Съемка с высоты птичьего полета

Еще в прошлом столетии во время путешествий Н. М. Пржевальского и Д. Ливингстона воздушная фотосъемка стала проникать в топографию. Пионером воздушного фотографирования был близкий друг писателя-фантаста Жюля Верна воздухоплаватель Феликс Турнашон, известный под именем Надара. В 1858 г. он поднялся на аэростате над Парижем и произвел съемку города с высоты птичьего полета. Это была сенсация.

Прошло менее века, и фотографирование с воздуха, называемое аэрофотосъемкой, заняло ведущее место при создании карт. В ясные дни в небе появляется самолет. Он летит по участку с запада на восток, фотографируя местность через равные промежутки времени. Пролетев маршрут, самолет разворачивается и летит обратным курсом по новому маршруту, перекрывая на треть уже пройденный соседний маршрут.

Широкому распространению аэрофотосъемки способствовало исключительно быстрое получение изображений огромных пространств земной поверхности для составления топографических карт. Во время съемки фотопленка запечатлевает все детали земной поверхности с точностью, не доступной самому зоркому наблюдателю.

Преимущество аэрофотоснимков заключается в том, что они совершенно свободны от субъективного восприятия наблюдателя. На каждом аэрофотоснимке изображается довольно большой участок местности, что позволяет подробно и точно определить взаимное положение местных предметов и элементов рельефа.

На аэрофотоснимке можно безошибочно опознать (дешифрировать) населенные пункты, выделить массивы леса, проследить реки, дороги. Специалисты достаточно точно отличают обычный лес от редкого или низкорослого, луг от пашни и т. д. Вместе с тем процесс дешифрирования аэрофотоснимков не является угадыванием того, какие объекты на них изображены. Оказывается, если внимательно рассматривать аэрофотоснимки, то можно обнаружить определенные закономерности, называемые дешифровочными признаками. Такие признаки, которые на всех аэрофотоснимках соответствуют одним и тем же объектам местности, принято называть прямыми. К ним чаще всего относят размер, форму и тон изображения. Кроме прямых имеются косвенные признаки топографического дешифрирования, которые позволяют довольно точно определять объект в совокупности с другими. Примером может служить брод, который легко опознается по дорогам, подходящим к нему с обоих берегов реки.

Материалы воздушного фотографирования используются не только в картографии, но и во многих других областях народного хозяйства. В этих целях наряду с аэрофотоснимками нашли широкое применение космические снимки, с которыми вы познакомитесь в следующем разделе.

Рис. 51. Схема воздушного фотографирования

Одной из основных характеристик аэрофотоснимка является его масштаб. Отчего же он зависит? Во-первых, от высоты фотографирования. С малых высот получают крупномасштабные аэрофотоснимки, а чем больше высота съемки, тем масштаб снимка мельче. Тем не менее, с таким ответом согласиться нельзя. Взгляните на рис. 51, где показана схема воздушного фотографирования. Лучи от точек местности А и В проходят через центр объектива О и попадают на пленку соответственно в точках а и b. Из подобия треугольников АВО и аbО можно вывести следующую зависимость:

ab/AB=f/H.

Отношение ab/AB и есть масштаб фотографирования. Он обычно выражается в виде дроби, числителем которой будет единица, а знаменателем - число, показывающее, во сколько раз размеры на карте или аэроснимке меньше соответствующих размеров на местности. А что же представляют собой обозначения f и H? Буквой f обозначено расстояние от объектива до пленки. Кто знаком с фотографированием, тот знает, что его называют фокусным расстоянием фотоаппарата. Что касается второй величины, обозначенной буквой Н, то это и есть высота съемки. Значит, масштаб аэроснимка зависит не только от высоты фотографирования, но и от фокусного расстояния фотоаппарата. Чтобы убедиться в этом, решим задачу. Съемка выполнена в первом случае с самолета, пролетавшего на высоте 12 км, фотоаппаратом с фокусным расстоянием 0,2 м, а во втором случае - со спутника, удаленного от Земли на 150 км, фотоаппаратом с фокусным расстоянием 3 м. В каком случае масштаб аэрофотоснимка будет более крупным? Подставив исходные данные в формулу, в первом случае получим

1 /m=0,2/12000 = 1/60000, а во втором

1/m=3/150000= 1/50000.

Как видите, масштаб аэроснимка во втором случае получился крупнее, несмотря на то, что высота фотографирования была значительно большей.

На первый взгляд кажется, что по аэрофотоснимкам можно легко создать карту. Однако это процесс сложный, состоящий из множества операций. Прежде всего, аэрофотоснимки нужно привязать к опорным пунктам, координаты которых определены геодезическими измерениями с высокой точностью. Сеть опорных пунктов - это геометрическое обоснование карты, своего рода ее каркас. Любая точка, изображенная на аэрофотоснимке, занимает строго определенное положение относительно опорных пунктов. Во-вторых, аэрофотоснимки по своим измерительным свойствам отличаются от карты, так как на них местность изображается в центральной проекции, а не в ортогональной, как на топографической карте.

В центральной проекции изображение на плоскости получается путем проектирования земной поверхности из одной точки - центра проекции. В этом случае полное подобие изображения с местностью может быть только при условии, что плоскость, на которой получается изображение, строго параллельна фотографируемой поверхности. В действительности это случается весьма редко.

Из-за колебаний самолета в полете оптическая ось аэрофотоаппарата отклоняется от вертикального положения, и поэтому фотографирование производится под некоторым углом. Кроме того, фотографируемая местность не является ровной горизонтальной плоскостью, а имеет рельеф. Вследствие указанных причин изображения контуров местности на аэроснимке получаются искаженными, т. е. смещенными от того положения, которое они должны занимать на карте. Поэтому, прежде чем превратиться в карту, аэроснимки проходят обработку на различных приборах.