Фотограмметрия и дистанционное зондирование реферат
Обновлено: 02.07.2024
Фотограмметрия — техническая наука о методах определения метрических характеристик объектов и их положения в двух- или трехмерном пространстве по снимкам, полученным с помощью специальных съемочных систем. Такими системами могут быть традиционные фотографические камеры, а также системы, ис-пользующие иные законы построения изображения и иные (кро¬ме фотографических слоев) регистраторы электромагнитных излу-чений. Основная задача фотограмметрии — топографическое кар-тографирование, а также создание специальных инженерных пла-нов и карт, например кадастровых.
Вложенные файлы: 1 файл
фотограмметрия курсовик.doc
Фотограмметрия — техническая наука о методах определения метрических характеристик объектов и их положения в двух- или трехмерном пространстве по снимкам, полученным с помощью специальных съемочных систем. Такими системами могут быть традиционные фотографические камеры, а также системы, использующие иные законы построения изображения и иные (кроме фотографических слоев) регистраторы электромагнитных излучений. Основная задача фотограмметрии — топографическое картографирование, а также создание специальных инженерных планов и карт, например кадастровых.
Реформирование экономики нашей страны, и в частности сельскохозяйственного производства привело к неизбежной реорганизации территории. Для выполнения работ по реорганизации землеустроительным органам необходимы свежие, обновленные картографические материалы. Формирующаяся земельно-кадастровая служба нуждается в выполнении большого объема работ по инвентаризации земель и объектов, созданием кадастра застроенных территорий. Большое значение в решении этих задач имеет широкое использование материалов аэрофотосъемок.
В создавшейся на сегодняшний день ситуации актуальнейшей задачей является разработка новейших технологий по оптимизации дешифрирования, обработке аэро- и космических снимков. Актуальным вопросом является также и подготовка высококвалифицированных специалистов в области землеустройства, ведь именно от уровня образования выпускников зависит будущее развитие вышеназванной науки.
В данной курсовой работе рассматриваются следующие задачи:
1. Расчет параметров аэросъемки площади участка местности;
2. Оценка качества результатов аэросъемки;
3. Раскрытие сущности технологической схемы изготовления плана по материалам аэросъемки;
Используемые в дистанционном зондирование приборы подразделяются на две обширные группы, которые будем называть системами спектральных данных и формирующими изображения системами. Обычно системы спектральных данных не формируют изображения, а дают детальную спектральную информацию об объекте. Системы, формирующие изображение, дают информацию относительно пространственной структуры объекта и обычно некоторую спектральную информацию.
Системы спектральных данных получают данные путем спектрального сканирования (в отличии от пространственного сканирования в формирующих изображения системах). В дистанционном зондирование системы спектральных данных обычно используют при полевых исследованиях.
Системы, формирующие изображение, делят на два типа: кадровые системы и сканирующие. В кадровых системах элементы изображения, или пикселы, получаются одновременно в основной единице изображения – кадре. В сканирующих системах элементы изображения получаются последовательно, но после получения могут быть приведены в формат кадра. Оба типа таких систем дают спектральную информацию, обычно образуя многоспектральные элементы изображения, состоящие из набора измерений в выбранных диапазонах длин волн спектра.
Системы спектральных данных
Рассмотрим три различных типа полевых спектральных приборов. Все они спектрорадиометры, поскольку для них источником излучения является солнце, а не внутренние источники излучения. Три основных типа приборов такие: интерферометр, спектрорадиометр с диспергирующей призмой или дифракционной решеткой и спектрорадиометр с вращающимися сменными фильтрами. В основном эти приборы отличаются тем, как они диспергируют входное излучение на его спектральные компоненты. Различные способы диспергтрования определяют пути установления внутренних опорных излучателей в приборе.
В течение многих лет интерферометры использовались в спектроскопии высокой точности. Устройство полевого интерферометра отличается от лабораторного варианта в основном способом, которым приводится в движение подвижное зеркало. В лабораторных приборах для приведения в движение зеркала применяется винт с очень малым шагом, подвижное зеркало применяется в конструкции полевых приборов оно быстро приводится в движение с помощью системы электродинамических катушек, что дает несколько спектральных сканов в 1с. Прибор не дает изображение сцены в его поле зрения, а просто наблюдает интерференционную картину возникающую вследствие излучения энергии сценой.
Второй тип полевых приборов, часто используемых в дистанционном исследование ,- приборы, в которых в качестве основных диспергирующих элементов применяются призмы и дифракционные решетки. Обычно для преобразования оптического сигнала в переменный сигнал, более подходящий для обработки в электронной части прибора, в этих приборах используется система оптического прерывания.
Характеристикой прибора с дифракционной решеткой служит то, что несколько порядков спектра отражаются в заданном направление. Кратные частоты излучения относятся к одному и тому же порядку. Необходимо провести сортировку порядков, используя фильтры перед детектором для отображения дифракционной решетки. Кроме того диспергирующая призма дает единственный порядок в данном направление и нет необходимости в сортировке порядков. Однако пространственная дисперсия прибора с диспергирующей призмой с механической точки зрения гораздо сложнее.
Кроме того, со спектральной точки зрения приборы с дифракционной решеткой более точные, так как результирующий спектр растягивается на большую площадь. Прибор с дифракционной решеткой требует более аккуратного обращения и обычно не способен на такое быстрое спектральное сканирование, как прибор с диспергирующей призмой, поскольку механизм, используемый для крепления дифракционной решетки, должен быть довольно массивным и механически сложным для того, что бы обеспечить правильное положение дифракционной решетки в данном диапазоне спектра. Механизм призмы более груб и прост и поэтому, по существу, он способен на более быстрое спектральное сканирование. Однако спектральный охват прибора с диспергирующей призмой ограничивается материалом, из которого изготовлена призма. Поскольку призма – это в основном преломляющий лучи прибор, то для того, чтобы охватить оптический диапазон спектра, для изготовления диспергирующих призм должны использоваться материалы различных типов.
Еще один тип полевых приборов – это те в которых в качестве основных диспергирующих элементов используются интерференционные фильтры. Интерференционный фильтр – это многослойная диэлектрическая структура, позволяющая излучению проходить через нее. В результате многократных отражений и пропусканий возникает явление интерференции. Только одна спектральная полоса, соотвествующая определенной длине волны, интерферирует с усилением и поэтому проходит эту многослойную структуру без существенного ослабления.
Данный метод диспергирования требует такой сортировки порядков, которая применяется в системах с дифракционной решеткой. Любая длина волны, кратная первичной длине волны, прошедшей через интерференционный фильтр, также пройдет через него, так как интерференция с усилением будет так же иметь место для компонент кратных длин волн. Необходим фильтр, способный удалять все кратные порядки излучения, падающего на фильтр. Длина волны, которая должна пройти через интерференционный фильтр, зависит от толщины диэлектрических элементов. Поэтому, чтобы сделать регулируемый диспергирующий элемент, удобно использовать конический интерференционный фильтр. Вместо того, чтобы применять щели, определяющие кратные длины волн, можно поставить перед входной щелью детектора прибора такой фильтр и изменять его положение относительно щели, чтобы выделить из приходящего потока из приходящего потока излучения спектральную компоненту.
Особенно удобная форма интерференционного фильтра – это вращающиеся сменные фильтры, у которых толщина диэлектрических элементов изменяется в зависимости от углового положения на ободе. Сортирующий порядок фильтра расположен на поверхности кольца фильтра перед детектором, который используется для улавливания проходящего через фильтр излучения, ВСФ могут вращаться для получения быстрых спектральных сканов и по существу представляют собой грубый метод диспергирования в полевом приборе.
Многоспектральные построчно – прямолинейные сканеры
Сканеры дают изображения последовательно. Объект сканируется растровым способом, обычно оптико – механической системой. Излучение проходит через собирающую оптическую систему, создающую мгновенное поле зрение. Общее поле зрение создается сканирующим движением оптической системы. Затем с помощью диспергирующих призм, дифракционных решеток, дихроичных зеркал или фильтров излучения разлагается на спектральные составляющие. Набор детекторов улавливает диспергированое излучение. Детекторы в пространстве расположены так, чтобы соответсвующие детекторы могли улавливать тот диапазон длин волн к которому они чувствительны.
Сигналы, идущие с каждого детектора усиливаются и обрабатываются, и далее записываются или передается информация, касающаяся источников колибровки, они как и сцена, также сканируются оптико-механической системой.
Фотографические системы
Часто фотографические системы считаются родоначальниками систем дистанционного зондирования по существу возникла в науке как интерпретация фотографий. В фотографической системе пленка выступает в роли детектора, а объективы фокусирующие изображение на плоскости пленки – в роли оптической системы. Фотографическая система – кадровая система: все данные об изображение получаются одновременно. Пленка, используемая в фотографической системе как детектор, по сравнению с многоспектральной сканерной системой имеет дополнительное ограничение, а именно относительно ограниченный спектальный диапазон. Однако по сравнению с многоспектральными сканерными системами фотографические системы характеризуются очень высоким пространственным разрешением. Хорошо развитая фотограмметрия, подчеркивающая геометрические аспекты, иногда называемые метрическими, в анализе изображений. Эта высоко развитая технология, а также относительно низкая стоимость фотографических систем по сравнению с многоспектральными сканерными системами способствует широкому использованию ее в дистанционном зондировании.
Оптическая часть фотографической системы предназначена для формирования по кадрового изображения, и поэтому ее поле зрения относительно большое по сравнению с мгновенным полем зрения построчно – прямолинейного сканера. Поле зрения некоторых фотографических систем может достигнуть 800 и более.
Телевизионные системы
Электронные системы формирующие изображение, имеют сходство с фотографическими системами в том, что изображение они образуют на фотоэлектрической поверхности подобно тому, как в фотографических системах оно образуется на фотохимической поверхности. Обычно эти системы включают затвор, оптическую систему и, возможно, систему компенсации смаза изображения, подобные тем, что входят в стандартную фотокамеру. Поскольку телевизионная система – по кадровый прибор, собирающий данные, заполняющие кадр практически мгновенно, нет необходимости в столь точном контроле положения датчика, как это требуется для построчно – прямолинейного сканера. Хотя электронно – лучевые телевизионные системы обычно получают изображение в виде, аналогичному тому, что получает фотографическая система изображения, индуцируемые на фотоэлектрической поверхности, обрабатываются скорее электронным, нежели химическим путем, и поддаются быстрой электоронной передаче с платформы датчика на приемную станцию. Или же изображения могут быть записаны в удобном виде на магнитную ленту для последующей передачи, когда платформа датчика окажется вблизи приемной станции.
Аналогово – цифровые преобразования
Для преобразования аналогового сигнала в его цифровое представление используют систематическую процедур, которая еще называется оцифровкой.
Шаг квантования должен быть больше или равен приблизительно удвоенной компоненте самой высокой частоты, которая должна сохраняться самой системой. Сохраняемая самая высокочастотная компонента будет определять правильность воспроизведения сигнала после процесса оцифровки. Число уровней оцифровки обычно выбирается на основание характеристик работы цифровой системы. На практике было установлено, что обычно вполне удовлетворительным для данных дистанционного зондирования является квантование на 256 уровней (восемь двоичных битов). Выбор шага квантования зависит от высоты сканера и его мгновенного поля зрения, оба эти параметра влияют на частные характеристики электрического сигнала.
Часто в самолетных системах дешевле записать сигналы, идущие с детектором, на аналоговый магнитофон, чем предварительно пропускать их через бортовой аналого – цифровой преобразователь. Позднее аналоговая лента обрабатывается в наземной системе аналого – цифрового преобразования, дающей машинно – совместимую цифровую магнитнкю ленту. Часто за этим следует дополнительное преобразование данных на цифровой магнитной ленте в формат, пригодный для прграммной обработки данных. Хотя такой подход и может снизить себестоимость систем сбора данных, он требует дополнительного шага обработки в подсистеме ввода системы цифровой обработки данных на ЭВМ. Кроме того, если в процесс включается шаг аналоговой записи, то это неизбежно приводит к некоторой потере динамического диапазона сигнала и снижению отношения сигнал/шум. Другой подход состоит в оцифровке сигналов на выходе детекторов и записи полученных цифровых сигналов прямо на цифровую магнитную ленту. На этапе цифровой записи, исходя из природы этого процесса, никакой потери динамического диапазона сигнала и снижения отношения сигнал/шум не происходит. Сигналы записываются в двоичном виде, т.е. сигнал либо есть, либо его нет, и потери его качества обусловлены только процессами квантования и оцифровки.
Применение современных высокоэффективных технологий при производстве и обновлении топографических планов и карт позволяет должным образом производить землеустроительные и кадастровые работы в кратчайшие сроки и с высоким качеством. Одним из таких методов является использование фотограмметрических измерений для дистанционного зондирования территорий.
Фотограмметрия – технология дистанционного зондирования Земли, позволяющая определять геометрические, количественные и другие свойства объектов на поверхности земли по фотографическим изображениям, получаемым с помощью летательных аппаратов любых видов.
В настоящее время изображения для фотограмметрии получают как кадровыми, щелевыми и панорамными фотоаппаратами, так и с помощью радиолокационных, телевизионных, тепловых и лазерных систем. Фотограмметрия позволяет определить по снимкам исследуемого объекта его форму, размеры и пространственное положение в заданной системе координат, а также его площадь, объём, различные сечения на момент съёмки и изменения их величин через заданный интервал времени
Фотограмметрия появилась в середине XIX века, практически одновременно с появлением самой фотографии. Применять фотографии для создания топографических карт впервые предложил французский геодезист Доминик Ф. Араго примерно в 1840 г.
Фотограмметрия находит применение в различных видах деятельности:
- создание топографических карт и ГИС;
- охрана окружающей среды (изучение ледников и снежного покрова, бонитировка почв и исследование процессов эрозии, наблюдения за изменениями растительного покрова, изучение морских течений);
- проектирование и строительство зданий и сооружений;
- автоматизированное построение пространственная моделей объекта по снимкам.
Технологии дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса представляют собой незаменимый инструмент изучения и постоянного мониторинга нашей планеты, помогающий эффективно использовать и управлять ее ресурсами. Современное развитие технологий ДЗЗ расширяет сферу их применения, охватывая все стороны нашей жизни.
Объект – фотограмметрия и дистанционное зондирование.
Предмет – ортотрансформирование снимков.
Цель данной работы: изучить особенности ортотрансформирования снимков.
Для достижения цели определены соответствующие задачи:
- изучить основы фотограмметрии и дистанционного зондирования;
- исследовать цифровую фотограмметрию и ортотрансформирование снимков в фотограмметрии.
Описание структуры работы. Реферат состоит из двух разделов. Включает в себя введение, заключение и список использованных источников.
Основы фотограмметрии и дистанционного зондирования
Предмет фотограмметрии, её содержание и задачи
Фотограмметрия позволяет определить по снимкам исследуемого объекта его форму, размеры и пространственное положение в заданной системе координат, а также его площадь, объём, различные сечения на момент съёмки и изменения их величин через заданный интервал времени. Название дисциплины происходит от греческих слов photos (свет), gramma (запись) и metreo (измеряю), что в вольном переводе означает измерение изображений объектов, записанных с помощью света [1].
Фотограмметрия – техническая наука о методах определения метрических характеристик объектов и их положения в двух- или трехмерном пространстве по снимкам, полученным с помощью специальных съемочных систем. Такими системами могут быть традиционные фотографические камеры, а также системы, использующие иные законы построения изображения и иные (кроме фотографических слоев) регистраторы электромагнитных излучений. Основная задача фотограмметрии - топографическое картографирование, а также создание специальных инженерных планов и карт, например кадастровых [1].
Фотограмметрические методы позволяют также экономично и достаточно точно решать непосредственно по снимкам некоторые прикладные задачи, например, измерять площади участков местности, определять их уклоны, получать количественные характеристики эрозионных процессов, выполнять вертикальную планировку с определением объема земляных работ и др.
Под дистанционным зондированием понимают неконтактное изучение Земли (планет, спутников), ее поверхности и недр, отдельных объектов, динамических процессов и явлений путем регистрации и анализа их собственного или отраженного электромагнитного излучения. Регистрацию можно выполнять с помощью технических средств, установленных на аэро- и космических летательных аппаратах, а также, в частных случаях, на поверхности земли, например при исследовании динамики эрозионных и оползневых процессов, в гляциологии и др.
История развития фотограмметрии
Технической основой формирования фотограмметрии явилось изобретение в 1839 г. французом Даггером фотографии. В 1851–1859 гг. француз Э. Ласседа разрабатывает графический вариант составления планов сооружений по их наземным фотографиям.
Создание средств воздухоплавания предоставило возможность перейти от наземной инженерной фотосъемки к аэрофотосъемке. В 1858 г. французом Ф. Надаром получены первые фотоснимки с воздушного шара. Это был важный шаг в развитии фотограмметрии – аэрофотоснимок по своей геометрии приблизился к плану местности [1].
Первые аэрофотоснимки с воздушного шара в России были получены 18 мая 1886 г. А. М. Кованько. Город Петербург снимали аэрофотоаппаратом В. Н. Срезневского с высот 800 м., 1200 м. и 1350 м.
В 1910 г. летчик Гельгар получил первые в России фотоснимки с самолета. Первое время аэрофотосъемку применяли в основном в целях военной разведки. Эти действия относятся к направлению, которое в 1960 г. назовут дистанционным зондированием.
В 1922 г. в нашей стране была предпринята попытка решения гражданских задач с помощью аэрофотосъемки – исследовали возможность выполнения лесотаксационных работ по снимкам. Опыт оказался удачным [1].
С 1926 г. начали производственные аэросъемки для картографирования территорий в различных регионах страны под руководством Н. Н. Веселовского, В. Ф. Дейнеко, Н. Н. Степанова и др [1].
В середине тридцатых годов на смену комбинированному приходит дифференцированный способ картографирования по материалам аэрофотосъемки. Контурной основой остается тот же фотоплан, но горизонтали проводят камерально с помощью стереометров (СТД-1 и СТД-2), созданных Ф. В. Дробышевым. Эти приборы были компактными, дешевыми и высокопроизводительными. Трансформирование результатов измерения превышений точек местности в этих приборах выполняли с помощью коррекционных устройств [1].
В сороковые-пятидесятые годы были созданы (и их широко использовали в нашей стране) так называемые универсальные стереофотограмметрические приборы – стереографы Ф. В. Дробышева (СД) и стереопроекторы Г. В. Романовского (СПР). Принцип работы их заключается в построении и измерении геометрической модели местности по снимкам.
Приборы рассмотренного класса в международной практике относят к классу аналоговых стереоприборов. Эти приборы использовали и для сгущения сети опорных точек при разреженной привязке снимков (аналоговая фототриангуляция) [1].
Возникновение и развитие электронно-вычислительной техники существенно повлияло на технологию фотограмметрической обработки снимков. Разрабатывают и широко применяют способы пространственной аналитической фототриангуляции (А. Н. Лобанов, Ф. Ф. Лысенко, Б. К. Малявский, И, Ф. Антипов и др.). Наступает период создания и использования аналитических стерео-фотограмметрических приборов. Трансформационные функции в них выполняют компьютеры. В СССР был создан прибор этого класса – стереоанаграф (Г. А. Зотов и др.). Этот период (шестидесятые-восьмидесятые годы) – переходный к этапу цифровой фотограмметрии [1].
Цифровые технологии обработки снимков являются основными при выполнении картографических и инженерных работ. Эти технологии имеют существенные преимущества перед ранее использовавшимися, например: они не требуют использования сложного дорогого специализированного оборудования; позволяют решать по снимкам автоматизированно разнообразные инженерные задачи, в том числе и при землеустройстве, а также автоматизировать некоторые процессы при картографировании территорий.
Освоение космического пространства послужило мощным катализатором в развитии съемочной техники и технологий обработки получаемых данных в интересах картографирования и, в основном, дистанционного зондирования.
Космические съемки в интересах различных ведомств стали выполнять регулярно с обитаемых и необитаемых космических летательных аппаратов. Одновременно расширялся спектр специальных аэрофотосъемок для решения дистанционным методом различных задач, в том числе и сельскохозяйственного назначения [1].
Фотограмметрию и дистанционное зондирование под разными названиями изучают в высших и средних учебных заведениях, готовящих специалистов по различным направлениям землейстройства, кадастра природопользования, архитектуре, проектированию линейных сооружений и др.
Оглавление
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Фотограмметрия и дистанционное зондирование предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Фотограмметрия — наука, изучающая способы определения форм, размеров, пространственного положения и степени изменения во времени различных объектов по результатам измерений их фотографических изображений.
Предметы изучения фотограмметрии — это геометрические и физические свойства снимков, способы их получения и использования для определения количественных и качественных характеристик сфотографированных объектов, а также приборы и программные продукты, применяемые в процессе обработки.
Характеристики объекта могут изучаться по его изображению на одиночном снимке или по паре перекрывающихся снимков, полученных и различных точек пространства.
Если при изучении объекта используются свойства одиночного снимка, то такой метод получения необходимой информации называют фотограмметрическим. Если же он изучается по паре перекрывающихся снимков, то метод называют стереофотограмметрическим.
В настоящее время в фотограмметрии выделяют три направления исследований. В первом изучаются и развиваются методы картографирования земной поверхности по снимкам. Второе связано с решением прикладных задач в различных областях науки и техники. В третьем развиваются технологии получения информации об объектах Земли, Луны и планет солнечной системы с помощью аппаратуры, установленной на космических летательных аппаратах. Задачи и методы последнего из указанных направлений существенно отличаются от первых двух и далее детально не рассматриваются.
Основными достоинствами фотограмметрического и стереофотограмметрического методов являются:
— высокая точность результатов, так как снимки объектов получают прецизионными фотокамерами, а их обработку выполняют, как правило, строгими методами;
— высокая производительность, достигаемая благодаря тому, что измеряют не сами объекты, а их изображения. Это позволяет обеспечить автоматизацию процесса измерений и последующих вычислений;
— объективность и достоверность информации, возможность при необходимости повторения измерений;
— возможность получения в короткий срок информации о состоянии как всего объекта, так и отдельных его частей;
— безопасность ведения работ, так как съемка объекта выполняется неконтактным (дистанционным) методом. Это имеет особое значение, когда объект недоступен или пребывание в его зоне опасно для здоровья человека;
— возможность изучения движущихся объектов и быстро протекающих процессов.
Наряду с отмеченными достоинствами рассматриваемые методы имеют и недостатки. К ним следует отнести зависимость фотографических съемок от метеоусловий и необходимость выполнения полевых геодезических работ с целью контроля всех технологических процессов. Поэтому только разумное их сочетание с другими методами получения информации может обеспечить решение поставленной задачи с минимальными затратами труда и средств.
Читайте также: