Универсальные стереофотограмметрические приборы (УСП) — приборы, позволяющие определять по измерениям стереофотографий объектов их форму, размеры, положение в пространстве, причем весь комплекс работ может быть выполнен на одном устройстве.

В фототопографии служат для сгущения опорной сети и составления топографических карт по наземным или аэроснимкам . На приборе возможно выполнить все процессы преобразования снимков в карту или план: внутреннее ориентирование снимков, взаимное ориентирование снимков, внешнее ориентирование стереомодели, определение координат характерных точек местности, съёмка ситуации и рельефа. В конце XX века этот тип приборов полностью вытеснен цифровыми фотограмметрическими системами.

В советской классификации к данному типу приборов относят:

• оптические (связки проектирующих лучей и модель строятся при помощи проектирующих камер);

• механические (связки проектирующих лучей и модель создаются с помощью прецизионных рычагов и линеек);

• оптико-механические (связки проектирующих лучей строятся оптически, модель создаётся механически);

• аналитические (по измерениям на снимках рассчитываются координаты точек на местности при помощи ЭВМ, план строится на координатографе) .

Принцип действия аналоговых УСП

Фотографии, составляющие стереопару , закрепляются в снимкодержателях прибора и могут рассматриваться через его бинокулярную оптическую систему. Это позволяет совмещать одноимённые точки стереопары поворотом держателей или соответствующих призм оптических трактов. В результате наблюдатель видит стереопару как пространственную модель объекта, может выполнять её внешнее ориентирование и отрисовку ситуации и рельефа на координатографе .

Конструкция приборов разнообразна. В части механических приборов решение описанной выше задачи решается при помощи плоскостных механизмов ( Stereoautograph, стереоавтограф Дробышева, Stereotrigomat), другая их часть решает фотограмметрическую засечку при помощи пространственных механизмов ( Autograph, СПР, СД, стереопроектор Магницкого, Stereokartograph) .

Для исключения влияния вибраций и стабильности положения приборы изготавливались очень массивными. Так, масса стереопроектора СПР-3 составляла 800 кг, координатограф весил дополнительно 150 кг, масса Autograph A8 достигала 1700 кг .

Применение

Приборы применялись для картографирования территорий в различных масштабах. Первые модели применялись преимущественно для обработки стереопар наземных снимков, что позволяло создавать карты горных районов, вычерчивая их рельеф в горизонталях. Это давало способу преимущество перед мензульной съёмкой, поскольку в горных условиях перемещение реечника по пикетам зачастую невозможно, что можно сказать и о создании планово-высотного съёмочного обоснования .

До Второй мировой войны количество УСП было мало, стоимость и сложность их обслуживания были высокими, массовое производство было налажено только в Германии и Швейцарии . Вкупе с недостаточном развитием гражданской авиации и отсутствием квалифицированных кадров, это не давало возможности применять подобные работы для картографирования больших территорий по материалам аэрофотосъемки . В военное время нужды топографической службы простимулировали развитие данного направления, и к началу 1950-х годов производство УСП было налажено в США , СССР , Великобритании , Италии и Франции . Во многом этому помогли трофейные немецкие приборы и чертежи, вывезенные Союзниками .

Благодаря этому, в 1950-1980 годах УСП стали основой для картографирования территорий в масштабах от 1:10 000 до 1:100 000. Операторами приборов вычерчивались рельеф и ситуация будущих карт, после чего заготовки передавались на картографическое производство. Процессу создания карт посвящен ряд документальных роликов:

(англ.) (венг.) (англ.) (англ.)

В горных районах, где из-за перепадов высот стереофотограмметрическая обработка аэроснимков невозможна, в дополнение обрабатывали наземные снимки. В СССР такие работы впервые были проведены в 1943 году на Тянь-Шане в районе пика Победы , в 1945-1949 годах — на Памире . Обследование составленной карты Тянь-Шаня (8000 кв.км.) в масштабе 1:100 000 показало, что ошибка в плановом положении контуров не превысила 0,5 мм в масштабе карты (50 м на местности) и 1/3 высоты сечения рельефа . Наземные снимки также полезны и тем, что с помощью обработки их на УСП можно было выполнить сгущение планово-высотного обоснования для привязки аэроснимков. Благодаря этому отпадала необходимость проводить сгущение сети при помощи линейно-угловых измерений на местности.

История развития

Конструкции универсальных стереофотограмметрических приборов восходят к Stereoautograph (в СССР обозначался как "стереоавтограф") конструкции Эдуарда фон Орена, выпущенного в 1908 году. Он был разработан для обработки материалов наземной фотограмметрической съёмки в горных районах и вычерчивания планов такой местности. Он позволял оператору вручную отрисовывать горизонтали. Прототип на базе стереокомпаратора Пульфриха был выпущен на заводе Carl Zeiss под наименованием Orel-Zeiss Stereoautograph. Однако, по возможностям данный прибор ещё нельзя было отнести к универсальным.

Первым прибором, получившим применение в картографическом производстве, стал Autokartograph конструкции Райнхарда Хугерсхофа , выпускавшийся на фабрике Heide с 1919 года .

Carl Zeiss

Одним из пионеров в конструировании подобных приборов стал Carl Zeiss . Теоретический базис для создания прибора был разработан К. Пульфрихом в 1918 году. После ряда технических предложений в 1921 году был выпущен первый прибор — Stereoplanigraph C/1 (в советской литературе — стереопланиграф) . Модель постоянно дорабатывалась, одной из самых известных довоенных стала Stereoplanigraph C/6, выпущенная в 1937 году.

После окончания Второй Мировой войны, завод Carl Zeiss Oberkochen, оказавшийся на территории ФРГ , остался без чертежей прибора, которые хранились в головном предприятии в Йене . В связи с этим, компании пришлось прибегнуть к обратному инжинирингу и восстановить документацию по приобретенному Stereoplanigraph C/5. В результате, к 1951 году была готова модель С 7 Stereoplanigraph. Выпуск прибора был прекращен в 1974 году, всего за 50 лет было изготовлено порядка 300 приборов .

Удешевлённой и более компактной версией стереопланиграфа для создания карт масштабов от 1:25 000 до 1:100 000 являлся Stereotop , представленный Carl Zeiss Oberkochen в 1954 году. Прибор выпускался до 1976 года, было изготовлено около 840 приборов. В дальнейшем линейка компактных приборов была продолжена Planitop, который выпускался с 1973 года по конец 1980-х (около 100 экземпляров). Прибор отличался массой всего в 56 килограммов.

Carl Zeiss Jena, оказавшийся в ГДР , также вел разработку собственных приборов. Основной моделью был Stereometrograph (в советской литературе «стереометрограф»), выпуск которого начался в 1965 году. Прибор постоянно совершенствовался и выпускался до конца 1980-х годов, когда предприятия были вновь объединены. Этот УСП активно использовался в советской геодезии и картографии, во многих стандартах и требованиях указывается методика работы с данным прибором, наряду с советскими. Также существовала разработка под названием Stereotrigomat (в СССР — «стереотригомат» или «тригомат»), однако широкого распространения она не получила.

Облегченная версия прибора выпускалась под названием Topocart (в советских источниках — «топокарт») .

С появлением более совершенных приборов Carl Zeiss Oberkochen сконструировал полностью новую модель УСП - Planimat (в советских источниках — «планимат»), представленный в 1967 году. Основная конструктивная особенность заключалась в том, что снимки при взаимном ориентировании оставались неподвижными. Прибор позволял вести измерения координат снимков с точностью до 5 микрометров. В 1970 и 1980 годах были выпущены модификации D2 и D3 , соответственно. Модели имели возможность подключения к ЭВМ и записи отсчетов на магнитную ленту . До конца 1980-х годов было выпущено 200 приборов . Упрощенная и облегченная версия прибора выпускалась под названием Planicart в 1971-1990 годах. Такой прибор стоил на 60% дешевле и весил на 47% меньше при точности измерений по снимкам в 12 микрометров.

В конце 1980-х Carl Zeiss Oberkochen представил устройства для проекции отрисованных векторных данных на видеоизображение снимка в реальном времени. Технология была презентована в 1984 году под названием Videomap . Комплект подключался к Planicart и давал возможность оператору непосредственно оценивать качество отрисовки карт и планов.

Wild Heerbrugg

Предприятием выпускались приборы марки Autograph . Модель A1 была выпущена в 1923 году. Изначально прибор предполагался для работы только с наземными снимками. Версия для работы с аэроснимками A2 создана в 1926 году, было собрано около 25 приборов. После ряда модификаций и усовершенствований на рынок вышла модель A5, которая позволяла полноценно вести измерения по снимкам, она выпускалась с 1937 по 1952 год .

В 1950 году был презентован Autograph A8 , который стал самым популярным на мировом рынке. Так, к 1975 году была продана 1000 экземпляров , за что данный прибор в шутку называли "Фольксвагеном в мире фотограмметрии" . Прибор оснащался приспособлением для автоматической регистрации координат точек модели в журнале или на перфокартах. Для обработки широкоугольных и сверхширокоугольных снимков выпускалась модель A9.

С 1958 года выпускались приборы упрощённой конструкции Aviograph, особенно популярной была модель B8 .

СССР

В 1930 году геодезист Фёдор Дробышев начал первые работы по конструированию советских универсальных приборов. В 1933—1935 годах были изготовлены несколько экземпляров «стереоавтографа Дробышева».

В 1949 году была предпринята попытка выпускать копии Stereoplanigraph C/5 под наименованием «СПБ» (стереопланиграф большой), однако возникшие сложности в производстве и эксплуатации, а также конкуренция со стороны отечественных приборов не дала проекту развития .

Одной из самых известных разработок в данной области в СССР стал стереограф «СД» конструкции Ф.В. Дробышева ( ЦНИИГАиК ) . Первая модель была выпущена в 1956 году, на его основые выпускалась линейка приборов: «СД-1», «СД-2», «СД-3», «УСД», «ФСД». За разработки в этой области в 1970 году Ф. В. Дробышеву была присуждена Ленинская премия . В 1970-х годах прибор был модифицирован и выпускался под названием «Стереограф ЦНИИГАиК» (СЦ). Выпускались модели «СЦ-1», «СЦ-2» (на базе предприятия MOM , Венгрия ). Выпуск прекращён в 1992 году .

Также распространённой моделью в СССР стал и стереопроектор конструкции инженер-полковника Г. В. Романовского: «СПР», «СПР-2», «СПР-3», «СПР-3м». Первая модель была представлена в 1950 году. Использование данного прибора сыграло существенную роль в картировании территории страны в масштабах 1:25 000 и 1:10 000 . Подробное описание принципов его работы приведено в книгах А. Н. Лобанова.

Другие производители

Существовали различные разработки по всему миру: Kelsh (США, 1947), Stereotopograph D (S.O.M., Франция, 1950), Stereosimplex III (Galileo, Италия, 1952), Photostereograph (OMI, Италия, 1952), Thompson-Watts model 1 (Higler and Watts, Великобритания, 1954), PG 2 (Kern, Швейцария, 1960) .

К следующему поколению можно отнести: Thompson-Watts model 2 (Higler and Watts, Великобритания, 1963), Stereokartograph model V, Stereo-Simplex II (Galileo, Италия, 1963), Presa 224 (S.O.M., Франция, 1963).

Примечания

1. ↑ .
2. Павлов В.И. Фотограмметрия. Наземная стереофотограмметрическая съемка: Учеб. пособие.. — СПб. : Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет), 2006. — С. 49—50. — ISBN 5-94211-218-5 .
3. ↑ Рапасов П.Н. Составление карт масштаба 1:2000 — 1:25 000 методом комбинированной наземной и воздушной стереофотограмметрической съемки. — М. : Издательство геодезической литературы, 1958. — С. С. 3—8.
4. (неопр.) . bvkras.narod.ru . Дата обращения: 16 сентября 2023. 2 декабря 2020 года.
5. Hobbie D. The development of photogrammetric instruments and methods at Carl Zeiss in Oberkochen. — München: Deutsche Geodätische Kommission, 2010. — С. 10—11. — ISBN 978-3-7696-9673-8 .
6. ↑ Hobbie D. The development of photogrammetric instruments and methods at Carl Zeiss in Oberkochen. — München: Deutsche Geodätische Kommission, 2010. — С. 69—71. — ISBN 978-3-7696-9673-8 .
7. Bormann G. [ Photogrammetrischer Instrumentenbau in Heerbrugg von 1921 bis zur Gegenwart] ( нем. ) // Vermessung, Photogrammetrie, Kulturtechnik. — 1978. — Т. 10 . — С. 283—290 . 15 февраля 2023 года.
8. (рус.) . leica-geosystems.com . Дата обращения: 16 сентября 2023. 23 сентября 2023 года.
9. (неопр.) . bvkras.narod.ru . Дата обращения: 16 сентября 2023. 1 декабря 2020 года.
10. (рус.) . ВЕСТНИК: Отраслевой портал (17 марта 2021). Дата обращения: 16 сентября 2023. 24 сентября 2023 года.
11. Шулякова Т.В. , Кандыбо С.Н. Универсальные стереофотограмметрические приборы: лекция. — Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2009. — С. 8—10.
12. (рус.) (25 ноября 2014). Дата обращения: 16 сентября 2023. 27 ноября 2021 года.

Литература

• Лобанов А.Н. Аэрофототопография. — М. : «Недра», 1978. — С. 291—400.