Мобильная мира с вычисляемым центром

Полезная модель относится к области фотограмметрия, и в частности к устройствам для определения разрешающей способности и элементов ориентирования съемочной системы непосредственно при проведении фотосъемки земной поверхности, и может быть использована для создания тестовых снимков земной поверхности для оценки разрешающей способности и элементов ориентирования аппаратуры дистанционного зондирования.
Известна наземная маркирующая полоса с высокой видимостью, используемая при фотограмметрическом отображении земли, которая включает в себя основной корпус из относительно тонкого легкого гофрированного картона, длина которого значительно больше ширины. В центре (по длине и по ширине) полосы сформировано отверстие, и полоса складывается в гармошку для компактного хранения и последующей установки. Более специфические реализации устройств включают в себя продольные и поперечные перфорации, позволяющие расщеплять полосу на меньшие части, когда для каких-либо определенных приложений не требуется полная длина и полная ширина. При установке полосы ее концы вытягиваются вовне от центральной точки маркера и крепятся к земле, так что чередующимся образом согнутые секции расходятся под заранее определенными углами к плоскости земли. Это усиливает видимость полосы с воздуха под разными углами и при разных условиях освещения. Две такие полосы могут крестообразно накладываться одна на другую, образуя стандартный геодезический крест, используемый в качестве нестационарного опорного пункта. При этом обе такие полосы могут переноситься в обычной сумке. Крестообразная форма позволяет пользователю подходить к центру опорного пункта и точно измерять координаты центра с помощью GPS-приемника. (Патент US 6,415,734)
Недостатком такого решения является относительно малая полезная площадь поверхности опорного пункта, а также низкая устойчивость исходного положения миры при различных погодных условиях и шероховатости (неровности) подстилающей поверхности, на которой располагается мира.
Известна мишень для фотограмметрической системы аналитических измерений, включающая в себя:
- первую планку и вторую планку, соединенные в смежных концевых частях;
- выделенные детали, расположенные на первой и второй планках таким образом, чтобы определять единственную плоскость, изображения которых могут распознаваться на снимке, полученном фотокамерой;
- корпус, в котором находятся датчики для определения данных, используемых для вычисления пространственного положения указанной фотокамеры, расположенный на первой планке или второй планке вблизи указанных смежных концевых частей;
- петлевую антенну, которая передает данные, обнаруженные указанными датчиками, на внешнее устройство;
В выступающей части, данной мишени находится петлевая антенна, которая помещается на указанный корпус на стороне, в которой помещены выделенные детали, причем между первым расстоянием К1 и вторым расстоянием К2 имеет место соотношение K2/K1<tg 8°, где первое расстояние К1 - это расстояние вдоль указанной единственной плоскости между первой из выделенных деталей, расположенной вблизи соединенных концевых частей, и указанной выступающей частью, а К2 - расстояние между верхней поверхностью указанной выступающей части и указанной единственной плоскостью вдоль направления перпендикуляра к ней. [Патент US 6,487,517].
Известна мишень с расположенным на ней объектом, на котором нанесены стандартные точки, хорошо распознающиеся на фотоснимке и участвующие в фотограмметрической обработке. По этим точкам производится вычисление пространственного положения фотокамеры. При этом положения всех стандартных точек объекта, заранее измеряются в геодезической системе координат, как и положения изображений указанных точек в системе координат снимка. [Патент US 6,717,683].
Фотограмметрические мишени, описанные указанных выше патентах, могут складываться в линейную конфигурацию и переноситься за ручку, расположенную в центре по длине сложенной конфигурации. Как и в первом аналоге, пользователь имеет возможность подходить к центру опорного пункта и точно измерять координаты центра с помощью GPS-приемника.
Недостатком указанных двух последних технических решений является то, что для измерений используется только очень небольшая площадь фотограмметрической мишени, составляющая верхнюю поверхность L-образной конфигурации из двух планок.
К недостаткам данных решений можно отнести, что точность определения пространственного положения фотокамер в них в значительной степени зависит от характера подстилающей поверхности, на которой устанавливаются измерительные мишени.
Известен опознавательный знак (опорная точка), представляющий собой цветущую клумбу квадратной формы, окруженную вымощенной плиткой пешеходной поверхностью. Имеется возможность устанавливать треногу GPS-приемника на каждом из четырех углов клумбы, что позволяет точно определять координаты центра опорной точки. В той же публикации изображена наземная опорная точка, представляющая собой светлый бетонный квадрат, покрытый бетоном и окруженный поверхностью, покрытой асфальтом. И для данного случая имеется возможность устанавливать треногу GPS-приемника на каждом из четырех углов бетонного квадрата. [М. Danielova, P. Hummel. Commercial off the shelf ground control supports calibration and conflation from ground to space based sensors // Int. Arch. Photogramm. RemoteSens. Spatiallnf. Sci., XLI-B1, 175-178, 2016 / XXIIIISPRSCongress, 12-19 July 2016, Prague, CzechRepublic, P. 175-178]
Недостатком этих опознавательных знаков (точек) является то, что они не являются переносными (мобильными), а также в случае каких-либо изменений в их конструкции они требуют дополнительных эксплуатационных затрат.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для установки измерительных плоских объектов, включающее в себя нижний каркас и верхний каркас, где нижний каркас включает в себя ножки, основания ножек и распорку, а верхний каркас включает в себя верхнюю поверхность и средства для крепления к ножкам, имеющим телескопическое сопряжение с упомянутыми средствами для крепления к ножкам, количество ножек равно четырем, каждая из ножек представляет собой резьбовую шпильку, распорка имеет отверстия с резьбой, в которую ввинчиваются упомянутые ножки, а упомянутые средства для крепления к ножкам представляют собой гайки, свободно перемещаемые по резьбовой шпильке путем их навинчивания на шпильку, и удлиненные отверстия в верхнем каркасе, принимающие упомянутые ножки и позволяющие наклонять верхний каркас за счет перемещения ножек в удлиненных отверстиях, укладываемым измерительным объектом является фотометрическая мира, а выступающие вверх концы ножек как источники теней от солнца используют для определения высоты и положения источника освещения и для оценки качества передачи теней на снимках.
[Полезная модель RU №190556 М.Кл. А47B 37/00 от 09.11.2018 г. (прототип)]
Недостатком данного устройства является то, что оно не может быть использовано для создания тестовых снимков земной поверхности для оценки разрешающей способности и элементов ориентирования аппаратуры дистанционного зондирования и определять координаты математического центра миры.
Технической задачей полезной модели является разработка переносной миры, приспособленной для работы в полевых условиях, имеющей средства для фиксации GPS-приемников, которые позволяли бы точно определять координаты математического центра миры, являющегося графическим центром изображения на поверхности миры, не затрагивая поверхность самой миры.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что устройство включает в себя два каркаса - верхний и нижний. Нижний каркас включает в себя ножки, основания ножек и распорку. Верхний каркас включает в себя верхнюю поверхность, на которую нанесена радиальная мира, а на углах, которой закреплены тахеометрические треггеры, положение которых относительно математического центра миры жестко зафиксировано твердыми металлическими планками-лучами, GPS-приемник на телескопической подставке и средства для крепления к ножкам, имеющими телескопическое сопряжение. Каждая из ножек представляет собой резьбовую шпильку, а распорка имеет отверстия с резьбой, в которую ввинчиваются упомянутые ножки. Средства для крепления к ножкам представляют собой гайки, свободно перемещаемые по резьбовой шпильке путем их навинчивания на шпильку, и удлиненные отверстия в верхнем каркасе, принимающие упомянутые ножки и позволяющие наклонять верхний каркас за счет перемещения ножек в удлиненных отверстиях. При возможности/необходимости допускается одновременное использование двух и более GPS-приемников. Тахеометрические треггеры крепятся посредством стандартных геодезических крепежных винтов через специальные отверстия в верхнем каркасе.
Это обеспечивает достижение технического результата, состоящего в возможности точно определять геодезические координаты центра миры при любом ее наклоне относительно земной поверхности.
Наиболее удобными являются конструкции с тремя или с четырьмя ножками, но можно использовать и большее число ножек.
С целью решения задач тестирования разрешающей способности съемочной аппаратуры используют измерительные миры, которые устанавливают на местности во время проведения съемки. При этом для оценки дисторсии аппаратуры фотосъемки важно иметь точные значения координат центра миры. В этом случае ее можно рассматривать и как нестационарный опорный пункт.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на Фиг. 1 показан общий вид при горизонтальном расположении миры, на Фиг. 2 - увеличенное изображение крепления треггера к мире, на Фиг. 3 - конструкция GPS-приемника, на Фиг. 4 приведен общий вид при наклонном расположении миры, на Фиг. 5 приведено увеличенное изображение крепления треггера к мире при наклонном положении миры.
Устройство мобильной миры с вычисляемым центром выполнено в виде двух каркасов нижнего и верхнего, при этом оно содержит ножки -1,основания ножек -2 и распорку -3 с резьбовыми отверстиями -4, верхнюю поверхность -5 и средства для крепления к ножкам выполненные, в виде гаек 6, на верхней поверхности -5 нанесена радиальная фотограмметрическая мира -7, с четырьмя тахеометрическими треггерами -8, металлические планки -9, крепежные винты -10, телескопический типа/адаптер с опциональный удлинитель -11, и GPS-приемник -12.
Устройство работает следующим образом.
Нижний каркас включает в себя ножки -1, основания ножек -2 и распорку -3. Ножки представляют собой резьбовые шпильки, имеющие на всем своем протяжению резьбу, позволяющую им ввинчиваться в резьбовые отверстия -4 в распорке. Распорка может быть выполнена в виде жесткой плиты произвольной формы, например, квадрата, прямоугольника, круга и т.п. и иметь резьбовые отверстия -4, в которые ввинчиваются ножки для обеспечения жесткости конструкции нижнего каркаса и возможности регулировки длин нижних частей ножек, выступающих вниз из распорки.
Основания ножек -2 представляют собой плоские детали, жестко прикрепленные к ножкам, например, путем навинчивания на ножки, представляющие собой резьбовые шпильки. Размер оснований ножек может выбираться в зависимости от прочности грунта, на который предполагается устанавливать данное устройство.
Резьбовые соединения всех деталей нижнего каркаса обеспечивают его жесткость и, в частности, строго параллельное расположение ножек друг относительно друга.
При установке нижнего каркаса на ровную поверхность ножки ввертывают в резьбовые отверстия распорки так, чтобы они выступали вниз на равные расстояния, обеспечивая горизонтальное положение распорки -3. При установке нижнего каркаса на неровную поверхность, например, на склоне холма, ножки ввертывают в резьбовые отверстия распорки так, чтобы они выступали вниз на разные расстояния в зависимости от рельефа поверхности, обеспечивая горизонтальное положение распорки -5.
Верхний каркас включает в себя верхнюю поверхность -5 и средства для крепления к ножкам. Средства для крепления к ножкам выполнены в виде гаек 6, свободно перемещаемые по резьбовой шпильке путем их навинчивания на шпильку, и удлиненные отверстия в верхнем каркасе, принимающие ножки -1. За счет перемещения гаек -6 по резьбовым шпилькам устанавливается произвольная высота и наклон вдоль направления удлиненных отверстий. При этом при наклонном положении верхней поверхности увеличиваются относительные расстояния между гайками -6, что обеспечивается наличием удлиненных отверстий.
На верхней поверхности -5 нанесена радиальная фотограмметрическая мира -7. По угловым сегментам верхней поверхности -5 расположены четыре тахеометрических треггера -8, жестко зафиксированных по лучам радиальной миры относительно ее математического центра металлическими планками -9. Сами треггеры закреплены стандартными становыми дюймовыми крепежными винтами -10 через соразмерные отверстия верхней поверхности миры. На каждом из треггеров может располагаться подставка телескопического типа/адаптер с опциональным удлинителем -11, на вершине которой установлен GPS-приемник -12. Подставка с GPS-приемником -12 демонтируется и перемещается без использования специальных инструментов.
Таким образом, в процессе полевых испытаний используя один или несколько GРS-приемников -12 определяется математический центр установленных тестовых радиальных объектов с высокой точностью, выполняя измерения координат по его угловым треггерам и используя уравнения двух прямых линий.
Наклонное положение миры -7 является средством проверки качества фотоаппаратуры при съемке наклонных поверхностей, таких как холмы, крыши домов им т.п. При этом выступающие вверх концы ножек -1 как источники теней от солнца могут быть использованы для определения высоты и положения источника освещения и для оценки качества передачи теней на снимках.
Наклонное положение миры -7 с заданным углом обеспечивается за счет перемещения гаек -6 по резьбовым шпилькам может устанавливаться произвольная высота и наклон вдоль направления удлиненных отверстий. После достижения требуемого угла положение GPS-приемника -12 на подставке/адаптере корректируется посредством вращения винтов треггера по уровню, с целью горизонтирования прибора - совмещение вертикальной оси средства измерений с отвесной линией и (или) приведение визирной оси зрительной трубы в горизонтальное положение. Данная корректировка производится по стандартным методам и технологиям выполнения геодезических и землеустроительных работ и позволяет с высокой точностью выполнить горизонтирование инструмента и установку его над точкой съемки, которая зафиксирована жестким ребром относительно центра миры. Использование данной конструкции позволяет надежно получать пространственные координаты математического центра миры с точностью, обеспечиваемой современными GPS-приемниками.
Стабильность измерений гарантируется за счет жесткости сегментов верхней поверхности -5, выступающей аналогом тяжелого штатива для установки геодезической аппаратуры. После установки поверхности -5 с нанесенной на нее фотограмметрической миррой -7 выполняют операции по грубому центрированию и точному горизонтированию. Грубое центрирование выполняют, наблюдая в оптический центрир, устанавливая центр над точкой стояния, используя подъемные винты тахеометрического треггера -8. Для фокусирования изображение центрального кружка центрира, вращают окулярное колено. Чтобы сфокусировать изображение точки станции, поступательно перемещают окуляр оптического центрира во втулке. Приводят пузырек круглого уровня в нуль-пункт, регулируя высоту ножек штатива по их длине.
В процессе точного горизонтирования GPS-приемника -12 устройство устанавливают параллельно двум подъемным винтам треггера. Горизонтирование прибора начинают с одновременного вращения двух подъемных винтов треггера и в противоположных направлениях, как и при работе с тахеометрами. Далее следует повернуть колонку и выполнить горизонтирование только третьим винтом. Качество установки проверяется поворотом прибора в различные положения. После этого необходимо проверить величину остаточного отклонения, поворачивая прибор в двух направлениях. Следует определить половину отклонения от нуль-пункта уровня, если в этом имеется необходимость.
Это обеспечивает достижение технического результата, состоящего в возможности точно определять геодезические координаты центра миры при любом ее наклоне относительно земной поверхности, что важно при работе в полевых условиях.
Наиболее удобными являются конструкции с четырьмя ножками, но можно использовать и большее число ножек.