§ 107. Особенности проведения фотосъемок водных акваторий

Так как водная поверхность носит динамичный характер и в каж­дый последующий момент времени ее форма меняется, выпол­нять морскую аэрофотосъемку по методике, применяемой для съемок суши, нельзя. Если аэрофотосъемку водной поверхности выполнять одной фотокамерой с одного самолета, то изображе­ние на каждом последующем снимке будет отличаться от сфото­графированного на предыдущем, и чем больше интервал фото­графирования, тем больше это отличие. В результате получить стереоскопическую пару снимков не представляется возможным. Поэтому в зависимости от поставленной задачи фотографирова­ние водной поверхности необходимо выполнять одной или двумя фотокамерами с одного или двух самолетов.

При съемке с самолета одной фотокамерой получают одиноч­ные или перекрывающиеся снимки.

По одиночным снимкам характеристики волн и глубин опре­деляют следующими способами.

Промерив на снимке расстояние l между гребнями волн, вы­числяют длины волн по формуле

L = lm, где т — знаменатель масштаба снимка. Точность определения 8—12%. Зная длину волны при достаточно больших глубинах, можно вычислить ее скорость по формуле , где g = 9,81 м/с.

Длины волн по фотоснимкам можно определить также д и -фракционным способом, основанным на том, что взволно­ванная водная поверхность имеет периодический характер, и ее изображение на фотоснимке можно рассматривать как несовер­шенную дифракционную решетку. Измерения производят на спе­циальной дифракционной установке. Точность определения длины волны составляет 3—5 %.

На снимках в пределах зоны солнечного блика определяют угол наклона элементов поверхности волн, дающих блик.

Для определения по одиночным фотоснимкам глубин (до 10 м) в прибрежной полосе применяют фотометрический способ. В этом случае фотосъемку проводят так, чтобы на снимке изобразился участок суши. Масштаб фотографирования задают в пределах 1:3000—1:10 000 и используют фотокамеру с

f = 200 мм. Съемку производят в зеленой зоне спектра. При фо­тографировании вода должна быть прозрачной, а отражательная способность грунтов дна — одинаковой. Волнение не должно пре­вышать 1—2 балла. После шторма разрешается фотографировать только через 2—3 дня, когда восстановится прозрачность воды. Глубины рассчитывают по фотометрическим измерениям пере­мены плотности изображения, начиная от береговой линии. Измерения выполняют на регистрирующем микрофотометре. Спо­соб позволяет определять глубины с точностью до 10 %.

Маршрутная фотосъемка водной поверхности с заданным про­центом продольного перекрытия производится при условии, что на ней имеются неподвижные объекты (острова, искусственные сооружения, контуры дна, якорные буи). Измерив на соседних снимках смещение Л одной и той же волны относительно непо­движного объекта, вычисляют ее скорость V = mΔ/τ., где τ— ин­тервал фотографирования. Точность определения составляет при­мерно 20 %.

Для съемки водной поверхности с одного самолета двумя фо­токамерами их устанавливают в специальных гондолах, которые крепят под крыльями. В этом случае величина базиса фотогра­фирования будет сравнительно небольшой и определяется раз­махом крыльев самолета. Поэтому для повышения точности стереоскопических измерений производят крупномасштабное фо­тографирование с небольших высот широкоугольными фотокаме­рами (f = 70, 100 мм). Кроме того, эти фотокамеры, имеющие не­большие размеры, легче подвесить под крыльями. Фотокамеры должны быть однотипными с одинаковыми элементами внутрен­него ориентирования. Срабатывание затворов обеих фотокамер должно быть синхронизировано с точностью не больше 10 мкс. Фотокамеры можно устанавливать и вдоль фюзеляжа: в носовой и хвостовой частях, но в этом случае несинхронность срабаты­вания затворов будет изменять величину базиса фотографирова­ния. При подвеске под крыльями несинхронность будет вызы­вать, в основном, разворот базиса. В фюзеляже самолета над фотолюком устанавливают третий фотоаппарат, аналогичный под­вешенным под крыльями или с другим фокусным расстоянием, что определяется поставленной задачей.

Наличие двух фотокамер, затворы которых срабатывают в один момент времени, позволяет получить одиночные стерео­пары волнения водной поверхности или рельефа дна и, исполь­зуя стереоскопические измерения, составить цифровую и графи­ческую информацию о сфотографированном объекте. Для опре­деления характеристик волнения съемку производят в масштабах 1:1000—1:3000. Фотографирование рельефа дна выполняют в масштабах 1:5000—1:7000 в утренние или вечерние часы, когда высота Солнца составляет 10—15° и выше, но не более 50°, иначе изображение будет покрыто солнечным бликом. Волнение водной поверхности не должно превышать 1—2 баллов.

Однако фотографирование двумя фотокамерами с одного са­молета не позволяет охватить большие площади водной поверх­ности без потери точности измерений, что объясняется неболь­шим постоянным базисом фотографирования. В связи с этим применяют фотографирование с двух самолетов, которые летят параллельно друг другу или друг за другом на расстоянии, яв­ляющемся базисом фотографирования, величина которого вычис­ляется исходя из условий получения заданного числа процентов продольного перекрытия между снимками. С целью уменьшения площади стереопары, подсвеченной солнечным бликом, кроме со­блюдения условий, указанных выше, необходимо базис фотогра­фирования располагать так, чтобы он был перпендикулярен к на­правлению на Солнце, а его величина была больше 0,05 H — 0,1 H. Масштаб фотографирования выбирают 1:5000—1:7000, а фокус­ное расстояние фотокамеры f=100—200 мм. По результатам сте­реоскопических измерений полученных стереопар длины волн определяют с точностью 3—5%, их высоты — с ошибкой 20— 30 см, а глубины — в среднем с ошибкой 30—40 см.

Для определения направления и скорости течения также при­меняют разные способы аэрофотосъемки. Один из них состоит в том, что через заданный промежуток времени производят про­кладку двух аэросъемочных маршрутов между неподвижными объектами. Предварительно в полосе съемки разбрасывают с са­молета поплавки с таким расчетом, чтобы в пределах продоль­ного перекрытия соседних снимков изображалось 2—3 поплавка. В качестве неподвижных объектов используют контуры берего­вой полосы или дна, острова, якорные буи. Изображения непо­движных контуров и поплавков на оптическом редукторе или фототрансформаторе переносят со снимков на лист ватмана. Масштаб изображения с первого снимка устанавливают либо по контурам, которые предварительно нанесены на лист ватмана по координатам, измеренным на карте, либо по показаниям высото­мера. Последующее изображение приводят к масштабу предыду­щего по общим поплавкам. Нанеся оба маршрута, по смещениям идентичных поплавков вычисляют путь, пройденный поплавками за время, прошедшее между двумя съемками, а затем и их ско­рости. Кроме того, эти смещения указывают направления тече­ния. Данный способ позволяет определить скорость течения с точ­ностью в пределах 20 %.

Специфика аэрофотосъемки водной поверхности и морского дна накладывает ряд требований на конструкцию и технические характеристики самолета:

кабина штурмана-аэросъемщика должна обеспечивать широ­кий обзор водной поверхности и окружающего воздушного про­странства, что объясняется отсутствием или малым количеством четких ориентиров, а также необходимостью держать в поле зре­ния второй самолет при их совместной работе;

самолет должен обладать достаточной устойчивостью, так как над водной поверхностью в атмосфере имеют место восходящие и нисходящие потоки, а при съемке штормового волнения дуют сильные ветры;

самолет должен иметь широкий диапазон скоростей, так как из-за малоконтрастности водной поверхности, а в штормовую по­году и плохой ее освещенности при фотосъемке увеличивают вы­держку и во избежание смаза изображения уменьшают скорость;

самолет должен быть приспособлен к длительным полетам и иметь навигационную систему, надежно обеспечивающую определение его местоположения, что необходимо при фотографиро­вании участков водной поверхности морей и океанов, достаточно удаленных от берегов;

в полу фюзеляжа самолета должно быть не менее двух люков. Один используется для установки фотокамеры, а второй — для сброса буев, поплавков, красящих веществ, для хранения кото­рых рядом с этим люком должно быть оборудовано специаль­ное место.

Исходя из сказанного, можно отметить, что для аэрофото­съемки водной поверхности в районах, удаленных от берега, наи­более подходят большие тяжелые самолеты типа Ан-30 или гид­росамолеты. При фотографировании районов шельфа и прибреж­ной полосы можно использовать самолеты типа Ил-14. При хороших метеоусловиях фотосъемку прибрежных водных про­странств, а также озер и рек можно проводить с легких самоле­тов типа Ан-2.

В качестве съемочных фотокамер используют топографиче­ские аэрофотоаппараты. Особенность их применения в данном случае состоит в следующем.

Фотографирование волнения водной поверхности приходится проводить при малых высотах Солнца или сплошной облачности, т. е. при пониженной освещенности. К этому нужно добавить слабую контрастность водной поверхности и контуров дна. Сле­довательно, чтобы получить качественные снимки, фотокамера должна иметь светосильный объектив, так как увеличение вы­держки приводит к смазу изображения.

С целью снижения влияния атмосферной дымки используют желтый светофильтр ЖС-12. Более плотные светофильтры (оран­жевые, красные) при съемке дна не применяют, так как вода не пропускает лучи данной зоны спектра.

Для ослабления солнечного блика применяют поляроидный светофильтр, который почти полностью гасит его при высотах Солнца меньше 25°. Ориентирование светофильтра следует вы­полнять с ошибкой не более 5°. Однако поляроидный светофильтр требует увеличения выдержки в 2—3 раза.

С целью исключения подсветов в фокальной плоскости фото­камеры применяют бленду, которая препятствует попаданию в объектив боковых лучей, не участвующих в построении изобра­жения.

При фотолабораторной обработке снимков водной поверхно­сти и рельефа дна применяют выравнивающие проявители и элек­тронные копировальные приборы, что позволяет получить снимки с выравненной плотностью и хорошей проработкой контуров.

Специфика подводной фотосъемки состоит в том, что фото­камера устанавливается перед иллюминатором подводного ап­парата, управляемого человеком либо непосредственно, либо ди­станционно. При большом удалении фотографируемых объектов, когда отстояния больше 100 f, плоскопараллельный иллюминатор не вызывает смещения точек на снимке, и формулы связи координат точек дна и снимка выводят с учетом двухсредности: вода — воздух. Если отстояния соизмеримы с фокусным расстоя­нием фотокамеры, то проектирующие лучи не будут параллельны, и иллюминатор будет оказывать влияние на геометрию построе­ния изображения. Формулы связи координат в этом случае дол­жны учитывать трехсредность: вода — стекло — воздух.

Помимо фотосъемки с самолета волнение водной поверхности фотографируют с берега и борта судна. Фотосъемку двумя фо­токамерами с борта судна можно сравнить со съемкой двумя фо­токамерами с самолета. Недостатком фотосъемки как с борта судна, так и с берега является то, что фотографируется только передний склон волны и ее вершина. Обратный склон не виден. Чтобы частично ослабить этот недостаток, фотокамеры устанав­ливают по возможности на максимальную высоту. Так как фото­съемка проводится с небольших по сравнению с аэрофотосъемкой отстояний, полученные фотоснимки представляют крупномас­штабные изображения волн, по которым можно получить с вы­сокой точностью полную количественную характеристику всех их элементов. Кроме волнения водной поверхности с борта судна проводят съемку обрывистых берегов для определения взаимо­действия суши и воды.