Выбор параметров аэрофотосъемки для картографирования с БПЛА

Правильно рассчитанные параметры аэрофотосъемки позволяют получить более высокое качество фотоматериалов и при этом покрыть за один вылет большую площадь

Аэрофотосъемка с беспилотно-пилотируемых летательных аппаратов (далее по тексту - БПЛА) за последние годы получила широкое распространение. В Западно-Сибирском филиале «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ работы по созданию аэрофотосъемочного комплекса на базе БПЛА ведутся уже более десяти лет. Несмотря на распространенное мнение о простоте съемки с БПЛА, при проведении аэрофотосъемочных работ для целей картографирования возникает ряд проблем, связанных с выбором параметров аэрофотосъемки и полета БПЛА.

Параметры аэрофотосъемки с БПЛА:

• высота аэрофотосъемки;
• расстояние между маршрутами;
• расстояние между центрами фотографирования на маршруте.

В настоящее время на борт БПЛА может быть установлено следующее навигационное оборудование, данные с которого поступают на пункт управления в реальном времени:

• барометрический высотомер;
• GPS-навигатор;
• датчик авиагоризонта;
• видеоизображение с установленной в носовой части самолета камеры.

Высота аэрофотосъемки зависит от масштаба создаваемого фотоплана. Величина крайнего пикселя снимка на местности не должна превышать 0,07 мм в масштабе создаваемого фотоплана¹. Например, при создании фотоплана масштаба 1:2000 величина пикселя на местности d не должна превышать 0,14 м. Расчет разрешающей способности снимка следует производить для пикселей, наиболее удаленных от центра кадра. Схема связи размера крайнего пикселя снимка с местностью показана на рисунке 1.

f - фокусное расстояние камеры в эквиваленте для 35-мм кадра;

L - длина половины диагонали матрицы, для 35-мм кадра она составит 21,6 мм;

H - высота фотографирования во время аэрофотосъемки;

D - длина половины диагонали снимка на местности.

Из рисунка 1 следует:


Расчет максимально допустимой высоты аэрофотосъемки выполняется по формуле (2), где угол α зависит от индивидуальных параметров используемой фотокамеры и может быть рассчитан исходя из величины фокусного расстояния, эквивалентного 35-мм кадру.

Точность GPS-навигации и особенности пилотирования БПЛА позволяют выдерживать следующие параметры маршрута аэрофотосъемки:

• поперечное смещение от оси маршрута - ± 10 м;
• удерживание БПЛА на запроектированной высоте - ± 15 м;
• расстояние от запроектированного центра фотографирования до точки срабатывания затвора фотоаппарата - ± 5 м;
• изменение угла крена БПЛА на маршруте между двумя снимками - 10°;
• изменение угла тангажа БПЛА на маршруте между двумя снимками - 6°.

Рассчитаем расстояние между маршрутами для обеспечения 30 %-го поперечного перекрытия при идеальных условиях. По формуле (3) вычислим половину поперечного угла захвата камеры, где L_{попереч} равна половине ширины 35-мм пленки и составляет 12 мм:


С учетом погрешности барометрического датчика рассчитаем высоту полета:


Половину ширины захвата местности камерой, рассчитаем по формуле:


Расстояние между маршрутами в идеальных условиях вычисляется по формуле:


где k = 0,7, для обеспечения 30 %-го поперечного перекрытия снимков.

Для обеспечения надежного сплошного покрытия земной поверхности снимками необходимо учесть максимальные отклонения БПЛА от запроектированного маршрута. По формуле (7) вычислим минимальное значение половины ширины захвата местности во время аэрофотосъемки с учетом совокупности погрешностей навигационных данных и пилотирования летательного аппарата:


Предельное отклонение между двумя маршрутами составит:


Расстояние между маршрутами с учетом поперечного смещения БПЛА относительно оси маршрута, удерживания высоты полета и углов наклона камеры вычисляется по формуле:


Воспользовавшись формулами 1-9, получим высоту полета БПЛА для выбранных фотоаппаратов и расстояние между маршрутами при создаваемом масштабе фотоплана 1:2000. Полученные данные представлены в таблице 1.


Расстояние между центрами фотографирования на маршруте рассчитаем по аналогии с расстоянием между маршрутами. По формуле (3) вычислим половину продольного угла захвата камеры, где L равна половине длины 35-мм пленки и составляет 18 мм. Расстояние между центрами фотографирования в идеальных условиях вычислим по формуле (6), для обеспечения 60 %-го продольного перекрытия снимков коэффициент k будет равен 0,4. По формуле (7) вычислим минимальное значение половины длины захвата местности во время аэрофотосъемки. Предельное отклонение от расстояния между снимками, рассчитанного в идеальных условиях, вычисляется по формуле (8). Расстояние между центрами фотографирования с учетом погрешности навигационных координат, удерживания высоты полета и углов наклона камеры вычисляется по формуле (10):


Результаты, полученные в ходе вычисления расстояния между центрами фотографирования вдоль маршрута, приведены в таблице 2.


По данным таблиц 1 и 2 на примере фотоаппарата Canon IXUS-980IS составим карточку параметров аэрофотосъемки с БПЛА для целей получения фотоплана масштаба 1:2000. Данные приведены в таблице 3.


Расчет параметров аэрофотосъемки - очень важный этап подготовительных работ. Правильно рассчитанные параметры позволяют увеличить площадь, покрываемую за один полет БПЛА, при более высоком качестве фотоматериалов, находящих применение в картографо-геодезических, землеустроительных и кадастровых работах.

1. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. М.: Федеральная служба геодезии и картографии России, 2002.