Основные процессы аэрофотосъемочных работ приборы и аппараты

Аэрофотосъемка — это комплекс работ, включающий различные процессы от фотографирования земной поверхности с летящего самолета до получения аэрофотоснимков, фотосхем или фотопланов снятой местности. В него входят:

• 1. подготовительные мероприятия, заключающиеся в изучении местности, которая подлежит фотографированию, подготовке карт, проектированию маршрутов полетов самолета и в производстве расчета элементов аэрофотосъемки;
• 2. собственно летно-съемочные работы или фотографирование земной поверхности при помощи аэрофотоаппаратов;
• 3. фотолабораторные работы по проявлению снятой пленки и изготовлению позитивов;
• 4. геодезические работы по созданию на местности геодезической основы, которая необходима для исправления искажений аэроснимков, возникших в процессе аэрофотосъемки, привязки аэроснимков и для составления фотосхем и фотопланов;
• 5. фотограмметрические работы, которые проводятся как в полевом, так и в камеральном периодах и связаны с обработкой аэрофотоснимков для составления планов и карт снятой местности.

Все эти процессы тесно связаны один с другим и отчасти взаимно перекрываются. Аэрофотосъемка каждого объекта должна выполняться одной и той же организацией от начала до сдачи окончательной продукции. В результате проведения этих работ изготовляются контактные отпечатки, репродукции с накидного монтажа аэрофотоснимков, фотосхемы или фотопланы, составленные по данным геодезической основы. Все эти так называемые аэрофотосъемочные материалы используются в дальнейшем для решения целого ряда вопросов в области лесного хозяйства и лесной промышленности.

Виды аэрофотосъемки и их особенности.

Виды аэрофотосъемки отличаются один от другого по ряду признаков. Фотографирование земной поверхности с самолета может происходить при различных положениях главной оптической оси камеры аэрофотоаппарата. В зависимости от пространственного ее положения, различают следующие виды аэрофотосъемки: горизонтальную, плановую и наклонную (перспективную). Под горизонтальной подразумевается такая аэрофотосъемка, при которой главная оптическая ось аэрофотоаппарата занимает отвесное положение (б=0), плоскость негатива — строго горизонтальна. Если в момент фотографирования главная оптическая ось камеры аэрофотоаппарата отклоняется от отвесной линии в среднем на 1,0−1,5°, но не более 3,0−5,0°, то такая аэрофотосъемка называется плановой. Фотографирование же с самолета при наклонном положении главной оптической оси аэрофотоаппарата от отвесной линии на углы более 10° называется наклонной, или перспективной аэрофотосъемкой. В том случае, когда на аэрофотосъемке изображается естественный горизонт, аэрофотосъемка будет перспективной с горизонтом. Кроме того, может быть еще планово-перспективная аэрофотосъемка, сущность которой заключается в том, что при полете по одному и тому же маршруту с помощью специальных аэрофотоаппаратов одновременно производятся плановые и перспективные аэрофотоснимки. В зависимости от характера покрытия местности аэрофотоснимками аэрофотосъемка разделяется на ординарную, маршрутную и сплошную. Ординарная аэрофотосъемка представляет собой фотографирование отдельных объектов местности (например, гари, ветровала, склада древесины, участка леса, сплава и др.) одиночными или парными снимками, связанными между собой перекрытиями. Маршрутной аэрофотосъемкой называется воздушное фотографирование с самолета полосы местности по определенному маршруту. В зависимости от объекта, подлежащего аэрофотосъемке, маршруты полетов могут быть прямолинейными (ряд кварталов леса) или криволинейными (вдоль русла реки). При такой аэрофотосъемке между снимками в маршруте осуществляется перекрытие, достигающее 56−60%; оно называется продольным перекрытием. Маршрутная аэрофотосъемка применяется для лесотранспортных, водно-мелиоративных и других работ, проводимых в пределах узкой полосы местности. Производится она путем проложения ряда прямолинейных и параллельных между собой маршрутов, взаимно перекрывающихся. При данном виде аэрофотосъемки, помимо продольных перекрытий между снимками в маршрутах, должно быть соблюдено и заданное перекрытие между снимками соседних маршрутов полета, называемое поперечным перекрытием; обычно оно не превышает 30−40%. По методу последующей фотограмметрической обработки аэроснимков и изготовления конечной продукции различают три вида аэрофотосъемки:

• 1. контурную аэрофотосъемку, в результате которой получается только контурный план местности;
• 2. комбинированную аэрофотосъемку, при которой топографический план местности создается путем использование материалов аэрофотосъемки, а рельеф изображается на нем горизонталями и условными знаками в результате полевых наземных топографогеодезических работ, преимущественно с применением мензульной съемки при совместном использовании аэроснимков;
• 3. стереофотограмметрическую (высотную) аэрофотосъемку, которая дает возможность получить полный топографический план местности с горизонталями на основании камеральной обработки аэроснимков при небольшом количестве геодезических точек.

Летно-съемочный процесс для всех этих видов аэрофотосъемки в основном один и тот же, но стереофотограмметрическая съемка предъявляет специальные требования к оптике, юстировке аппарата и фиксированию элементов внешнего ориентирования. Аэрофотосъемки можно различать, исходя из масштаба фотографирования. Плановая аэрофотосъемка, в зависимости от получаемого масштаба аэроснимков, разделяются на:

• а) крупномасштабную — при масштабе фотографирования крупнее 1:10 000,
• б) среднемасштабную — при масштабе фотографирования мельче 1:10 000 до 1:30 000;
• в) мелкомасштабную — при масштабе фотографирования мельче 1:30 000; 1:50 000; 1:75 000 и предельно до 1:100 000.

Фотограмметрическая обработка плановых аэрофотоснимков весьма проста. В условиях равнинной местности она будет заключатся прежде всего в устранении искажений от несоблюдения вертикального положения оптической оси фотокамеры и от колебаний высоты полета. Для приведения в известность лесов и обследования их на обширных территориях вполне можно ограничиться использованием упрошенных фотосхем, составленных из приведенных к одному масштабу аэрофотоснимков. Возможность использования плановых аэрофотоснимков для таксации леса без предварительной и сложной фотограмметрической обработки (развертывания, трансформирования) является большим достоинством и позволяет сразу же после аэрофотосъемки применить их для полевых работ. В тех же случаях, когда для решения различных лесохозяйственных, и в особенности лесоинженерных задач, требуется составление более точных планов, создаются фотопланы с соблюдением потребной степени точности (при наличии геодезической основы) путем применения метода фототриангуляции и производства трансформирования аэроснимков. Благодаря сравнительно небольшой величине искажений в изображениях леса на плановых аэрофотоснимках пользование ими не вызывает особых затруднений. При продольном перекрытии в 56−60% создается полная возможность стереоскопического их просмотра, оконтуривания участков, дешифрирования различных категорий площадей и земель и составления их описания.

Основным недостатком плановой аэрофотосъемки считается небольшая производительность ее по сравнению с перспективной и планово-перспективной съемки. Но при современном состоянии техники этот недостаток устраняется в связи с применением широкоугольных объектов, увеличением формата аэрофотоснимков и высоты фотографирования. Аэрофотоснимки наклонной аэрофотосъемки с перспективным изображением снятой местности имеют неизбежно резкопеременный масштаб, уменьшающий от переднего плана к дальнему. При этом значительное уменьшение масштаба на дальнем плане вызывает резкое падение распознаваемости заснимаемых объектов и таксационных показателей насаждений. При перспективной аэрофотосъемке в горной местности, в случае наличия резко выраженного рельефа, на аэрофотоснимках получаются значительные искажения ситуации, появляются «мертвые» пространства, вследствие чего на них не фиксируется ряд важных деталей местности. Стереоскопическое рассмотрение таких аэрофотоснимков возможно. Оно лучше на переднем плане и при небольшой перспективе изображения местности. К числу недостатков перспективной аэрофотосъемки относится большая сложность их фотограмметрической обработки. Сущность щелевой аэрофотосъемки заключается в непрерывном фотографировании полосы местности на движущуюся пленку сквозь узкую щель в фокальной плоскости камеры, расположенную перпендикулярно к направлению полета. При целевой аэрофотосъемке происходит непрерывное экспонирование пленки, поэтому контактный отпечаток имеет на рулонной бумаге вид сплошной ленты. Движение пленки синхронизировано с движением изображения, что и обусловливает резкость снимка. Чаще всего щелевые аппараты делаются двухобъективными; один из них широкоугольный — дает мелкомасштабное изображение, другой — крупномасштабное. С помощью этих аппаратов можно производить фотографирование с низких высот полета в облачные дни и в условиях сумерек, получать плановые аэроснимки одновременно в различных масштабах, выполнять стереоскопическую съемку под любым заданным углом.

Аэрофотосъемочная система состоит из съемочной камеры-аэрофотоаппарата, установки для его крепления к носителю и командного прибора автоматического управления съемочным процессом. Аэрофотоаппарат предназначен для построения на приемнике (светочувствительном материале) оптического изображения пространственных характеристик объектов местности. Требования к аэросъемочному аппарату можно подразделить натри категории: обеспечение высоких измерительных, дешифровочных свойств аэрофотоснимка, его надежность и экономичность. От совершенства аэрофотосъемочной камеры в значительной степени зависит качество фотографического материала — аэрофотоснимка. Аэрофотоаппараты подразделяют по многим признакам, но есть много общего в решении конструктивной схемы: каждый АФА имеет оптическую систему, устройство для хранения и транспортировки аэрофотопленки и корпуса для крепления разных частей аппарата. В конусной части АФА расположены объектив, светофильтр, механизм установки выдержки и диафрагм и в некоторых АФА — обогрев, чтобы не было запотевания линз объектива при изменений температуры. Для установки бликов, рефлексов на некоторых АФА в конусной части устанавливают бленду. Корпус АФА объединяет конусную часть и кассету, в нем также располагают регистрационные приборы и распределительный механизм, передающий в определенной последовательности движения от силовой установки АФА на механизм кассеты и затвора. В топографических аэрофотоаппаратах с электрическими схемами распределительного механизма нет. Корпус АФА изготавливают из материалов с малым коэффициентом расширения: синилина, дюраля. Транспортирующее устройство аэрофотопленки — кассета служит для размещения аэрофотопленки, выравнивая фотопленки в плоскости и перемотки на заданный участок. Коэффициент заполнения при конструктировании АФА должен быть не менее 0,95.

Аэрофотоаппарат должен обеспечивать высокие измерительные и изобразительные свойства фотографического изображения. Разрешающая способность оптической системы должна быть максимальной по всему полю изображения. Для современных аппаратов она достигает величины 50 л/мм в центре снимка и 15 л/мм на краю. При построении фотографического изображения должна сохраняться строгая масштабная зависимость, без геометрических искажений объектов местности. Передача модуляции пространственных частот съемочной системой АФА должна обеспечивать резкость и высокий контраст изображения. В оптической системе АФА должны быть минимальные потери света, идущие на построение изображения. Аэрофотоаппараты классифицируют по назначению, величине фокусного расстояния, формату снимка, принципу действия, условиям съемки. Важным требованием является также полная автоматизация всех съемочных процессов (включение и выключение АФА, перемотка пленки, разворот на угол сноса, определение и выдерживание экспозиции и др.). Экономическая эффективность съемочной системы определяется рядом факторов, обеспечением максимальной территории, сфотографированной на одном кадре, что определяется углом поля зрения и высотой фотографирования. Масштаб изображения при значительных высотах съемки должен быть достаточно крупным. Эксплуатационные характеристики АФА определяют его надежность в работе, гарантийный срок работы, удобство эксплуатации.

Типы самолетов, используемых в аэрофотосъемке, и их тактико-технические данные.

Самолет АН-2 является многоцелевым самолетом, эксплуатируемым как для транспортных, так и для специальных видов работ. Наиболее широко применяется самолет в сельском хозяйстве, при аэрогеофизических съемках и при выполнении аэрофотосъемки.

Самолет АН-2 — одномоторный нормальный биплан расчалочного одностоечного типа, с неубирающимся шасси, с хвостовым колесом (рис. 25). Отличительной особенностью его (по сравнению с другими типами самолетов) является сочетание сравнительно большой дальности полета при выполнении съемок с хорошими взлетно-посадочными данными Механизация крыльев позволяет эксплуатировать его на необорудованных аэродромах, небольших площадках, в горах и обеспечивает устойчивое планирование на больших углах атаки. Управление самолетом двойное, с левого и правого сидений пилотов. На самолете установлен 9-цилиндровый двигатель воздушного охлаждения АШ-62ИР, закрытый капотом. Для повышения потолка полета силовая установка оборудуется системой комбинированного наддува. Она состоит из турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя двигателя. Этот вариант самолета АН-2 получил наименование АН-6. Самолет АН-6 предназначен для эксплуатации на больших высотах и полетов при аэрогеофизических съемках в высокогорных районах.

Установка самолета АН-2 на поплавковом шасси дает возможность применять его в речных и озерных районах. В этом случае он эксплуатируется как гидросамолет. Аэродромом могут служить реки и озера глубиной 1,2—1,9 м, длиной 850 м и шириной 80 м.

Самолет АН-2 во всех вариантах обладает хорошим равновесием, управляемостью и устойчивостью на всех режимах полета при соблюдении установленных пределов центровок.

При аэрогеофизических съемках и аэрофотосъемке производится доработка самолета АН-2, в полу грузовой кабины оборудуются два фотолюка для установки аэрофотоаппаратов.

Большой люк устанавливается между шпангоутами, справа или слева относительно продольной оси самолета, диаметр его 120 мм. Под второй фотолюк используется штатный люк под бак ядохимикатов диаметром 350 мм. Оба фотолюка закрываются наружными шторками, управляемыми из кабины. За большим фотолюком, у места бортоператора — люк для установки ОПБ-1.

Для улучшения обзора устанавливаются блистера диаметром 500 м. Один блистер — в пассажирской двери, а второй справа между шпангоутами. В грузовой кабине могут быть установлены статоскоп С-51 и топографический радиовысотомер РВТД.

Использование самолета АН-2 для аэрофотосъемки наиболее целесообразно для крупных масштабов (от 1: 2500 до 1: 10 000) при съемке небольших участков и трасс. Это производство аэрофотосъемки для специальных видов работ, например, для съемки проектируемых трасс железных, шоссейных до;

рог, линий высоковольтных электропередач, газопроводов; съемки существующих железнодорожных линий и станций, подлежащих реконструкции и электрификации, и др. Для проведения аэрогеофизических съемок на самолете устанавливаются аэрогеофизическая станция и аэрофотоаппарат.

Приемные антенны могут устанавливаться на фюзеляже или киле самолета или выпускаться на тросе.

Основные технические данные самолета АН-2.

Длина самолета, м 12,7.

Высота самолета, м 5,4.

Размах крыльев, м 18,2 и 14,2.

Длина фюзеляжа, м 10,1.

Полетная масса самолета, кг 4740—5250.

Масса пустого самолета, кг 3321—3421.

Максимальная скорость, км/ч 250.

Диапазон скоростей, км/ч 140—250.

Средняя крейсерская скорость, км/ч 180.

Практический потолок АН-6, м 4500—5000.

Время (мин) набора высоты:

Н = 1000 м 7,6.

Н = 2000 м 15,0.

Взлетная дистанция, м 690—1000.

Посадочная скорость, км/ч 84.

Запас горючего, кг 1000.

Максимальная продолжительность полета АН-2.. 7 ч Состав съемочного экипажа 4 чел.

Несмотря на свои небольшие размеры, самолет АН-2 оснащен комплектом пилотажно-навигационного оборудования, позволяющим выполнять самолетовождение в простых и сложных метеоусловиях днем и ночью.

Недостатком самолета АН-2 является отсутствие на нем автопилота, что не дает возможности автоматизировать процесс самолетовождения.

Самолет ИЛ-14 (в переоборудованном варианте для аэрофотосъемки ИЛ-14ФКМ и ИЛ-14ФК) является основным самолетом для проведения аэрофотосъемки в средних и мелких масштабах. Самолет является двухмоторным монопланом цельнометаллической конструкции с низкорасположенным свободно-несущим крылом. Шасси убирается в полете, оно трехколесное с передним колесом. На эксплуатационных режимах самолет имеет хорошие аэродинамические качества. На нем установлены два двигателя АШ-82Т.

Совершенное спецоборудование, которым оснащен самолет, позволяет производить полеты в сложных метеорологических условиях днем и ночью.

По левому и правому бортам устанавливаются блистера с визирами типа НКПБ. В пассажирской кабине между шпангоутами № 25—33 прорезаются три фотолюка, которые закрываются шторками с электропроводом, и люк для визира ОПБ. Место бортоператора располагается в шахте первого фотолюка. На самолете ИЛ-14 штурман-аэросъемщик располагается за пилотом. При этом трудно производить обзор местности впереди по маршруту, кроме того, возникают дополнительные физические нагрузки при переходе с левого кресла на правое. Этот переход необходим для контроля захода на следующий съемочный маршрут по засечкам ориентиров. Эти нагрузки особенно сильно сказываются при работе на больших высотах, когда штурману-аэросъемщику приходится пользоваться кислородным питанием.

Основные технические данные самолета ИЛ-14ФКМ Длина самолета, м 22,3.

Высота самолета, м 7,8.

Размах крыльев, м 31,7.

Номинальная мощность моторов, ГВт 1,198X2.

Полетная масса самолета, кг 16 500—17 500.

Масса пустого самолета, кг 12 420—13 380.

Максимальная скорость, км/ч 428.

Диапазон· скоростей, км/ч 150—370.

Средняя крейсерская скорость, км/ч 300.

Практический потолок полета, м 5600.

Время набора высоты (м) и вертикальные скорости набора высоты Н = 1000 3,4 мин и 5,1 м/с Взлетная дистанция, м 1020—1060.

Посадочная скорость, км/ч 140.

Запас горючего, кг 4000.

Расход топлива, кг 220Х 2.

Максимальная продолжительность полета, ч 5 для ИЛ-14ФК, ч 8.

Состав съемочного экипажа 5 или 6 человек Пилотажно-навигационное оборудование аэрофотосъемочных самолетов ИЛ-14ФК и ИЛ-14ФКМ значительно отличается от оборудования транспортного варианта. На съемочном самолете вместо автопилота АП-45 установлен электрический автопилот АП-6Е с автоматом программного разворота АПР, курсовая система КС, астрокомпас ДАК-ДБ.

Установка более совершенных курсовых приборов и электрического автопилота позволила автоматизировать заход на маршрут и значительно повысить точность прокладки съемочных маршрутов. Кроме того, пилоты были освобождены от монотонной и тяжелой работы по выдерживанию параметров арофотосъемочного полета.