ФОТОГРАММЕТРИЯ

ФОТОГРАММЕТРИЯ (от
фото..., греч. gramma - запись, изображение и ...метрия), научно-техническая
дисциплина, занимающаяся определением размеров, формы и положения объектов
по их изображениям на фотоснимках. Последние получают как непосредственно
кадровыми, щелевыми и панорамными фотоаппаратами, так и при помощи радиолокационных,
телевизионных, инфракрасных-тепловых и лазерных систем (см. Аэрометоды).
Наибольшее применение, особенно в аэрофотосъёмке, имеют снимки,
получаемые кадровыми фотоаппаратами. В теории Ф. такие снимки считаются
центральной проекцией объекта. Уклонения от центральной проекции, вызванные
дисторсией объектива, деформацией фотоматериала и др. источниками
ошибок, учитываются по данным калибровки аэрофотоаппарата и снимков. В
Ф. используются одиночные снимки и стереоскопические их пары. Эти стереопары
позволяют получить стереомодель объекта. Раздел Ф., изучающий объекты по
стереопарам, называется стереофотограмметрией.

Положение снимка в момент
фотографирования определяют три элемента внутреннего ориентирования - фокусное
расстояние фотокамеры f, координаты хглавной точки о (рис. 1) и шесть элементов внешнего ориентирования
- координаты центра проекции S- XYпродольный и поперечный углы наклона снимка а и w и угол поворота
x. Между координатами точки объекта и её изображения на снимке существует
связь:

(1)

где X,Y,Z и XYМ и S в системе
OXYZ; X', Y', Z' - координаты точки т в системе SXYZ,
параллельной OXYZ, вычисляемые по плоским координатам х и
у:

- направляющие косинусы.

Формулы связи между координатами
точки М объекта (рис. 2) и координатами

её изображений mи m

Ви В- проекции базиса В на оси координат. Если элементы внешнего
ориентирования стереопары известны, то координаты точки объекта можно определить
по формуле (4) (метод прямой засечки). По одиночному снимку положение точки
объекта можно найти в частном случае, когда объект плоский, напр. равнинная
местность (Z = const). Координаты х к у точек снимков измеряются
на монокомпараторе или стереокомпараторе. Элементы внутреннего ориентирования
известны из результатов калибровки фотоаппарата, а элементы внешнего ориентирования
можно определить при фотографировании объекта или в процессе фототриангуляции.
Если элементы внешнего ориентирования снимков неизвестны, то координаты
точки объекта находят с использованием опорных точек (метод обратной засечки).
Опорная точка - опознанная на снимке контурная точка объекта, координаты
к-рой получены в результате геодезических измерений или из фототриангуляции.
Применяя обратную засечку, сначала определяют элементы взаимного ориентирования
снимков Pa'a'Sось X к-рой совпадает с базисом, а ось Z лежит в главной базисной
плоскости Sснимка PЗатем вычисляют координаты точек модели в той же системе. Наконец, используя
опорные точки, переходят от координат точек модели к координатам точек
объекта.

Элементы взаимного ориентирования
позволяют установить снимки в то положение относительно друг друга, к-рое
они занимали при фотографировании объекта. В этом случае каждая пара соответственных
лучей, напр. Sи образует точку (m) модели. Совокупность лучей, принадлежащих снимку,
называется связкой, а центр проекции - Sвершиной связки. Масштаб модели остаётся неизвестным, т. к. расстояние
SСоответственные точки стереопары mи mв одной плоскости, проходящей через базис S

Полагая, что приближённые
значения элементов взаимного ориентирования известны, можно представить
уравнение (6) в линейном виде:

жённым значениям неизвестных,
а,... ..., е - частные производные от функции (6) по переменным
a'l - значение функции (6), вычисленное
по приближённым значениям неизвестных. Для определения элементов взаимного
ориентирования измеряют координаты не менее пяти точек стереопары, а затем
составляют уравнения (7) и решают их способом последовательных приближений.
Координаты точек модели вычисляют по формулам (4), выбрав произвольно длину
базиса В и полагая

X= Z = D, B

При этом пространственные
координаты точек mа направляющие косинусы - по формулам (3): для снимка Pэлементам a'Р

По координатам X', Y', Z'
точки модели определяют координаты точки объекта:

где t - знаменатель
масштаба модели. Направляющие косинусы получают по формулам (3), подставляя
вместо углов а, со и и продольный угол наклона мо-

дели 1, поперечный угол наклона
модели n и угол поворота модели 6.

Для определения семи элементов
внешнего ориентирования модели - X, Zg , n, O, t - составляют уравнения (8) для
трёх или более опорных точек и решают их. Координаты опорных точек находят
геодезическими способами или методом фототриангуляции. Совокупность точек
объекта, координаты к-рых известны, образует цифровую модель объекта, служащую
для составления карты и решения различных инженерных задач, напр. для изыскания
оптимальной трассы дороги. Кроме аналитических методов обработки снимков,
применяются аналоговые, основанные на использовании фотограмметрических
приборов - фототрансформатора, стереографа, стереопроектора и др.

Щелевые и панорамные фотоснимки,
а также снимки, полученные с применением радиолокационных, телевизионных,
инфракрасных-тепловых и других съёмочных систем, существенно расширяют
возможности Ф., особенно при космических исследованиях. Но они не имеют
единого центра проекции, и элементы внешнего ориентирования их непрерывно
изменяются в процессе построения изображения, что осложняет использование
таких снимков для измерительных целей.

Основные достоинства фотограмметрических
методов работ: большая производительность, т. к. измеряются не объекты,
а их изображения; высокая точность благодаря применению точных аппаратов
и инструментов для получения и измерения снимков, а также строгих способов
обработки результатов измерений; возможность изучения как неподвижных,
так и движущихся объектов; полная объективность результатов измерений;
измерения выполняются дистанционным методом, что имеет особое значение
в условиях, когда объекты недоступны (летящий самолёт или снаряд) или когда
пребывание в зоне объекта небезопасно для человека (действующий вулкан,
ядерный взрыв). Ф. широко применяется для создания карт Земли, других планет
и Луны, измерения геологических элементов залегания пород и документации
горных выработок, изучения движения ледников и динамики таяния снежного
покрова, определения лесотаксационных характеристик, исследования эрозии
почв и наблюдения за изменениями растительного покрова, изучения морских
волнений и течений и выполнения подводных съёмок, изысканий, проектирования,
возведения и эксплуатации инженерных сооружений, наблюдения за состоянием
архитектурных ансамблей, зданий и памятников, определения в военном деле
координат огневых позиций и целей и др.

Лит.: Бобир Н. Я.,
Лобанов А. Н., Федорук Г. Д., Фотограмметрия, М., 1974; Дробышев Ф. В.,
Основы аэрофотосъемки и фотограмметрии, 3 изд., М., 1973; Коншин М. Д.,
Аэрофотограмметрия, М., 1967; Лобанов А. Н., Аэрофототопография, М., 1971;
его же, Фототопография, 3 изд., М., 1968; ДейнекоВ. Ф., Аэрофотогеодезия,
М., 1968; Соколова Н. А., Технология крупномасштабных аэротопографических
съемок, М., 1973; Русинов

М. М., Инженерная фотограмметрия,
М., А966; Rugеr W., Buchholtz A., Photogrammetrie, 3 Aufl., В., 1973; Manual
of photogrammetry, v. 1 - 2, Menasha, 1966; Bonneval H., Photogrammetrie
generale, t. 1 - 4, P., 1972; Piasесki М. В., Foto-grametria, 3 wyd., Warsz.,
1973.

А. Н. Лобанов.