Схема дистанционного зондирования

Дипломдық жобаның тақырыбының мақсаты дректерінің өндірісінің
қазіргі цифрылық
Диплом жобасының мақсаты қазіргі заманғы сандық әуеден суретке
түсірудің техникалық құралдары мен түсірудің экономикалық тиімділігінің
қолданбалы сандық әуеден суретке түсіру камералары мен әуе кемелерінің
техникалық сипаттамаларына тәуелділігін зерттеу және талдау болып
табылады.
Жұмыста Leica Geosystems фирмасының ADS80 сандық әуеден суретке
түсіру жүйелерін, сондай-ақ Ан-30 ұшақ ұшу-техникалық сипаттамаларын
зерттеу мен талдау нәтижелері келтіріледі. Мынадай әуеден суретке түсіру
құралдарының техникалық сипаттамалары зерттеледі: интеграл GPS/IMU
жүйелері, әуеден суретке түсіру мақсатындағы ұшуларды жоспарлау
жүйелері, гиротұрақтандыру құрылғылары.
Жоғарыда аталған сандық фотокамералар мен әуе кемелерін қолданып,
аумақты нысанды (Алматы каласы ) мен сандық әуеден суретке түсірудің
техникалық жобаларын есептеудің торт нұсқасы жасалды.
Суретке түсіру өнімділігінің қолданбалы әуеден суретке түсіру
жүйелерінің техникалық сипаттамаларынан, атап айтқанда, кеңістіктік шешім
элементінің өлшеміне, камера мен кадр пішімінің фокустық ара-қашықтығына
тәуелділігіне талдау жүргізілді. Түсірудің экономикалық тиімділігінің әуе
кемесінің жылдамдығына тәуелділігі зерттеліп, экономикалық тиімділіктің
әуеден суретке түсіру құралдарының техникалық сипаттамаларына
байланыстылығына кешенді талдау жасалды.
Экономикалық тиімділікті есептеу негізінде қорытынды жасалып, ірі
ауқымды нысандарды түсіру жөнінде ұсынымдар берілді.
ANNOTATION
1
Subject of the degree project is studying of modern digital production
technologies of geospatial data by calculation of the engineering design of aerial
photography of Atyrau for updating of cards of scale 1 is more whole: 10 000.
Results of the review of theoretical bases of remote sensing of Earth (DZZ)
are given in work.
The analysis of modern technologies production of digital aerial photography,
technical means of aerial photography is provided: digital aero photofilm-making
UltraCam systems of Microsoft VexcelImaging GmbH firm (USA), KingAir
aircrafts, An-2, gyroplatforms, inertsionalny systems, system of planning of flights.
The general principles of calculation of the engineering design are given, calculation
of the engineering design of digital aerial photography of Atyrau with application of
a digital camera of UltraCam and the KingAir aircraft is made.
Results of calculation of a tariff of flight time are reflected, the cost of aero
photofilm-making works on object the city of Atyrau is calculated.
The analysis of dangerous harmful factors at cameral processing of materials
of aerial photography is provided in the section of labor protection and safety
measures.
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1.Теоретические основы дистанционного зондирования
1.1 Физические основы ДЗЗ
2. Анализ технологий производства аэрофотосъёмки
2.1 Технические средства аэрофотосъёмки
2.1.1 Воздушные суда
2.1.2 Цифровые аэрофотоаппараты
2.1.3 Гироплатформы
2.1.4 Система планирования полетов
2.1.5 Инерциальные системы GPS/IMU
3 Расчет технического проекта аэрофотосъёмки
3.1 Общие положения по составлению технических проектов на
аэрофотосъёмочные работы
3.2 Технический проект цифровой аэрофотосъёмки города Атырау
4 Охрана труда и безопасность жизнедеятельности
4.1 Анализ опасных и вредных факторов
4.2 Требования безопасности в процессе выполнения полетного задания
4.3 Правила пользования и техники безопасности при камеральной обработке
4.4 Требования безопасности перед началом работы.
4.5 Требования безопасности в аварийных ситуациях
4.6 Загрязнение атмосферы выбросами самолетов
5. Экономика
5.1 Общие принципы расчета тарифа за лётный час
5.2 Расчёт стоимости аэрофотосъёмочных работ
Заключение
Список использованной литературы
Приложение
3
ВВЕДЕНИЕ
Нарастающие проблемы окружающей среды - основной фактор роста
потребности современного человеческого общества в геопространственных
данных. Исследования и мониторинг окружающей среды ведутся в двух
направлениях – экологическом и природоресурсном. В этой связи трудно
переоценить важность внедрения инновационных цифровых технологий
сбора, обработки и представления информации. Без надлежащего обеспечения
геопространственными данными уже немыслима работа многих секторов
экономики, связанных с природными ресурсами [1].
Цель данного дипломного проекта заключаются в последовательном
изучении и освоении технологии расчёта технического проекта цифровой
аэрофотосъёмки объектов для топографических целей – создания и
обновления топографических карт и планов.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1.
Обзор литературных источников по теории дистанционного
зондирования Земли;
2.
Анализ технологий производства аэрофотосъёмки;
3.
Расчет технического проекта аэрофотосъёмки;
4.
Анализ опасных и вредных факторов при производстве
камеральных работ;
5.
Расчёт тарифа за лётный час.
4
1.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
ОСНОВЫ
ДИСТАНЦИОННОГО
1.1 Физические основы ДЗЗ
Дистанционное зондирование можно представить как процесс,
посредством которого собирается информации об объекте, территории или
явлении без непосредственного контакта с ним. Методы дистанционного
зондирования основаны на регистрации в аналоговой или цифровой форме
отраженного или собственного электромагнитного излучения участков
поверхности в широком
спектральном диапазоне. Космическое
дистанционное зондирование, интенсивно развивающиеся в последнее
десятилетие, предоставило наукам о земле новые возможности для
исследования земной поверхности.
Данные дистанционного зондирования (ДДЗ) сразу поступают в
цифровом виде, что позволяет непосредственно использовать для их
обработки современные компьютерные технологии. Цифровое изображение
представляет из себя матрицу чисел. Каждый элемент этой матрицы,
называемый пикселем, отвечает какой-либо характеристике ( отражательной
способности, температуре и т.д) участка местности в определенной зоне
электромагнитного спектра. Следует отметить, что размер этого участка
зависит от разрешения снимка.
Полученные данные обрабатываются, производятся следующие
операции:
–Восстановление или коррекция.
–Предварительная обработка.
–Классификация.
–Преобразование изображений.
–Специализированная тематическая обработка.
Физическая основа дистанционного зондирования - функциональная
зависимость между зарегистрированными параметрами собственного или
отраженного излучения объекта и его биогеофизическими характеристиками
и пространственным положением.
Методы ДЗ основаны на использовании сенсоров, которые размещаются
на космических аппаратах и регистрируют электромагнитное излучение в
форматах, существенно более приспособленных для цифровой обработки, и в
существенно более широком диапазоне электромагнитного спектра. В ДЗ
используют инфракрасный диапазон отраженного излучения, тепловой
инфракрасный и радиодиапазон электромагнитного спектра.
Процесс сбора данных дистанционного зондирования и их
использование в географических информационных системах (ГИС) показан
на рисунке 1.
5
Рисунок 1. Процесс сбора данных дистанционного зондирования и
их использование в ГИС
Сцена - это то, что находится перед датчиком; построение геологической
модели сцены является в самом общем виде той целью, ради которой создается
система. Наиболее часто используются излученные или отраженные
электромагнитные волны, в последнем случае необходим источник
освещения, пассивный или активный (лазеры, радиолокаторы и др.).
Структурная схема системы дистанционного зондирования показана на
рисунке 2.
Физические поля измеряются датчиками, входящими в состав высотного
комплекса, который кроме измерений служит для первичной обработки и
передачи данных на Землю. Данные, закодированные в электромагнитном
сигнале или записанные на твердотельные носители (фотопленки, магнитные
ленты и пр.), доставляются в наземный комплекс, в котором происходит их
прием, обработка, регистрация и хранение. После обработки данные обычно
переписываются в кадровую форму и выдаются в качестве материалов
дистанционного зондирования, которые называются космическими снимками.
Схема дистанционного зондирования показана на рисунке 3.
6
Рисунок 2 – Структурная схема системы дистанционного
зондирования
Рисунок 3 – Схема дистанционного зондирования
Аэрокосмическую съемку ведут в окнах прозрачности атмосферы
(рисунок 4), используя излучение в разных спектральных диапазонах –
световом (видимом, ближнем и среднем инфракрасном), тепловом
инфракрасном и радиодиапазоне.
7
Рисунок 4 – Окна прозрачности атмосферы
Аэрокосмические съемки в видимом и ближнем ИК-диапазонах (0,4-0,9
мкм) проводят обычно тремя методами: фотографическим, телевизионным и
сканерным. Методы оптико-механического сканирования в настоящее время
являются главными методами дистанционного зондирования, и их значение
постоянно возрастает в связи с необходимостью получения информации в
тепловом диапазоне (0,9-14 мкм). Оптико-механический сканер – радиометр,
который измеряет амплитуду электромагнитного излучения, восходящего от
малых и больших элементов ландшафта на поверхности Земли или другой
планеты, и формирует кодированную по величине и развернутую по строкам
запись отснятого сюжета [2].
2.1.3 Система планирования полетов
Система планирования полетов состоит из аппаратной и программной
части. Аппаратная часть находится на борту самолета и подключена к
его навигационной системе. Кроме того, в состав аппаратной части входит
GPS-приёмник.
Программное обеспечение WinMP (Windows Mission Planning)
устанавливается на компьютер и служит для планирования и
протоколирования аэрофотосъемки и других авиационных видов работ.
WinMP - обеспечивает быструю и эффективную подготовку плана
аэросъемочных работ. Планирование может производиться поверх цифровых
растровых или векторных карт и может выводится на печать. Во время
предварительного планирования разрабатываются маршруты залетов,
задаются режимы съемки и др. необходимые требования. Все проекты
переносятся на компактную флэшкарту памяти для использования её на
борту самолета KingAir. Данные считываются на программно аппаратном
комплексе Aerocontrol CCNS. Параметры сохраняются в базе данных
8
Aerocontrol. Перед созданием нового полетного плана в конфигурациях
устанавливаются все необходимые параметры такие как: единицы
измерения, допустимые пределы по скорости и позиции самолета, величина
процентного перекрытия вдоль и между маршрутами, масштаб съемки и его
приоритетность, пути к необходимым файлам для корректной работы с
проектом, информация о компании заказчика, тип фотокамеры с указанием
оптических характеристик.
При проведении съемки пилот выдерживает запланированный
маршрут, а аэрофотосъемка производится с помощью заложенного в
аппаратную часть плана проведения работ. При этом момент включения
фотоаппарата, величина перекрытия снимков и другие параметры съемки
выдерживаются автоматически.
2.1.4 Гироплатформы
Гиростабилизирующие установки предназначаются для уменьшения
углов наклона снимков. Для стабилизации положения аэрофотоаппарата
используют свойство трехстепенного гироскопа (электрического двигателя в
кардановом подвесе с тремя степенями свободы вращения ротора
относительно пространственных осей координат) сохранять в пространстве
положение оси ротора. Для обеспечения неизменного положения оси ротора
относительно истинной вертикали, которая изменяет свое положение в
пространстве вследствие вращения Земли, гироскоп снабжается корректором,
которым является тот или иной тип маятника. Корректор реагирует на
изменение положения истинной вертикали и воздействует на гироскоп таким
образом, что положение оси его ротора сохраняется неизменным по
отношению к истинной вертикали.
До начала съемки в горизонтальном полете блок стабилизации
нивелируют по круглому уровню на станине. Затем гиростабилизирующая
установка включается в той же последовательности, что и при стендовых
испытаниях. После прихода установки в рабочий режим (о чем сигнализирует
переключение ламп на пульте управления) включается малая скорость
коррекции, и аэрофотоаппарат с внутренней частью установки
разворачивается на угол сноса. При проходе входного ориентира включается
командный прибор, и при съемке маршрута контролируется работа
автобалансира (по мигалке) и положение пузырька круглого уровня на блоке
гиромоторов. По окончании маршрута выключается командный прибор,
включается электрический арретир и большая скорость коррекции. После
захода на очередной маршрут, когда самолет будет находиться в
прямолинейном полете, гироустановка переводится в режим коррекции. При
достижении рабочего режима включается малая скорость коррекции. После
этого начинается съемка очередного маршрута. По окончании съемки
закрываются створки фотолюка. Карданные кольца блока стабилизации
9
гироустановки скрепляются механическими арретирами, в кассетах
аэрофотоаппарата и фоторегистратора радиовысотомера делаются холостые
перемотки пленки. Работа регистрационной камеры статоскопа продолжается
около 2 мин, затем впечатывается табличка. После этого все приборы
комплекта выключаются. Рукоятку установки выдержки аэрофотоаппарата
переводят в положение, соответствующее наиболее длинной выдержке. После
выполнения съемки все кассеты разряжают, на упаковке снятых пленок
делают
необходимые
надписи
и
пленки
отправляют
в
фотолабораторию.Гироплатформа GSM-3000 показана на рисунке 10.
Рисунок 13 - Гироплатформа GSM-3000
Таблица 3 – Характеристика гиростабилизирующей платформы GSM3000
Диапазон стабилизирования
(произвольное направление), °
Вдоль полета, при крене 0°, °
Поперек полета, при тангаже 0°, °
Вокруг отвесной линии (Угол сноса),
°
Вес, кг
Длина, мм
Ширина, мм
Высота, мм
10
±5
± 8.4
± 6.2
± 25
35
614
617
183