СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧЕК ОБЪЕКТА Российский патент 1994 года по МПК G01C11/08 

Изобретение относится к фотограмметрии и может быть использовано для определения пространственных координат Х, Y, Z точек объекта по материалам фотограмметрической съемки.

Известен способ определения координат точек объекта, заключающийся в определении пространственных координат точек путем выполнения фотосъемки с последующим получением стереопары фотоснимков, построении по ним модели, пространственном ориентировании и масштабировании этой модели, определении по ней геометрических параметров объекта и их изменении во времени и в пространстве [1] . Недостатком этого способа является невысокая точность определения координат точек объекта и необходимость определения и учета влияния атмосферной рефракции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, позволяющий определять элементы ориентирования, фиксирующие положение связки лучей в момент фотографирования [2] . В качестве таких элементов приняты: координаты левой точки базиса (X_s, Y_s, Z_s), базисные составляющие (В_х, В_y, B_z) - линейные элементы внешнего ориентирования, определяющие положение и масштаб модели в пространстве объекта; азимут оптической оси камеры ( α_N), ее угол наклона (ω_N) и угол разворота (κ_N) для обоих снимков стереопары - угловые элементы внешнего ориентирования, определяющие ориентацию модели; фокусное расстояние камеры (f_N) и координаты главной точки снимка (х_о, z_o) - элементы внутреннего ориентирования. Определение угловых элементов внешнего ориентирования модели (пространственное ориентирование), линейных элементов внешнего ориентирования модели (масштабирование) и определение фокусного расстояния осуществляют в едином процессе уравнивания элементов ориентирования снимков, для которых исходными данными служат пространственные координаты n ≥7 (полагая х_о и z_o известными).

Недостатком известного способа является низкая точность определения элементов ориентирования, особенно при съемке удаленных объектов, и необходимость предварительного определения и учета влияния коэффициента атмосферной рефракции, что также снижает точность. Все эти недостатки незначительно влияют на фотограмметрические построения при картировании объектов, однако при решении других задач, например, при определении деформаций инженерных сооружений, эти недостатки не позволяют получить необходимую точность. Недостаточная точность определения элементов ориентирования объясняется тем, что эти элементы зависимы между собой, следовательно, совместное их определение приводит к взаимному искажению определяемых величин. Предварительное определение коэффициента рефракции атмосферы также приводит к снижению точности вследствие того, что численное значение этого коэффициента - величина, обусловленная состоянием атмосферы на данный момент времени, не совпадающий со временем производства фотосъемочных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения изменения положения точек объекта, включающем выбор опорных точек на объекте и определение их координат, проведение периодической фототеодолитной съемки объекта с базисных точек, получение после каждого цикла фототеодолитной съемки стереопары фотоснимков и построение модели объекта с последующим пространственным ориентированием, масштабированием построенной модели, обработкой полученных результатов с нахождением координат точек объекта и сравнением их с координатами соответствующих точек предыдущего цикла, согласно изобретению перед проведением каждого цикла фототеодолитной съемки выбирают на объекте не менее трех дополнительных опорных точек и определяют с помощью угломерного прибора корректурные направления на эти точки, значения которых используют при пространственном ориентировании модели, а масштабирование модели производят после ее пространственного ориентирования с использо- ванием не менее трех опорных точек.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Определяют пространственные координаты не менее трех опорных точек каким-либо известным способом, например методом полигонометрических ходов или угловыми засечками, после чего измеряют теодолитом с концом базиса фотографирования горизонтальные (λ_N) и вертикальные (β_N) корректурные направления на эти или другие точки. Процесс фотографирования выполняют по известной методике.

Значения угловых элементов внешнего ориентирования, являющиеся аргументами направляющих косинусов - а_iN, b_iN, c_iN (пространственное ориентирование модели) и фокусное расстояние находят в результате решения системы (1), используя исправленные за внецентренность передней узловой точки камеры специально полученные корректурные направления по способу наименьших квадратов
x_N= x_o+f_N, (1)
, где x_N, z_X - координаты точек снимков.

Значения линейных элементов внешнего ориентирования - масштабирование модели, азимут базиса (А_b) и коэффициент атмосферной рефракции (k_R) определяют на основании формул:
X = X_s + N(x_LcosA_b + Y_LsinA_b),
Y = Y_s + N(x_LsinA_b - Y_LcosA_b),
z= z_s+NZ_L+ +if-l (2)
N= . здесь
X_N = d_1NX_N + d_2Nf_N + d_3NZ_N,
Y_N = B_1NX_N + B_2Nf_N + B_3NZ_N,
Z_N = c_1NX_N + c_2Nf_N + c_3Nz_N, где X, Y, Z - пространственные координаты опорных точек;
X₃, Y₃, Z₃ - пространственные координаты левой точки базиса;
D - расстояние между опорной и левой базисной точками;
k_R - коэффициент атмосферной рефракции;
i_F - высота фототеодолита при фотографировании;
R - средний радиус Земли;
l - высота визирной цели на опорной точке.

Преимуществом изобретенного способа является: во-первых, повышение точности определения пространственных координат точек объекта за счет независимого определения элементов ориентирования модели (в известном способе этот процесс объединен, что приводит к неизбежному перераспределению ошибок элементов ориентирования). Во-вторых, снижаются трудозатраты, так как для решения поставленной задачи требуется минимум три опорные точки, в то время как в известном способе решение возможно при наличии не менее сети точек, если координаты главной точки снимка считать известными. И наконец отпадает необходимость предварительного определения коэффициента атмосферной рефракции.

Использование: в фотограмметрии, для определения пространственных координат точек объекта по материалам фототеодолитной съемки. Сущность измерения: способ включает выбор опорных точек на объекте и определение их координат, выбор на объекте не менее трех дополнительных опорных точек и определение с помощью угломерного прибора корректурных направлений на эти точки, проведение периодической фототеодолитной съемки объекта с базисных точек, получение после каждого цикла фототеодолитной съемки стереопары фотоснимков и построение модели объекта, пространственное ориентирование модели с использованием полученных значений корректурных направлений, масштабирование построенной модели с использованием не менее трех опорных точек, и обработку полученных результатов, при которой находят координаты точек объекта и сравнивают их с координатами соответствующих точек предыдущего цикла.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧЕК ОБЪЕКТА, включающий выбор опорных точек на объекте и определение их координат, проведение периодической фототеодолитной съемки объекта с базисных точек, получение после каждого цикла фототеодолитной съемки стереопары фотоснимков и построение модели объекта с последующим пространственным ориентированием, масштабированием построенной модели, обработкой полученных результатов с нахождением координат точек объекта и сравнением их с координатами соответствующих точек предыдущего цикла, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния ошибки, вызванной взаимными искажениями элементов ориентирования модели объекта, перед проведением каждого цикла фототеодолитной съемки выбирают на объекте не менее трех дополнительных опорных точек и определяют с помощью угломерного прибора корректурные направления на эти точки, значения которых используют при пространственном ориентировании модели, а масштабирование модели производят после ее пространственного ориентирования с использованием не менее трех опорных точек.