с включение:! только Фотограмметрических измерения. Применительно к этой схеме, используя тоаологаческий образ сети гыполиеа детадьниа анализ и установлены основные впдн структуры сяеятзи& матриц:

- натркад коэффиимептоз уравнений поправок й;

- ковариационной к и весоаой Р / при частячкои учете кгрпеляшш /. матриа;

- матрнгш коэффициентов порналыок урашейип О.

Для остальных схем сетей показаны только осношио особенности структуры натрипы О. обусловленные склачетшен и ¡ч'звнпзанко дополнительные геодезических измерений.

Установлено, что блочная структура «атрзии 5? описывается усе-чеиис.Л зо «сходной верйаше \'а натркасП нпжшекпш'! Й^ зернин и ре-

- А. -

бег графа от .а блочная структура матрицы 0 /ври реализаает функциональной модели уравнивания / с точность» до главной диагонали - матрицей смежности н, вершин веришшо-пороадевного подграфа <У-»у

В случае стохастической модели уравнивания ¡блочная структур; ковариационной натрию» К с точность® до главной диагонали описи вается матрицей смежности ребер графа СГ. При переходе от ковари анионной к весовой натрисе р последняя становится полность» эа полненной. Вследствни этого полностью заполненной становится I матрица р. что делает реализацию стохастической модели уравнива ния в настояаее время трудноразрешимой задачей. Но яри частично! учете корреляции структура весовой матрицы р полностью повторяв структуру матрицы К. Следствием этого есть то, что частичный уче корреляции совместим с точки зрения структуры матриц с исключен« ен из исходной сметены нормальных уравнений одной из груш иеиз вестны*: 1 - поправок в координаты точек; 2 - поправок » элемент внешнего ориентирования /ОБО/ сшикоэ.

Структура подученной редуцированной матрицы коэффициентов нор налшый уравнений в зависимости от того, какая нз грудп неизвест ш исключается, описывается «вумя топологическими матрицами;

1 - матрицей снехности вериин-снимков Й6 подграфа <з'>. еэятог на полнножестве определяемых вершш Эсв графа С<в), получаенс го из графа СР в результате исключения из него подмножества ве! шин-точек Т'си;

2 - натрицей смежности верши-точек Йт подграфа <?'>. еэятог на цодмиохестве определимых вераин ТсТ графа <НТ!. подучаеног из графа бр в результат* исключения из него подмножества ве: шин-снимков з'с V.

Результаты анализа и разработанный на основ? теории графов а! иарат анализа использованы на этапе проектирования программно! обеспечения аналитической Фототриангуляшш для оптимизация шчн< лнтельиого проиесса и выбора оптимальной организашш данных.

В третьей главе расскотрены вопросы оптимизации вычислительно го процесса при уравнивании на Э8К обширных сетей Фототриаигуля аии строгим способом по методу связок.

В математическую модель ФототрмангУйяиии включены три вида и мерешй: I - фотограмметрические измерения; 2 - "измерения" коо

дииат нежестких опорных точек; 3 - "измерения* ЭВО нежестких опорных снимкой. йатеиатическая модель сети выбрана таким образом, чтобы она была одинаково пригодна для описаин» сетей построенных как по аэро-. так к по наземным Фотоснимкам. Данной модели соответствует следующая система граэнений поправок: А hr * ВЛд ♦ Lr - Vr > Pf 1

(1)

Ьт - Ут . Рт >

где Дт.Л 5 - подсекторы вектора неизвестных Д , состояжие из поправок в координаты точек и ЭВО снимков, соответственно: Л, В. А-г . в 5 - подматрицы иатрииы коэффициентов уравнений поправок : 1г . Ь т . Ь з - подвекторц вектора свободных членов Ь; , Ут , \Гд - подвекторы вектора поправок V: Рр . Рт . Р 5 - весовые матрицы измерений.

Система (1) приводит к следуюшей системе нормальных уравнений:

F

S

«т «S

<г>

Матрица коэффициентов системы (2) в сл}-чае. когда весовая матрица р единичная или диагональная, является квазидиагоналыгой.

что позволяет понизить ео порядок за счет исключения одной из групп неизвестных. В диссертации отдано предпочтение исключению поправок в координаты точек. Общая схема решения системы (2) этим способов показана на рис, 1 . Из приведенной схемы видно, что реаение системы А?.) сводится главным образом к репению редуцированной системы нормальных уравнений

S kg 1 v.

где

Рис. I

= S - FT т'.'-к

порядок которой зигштельно менизе ворядка исходной системы <21 Однако при ураойквакса болъшз сетей фот-отри ам г ля пни раэкегиос редушорюванной матрица Б вследствие ограниченности вдчисодтельш ресурсов ЭВН остается осе же «такой СояыасЗ для непосредствен» го решения системы уравнений (3).

Во 2-й главе диссертации »оказано, что при уравнивании «ото: рамиетрических сетей, относящихся ао своей топологии к 1-й Скем и использован»» Функциональной модели ураЕШэаяия йатриса 5 квл ется разреженной. Эта позволяет использовать еря реоекии сксте (3) гекнологио разреженная натрии, В диссертации выбрана текнол гия со статической структурой данных, предусматривавшая реегн системы в два этапа: { - символический, на котором производит распределение памяти и Формирование необходимой структуры; £ численный, на котором производится непосредственно решение сисэ мы. Положительной особенностью данной технологии является возне ность разделения во времени указанных этапов решения.

В качестве статической структуш данных в работе выбрана л< точно окаймленная с ¡гена представления матриаы Построе)

указанной структура выполняется в «ва этапа: 1 - упорядочение I перенумерация неизвестних с нелью получения иа следушем е< ленточно-окайнленной структуры матрицы 5; г - распределение пш ти. т. е. непосредственное составление матрдаш гоэффиииейтое и данной структуры и организация ее храпения в памяти ЭШ.

Задача приведения разреженной матрицы к ленточному или ленто но-окаймленному виду сводится ж реиени» задачи юшикиэацня с , рины яенты р(О ассоциированного грауа е. Ассоциированным с ма ридей Б графом является граф смежности синнков сЭ' >- В качест базового алгоритма нкяянйэаиин вирины центы в диссертапии рас иотрен алгоритм Ги5са. выполненный анализ показал, что дат алгоритм не всегда обесае-чявает оптимапьну» яумерапа» верят г содиированного гргфа. Зйроне этого в нем иг предусмотри© выде/ вие окаймления. 6 диссертации предложена модификация адгорм Гибса, лишенная указанных недостатков, а также показан дру| более простой способ получения ленточной структуры матрицы Этот способ применим при уравнивании сетей аэроФототриангуля: по ..плановым аэрофотоснимкам.' -

Второй этап решения задачи, построения статической струк данных тесно связал с алгоритмом численного решения системы у

разлагаема*

- и -

нений.

В качестве численного метода ревения системы <31 о диссертации дабран метод квадратных корней. Наиболее трудоемким этапом решения является этап Факторизации матрицы, на доя» которого приходится основной сбьен вычислительных затрат.

В основу алгоритма Факторизации матрицы § положена вычислительная схема разложения в Форме внешних произведений /ряс. 2/. Такая схема требует выделения в памяти ЭВМ кеста только под верхний /правый/ треугольник матрицы Б и вектор свободных членов У .В случае ленточно-окайнленной структуры матрица 3 ногсет храниться в памяти ЭВМ в упакованном виде. Ко ©бьем требуемой для ее хранения оперативной памяти ЭВМ остается все же очень веяик Поэтому в диссертации предусмотрена гипер-матгичная схема хранения катр;«ш / рис. 3. а/. Данная схема пр*ду-

6)

[ 1 ггреаСрлэоЯ&пчах ча*гп* пр*оВ/>очу*мал~ чат*

Рис. 2

в)

Уро!им ► Ж-

4- и»1 а!« -1" " в! Г «»Я»

«7

» и 1& »¡2«

3 « 12 ¡м

■ 4 и «о

5 43 44 }«

6 «М7

ГГСУ )

7_*

л. »_

к

1

[' т-1

* * 3 Е

< « 19 1"! о" |

□□□сшсмп

■¡а » а о 0 Ц|4

и * «' о ■¡ч гг мГГ

г» » 71 И

Э4 15 ~ Г1 Л! т |

ьз 40 •ф > - и»

43 - - рГа

- - - - -

- Г. - I]

Ркс. 3

сматривает разбиение матрицы Э на подматрицы и хранение ее так. как будто подматрицы являются ее элементами, при этом ненулевые блоки матрицы 5 хранятся во внеыней памяти ЭВМ. а в оперативной памяти сохраняется ее образ, который дает возможность получить информацию о расположении и размерах соответствующих подматриц.

Данный алгоритм требует выделения в оперативной памяти места для хранения всего лишь трех подматриц, размер которых определяется максимально возможным при этом размером яодматрин.

В качестве образа редуцированной матрицы В в оперативной памяти использована топологическая натрида Н5 « ассоциированная с еер-иинно-порожденным подграфом <£'> . Поскольку матрица Н5 , также как и ее оригинал - матрица Ъ > инет ленточный илн леяточно-окай-млечный вид, то ее хранение в оперативной памяти ЭВМ организовано в виде диагональной схемы /рис, з.б/, обобшенной на случай представления матривы оригинала в блочном виде.

в диссераташш дана опенка эффективности разработанного способа решения систем линейных уравнений с ленточной или ленточно-окайн-ленной матрицей коэффициентов. Показано, что оптимизация структуры натрицы коэффициентов системы линейных уравнений за счет приведения ее к ленточному виду приводит к уменьшению времени Факторизации матрицы в зависимости от размера сети от 1. б /сеть из 30 снимков/ до ю /сеть из 400 снимков/ раз.

На основе результатов топологического анализа, проведенного во а-й главе, показано, что наиболее оптимальной организацией исходных данных, соответствующей случао понижения порядка исходной системы нормальных уравнений (2) путем исключения из нее поправок а координаты точек, является схема, описываемая матрияей инииден-ций вершин и ребер графа СР,<У,Н) .

В четвертой главе рассмотрены вопросы, связанные с обеспечением необходимой точности построения сетей пространственной 4-ототриан-гуляиии, создаваемых в целях решения маркшейдерских задач.

Выделены факторы, оказыээлявде наибольшее влияние на точность построения Фотограмметрически сетей: 1 - геометрия сети, определяющая теоретическую точность ее построения; й - систематические ошибки Координат точек, скинков; 3. - случайные ошибки координат опорных точек. Характер происхождения и влияния указанных Факторов трубует их учета лл всех этапах построения сети: от ее проек-

тиропания до обработки результатов измерений на ЭВМ вкл»чительно.

Показано, что для выбора оптимальной геометрии сети технология аналитической Фототрианруляиии должна обязательно предусматривать этап проектирование сети на основе преярасчета точности ее построения. С этой целью разработала программа строгого преярасчета OPTIMA « предложена методика выполнения строгого предрасчета точности, Использование указанной методой продемонстрировано на ре-альшя прнмерлх,

В одном из них стояла задача вабора проектной схемы сети аэрофототриангуляиии для наблюдений за сдвижением земной поверхности на участке экспериментального полигона размера 1.7 х 3. S км, расположенного на тергнторш поселка Ханженково /г. Нэкееэ-ка. Донецкой обл. f , Участок расположен на подрабатываеной территории, на которой ведутся иаркзейдсрские наблюдения по профильным линиям за деформациями земной поверхности на выходе крупного тектонического нарушения.

Табл. i

Номер схемы ЛЛ.%. mt »и mi л rat ,м гггЧм ъ « mt ,м IO.OS) Чг ,1 схема сети Кол-во опорн. точек

m^fM % Ч-^-Л

1-а 0. 071 0. 283 0. 095 0. 121 0. 117 0. 204 0 0 * л . А А 4 пл. -вне.

1-6 о. »е-г 0. 250 0. 100 0. 131 о. иг 0. 178 0 А ■ А »♦ М * * и. 4 ПЛ. -ВМС.

1-В 0. 101 0. 1в4 0. 063 О. 07 в 0. 074 0. 135 0 0 * *тт fW-t }«■ TtfttC ТТТГП * 4 ПЛ. -выс.

г 0. 076 0. 090 0. 028 0. 030 0. 043 0. 066 54 10 si^ifll? 5 пл. -выс.

3 0. 074 0. 071 0. 027 0. 027 0. 044 0. 042 69 79 .nit'AtljJt Ж№ 5 пл. -вис.' а выс.

4-а 0. 118 0. 123 0. 034 0. 035 0. 046 0. 054 52 Чг * * * »А -»-»"7vt л. » <* »А 9 пл. -выс. 8 выс.

»-б 0. 120 0. 131 0. 033 0. 034 0. 044 0.054 55 57 2tY ж 9 пл. -выс. в выс.

4 -в 0. 073 0. 073 0. 023 0. 024 0. 034 0. 03& м »2 шш 9 пл. -вкс. . § выс.

рассмотрено 8 вариантов схемы сети, в зависимости от количества и расположения маршрутов и опорных точек. Результаты вредрас-чета показали, что наилучшие показатели обеспечиваются в сети с перекрестными маршрутами /схена 4,в/. Для этой сети ожидаемые стандарты погрешностей определения координат точек при заданной ошибке единицы веса fie - iO нкм составили 0.023 - 0.073 н в плане и 0.024 - 0.075 м по высоте /4.6 - 14,6 нкм и 4. в - 14.6 нкм Е масштабе снимка соответственно/, причем более чем на вох плошад! блока указанный показатель не превышает величины 0.050 м. В средней стандарты погрешностей координат точек в этой сети ©нешизаот-ся величинами 0.034 н в плане и о. 036 м но высоте, что позволяет решать такие задачи, как установление размеров и контуров нулыц оседания на маяыя и больших плсшадях эеиной поверхности, исследование процесса сдвижения в любом месте и по любому налравлению.

Показателя точности, ожидаемые в других вариантах схемы сети, приведены в табл. i . Приведенные в таблице величины получены npi величине «яибки едшшяы веса = Ю нкм, что соответствует реаль ному уроиш техники, имеютейся на предприятиях. Зарубежный омг «оказывает, что более совершенные технические средства позволяю1 довести значение данной величины до 2-3 нки. В соответствии i зтик уменьшатся и приведенные в табл. I значения показателей.

Для ослабления влияния на результаты построения сети скете иатичеСких оаябок координат точек снимков использован способ Фо товарнамтной и бяокинвариантной санокаяибровки снимков, разрабо тайный ранее на кафедре геодезия ДЯИ. эффективность способ продемонстрирована на примере макетных сетей Фототриангуляпии и 15 и 42 снимков. Для этого было выполнено уравнивание указанна Сетей » шести вариантах: с аФФинкин и нелинейным учетом декорна кии сцинков на этапе предварительного построения сети /Фотовари антная каяяброека сникков/. а затеи для каждого из них было вы полнено строгое уравнивание без саиокадибровкн /бс/ и самонаяибровкой с использованием двух видов аояинона /О/ и /сг/

Анализ полученных результатов показал, что нелинейный учет де Формаиш: сашкков совместно с бяокинвариантнра самокалибйовкой i этапе строгого уравнивания более чен в 2 раза позволяет повысип точность построения сет в табл. г приведены значения стандарт« догревдостей единицы веса в ккм, полученных при уравнивании oBei сетей во всех 6 вариантах.

- 15 -Табл. 2

Истинные же оймбки плановых координат определяемы* точек в насптабе снийка не превысили Ю мкм в первой сети и б икм -во второй, а отпетом - 15 нкн и t г «кн. соответственно. caer яая вывод, что рас-сЛ*>Т5»ешшй способ са-мокалиброэкн достаточно яороио выбирает смстенатнческне оегмб-ки координат точек снимков и позволяет обеспечить необкояиитю дяя ревенмя наргаейдегских задач точность.

в яиссерташгн разработана методика оценки влияния случайных оайбок коорлинзт аестких опортах точек па точность построения сетей Фототриангуяяют. уравниваемых по способу связок,

Стандарты погрешностей Н * . jt v, Н а координат определяемых точек Фотограяметрпческой сети яозто вычислить как

Сеть ❖ото-триапгулявкн АОдетый Нелинейный

ВС CI сг ВС CÍ

Блок Н1 U5 СНИМКОВ) 7.0 4, г *.г 4. Ь 3.« 3.6

Блок яг (92 смкика) е. 3 ч.г 4.2 5. в г. 9 3. 0

й5

£ 1

4 а,.

\ * ®í»

«лр ♦

(5)

где п,^,. - стандарта ногредаостеа координат опре-

деляемых точек из-за влияния геометрии сети; й*. , rav„ нз-за вхияяяя случайных ошбок координат опорных точек.

а

Величины иг,.,. я,,,

предрасчета точности сети, а величины Вщ, я,0

я». *I,íax/atOz6i i* <'

могут быть получены по результатам

В,4Па ФОРИУЛаМ (б)

»i

к

где X, У, Функций F». ти, a 6t

: < .^(»a/atosí J

координаты определяемый точек. Ft от координат t,. t-,.... tk

z ■ Fy.

- стандарты погрешностей координат опорных точек.

Ш

шраденные в змде опорных точек се-

Поскольку конкретный вид функций Fx . F, , Ft неизвестен, то для вычисления частных производных, входящих в (б),предложено использовать способ численного дифференцирования, с этой целью предложена методика численного дифференцирования, опиравшаяся на разработанные автором программные средства моделирования й обработки результатов уравнивания сетей Фототриангуляции.

Исследование влияния рассматриваемого Фактора на точность построения фотограмметрических сетей проведено на примере рассмотренной выше сети >to то триангуляции: варианты i-а и 4-в.

Анализ результатов исследования показал следушее.

1. Яри одинаковой точности определения планового и высотного положения опорных точек увеличение их количества в сети приводит к уменьшению стандартов погрешностей п> *0» га-*». п>, „ координат определяемых точек.

2. При тех же условиях отмечается независимость плановых координат определяемых точек от одибок отметок опорных точек и весьма слабая зависимость отметок определяемых точек от ошибок планового положения опорных точек» которая с увеличением числа опорных точек еше более ослабевает.

3. на координаты определяемых точек оказывают влияние лишь ближайшие. окружающие их опорные точки, выполняющие как-бы роль экрана. Опорные точки, находящиеся за пределами этого экрана практически не оказывают заметного воздействия на координаты определяемых точек, находящихся внутри указанного контура.

Предполагая, что б* ». = 6t/VÏ, дисперсии ошибок планового п|в и высотного m g, положения определяемых точек на основании сделанных выводов можяо записать как

ît % £ 2 и а К {6 j jï ; nia~ Ч>

где к (к и К г - коэффициенты, определяемые'как сумма квадратов соотеетствуюшх производных.

На основании выражений <7) с учетом Предложений относительно учета ошибок -исходных данных, высказанных проф. ю. и. Иаркузе, выведет Формулы для расчета требуемой точности определения планового и высотного положения опорных точек:

- , 2mtr,jT _ fUi.p .Í2t

где & - коэффициент, равный 0.05 иди 0.1 . а также предложена методика проведения такого расчета.

Проведенные по данной нетодике на примере сети аэрсфототриэмгу-ляюш (схема 4-в) расчеты показали.что для построения данной сета с указанной в табл. t точностью, координаты опорных точек должны быть определены в плане со средпимим квадратпческими ошибками не грубее о. 026 и, а по высоте - 0. огз н.

Экспериментальная проверка точности определения координат точек местности! способом аналитической фотогриангулянкн с использованием разработанной технологии ркподпена на полигоне "Хаяжеи-ково". Для этого по аэрофотоснимка« масштаба 1:»700 была построена сеть аэрофототриангуляния из 13 перекрестных маршрутов (4 продольных ♦ 9 поперечных маршрутов, всего 143 снимка). Продольное перекрытие иехлу скникаки в маршруте составило 72«, между параллельными Иарярутаии 50-70 х . Сеть опорных точек была представлена 10 планово-шсотнынн » 13 высотными опорными точкаки, определении!« со средними квадратическимк ошибками о. 020 0.090м о плаче и О. 010-0. 0J5 н по высоте. Выли получены координаты 634 точек. Для опенки точности уравненных координат точек относительно геодезический координат были использовано ю пяаноЕо-высотннз. з плановых а ча высотник контрольных точки. Вычисленные стандарты погрешностей координат оказались равными со,» 0.052 », rav= о. 050 к, Dt= 0. 050 ¡i . Анализ распределения разностей42 показал хоровую сходимость с теоретической кривой нормального распределения. Для опенки точности фотограннетрическка определенна свободных от влияния ошибок геодезического определения координат точек было выполнено сравнение 19 превышений между реперами профильных линий. полученных «з нивелирования и по разностям отиеток, взятых из результатов уравнивания сети Фоготрнангуяяцки, Рнчисленная по разностям лревшешШЬ средняя квадратячгская CEíí6¡a ^составила о. озз н .

Тнтн образом, доказано, что предлагаемая технология аналитической фототрнангуляиия обеспечивает необходимую для решения большинства маркшейдерских задач точность.

ЗЛКЛШЕНИЗ

В соответствии с нельо и задачами исследований в диссертации сделано следующее.

- и -

1. Выполнен анализ Фотограмметрических методов в рсвсиия нарк-аейдерсхнх задач. Показано, что для достижения высокой точности определенна координат точек обьекта необходимо использовать технологию построения к уравнивании блочных сетей Фототриаагудлцда по, способу связок с одновременный исключением систематических ошибок снимков, Дачная технология требует проведения иредрасчета точности построения сети с ведь» выбора наиболее оптимального ее варианта, а также расчета необходимой точности определения координат опорных точек-

2. с цель» проектирования и разработки программного обеспечения аналитической Фстотриаигуляаии на основе аппарата теории графов выполнен топологический анализ Фотограмметрических построений и структуры натрии, возникающих при уравнивании. Обосновано деление Фотограмметрическнк сетей на четыре топологические схемы, дани определения графов Фотограмметрических сетей » установлены основиые особенности структуры матриц при уравнивании сетей различной топологии.

3. -Обоснованы основные пути овтиниэашад вычислительного процесса при строгом уравнивании блочных сетей Фототриангудящщ по способу связок а ис1я>льэо&анни пряных методов решения системы нормальных уравнений. Установлено, что оптимизация вычислительного дронесса возможна за счет учета структуры натрицц коэффициентов системы норнадышя уравнений. оптимальной организации давних н управления ии« в процессе вычислительной обработка. На основе аппарата теории графов и топологического анализа структуры матриц предложено два способа Форквроэания ленточной структуры матрицы коэффициентов нормальных уравнений, йоказаио, что оптимизация " структура матрица коэффициентов за счет приведения ее к ленточному виду иршюднт к . унеаызашда вренени Факторазашщ матрицы, как наиболее трудоемкого вычислительного 'процесса, от 1. 5 раз /сеть из 30 снимков/ до ю раз /сеть из 300 сикнсоа/.

■ <*. Разработав алгоритм а программные средства реяекия боаьзах систем линейниг уравнений методой асвадратного корня с яенточао-окайнденлой иатрнмй коэффициентов. Предложена оппшаяьнаа структура система управления даннниь для. реаевдя указанных систем уравнений.

5. Разработаны методика и программные средства шаолаеюи ■ строгого предрасчета точности про&ктирунух сетей фототрнангуля-*

пии. Предложен сносов оценки влияния погрешностей координат опорных точек иа точность результатов уравнивания сетей Фототри-аягулявии по методу, связок. Показана висохая чувствительность данного метода к точности определения координат опорных точек. Предложена методика расчета иеобмоднмой точности определения координат опорных точек.

в. Теоретически доказана я практически подтверждена выполненными по результатам исследований зксперинентани возможность определения по аэрофотоснимкам иасвтаба 1 : 5000 координат точек местности с точность» порядка О. »30 - О. ото и . При использовании технологии, принятой в аэрофотогеодезическон производстве, аналогичная точность мохет быть достигнута при условии использования аэрофотоснимков по крайней мере в два раза крупнее указанных.

7. На основе выполненных исследований разработаны программные средства строгого уравнивания блочных сетей аналитической Фотот-риангуляпии по способу связок с самокалибровкой. входящие в програмный комплекс аналитической Фототркангуляпия ИКЭ, внедренный на ряде горнодобывающих предприятий. •

По теме диссертации опубликовано 12 работ, основные из которых следуюиие.

1. Нетодические указания по применению аэроФотограмметрии для маркшейдерских наблюдений за деформациями земной поверхности, бортов карьеров и отвалов / РИОГ'ЕИ. - Белгород, 1963. - 38 с. /соавторы: Стрельцов В. В.. Зибанов Б, И., Стрельников А. В,, Былин И. П.-. Могильный С. Г.. Кругликов О. ф. /

г. Перспективы использования аналитической Фототриангуляпии в горном деле / Донец, политехи, ин -г. - Донецк, »984. -7 с.-Деп. в УКРНИИНТИ. Н206Г Ук-»4Деа.

3. Способ Формирования ленточной матрицы коэффициентов при уравнивании сетей Фототриангуляции // Тез. докл. I? республ. конф. "Нолодые ученые - научно-техн. прогрессу в угольной прон-ти". Донецк, 25-ге мая 19в4". Донецк. 19С4. - С. 34-35.

4. Прингнение аналитической Фототриангуляпии для наблюдений за сдвижением земной поверхности // Экспресс-информация. Серия: транспорт, переработка и использование газа в народном хоэ-ве. -

- го -

H.ВШНЭгаэпрома, 1985. - Вып. 4. - С. 24-26. /соавтора: Но-гилышй С. Г.. Кругляков ю. Ф. /.

Нетодические указания по применению аналитической Фототгиая-гуляаии на карьерах / ВИОГЕН. - Белгород. 19вб. - 35 с. /соавторы: Сттельпов в. и.. йибанов В. И.. Стрельников А. В.. Былин И. П.. Нэгильный С. Г., Кругликов О. <$. /

6. Решение маркшейдерских задач горного производства методами Фотограмметрии в условиях высокогорных карьеров /Тез", докл, Всес. н. -т. кокФ. «задачи геол. и марка, служб предприятий цвета, металлургии на 1966-1990 г.» - Алмалык. 19вб. - С. 41-42. /соавторы: Ногильный С. Р.. Ахонииа Л, И.. Кругляков Ю. , Иоло-миокий А. А. /

7. Топологический анализ схен Фотограмметрических сетей для проектироаавния программного обеспечения аналитической Фототриангуляции// изв. вузов. Геод. и аэрофотосъемка, - 1969. - Н2. - С. 121-127.

9. Использование метода моделирования для предрасчета точности построения сетей аналитической Фототриангуляиии по способу связок / Донеп. политехи, ия-т. Донецк. 1990. -16 с. - Деп. в ОНИПР ННИИГАиК. Н412-гд90 /соавторы: Ахонина л. И.. Поморгайло Е. Н. /

9. Топологический анализ структуры матрип. возникающих при уравнивании Фотограмметрических сетей по методу связок /Донеп. политехи, ич-т. Донеик, 1990. - 94 с. - Деп. в УкрНИШГГИ. H146-VK90.

10. исследование точности аналитической Фототриангуляаии на высокогорном карьере // Разраб. и-ний полезн. ископаемых /Киев/. • 1990. - Н85, - С. 65-69. /соавторы: Ахонииа Л. и.. Нечеп :геико О. В. /.

11. Графы фотограмметрических сетей // Инж. геодезия /Киев /. - 1990. - ВЫП. 33. - с, 17-21.

12. Усовершенствовать оистецу программного обеспечения аналитической фототриангуляиии ЖС / Тез. докл. научн.-техн. крнф. по завершен. НИР - Донецк, 1991, ч,1. - С.