Интерполирование отметок пикетов и вычерчивание горизонталей

По высотам съёмочных пикетов производиться интерполяция горизонталей «на глаз» по направлениям, указанным на абрисах стрелками и провести горизонтали через 1м по высоте. Следует иметь в виду, что интерполяцию можно производить только между пикетами соединёнными стрелками.

Если между двумя пикетами проходит несколько горизонталей, то они должны находиться на одинаковом расстоянии друг от друга.

Нанесение ситуации в условных знаках

Местные предметы и характерные точки контуров наносят на план, руководствуясь абрисом. Подавляющее большинство предметов и контуров при тахеометрической съемке снимались полярным способом и поэтому, по мере нанесения реечных точек на план, соответствующие точки соединяются линиями, чем и образуют границы соответствующих угодий, которые обозначаются условными знаками. Отдельные предметы или контуры могут быть сняты и другими способами (например: прямоугольных координат, угловых засечек и т.п.). Для накладки точек, снятых на местности способом координат, пользуются линейками и треугольниками, при этом соответствующие отрезки откладывают циркулем-измерителем в масштабе плана.

Аэрофототопографическая съемка

АЭРОФОТОТОПОГРАФИЧЕСКАЯ СЪЕМКА (а. aerophototopography, aerial phototopography; н. Aerophototopographie, fototopographische Luftaufnahme; ф. aerophototopographie, aerocartographie; и. fotogrametria aerea) — метод создания топографических планов и карт и получения числовых характеристик местности (профили, цифровые модели и т.д.) с использованием аэроснимков.

Аэрофототопографическая съемка включает аэрофотосъемку, полевые топогеодезические работы и камеральные фотограмметрические работы. Полевые топогеодезические работы состоят в определении координат отдельных точек местности на аэроснимках (опознаки) и дешифрировании аэроснимков. Полученную редкую сеть геодезических опорных точек сгущают фотограмметрическими способами: аналитическим (с использованием стереокомпараторов и ЭВМ) или построением сетей на универсальных стереофотограмметрических приборах. При этом каждую стереопару аэрофотоснимков обеспечивают четырьмя (или более) опорными точками (сгущения). Контурная часть топографической карты (плана) составляется путём изготовления фотоплана либо на основе дешифрирования или съёмки контуров по модели местности. Съёмку рельефа выполняют преимущественно по модели, восстановленной на стереофотографическом приборе, в залесённых районах — методами наземной съёмки.

Построение модели местности по стереопаре проводится путём восстановления связок проектирующих лучей и их взаимного ориентирования; по опорным точкам выполняются ориентирование и приведение к масштабу обработки. Кроме топографической карты (плана), могут быть получены цифровые модели, профили и др.

Аэрофототопографическая съемка — основной метод картографирования территории в различных масштабах. В геологии и горном деле материалы аэрофототопографической съемки широко используются для создания топографической основы геологических карт, привязки точек горно-геологических объектов, определения запасов полезных ископаемых и т. д.

Космическая съемка

Основные типы съемки. Методов съемки поверхности Земли из космоса довольно много, и их число постепенно возрастает, поскольку новая техника позволяет реализовать не использовавшиеся ранее возможности. Однако количество принципиально возможных вариантов съемки все же ограниченно. Действительно, любая съемка – это регистрация яркости поверхности Земли в определенном диапазоне спектра электромагнитных волн, причем в диапазоне, для которого атмосфера достаточно прозрачна, а Земля либо имеет собственную яркость, либо способна отражать излучение Солнца или искусственного источника электромагнитных волн.

Гамма- и рентгеновские лучи не отражаются и слабо излучаются поверхностью Земли: ультрафиолетовый свет и большинство длин волн инфракрасного (ИК) излучения атмосфера Земли практически не пропускает; радиоволны, за исключением наиболее коротких, не создают направленного излучения. Вследствие всего этого возможны только следующие варианты съемки Земли из космоса:

1. Регистрация солнечного света, отраженного поверхностью Земли в видимой области спектра (длины волн 0,5 – 0,7 мкм) и в «окнах прозрачности» атмосферы так называемого ближнего ИК-диапазона (~0,7 – 3 мкм). Космические съемки в этих областях в дальнейшем будем называть съемками в оптическом диапазоне спектра.

2. Съемка собственного ИК-теплового и радиотеплового излучения Земли, главным образом ИК-тепловая съемка в зоне длин волн 9 – 12 мкм и радиотепловая съемка в микроволновом диапазоне радиоволн, включающем миллиметровые и сантиметровые волны.

3. Активные методы дистанционного зондирования, т. е. регистрация сигналов, отраженных от поверхности Земли и генерируемых искусственным источником направленного излучения, находящимся на борту космического аппарата (КА). Это или лазерная, или радиолокационная съемка.

Практически лазерная съемка, да и то с самолетов, а не с КА, только начинает развиваться. Что же касается радиолокационной съемки, то в классическом варианте она имеет серьезное ограничение: регистрация происходит в диапазоне, длины волн которого на несколько порядков больше, чем у видимого света, и поэтому пространственное разрешение радиолокационных снимков относительно очень низкое. Эту трудность удалось преодолеть созданием так называемых радиолокационных станций с синтезированной апертурой. Съемка с помощью этих станций предусматривает замену каждого импульса сигнала на множество импульсов, слегка отличающихся по частоте, причем отклики на них регистрируются отдельно в цифровом виде и совмещаются затем с помощью ЭВМ, формируя единое изображение. Основное преимущество съемки с помощью радиолокационных станций с синтезированной апертурой – возможность ее выполнения в любое время суток и независимо от наличия облачности.

Для целей мониторинга природной среды в настоящее время наибольший интерес представляют космические съемки в оптическом диапазоне, которым ниже уделено основное внимание. Однако в дальнейшем ведущая роль должна перейти, по всей видимости, к съемке с помощью радиолокационных станций с синтезированной апертурой.

Космическая фотосъемка. Основной вид космических съемок, выполняемых в Советском Союзе, – это фотографирование поверхности Земли с помощью специализированных народнохозяйственных спутников из серии «Космос». Это автоматические космические аппараты, выводимые на квазиполярную околокруговую орбиту со средней высотой около 250 км. Они оснащены несколькими фотокамерами с различным фокусным расстоянием и производят космическую фотосъемку в разных масштабах.

Крупномасштабные снимки имеют высокое фотографическое качество и выдерживают без ощутимой потери резкости увеличение до масштабов 1 : 100 000 – 1 : 25 000 при полосе обзора на поверхности Земли 100 – 30 км. Разрешение на местности достигает 5 м. Практикуется черно-белая съемка на панхроматические аэрофотопленки, спектрозональная съемка, позволяющая получить цветное изображение местности в искусственных цветах, и многозональная съемка – одновременное фотографирование с помощью нескольких различных камер с разными фотопленками и светофильтрами, обеспечивающими регистрацию в разных зонах фотографического диапазона спектра (т. е. диапазона длин волн 0,5 – 0,9 мкм).

Каждый из спутников «Космос», предназначенный для фотографирования Земли, функционирует примерно 2 недели, после чего отснятая пленка возвращается на Землю для фотохимической обработки и репродуцирования.

Фотосъемка производится с борта пилотируемых орбитальных станций, однако она во многом уступает космической фотосъемке с помощью КА «Космос». Прежде всего это связано с тем, что орбитальные станции из соображений радиационной безопасности выводятся на орбиты с наклонением 51 – 52° и съемка возможна только до этой широты, т. е. не осуществима для большей части территории СССР. Кроме того, орбитальные станции – многоцелевые и пилотируемые космические аппараты, вследствие чего условия их стабилизации и установки фотокамер, а также режимы съемки менее благоприятны, чем на специализированных фотосъемочных спутниках. Космическая фотосъемка с борта орбитальных станций ведется в масштабах порядка 1 : 3 000 000 и меньших.

В США космическая фотосъемка выполнялась различными фотокамерами с борта орбитальных станций «Скайлэб» и «Спейслэб», а также с многоразовых транспортных космических кораблей (МТКК) типа «Спейс Шаттл». При этом черно-белые фотоснимки, полученные крупноформатной камерой ЛФК, имеют пространственное разрешение порядка 7 м. После катастрофы МТКК «Челленджер» и нескольких аварий американских и французских ракет-носителей крупномасштабная фотосъемка проводится только в СССР. С середины 1987 г. Советский Союз начал экспорт крупномасштабных космических фотоснимков.

Несмотря на высокий уровень развития отечественной космической фотосъемки, она решает далеко не все задачи дистанционного зондирования, тем более аэрокосмического мониторинга геологической среды. Это объясняется следующими причинами:

1. Основная цель аэрокосмического мониторинга геологической среды – оперативная выработка оптимальной реакции на ее состояние и изменения. А от заказа космической фотосъемки до передачи снимков потребителю неизбежно проходит несколько месяцев.

2. В существующих вариантах космическая фотосъемка недостаточно оперативна не только для мониторинга, но и для целей дистанционного зондирования. Вследствие ограниченного числа запусков соответствующих спутников «Космос» и кратковременного действия каждого из них крупномасштабная съемка участков, которая обычно требуется в заданный сезон определенного года и в безоблачную погоду, как правило, в требуемые сроки не выполняется. Снимки некоторых участков не удается получить даже в течение нескольких лет.

3. Повторные космические фотосъемки определенных участков если и выполнимы, то в различных условиях освещения и в разные сезоны, вследствие чего сопоставление их результатов затруднительно.

4. Космическая фотосъемка возможна только в фотографическом диапазоне спектра (длины волны 0,5 – 0,9 мкм), а во многих случаях, в частности для решения ряда задач аэрокосмического мониторинга геологической среды, требуется регистрация и в более длинноволновой части оптического диапазона, а также в ИК-тепловой области.

Вследствие изложенного ведущие капиталистические страны ориентируются прежде всего не на космическую фотосъемку, а на космическую сканерную съемку, позволяющую преодолеть отмеченные недостатки.

Космическая сканерная съемка. Космическая сканерная съемка выполняется с помощью невозвращаемых спутников, каждый из которых действует в течение нескольких лет и передает зарегистрированную информацию на Землю по радиоканалам. Практика показала, что для успешного выполнения космической сканерной съемки требуется создание целой системы, называемой обычно системой изучения природных ресурсов Земли, или просто природоресурсной системой. В нее входят сами природоресурсные спутники, наземный командно-измерительный комплекс, каналы связи, центры приема и обработки информации, подсистемы сбора заказов, каталогизации и рассылки снимков пользователям, иногда геостационарные спутники, принимающие информацию от природоресурсных спутников и передающие ее на Землю. Природоресурсная система производит периодический глобальный обзор поверхности Земли, а использование ее данных носит международный характер.

Рассмотрим космическую сканерную съемку на примере съемки с помощью природоресурсной системы «Лэндсат», поскольку эта система действует уже 15 лет, полностью развита и переведена на коммерческую основу. Особенно подробно следует остановиться на орбитах спутников «Лэндсат» и режимах съемки, так как модификация именно этих характеристик позволяет удовлетворить требования аэрокосмического мониторинга геологической среды.

При каждом обороте спутника «Лэндсат» вокруг Земли его датчики снимают полосу местности шириной 185 км. Полосы съемки для обеспечения глобального обзора должны в определенном порядке примыкать друг к другу без разрывов и избыточных перекрытий. Это же относится и к строкам сканирования, которые должны прилегать друг к другу, образуя единое изображение в постоянном масштабе. Для реализации всего этого высота орбиты должна быть постоянной. Поэтому орбита спутников «Лэндсат» круговая, а не эллиптическая.

Космическая сканерная съемка выполнима при солнечном освещении, т. е. только днем. Однако местное время прохождения спутника над определенной точкой Земли меняется от оборота к обороту из-за прецессии узлов орбиты и вращения Земли вокруг Солнца. Так, если спутник, запущенный па орбиту с высотой 300 км и наклонением i = 50°, сегодня проходит над Ленинградом в 12 ч дня, то через 8 сут это произойдет уже в 9 ч, а примерно через месяц – в полночь. Ясно, что для природоресурсных спутников это недопустимо. Поэтому они выводятся только на такие орбиты, прецессия которых точно компенсирует изменение взаимного положения Земли и Солнца. Такие орбиты называются солнечно-синхронными и имеют наклонение около 98°. При этом наклонении трасса спутника (т. е. проекция его траектории на поверхность Земли) при переходе из Южного полушария в Северное идет к северо-северо-западу, а самая северная точка трассы имеет широту 82°. На каждом витке солнечно-синхронной орбиты спутник пересекает экватор в одно и то же дневное время t0.

Спутники «Лэндсат» снимают местность на нисходящих витках, т. е. на той части оборота вокруг Земли, когда они движутся с северо-северо-запада на юго-юго-восток (рис. 1, а). При этом для последних спутников «Лэндсат» t0 = 9 ч 45 мин, и они всегда снимают Шпицберген в 13 ч 30 мин местного времени, побережье Таймыра – в 12 ч. Ленинград или Магадан – в 10 ч 45 мин, экваториальный пояс – около 9 ч 45 мин, а побережье Антарктиды – около 8 ч. Тем самым глобальный обзор выполняется в утренние и дневные часы, оптимальные для съемки. Заметим, что на каждом витке местное время съемки непрерывно уменьшается вдоль трассы, хотя гринвичское (или московское) время при этом возрастает.

Масштабы мелкомасштабных карт

Мелкомасштабные, или обзорные, карты. На картах мелкого масштаба показывается вся поверхность земного шара или значительная ее часть. Трудно точно обозначить границу между мелко- и среднемасштабными картами, однако масштаб 1:10 000 000 определенно относится к обзорным картам. Большинство карт атласов имеет мелкий масштаб, причем тематически они могут быть очень разными. Почти все выше обозначенные группы объектов могут быть отражены и на мелкомасштабных картах при условии достаточной генерализации информации. Кроме того, в мелком масштабе составляются карты распространения различных языков, религий, сельскохозяйственных культур, климатические и т.д. В качестве наглядного примера специальных мелкомасштабных карт, хорошо знакомых миллионам людей, можно указать карты погоды.

Масштаб карты - степень уменьшения линии на карте относительно ее горизонтального проложения на местности.

Масштаб показывает степень уменьшения земной поверхности при ее изображении на

карте. Только на планах масштаб можно считать постоянным, т. к. на них общая кривизна

Земли практически не ощущается.

На мелкомасштабных географических картах изображаются большие территории, и их

кривизна обязательно будет сказываться. Поэтому масштаб на мелкомасштабных картах не

остается постоянным.

В результате различают главный и частные масштабы. При переходе от поверхности

земного эллипсоида к плоскости всегда будут происходить разрывы и перекрытия территории. Чтобы от них избавиться, делают равномерные растяжения и сжатия территории . Поэтому на любой мелкомасштабной карте масштаб длин, как правило, меняется с переменой места и с переменой направления.

Масштаб на карте в тех местах, где нет искажений длин (на рисунке - экватор), называется главным масштабом карты.

Главный масштаб длин - отношение, показывающее, во сколько раз уменьшены линейные размеры эллипсоида или шара при его изображении на карте.

Главный масштаб подписывают за рамками карты. Он сохраняется на картах в отдельных точках или линиях, где нет искажения территории. Эти точки и лини называют точками и линиями нулевых искажений.

Частный масштаб - это отношение, показывающее, во сколько раз уменьшены размеры объектов в данной точке на поверхности эллипсоида или шара, при их изображении на карте. Он не совпадает с главным масштабом и может быть больше или меньше его. Чем мельче масштаб и больше картографируемая территория, тем сильнее главный масштаб отличается от частного.

На топографических картах изображаются небольшие по площади территории, и масштаб во всех местах карты будет постоянным. На этих картах приняты три способа указания масштаба.

Численный масштаб - выражается дробью, в числителе которой дана единица, а в знаменателе число, показывающее степень уменьшения земной поверхности. В числителе и в знаменателе числа даются в сантиметрах, например: масштаб 1/25 000 в числителе 1 см - это длина линии на карте, а в знаменателе 25 000 сантиметров - длина этой же линии на местности.

Пояснительный (именованный) масштаб показывает соответствие единицы длины линии на карте определенному расстоянию на местности, например, для карты масштаба 1:25 000 дается надпись «В одном сантиметре 250 метров».

Графический масштаб используют для измерения по картам длин линий с помощью

измерителя или линейки. Графический масштаб может быть линейный или поперечный. Поперечный масштаб позволяет проводить измерения с более высокой точностью.

На многих картах, в том числе топографических, даются все три масштаба - численный,

пояснительный и графический. На картах мелкомасштабных, изображающих большие территории, обычно дается только численный масштаб.

33. Картографические искажения, их виды и способы определения. Линии и точки нулевых искажений, карты изокол.

Искажение (деформация) изображения, выражающееся в изменениях масштаба длин, присуще всем картографическим проекциям, - это их основное свойство. Но проекции различаются по характеру искажений (равноугольные, равновеликие, равнопромежуточные произвольные), по величине искажений и их распределению. Вообще говоря, проекции могут иметь отдельные точки, линии или даже систему линии, где сохраняется главный масштаб. В азимутальных проекциях - это точка касания плоскости, в конических - параллель касания конуса (или параллели сечения) и т. п. Такие точки и линии называются точками и линиями нулевых искажений. Искажения возрастают по мере удаления от точек или линий нулевых искажении. Другими словами, они возрастают с увеличением размеров картографируемой территории.

Для оценки достоинств проекции используют показатели искажения площадей р и углов ω, определяемые при вычислении проекции. Определение этих величин для ряда точек картографической сетки и последующее проведение по ним изокол - линий, соединяющих точки с одинаковыми значениями искажений площадей и углов, дает наглядную картину распределения искажений и позволяет учитывать искажения при пользовании картой.

В нормальных цилиндрических проекциях (рис. 2.13) изоколы располагаются параллельно экватору (или параллелям сечения); в нормальных конических проекциях - параллельно параллели касания (или параллелям сечения); в нормальных азимутальных проекциях изоколы параллельны концентрическим окружностям параллелей. Очевидно, нормальные цилиндрические проекции целесообразно применять для изображения экваториальной зоны и вообще территорий, вытянутых вдоль экватора; нормальные конические проекции - для территорий, лежащих в средних широтах и вытянутых с востока на запад (например, для СССР); нормальные азимутальные проекции - для полярных районов.

Также легко представить расположение изокол в поперечных и косых проекциях. Например, в поперечной цилиндрической проекции изоколы параллельны меридиану касания, и, следовательно, такие проекции выгодны для передачи территорий, вытянутых вдоль этого меридиана с севера на юг. В любой азимутальной проекции изоколы образуют окружности, концентрические относительно точки касания плоскости (рис. 2.14 и 2.15); поэтому азимутальные проекции удобны для территорий округлой формы (при центральном положении точки касания). В произвольных проекциях изоколы могут образовывать сложную систему кривых линий (см. рис. 2.8). В математической картографии доказывается, что при изображении конкретных территорий наименьшие искажения обеспечиваются проекциями, у которых изоколы по своей форме близки к общему контуру картографируемой территории.

Важно знать, что при наличии картографической сетки величина искажений может быть определена на любом участке карты, если в даже проекция не указана.

Для этого достаточно определить в соотвествующем месте карты масштабы по меридиану и параллели т и п, а также угол θ между меридианом и параллелью. Для нахождения величин т и п следует: а) измерить дуги меридиана и параллели возле соответствующей узловой точки картографической сетки; б) определить масштаб по меридиану и параллели посредством деления полученных величин на длины соответствующих дуг эллипсоида (заимствуемые из картографических таблиц). Найти величины т и п посредством деления масштабов по меридиану и параллели на главный масштаб. Угол θ между меридианом и параллелью измеряется транспортиром.

Для вычисления по величинам т, п и углу θ значений а, b, р, и угла θ математическая картография дает следующие несложные формулы:

Если главные направления совпадают с меридианами и параллелями, т. е. когда меридианы и параллели сетки взаимно перпендикулярны, то а=т, b=п (или а=п, b=т) и формулы приобретают вид