автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Разработка методики компьютерной обработки и повышения точности наземной стереофотосъемки карьеров при решении маркшейдерских задач

Государственный комитет РСФСР по делам науки и высшей школы

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи МАРКАРЯН Ашот Вачоевич

УДК 622.1 :528.4

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ОБРАБОТКИ И ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ НАЗЕМНОЙ СТЕРЕОФОТОСЪЕМКИ КАРЬЕРОВ ПРИ РЕШЕНИИ МАРКШЕЙДЕРСКИХ ЗАДАЧ

Специальность 05.15.01 —«Маркшейдерия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Донецком политехническом институте.

Научный руководитель докт. техн.''наук, проф'. МОГИЛЬНЫЙ С. Г.

; . Официальные оппоненты:

докт. техн. наук СТРЕЛЬЦОВ В. И., канд. техн. наук, доц.- БРУЕВИЧ П. Н.

•Ведущее предприятие — корпорация «Росцветмег». ' Защита диссертации состоится «■< С^Ф0-. 1992 г.

в час. на заседании специализированного совета

К-053.12.05 Московского ордена Трудового Красного Знамени горного института по адресу: 117935, ГОП-1, Москва, Ленинский проспект, 6.

\

С диссертацией -можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « » с^/'с,^^^¿ч . 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

докт. техн. наук, проф. КРЮКОВ Г. М.

- -Л.

■ ОБЩАЯ ШЖГЕРИСТШ РЛБОТН

Актуальность г>аботн. В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1980-1990 годы и на период до 2000 года подчеркиваемся необходимость опервжш'цлш темпами развивать добычу полезных: ископаемых открытым способом.

Освоение новых крупных месторождений и реконструкция существующих предприятий приводит к увеличения размеров карьеров, их рабочей глубины, скорости подвигания забоев и т.п. В этих условиях для повышения эффективности работы горного предприятия разрабатываются и внедряются автоматизированные системы управления (АСУ). Успешное функционирование этих систем во многом зависит от наличия оперативной и объективной маркшейдерской информации. Создание базы подобной информации с помощью традиционных методов и технологий ведении маркшейдерских работ из-за их недостаточной производительности и эУ/ре-нтивности е современных условиях практически невозможно.

Применение прогрессивных стероофотограшетрических (аэро-и наземной) методов такие не удовлетворяет всем требованиям современного горного производства. Это связано с теи, что Фотографирование объектов приходится выполнять со значительных отстояний, доходящих до двух километров и более. При этом резко возрастает как влияние -внешних услог :й, таге и влияние систематических погречаюстей обраоа-тыващих приборов. Увеличение объемов добычи на карьерах привело к резкому возрастанию объемов полевых и камеральных работ, объемов горно-графической документация" и информации,выполнение которых невозможно без коренного совершенствования маркшейдерского обслуживания открытых горних разработок.

Следовательно, определение и учет систематических догреиюстол с целью повышения точности наземной сгереофотосземкк и создание новых более прогрессивных и производительных технологий, основанных на применении аналитических методов обработки с подадьз НЛ'Сл, являются актуальной научной и практической задачей.

Цель дносотугадионной работы - разработка теоретических асдокт^в обработка! назеших стереосиншюв в реш» рзалыюго времени цршо-нительно к аналого-цдпровоглу фотографическому комплексу (ЛЦлО, создание программного математического обеспечения азжоматозирозашого рабочего места маркшейдера (АПН), '.¿юрглцрованш нарклоДчо^ой информационной базы.

Основная идея тботи - выявление и использование вогжзгосго:: прамененш ШШ при обработке наземной стереооъикн на АЦ <л в роение реального времени.

Зачцг'паомиэ научниэ положения и тс, новизна.

1. Разработала методика тестовых испытаний стареоавуогра'йа.ос-новивавдаяся на математической модели его систематических погрешно- , стей, новизна которой заключается з том, что из аналитической обра- ; сютки пзг.гарзнин контрольных соток получен вектор приборных погрешностей, характеризующий точность работы конкретного стереоавтогра-фа н позшаацид точность обработки стореосшшков.

2. Разработана усовершенствованная методика наблюдений за устойчивостью бортов карьеров по наземным <|отоенклкам, использующая комплекс црограишых. средств аналитической фотограмметрии, новизна которой состоит в определении и учете рефракционных искажений приземной атмосферы, разновременности и"непршима" фотоснимков.

3. Разработано программно-математическое обеспечение аналитической обработки наземных стереосншков на аиалого-цауровом фото-грашетрическом комплексе, практическая реализация которого в виде ¡; АН,И па базе стэреоавтограф +■ РЩИ ПЭШ позволяет создать в регш- :■• ме реального времени шркшо1дарскую информационную базу данных, требующуюся в АСУ горного предприятия, повысить производительность ; труда и точность конечных результатов. |

Обоснованность и достоверность научных положений. выводов и рькомонлашт.

1. Использование различных вариантов технологий обработки наземной стерео.ротосъемки с помощью аналитического коиплекса обеспет -члвает повшяение точности планово-впсотного поЛоаения точек по сра- ■ внению с традиционной в 1,3-1,5 раза и производительности в 1,5-2 раза.

2. Корректность разработанной подели систематических погрешностей етереоазгогра^а оияа проверена эквнвридантльао, методами я»-

^ацяояяого и гатглатаческого моделирования. Погрешность определения неизвестное но превышает

3. Достоверность теоретических разработок по определению и учету вэряядя атеоз^фаи!» ретракции при назедалои стереосъемке обоснована скодопостьэ получоишх из аналитической ¿отстркапгуляции по ре-аяыШ! снг.г"1!.! значений параметров, характеризующих рефракционное поле, с теоретическими предполоу/.енпягли в пределах 20'?.'

1мпчен::э г^боти. Научное значение работа заключается в разработка теоретических аспектов обработки наземной стереосъемки на Си'К, позволяотих развивать тоорлэ ¿отоградллетрических методов •Щ'п-г^гсшго обеспеч нот карьеров.

Практическая ценность. ' 1

1. Разработаны меры по уменьшению влияния инструментальных систематических погрешностей, позволяющих в производственных условиях оценить состояние стереоавтографа, его точность и пригодность для выполнения тех или иных работ.

2. Предложена методика определения учета влияния рефракции приземной атмосферы, которая мотет быть применена на карьерах для повышения надежности конечных результатов высокоточных работ.

3. Применение разработанного АРММ за счет автоматизации процессов измерений и вычислений выбора необходимой технологии позволяет: - »

- уменьшить объемы вычислительных работ;

- переходить на более прогрессивны! аналитический метод обработки снимков и решения маркшейдерских задач;

- повысить точность, производительность и эффективность применения наземной съемки за счет учета влияния различных источников систематических погрешностей и увеличения отстояний до снимаемых объектов;

- обеспечить оперативное, объективное создание и пополнение информационной оазы АСУ горными работами.

Реализация. Основные научные положения вошли' в научно-исследовательский отчет "Создать систеод математического обеспечения маркшейдерского контроля и информации о рациональном освоении запасов полезных ископаемых", № гос.регистрации 01860035495.

Разработанные методики наблюдения за устойчивостью бортов карьеров внедрены на Кадчаранском карьере с расчетным экономическим эффектом 10,8 тыс.руб в год. '

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на семинаре "Автоматизация инженерно-геодезических изысканий" ( Киев, февраль, 1989 ), региональной научно-технической конференции, посвященной совершенствованию геодезических, фотограмметрических ■ и астрономических работ ( Ростов-на-Доцу, май 1989 ), на первом международном симпозиуме, посвященном применению геодезии в инженерном целе ( Штутгарт, ФРГ, май 1991.Укардрё "МП" ¿ГГТЙШ."

Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 печатный работы.

> Объем работа. Диссертационная работы состоит из введения, четь'-

рех глав, заключения и библиографии, включающей 114 наименований.

Работа изложена на 234 страницах, иллюстрирована ч2 рисунками, содержит 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу современного этапа применения наземной, стереофотоеъемки на открытых горных разработках, ее точности и перспектив совершенствования.

Значительный вклад в развитие теории и практики фотограмметрии в горном деле внесли Н.А..Урмаев, И.й.'^инаревский, А.П.Тру-нин, И.Ф.Куштин, Д.Н.Еруевич, Й.Л.Беликов, Р.Р.Синанян и многие другие. В настоящее время методы наземной стереосъемки применяются во многих отраслях науки и техники.

На открытых горных разработках с помощью наземной стереосъемки решаются самые различные маркшейдерские задачи. При этом фотографирование карьеров выполняется главным образом фототеодолитам л типа РЛоЬ^еО- 13и и иж-10/1318. При наблюдении за устойчивостью бортов карьеров применяются также специально сконструированные длиннофокусные (до I м) фототеодолиты.

Результаты измерений фотоснимков на стереокомпараторах ССК 1818, СТЕКОМЕСР) используются при аналитической обработке по программам наземной фототриангуляции. Картографические материалы в масштабе 1:1000 - 1:5000 составляют на стереоавтографах, техно-картах, стереометрографах.

Из всего множества источников случайных и систематических погрешностей, неизбежно сопровождающих этапы выполняемых работ, выделены наиболее значимые (рис.1). Проанализированы существующие методы определения и исключения влияния различных источников систематических погрешностей, их достоинства и недостатки. Сделан выаод о том, что дальнейшее повышение точности и эффективности наземной стереосъечки требует разработки аналитических методов определения и учеха искажений, вызванных систематическими погрешностями обрабатывающего прибора, влиянием приземной атмосферы и "не-при'чимомг Чзгопластики к прикладной рамке фототеодолита. Отмечено так-'е, что традиционная технология обработки наземных стерео-снимков на универсальных стереоприборах обладает существенными недостатками. Прзкде 1,сого это то, что она не позволяет учитывать остаточные деформации стереомодели, иызванные приборными погрев-

Основные источники погрешностей при наземной стереофотосъемки карьеров

Погрешнее-•пи ояреде-чни? элементов IKjfT-рг кнаго ориектиро веская'

Погрешности Фокусного раасго

яния.

Погрешко^ та ыорЗь. кат центра <рото снимка

Погреинои-■пи onpeâs-itnat зхе-некто« ечви него ориентировании

I

Иогрешнх ти цгхо<ы>

jjieMCKmoe

внешнего ориентирование

Погрешнее ти линей-

НШ ЗЛ&МЫ

mot внешнего opvea тирована

<PU»ti490 •

кие погрет ноати. построении moSpante. HUf!

Т

Дисторси» оВгекмига. аототео-дояита.

Кривизна фотопхле пинки

"Меприжин фотопластинка к . nev -яаЗнеи ръпке аоп-геоЬояата.

Миграции

JtiyxtcvcH-

наго слог 'фотопгис-тинки

Peippaxifut Приземной атмосферы

ОсВещеккосп ирезкость fOmousoSja же кия

Случайные,

погрешности

юцгге при <f pet

Системата-

чесеие погрешности Обрабатывающего прибора.

Случайные

погрешновти измерения сниыков

Систематические погрщ нести измерения снимков

использование нгточяи*

■матспати-чеаких ja-еисихостгй

Логреи/ноаги геодезически). KoopàuNotrrt корректурнт. точек

Рис. I

—

юстями,в ряде случаев достигающими значительных величин. Она такте не позволяет обрабатывать снимки по различным вариантам, в частности, при создании цифровых моделей карьеров СЦМК), требующихся в АСУ горными предприятиями.

В конце главы сформулированы цель и основные задачи исследований.

Вторая глава посвящена разработке, математической модели систематических погрешностей стереоавтографа. Она состоит из двух взаимосвязанных моделей: идеального прибора и модели систематических погрешностей прибора. Модель идеального прибора выражает аналитические зависимости, положенные в основу механико-геометрической- схемы стереоавтографа. Модель систематических погрешностей стереоавтографа отражает влияние, оказываемое инструментальными погрешностями прибора на фотограмметрические координаты точек. Эта модель описывается следующей векторной функцией:

М-Г(Х,У,7.Н.ТЛ ш

где X. , У , 2 - фотограмметрические координаты наблюдаемой точки; М - вектор-столбец систематических искажений фотограмметрических координат; Н - вектор конструктивных параметров прибора, определяющих взаимное расположение узлов и звеньев его конструкции; Т - вектор значений инструментальных погрешностей прибора, т.е. отступлений от идеальной механико-геометрической схемы конструкции прибора, допущенных в процессе его изготовления и юстировки.

Вид зависимостей векторной функции Г определяется в процессе геометрического анализа конструкции стереоавтографа. В результате.такого анализа были установлены 40 источников инструментальных погрешностей (перекосы различных направляющих, децентрации кассет снимкодер^ателей, места нулей шкал счетчиков и т.д.). Все погрешности в зависимости от их влияния на точки модели и снимков, центров проектирования и счетчики фотограмметрических координат бы. ■ разделены на пять функциональных групп.

Для всех источников инструментальных погрешностей стереоавтографа были получены функциональные зависимости, связывающие ати погрешности с систематическими искажениями координат измеряемой стерэомодели. Все зависимости были приведены к линейному виду. Потеря точносги при э*ом не превышает 2%.

Программное математическое обеспечение модели систематических погрешностей стереоавтографа разработано на языке ФОРТРАН и включено в состав существующего программного комплекса математической обработки результатов тестовых испытаний универсьльних стереоприборов.

Результаты многократных экспериментальных расчетов на4 ЭЬМ с использованием материалов испытаний приборов показывают значительную избыточность разработанной модели. Около 60% погрешностей являются зависимыми и значения их не определяется. Под зависимостью о данном случае понимается компенсация влияния некоторой погрешности совокупным действием ряда других погрешностей. Это свидетельствует, во-первых, о возможности редуцирования математической модели, сокращения1 в ней числа ииструменталыдах погрешностей за счет исключения второстепенных, малозначащих. Во-вторых, при использовании разработанной математической модели необходимо обеспечить определение инструментальных погрешностей, представляющих интерес с точки зрения возможностей их наиболее простого учета, например, путем введения поправок в установочные данные прибора. Для таких перестановок инструментальных погрешностей в программном комплексе разработан специальный алгоритм.

Ошибка единицы веса, характеризующая совокупное влияние случайных погрешностей измерения и систематических погрешностей, на вошедших в данную математическую модель прибора, составила около 0,02-0,03 мм, что соответствует реальной точности измерений на исследуемых приборах. Найденные значения инструментальных погрешностей стереоавтографа приводят к значительном остаточным систематическим координатам измеряемой стереомодели. Значения этих искажений, приведенные к плоскости снимка, составляют

мм: по оси X 0,020-0,040, по оси Ж 0,010-0,0130, по оси У (отстояния) 0,040-0,080 да.

Значительные величины остаточных систематических искажений стереомодели, ашванние действием инструментальных погрешностей стереоавтографа, требуют обязательного их учета при обработке фотоснимков наземной стереосъемки карьеров. Основой такого учета являются разработанная математическая модель стереоавтографа и результаты тестовых испытаний прибора.

Трать., глава посвящена разработке аналитических мэтсдоэ определения и учета влияния, двух физических источников систематических погрешностей: неплотного прилегания фотоснимка к прикладной рамке фототеодолита и рефракционных искажений приземной атмосферы. Они появляются на этапе фотосъемочных работ и вызывают искажение положения точек на снимке.

Элементы "неприжима" фотоснимка определяются из высокоточных измерений меток. Для этого используются значения элементов внутреннего ориентирования снимков, с одной стороны,известных, и с другой - определяемых по измерениям ме^ок реального снимка. Задача решается по способу наименьших квадратов. Такая методика была применена при разработке способа наблюдения за устойчивостью бортов карьеров по одиночным разновременным фотоснимкам, полученным с одной точки фотографирования.

На базе стереокомпаратора СК 1818, снабженного датчиками "угол-код" и ПЭШ • "ДВК-Зм", разработана технология автоматизированного измерения и обработки в режиме реального времени, одиночного фотоогимка. Для того чтобы сравнить координаты одноименных точек на равнозременньк снимках, последние приводятся к единому началу, для чего учитываются влияния следующих факторов:

- несовпадение систем координат фотоснимка и стереокомпаратора;

- "непричим" фотоснимка в момент фотографирования;

- отличие элементов внешнего ориентирования текущего фотоснимка от начального.

Способ позволяет определять координаты точек, по одному снимку с относительной погрешностью 1:10000. Он может быть применен такке при решенм: различных маркшейдерских задач.

Делее в главе сделан краткий обзор литературных источников, посвященных исследованиям в области рефракции световых лучей, приведены основные виды рефракционных искажений и современные способы их опрс-деления и учета.

Больной вклад гю вопросам теории и практики определения и учета рефракционных иска--едай внесли А.А.Изотов, Л.Л.Пеллинвн, Л.С.Юно'лев, й.*. Куштин, Н.Я.Дингер, Мориц и другие.

а облает»; фотограмметрии зга проблема решена в основном для аэрофотосъемки, для случая наьемной съемки применение разработанных методов не рсс-г;г дает удовлетворительный результат.

Исходя из этого, цеяыо дальнейших исследований явились экспериментальное изучение (с помчщыо экспериментов) характера и степени влияния рефракционных искакений на полотенце точек снимка при на- , земной стереофогоеьемке высокогорных карьеров и разработка методики их определения и учета.

Подробнее списание поставленных экспериментов приведено в диссертации. Общность их заключалась в определении и сравнении координат одноименных точек на разновременных снимках, полученных с одной и той точки фотографирования в течение светового дня. Предварительно все координаты точек на снимке приводились к единому началу по описанной выпе методике.

По получении.! координатам точек на снимке были построены графики их изменения, как показано на рис. 2.

Анализ графиков показал, что в период утреннего нагревания воздуха, после восхода солнца, в приземной атмосфере .чад карьерные полем имеют место значительные кратковременные рефракционные искажения. Амплитуда колебаний в этот период по оси у- доходит до 40 мкм. Ощутимые искажения происходят и по "оси ОС . Далызе . наступают стабилизация и плавное уменьшение координат, доходящих по оси у до 20 * 25 мкм.

Таким образом, с помощью фактического экспериментального материала было установлено, что в течение дня в атмосфере над карьерным полем имеют место значительные рефракционные искажения. Величины смещений точек на снимке, вызванных рефракцией, на много превосходят точность измерения снимков на стереокомпараторах и требуют определения и учета, особенно при выполнении высокоточных работ. ■ ~

При разработке методики определения этих искажений исходили из следующих принципов:

- применение методики не доляно потребовать никаких дополнительных полевых' (геодезических-или метеорологических) определения, т.к., во-первых, они трудно осуществимы во время фотографирования, во-вторых, одно или несколько таких измерений на могут полнос-п ч характеризовать рефракционное поле всего карьерного полгг;

- методика должна бить приспособлена для применения прс-ч" всего при аналитических методах обработки снимков;

- методика должна обеспечивать необхоп.-куя точность опрг леш.я искажений.

Характер искажения координат точек снимка из-эа рефракции:

по ОСИ у.

по оси X

Рис. 2

/

Наиболее приемлемым и отвечающим требованиям, приведенным вьше, является аналитический способ определения рефракцконнга искажений, основанный на математическом моделировании атмосферных процессов. Он основан па использовании принципов Ферма. Градиенты показателя преломления Т1 по осям X , У , 7 определяются из решения дифференциального уравнения Эйлера. Математическая модель изменения показателя преломления в пространстве составлена на известных законах изменения температуры ( Т ) и давления ( Р ) с высотой:

Р = ро + С -А Н (к)

где То > Ро ~ температура и давление вблизи поверхности;'

(X и -6 - коэффициенты, зависящие от условий местности, времени года и суток; С - градиент давления; Н - высота луча визирования над поверхностью; АН - изменение высоты. Модель имеет следующий вид:

. дгасШ = ~Ю'6дгао1. Т ■*9,440'вугао/Р, <3>

где ргас(Т , дгаЫР .- градиенты изменения температуры и давления, определяемые путем дифференцирования формул (2).

Для'определения искажений координат точек фотоснимка из-за рефракции получены следующие выражения:

Ьу±-к(9гас1еерт¡1сжХ+уга^орП51Пс1)с11

где Р . , с1 - наклонное и горизонтальное расстояния от точки фотографирования до объекта; X , у - координаты точки на снимке; / - фокусное расстояние фототеодолита; </ - угол наклона луча визирования^72..........- градиенты показателя преломления по осям X ■ У >2 •

Программное математическое обеспечение предложенного метода' определения рефракции приземной атмосферы оформлено в виде отдельной процедуры и включено в программный комплекс наземной аналитической )ототриангуляции по способу связок с самокалибровкой.

(4)

Сущность метода заключается в следующем. По приближенным значениям параметров (С1,8 » С ), характеризующих внешние атмосферные условия, по формулам (4) находят величины §Х, и на этапе составления нормальных уравнений исправляются полученные из предварительного построения сети координаты точек на снимке. Затем из общего решения задачи определяются поправки в величины О. , 5 и С .

¡»справляя приближенные значения этих параметров, вновь решают задачу до тех пор, пока, поправки не станут меньше заданных допусков .

Окончателоные значения этих параметров будут являться сред-неинтегральными величинами, характеризующими реальные внешние атмосферные условия при фотографировании, а уравненные координаты при этом будут "свободны" от влияния рефракционных искажений. Проведенные экспериментальные исследования по реальным снимкам показали сходимость с данными, опубликованными "в литературе.

Четвертая глава посвящена созданию автоматизированного рабочего места маркшейдера (АРМ) для обработки наземной стерео-фотограммэтрической съемки карьеров на аналого-цифровом фотограм- < метрическом комплексе (АЦц>Ю.

Перспективным направлением дальнейшего совершенствования маркшейдерских работ является разработка АРШ в рамках автоматизированной системы маркшейдерского обеспечения (АСЫО) горного предприятия. Целью АС-МО являйтся автоматизированный сбор, обра- | ботка и хранение маркшейдерской информации в цифровом и графи- ! ческой виде, обеспечение функционирования АСУ горного предприятия.

Центральной проблемой при разработке и внедрении АРШ является механическое и математическое его обеспечений. В качестве технического обеспечения в диссертации предложен АЦшС, состоящий из етереоазтографа, регистратора маркшейдерской цифровой информации (РИЦД) и персонального компьютера ДВК-Зм (рис.3).

3 зависимости от поставленной цели обработка наземной стороо-пары возможна по следующим трем вариантам технологий:.

- построение цифровой модели карьера (ЦЩ) путем регистрации фотограмметрических координат точек суереомодели и их аналитический перевод в геодезическую систему;

- составление графического плана карьера на координатографе; ^

- сьм-зстное рэшение первой и второй задач.

Приведем краткое описание теоретического обоснованна всех . трех варинтов.

В отличие от аэрофотосъемки модель на стереоевтографн при обработке наземных стереопа^ получается сразу после закладки снимков. Задача корректуры заключается в том, чтобы по измерениям опорных точек определить такие поправки в величию элементов внешнего ОБО) и внутреннего (ЭВОС) ориентирования стереомодели на приборе, которые бы обеспечили определение остальных точек с максимальной точностью.

Измеренные на приборе фотокоординате любой точки мо-^но представить в виде следующего векторного уравнения:

• (5)

где ос\ , у'. , CCI , у* - координаты точки на левом и правом снимках; F - вектор, включающий элементы внутреннего ориентирования стереомодели; <7/ - случайные погрешности прибора и наблюдателя; вс - систематические погрешности прибора, определяемые по методике, описанной во второй главе.

, Выражение ^представляет из себя механико-математи-

ческую модель, заложению в основу работы стереоавтографа.

Первый вариант технологии предусматривает построение стереомодели (без корректуры), измерение корректурных .точек, их аналитическую' обработку и определение компонент ЭВО ( Г ) для перевычисления регистрируемых,фотограмметрических координат ( ) в геодезическую, систему { Kj ). В общем случае эту зависимость мочадо выкрасить так:

% . (6)

Однако реально измеренные фотокоординаты 71- опорных точек из-за остаточной деформации стереомодели и погрешностей ее измерения, будут искажены на величину Si , определяемую по формуле

Si~h-Qt-îp{ïltr) ■ (?)

! При наличии приближенных значений ( вектора ЭВСС система , мочет быть решена по методу наименьших квадратов под условием

F

TPS О

= min

(d)

Аналого-цифровой фотограмметрическиГ:.комплекс (АЦЖ)

Вектор поправок {5Г ) в приблкеннке значлдач вектора Г'" в этом случае будут определяться из решения нормальных уравнений вида

где [лI - вектор свободных членов.

Задача решается интерациями. После ка*Дой интерации уточняются значения компонентов вектора Г . Окончательное значение вектора может быть определено с учетом инструментальных систематических погрешностей ( 0с ) или без шн, но в ^последнем случае значение вектора будет искажено из-за влияния $ .

Таким образом, определив значении компонентов ЭВО, не изменяя, установочных данных, мошно приступить к аналитическое построению ЦМК по формуле (6).

Второй вариант технологии предназначен для построения только графического плана на координатографе. В этом случае аналитические преобразования координат заменяются инструментальными. По измеренным фотокоординатам корректурных точек решается задача по определению вектора поправок 5г в ЭВОС для корректуры стереомо-дели на эту величину.

, Как и в предыдущем случае, для 71 измеренных корректурных точек мочно написать систему уравнений вида

¿¡-Тгв^&врсю) ■

5

9>,

по компонентам век-

где и_ - матрица частных производных от тора Г .

Для решения данной систе^ты уравнений необходимо добавить условие (Ь). В этом случае нормальные уравнения, из решения кото-ркх_будут определяться векторы поправок в ЭВОС (5Г) 1 будут иметь вид:

($Г) и в ЭВО

Ш-В > ША

гч * " '

в?

$р

15ТЛ-Ь

-О

си)

В общем случае решение этой системы мотет оказаться невозможным, т.к. измерения конкретной стереопары могут оказаться недостаточными, чтобы вычислить все составляющие вектороз 5Р и § Г. Поэтому в каждом-конкретном случае необходим анализ и выбор оптимальной совокупности компонент этого вектора. Такой анализ приведен в диссертации.

Найд.нпые таким образом поправки в установочные элементы ввоцятся по шкалам,прибора. На приборе получается новая, скорректированная стереомодель, по которой составляют планово-высотную графическую информацию.

Третий вариант технологии является универсальным. Он обеспечивает одновременное построение графического плана и ВДК. Корректировка стереомодели выполняется по_второму варианту, после чего определяются остаточные значения SF и дГ, которые учитываются при аналитическом переводе фотограмметрических координат в геодезические.

Излеченные теоретические основы АРММ с некоторыми ограничениями, вызванными прежде всего возможностями ПЭВМ ДВК-Зм, были реализованы на базе стерзоавтограф + регистрирующее устройство (РИЦМ) + ДВК-Зм .

Созданное программное математическое обеспечение позволяет обработать стереопару по оцноцу из вариантов технологий, который отвечает требованиям решаемой задачи. Программный комплекс состоит из двух подсистем:

- подсистема FOTO , обеспечивающая получение, предварительную обработку, формирование и хранение информации в веде цифровых моделей или графических планов;

- подсистема,Ш/*У7~ , обеспечивающая, аналитическое решение маркшейдерских задач по ЩИ.

Подсистема FOTO , непосредственным исполнителем которой является автор, включает решение следующих задач:

- определение приборных центров проектирования стереоавтогра-фа по программе 0CF \

- построение и корректура стереомодели' по программе К5М\

- построение ЦМ{ по программе СМК.

В программе DCF задача решается по методу наименьших квадратов по исходным уравнениям, определяющим точку пересечения двух пространственных прямых. Задача решается дватды-для левого и правого центров, по разностям координат которых можно судить о приближенных значениях б* ,ду \ Bz прибора.

В программе /^/^реализованы формулы наземной стереосъемки, выражающие связь метлу фотограмметрическими й геодезическими координатами, а так »се форцулы,- выражающие механико-математическую модель идеального прибора.

Из аналитического решения задачи корректировки по методу наименьших квадратов определяются в.общем случае векторы $F и 8Г,

Г» е. поправки в ЭВОС и ЭВО. Вектор ^состоит из следующих ¡Элементов:

- поправок: в ¿¡* и Ду прибора;

- поправок в фокусные расстояния плановых и левой высотной линеек;

- поправок1 в показания счетчиков винта конвергенции и децен-трации левого снимка.

Вектор §Г включает:

- поправки в геодезические координаты левой точки фотографирования;

- поправку' в дирекционный угол оси съемки.

Коэффициенты перед неизвестными в уравнениях поправок определяются численным дифференцированием. При составлении нормальных уравнений учитываются координаты левой и правой точен фотографирования, если они жесткие, а такте длина базиса, если она получена из полевых измерений.

По решению оператора та или иная неизвестная мо-*ет быть исключена из общего решения задачи путем ввода признака жесткости. Это дает возможность выбрать оптимальную совокупность определяемых неизвестных, исходя из точности их определения.

Аналитический перевод регистрируемых фотограмметрических координат в геодезические в программе ОМ/Г осуществляется с учетом векторов 5Р и ¿5УГполученных из последнего решения задачи корректуры. Это позволяет существенно уточнить геодезические координаты пикетов при составлении ЦМК. Они будут в этом случае "очищены" от погрешностей ЭВОС и ЭВО.

Программный комплекс создан на модульной основе и открыт для дальнейшего расширения. Каждая задача является отдельным модулем, а обмен данными осуществляется через файлы.

Все задачи комплекса решаются в диалоговом режиме и рассчитаны на пользователя, знающего специфику решения маркшейдерских задач по наземной стереофотограмметрической съемке.

Результаты поставленных экспериментов по проверке правильности работы комплекса и его практическому применению показали, что разработанный АРШ позволяет повысить производительность труда и точность результа.ов, обеспечивает высокую эффективность при обработке наземных стереопар.

ю

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационном работе дано новое решение ряда актуальных научных и практических задач аналитической обработай наземной стереосъемки карьеров.

На основании результатов теоретических исследований и экспериментальных работ в условиях Кад*аранского карьера сформулированы следующие основные выводы:

1. Разработаны теоретические особенности обработки наземной стереосъемки в режиме реального времени на аналого-цифровом фото-, греммотричоском комплексе в составе стереоавтограф РИЦМ л ПЭВМ.

2. Создано программное математическое обеспечение АРЫМ для обработки наземной стереосъемки в режиме реального времени, позволяющее создать маркшейдерскую информационную базу данных для управления горными работами к обеспечивающее повышение производительности труда в 1,6—? раза, точности конечных результатов в 1,3 раза.

3. Разработана методика тестовых испытаний стереоавтографа, ос-:1.)иываю:аяся на математической модели его систематических погрешностей. >1з аналитической обработки результатов измерений контрольных сеток определяется вектор приборных погрешностей, который является точностной характеристикой конкретного стереоавтографа и позволяем1 учесть приборные систематические погрешности для повышения точности обработки наземной стереосъемки.

4. Экспериментально подтверждено существенное влия ше рефракционных искажений на положение точек снимка,, вызванных специфическим;*, условиями ьысэкогорных карьеров. Предложена методика аналитического определения и учета этих искажений при" уравнивании наземной фото триангуляции ш-способу связок с самокалибровкой. Полученные при этом среднеинтегральные значения метеопараметров, характеризующих атмосферные условия при фотографировании, могут быть использованы при решении различных маркшейдерских задач по наземным снимкам.

Ь. Разработана методика наблюдения за устойчивостью бортов . карьеров по одиночным разновременным снимкам и ее программно-математическое обеспечение, реализованное на АЦ2К. Относительная погрешность определения вектора смещений по одному снимку не превышает 1:10000 отстояния до точки наблюдения.

6. Разработанные в диссертационной работе методики набьвдения за устойчивостью бортов карьеров внедрены па Кяджаранском карьере с расчетным экономическим эффектом 10,8 тис.руо* в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Грйщвнков H.H., Маркарян A.B. Методика тестовых испытаний стереоавтографа на основе его математическом модели. !,!., 1989 -22 с. - Дел. в ЦНИЭйуголь. СССР 08.12.88, fä «73 - уп.

2. Грщцвиков H.H., Маркарян A.B. Разработка методов повышения точности наземной сгереофстограмметричесхой съемки открытых горних работ: Сб.'респ. межвед. науч. - техн.тр. Киев. 1990, вып. 85-с. с. 69 - 73.

3.Могильный С.Г., Беликов И.Л., Маркврян A.B. Математическое программное обеспечение автоматизированного рабочего места маркшейдера карьера J/: Тезисы доклада на научно-технической конференции по завершенным нвучно-исслздовательским работам. Донецк:ДГМ, 199I. - с. 50.