§ 1. Фотограмметрия, ее задачи и связи со смежными дисциплинами

Фотограмметрия — научная дисциплина, изучающая формы, раз­меры и положение объектов по их фотографическим изображе­ниям.

Наиболее широкое применение фотограмметрия получила в геодезии и топографии для картографирования поверхности Земли, а также в космических исследованиях для составления карт Луны, Венеры, Марса и других небесных тел.

Снимки, полученные с искусственных спутников Земли, исполь­зуются для составления прогнозов погоды, научного прогнозиро­вания полезных ископаемых, изучения океанов и морей, определе­ния характеристик снегового покрова, анализа сельскохозяйствен­ного производства и охраны природной среды.

В военно-инженерном деле по снимкам определяют коорди­наты ориентиров и целей, траекторию, скорость и другие пара­метры снаряда, ракеты и прочих летящих объектов, составляют цифровые модели местности.

В архитектуре фотограмметрия применяется для изучения и реставрации памятников старины. В строительстве методами фо­тограмметрии выполняют контрольные измерения в процессе воз­ведения зданий и изучают деформации различных сооружений и строительных материалов.

С помощью снимков можно определять интенсивность движе­ния городского транспорта, обстоятельства катастроф на дорогах и других несчастных случаев. По снимкам исследуют деятель­ность вулканов и решают многие другие измерительные задачи.

Снимки, полученные с помощью микроскопа, позволяют опре­делить размеры, форму и многие другие характеристики объектов микромира.

Широкому применению фотограмметрии в народном хозяйстве способствуют следующие ее достоинства:

высокая точность измерений, так как съемка объектов выпол­няется прецизионными фотокамерами, а снимки обрабатываются строгими методами с помощью точных приборов и электронных цифровых вычислительных машин;

большая производительность труда благодаря тому, что изме­ряются не сами объекты, а их изображения;

полная объективность и достоверность результатов измерений, так как изображения объектов получаются фотографическим спо­собом;

возможность получения в короткий срок информации о состоя­нии всего объекта и отдельных его частей, например, снимки поверхности земного шара можно получить с искусственного спут­ника Земли за несколько суток;

возможность изучения не только неподвижных, но и движу­щихся объектов, а также скоротечных или медленно прохо­дящих процессов, например вулканического извержения, дефор­мации колеса автомобиля в момент движения, эрозии почвы, осадки и деформации зданий и других сооружений и т. д.;

объекты изучаются бесконтактным (дистанционным) методом, что имеет особое значение в условиях, когда объект недоступен или когда пребывание в зоне объекта не безопасно для жизни человека.

В общем случае для определения формы, размеров и положе­ния объекта необходимо сфотографировать его с двух или не­скольких точек. Пусть участок земной поверхности (рис. 1) сфо­тографирован с двух точек S₁ и S₂, получена пара снимков P₁ и P₂; а₁ и а₂— изображения точки А объекта; Ь₁ и Ь₂— изображе­ния точки В.

Допустим, что объект после фотографирования удален или исчез. По снимкам можно получить модель объекта. Для этого достаточно придать снимкам то положение, которое они занимали относительно друг друга во время съемки, и восстановить по ним связки лучей, существовавшие в момент фотографирования. Тогда каждая пара соответственных лучей, например S₁ а₁ и S₂ а₂ или S₁ Ь₁ и S₂b₂, будет пересекаться, в результате чего образуется модель, подобная объекту. Изменяя расстояние S₁S₂ между вер­шинами связок, можно получить модель в заданном масштабе. Модель используют для измерения объекта. В частности, после ориентирования модели относительно планшета составляют карту путем проектирования отдельных точек, контуров и горизонталей модели на планшет. Точка а на планшете получена в результате ортогонального проектирования точки А модели и указывает по­ложение соответствующей точки объекта на карте.

Метод измерения объектов, основанный на использова­нии свойств пары снимков, называется стереофотограмметрическим.

В частном случае, когда объект плоский, задачи фотограммет­рии решаются по одиночным снимкам (рис. 2). Модель объекта получена по снимку Р в результате пересечения восстановленной связки лучей с плоскостью О. В этом случае масштаб модели за­висит от удаления плоскости О от вершины связки S.

Метод измерения объектов, основанный на свойствах одиноч­ного снимка, называется фотограмметрическим.

Фотограмметрия имеет тесные связи с другими дисципли­нами— точным приборостроением, авиацией, космонавтикой, фи­зикой, химией, электронной техникой, математикой, геодезией и картографией.

Точное приборостроение снабжает фотограмметрию высокока­чественными фотоаппаратами и приборами для измерения снимков.

С помощью фотоаппаратов, установленных на самолетах, мо­жно быстро фотографировать земную поверхность. Космические корабли открыли более широкие возможности для фотограммет­рического исследования Земли, Луны и других небесных тел.

Достижения физики и оптики способствуют совершенствова­нию фотограмметрических приборов и методов. Например, созда­ние сверхширокоугольных объективов позволило заменить фото­грамметрический метод съемки равнинной и холмистой местности стереофотограмметрическим, т. е. получать по снимкам не только контуры, но и высоты.

Для самолетовождения и управления космическими кораб­лями, для определения в полете элементов внешнего ориентиро­вания снимков и автоматизации процессов фотограмметрической обработки снимков используется электронная техника.

Математика применяется в теории фотограмметрии и для ре­шения многих практических задач. Например, для определения координат точек местности по снимкам используются строгие ма­тематические методы и современная вычислительная техника.

Геодезия обеспечивает фотограмметрию опорными точками, необходимыми для сгущения по снимкам опорной сети с целью составления топографических карт.

Методы картографии используются при составлении и обнов­лении топографических карт.