Реферат 10 страницаСредняя квадратическая погрешность измерения углов одним приемом: горизонтального ±7″; вертикального ±10″. Средняя квадратическая ошибка измерения горизонтального расстояния, равного 100 м, составляет при коэффициенте номограммного дальномера КS=100 - ±0,15 м и при КS=200 - ±0,25 м. Средняя квадратическая ошибка измерения превышений при удалении рейки от прибора на расстоянии 100 м при коэффициентах Кh номограммных кривых превышений соответственно составляет: Кh=±10 ± 0,03 м; Кh=±20 ±0,06 м; Кh=±50 ± 0,15 м; Кh=±100 ±0,25 м. 12.5. Фототопографические съемки Основой фототопографических съемок является процесс определения размеров, формы и взаимного положения предметов местности по их фотоизображениям. Специальная дисциплина, изучающая способы измерения фотоизображений, называется фотограмметрией (измерительной фотографией). В зависимости от места положения фотографирующего устройства различают космическую, воздушную или аэрофотосъемку и наземную или фототеодолитную съемки (рис. 75). 12.5.1. Аэрофототопографическая съемка Этот вид съемки выполняется путем фотографирования местности с самолета (вертолета и т.д.) специальным фотоаппаратом (см. рис. 74). Прикладная рамка его ограничивает формат аэроснимка, а имеющиеся на ней координатные метки определяют начало и направление координатной системы аэроснимка. Пересечение оптической оси фотокамеры с плоскостью называется главной точкой снимка, которая характеризуется отсутствием искажений в ней и обычно совпадает с началом координат х0=0; у0=0. В случае ровной местности масштаб аэроснимка выражается 1:N=l:z=fк:H = , где Н – высота фотографирования, ав – расстояние между двумя какими – либо точками на снимке, АВ – расстояние между этими же точками на местности, М – знаменатель масштаба карты (если масштаб снимка определяют по топографической карте). Фотографирование осуществляется при вертикальном положении оптической оси аэрофотоаппарата (±3º). В этом случае получают плановые фотоснимки с постоянным масштабом. В случае отклонения от вертикали и при наличии пересеченной местности масштаб снимка различен в различных его частях (перспективный снимок). После фотографирования для измерения аэроснимков и дальнейшего их преобразования в план или карту используют два способа: комбинированный (фотограмметрический) и стереофотограмметрический. При первом способе контуры на плане получают по аэроснимкам, а рельеф снимают в поле способом мензульной съемки. Стереофотограмметрический метод основан на измерении пары снимков, взаимно перекрывающихся и полученных с конечных точек некоторого базиса В (см. рис.). Базисом воздушного фотографирования называется расстояние, пролетаемое самолетом между двумя экспозициями аэрофотоаппарата (расстояние, пролетаемое между двумя фотографированиями). Его можно вычислить по следующей формуле: В=N·в, где N – знаменатель масштаба снимка, в – расстояние в мм между главными точками двух снимков. y Аэрофотосъемка x
y
В х
x Фототеодолитная съем - - ка Рис. 7 5 z z
Схема аэрофотоаппарата 4 5
2
1-объектив 2-фотопленка 3 3-прикладная рамка с координатными мет- fк ками 4-выравнивающая прижимная плита 5-катушки с фото- пленкой fк=70мм – фокусное расстояние объектива
1 Рис. 76
Продольное перекрытие снимков
В
полезная площадь
Рис. 77 Самолет выполняет параллельные залеты. При этом пара соседних снимков имеет продольное и поперечное перекрытие. Продольное перекрытие снимков – общая часть фотографируемой местности на предыдущем и последующем снимках (см. рис. 77). Вычисляют продольное перекрытие по следующей формуле: Р= %.., где ℓп – общая перекрывающаяся часть снимков, ℓ - длина стороны снимка. Величина его не должна быть менее 60% - в этом случае снимки образуют стереопару, по которой в дальнейшем получают план или карту местности. Совместное измерение пары снимков позволяет получать пространственное расположение точек рельефа или объекта. Стереофотограмметрический метод съемки включает три этапа. 1. Летно-съемочные и фотолабораторные работы. 2. Полевые геодезические работы. 3. Камеральные работы.
В В
60% 60%
Рис.78
Ввиду того, что для стереофототопографического способа обработки снимков необходимы два соседних снимка с общей снятой площадью, то в процессе аэросъемки во время движения самолета по прямому направлению (по маршруту) фотографирование местности происходит через определенные интервалы (интервалометр), обеспечивающие перекрытие снимков не менее 60% в направлении (вдоль) маршрута (рис. 78). Это перекрытие называется продольным. Если съемка не маршрутная, а площадная, то предусматривается перекрытие соседних маршрутов не менее 30%, которое называется поперечным. Полевые работы кроме летно-съемочных работ включают также дешифрирование и привязку отпечатанных снимков. Дешифрирование снимков имеет целью расшифровать ситуацию, то есть распознать изображенные на снимках предметы и контуры местности, и может быть камеральным и полевым. Камеральное дешифрирование выполняют при помощи специальных приборов: стереоскопов и стереокомпараторов, которые позволяют получить стереоскопическое (объемное) изображение снятой местности. Привязка снимков служит для определения положения их относительно общегосударственной системы координат и заключается в определении координат точек, хорошо видимых на снимках и на самой местности. Привязка может быть выполнена проложением теодолитных ходов, аналитических сетей или в камеральных условиях методом фототриангуляции и фотополигонометрии. Камеральные работы при аэрофотосъемке, кроме фотолабораторных работ, включают трансформирование и стереофотограмметрическуюобработку снимков. Трансформирование - это преобразование полученных аэроснимков к заданному масштабу, постоянному по всей поверхности снимка. Оно производится по полученным после привязки снимков опорным точкам сгущения плановой основы (не менее 4-х на снимок) и выполняется на фототрансформаторах. Для трансформирования негатив помещают в кассету ФТ, на экране укрепляют чертеж с изображением в заданном масштабе опорных точек плановой геодезической основы, экран смещают и поворачивают так, одноименные опорные точки на чертеже и спроектированные с негатива совпали, заменяют чертеж фотобумагой, экспонируют ее, проявляют, фиксируют и получают плановый снимок в ортогональной проекции. Из таких снимков можно монтировать фотоплан (накидной монтаж). Стереофотограмметрическую обработку аэроснимков можно выполнить двумя способами – универсальным и дифференциальным. При универсальном методе по двум аэроснимкам, составляющим стереопару, на специальных стереофотограмметрических приборах (стереопроектор Романовского и стереограф Дробышева) создается пространственная геометрическая модель местности. Наблюдатель, воспринимающий эту модель объемно, может осуществить визирование на любую точку ее поверхности и отсчитать или зафиксировать все пространственные координаты точки х,у,z. В результате обработки аэроснимков универсальным методом непосредственно получают графический план местности с контурами и рельефом. При дифференциальном методе процесс создания плана делится на два основных этапа. Первый этап – определение превышений точек аэроснимков или изображение на них рельефа горизонталями. Второй этап – получение контурной части карты в виде фотоплана или графического плана. К основным приборам дифференциального метода, помимо трансформатора, относятся стереокомпаратор и топографический стереометр. Стереокомпаратор служит для измерения прямоугольных координат точек по аэроснимкам. Топографический стереометр Дробышева СТД-2 предназначен для рисовки рельефа по нетрансформированным аэроснимкам.
13. Элементы теории ошибок измерений 13.1. Классификация и свойства ошибок геодезических измерений Восприятие органами чувств явлений окружающего мира происходит у человека неполно и неточно (расстояние и вес «на глаз»). Поэтому для уточнения и расширения представлений о мире он использует различные инструменты и приборы (определение формы и размеров Земли – космические аппараты, измерение углов – теодолит, расстояний – дальномер и т.д.). Но и такие измерения не идеальны. Поэтому истинное значение измеренных величин, за редким исключением, нам неизвестно, хотя к нему мы все время приближаемся по мере совершенствования приборов и навыков. Определением величины ошибок и их свойств занимается специальная дисциплина «Теория ошибок геодезических измерений». В практике различают 3 вида ошибок: а) грубые – получаются в результате грубых просчетов и неисправности приборов (просчет количества лент в длине линии, ошибка в отсчете десятков градусов на лимбе или числа дециметров на рейке). Они могут быть обнаружены и исключены путем повторного измерения величины. б) систематические – проявляются регулярно, обязательно в каждом измерении и обязательно одинаковы по модулю и знаку, действуют по одному принципу. Они вызваны в основном плохой юстировкой или неисправностью инструментов и приборов (20-ти метровая лента короче на 1см, коллимационная ошибка в теодолите, угол i (величина х) в нивелире и др.). Исключаются из результатов измерений введением поправок и специальной методикой измерений (углы β при КП и КЛ, при нивелировании плечи делают равными, в длины линий вводят поправки за компарирование). в) случайные – являются следствием несовершенства органов чувств человека и недостаточной точности применяемых инструментов и приборов. Они не могут быть исключены из результатов измерений, но их влияние может быть ослаблено на основе изучения их свойств. Если Х – истинное значение измеряемой величины, ℓ - измеренное значение, то случайная ошибка ∆ выражается формулой ∆=ℓ-Х. Если одна и та же величина измерена несколько раз, то и количество ошибок будет большим. Получается ряд ошибок. Если измерения производятся приборами одинаковой точности, наблюдателями одинаковой квалификации, в одинаковых окружающих условиях, то они называются равноточными. При нарушении указанных условий измерения называются неравноточными. В основу изучения случайных ошибок положено 4 их свойства, выведенных из изучения рядов ошибок равноточных измерений. 1) При данных условиях измерений случайные ошибки не могут превосходить по абсолютной величине известного предела (свойство ограниченности). 2) Одинаковые по абсолютной величине положительные и отрицательные случайные ошибки равно возможны, одинаково часто встречаются в ряду измерений. 3) Чем больше абсолютная величина случайной ошибки, тем реже такая ошибка встречается в ряду измерений. 4) Среднее арифметическое из случайных ошибок равноточных измерений одной и той же величины имеет тенденцию стремиться к 0 при неограниченном возрастании числа измерений (свойство компенсации). Математически это записывается так ; - знак гауссовой суммы n→ ∞ Если соблюдены все четыре свойства в ряде ошибок, то говорят о «нормальном распределении». 5) Если ∆1 ∆n - 1-й ряд измерений ∆1' ∆n' – 2-ой ряд измерений, то 4-ое свойство распространяется и на сумму попарных произведений, то есть . n→ ∞ 13.2. Средняя квадратическая, предельная и относительная ошибки Для суждения о степени точности ряда измерений нужно иметь среднее значение ошибки. Среднее арифметическое из измерений нельзя брать, так как из-за разных знаков ряд с отдельными крупными ошибками может оказаться точнее ряда с меньшими ошибками:
25,5; 24,5; 25,0 – mср.=0 Х=25м 25,04; 24,97; 25,04 – mср.=0,02 м Если взять ошибки по абсолютной величине, то два ряда измерений с одинаковыми по абсолютной величине средними ошибками могут быть ошибочно приняты равноточными и наличие крупных ошибок не будет отражено: Поэтому в качестве критерия для оценки точности ряда измерений используют не зависящую от знаков отдельных ошибок и рельефно показывающую наличие крупных ошибок среднюю квадратическую ошибку. Квадрат этой ошибки принимают равным среднему арифметическому из квадратов отдельных случайных ошибок, то есть - формула Гаусса По теории вероятностей подсчитано, что при большом количестве измерений случайная ошибка одного измерения превосходит m ∆>1m – в 32 случаях из 100 измерений ∆>2m – в 5 случаях из 100 измерений ∆>3m – в 3 случаях из 1000 измерений. Поэтому утроенную среднюю квадратическую ошибку считают предельной ∆lim=3m. Часто точность произведенных измерений лучше оценивается относительной ошибкой, то есть отношением абсолютной ошибки к измеряемой величине, выражаемой правильной дробью с числителем, равным 1. Эта ошибка характеризует в основном линейные измерения и измерения площади участков. Например, в замкнутом полигоне теодолитного хода линейные измерения оцениваются относительной ошибкой ; где - абсолютная ошибка, Р – периметр полигона.
13.3. Средняя квадратическая ошибка функции измеренных величин
а) Функция вида z=x+y (суммы) mz=? Дано: х – измерено несколько раз с ошибками ∆х1; ∆х2,… ∆хn у – измерено несколько раз с ошибками ∆у1, ∆у2,… ∆уn z – будет вычислено несколько раз с ошибками ∆z1, ∆z2,… ∆zn. , отсюда уравнения ошибок будут: Возведем эти равенства в квадрат, сложим, суммы разделим на n и преобразуем.
Запишем с учетом обозначения суммы 0 по 4-ому свойству случайных погрешностей. или Эта же формула справедлива для функции вида z=x-y, так как после выше приведенных рассуждений перед последним членом будет знак (-). Но он все равно стремится к нулю. Поэтому можно сделать вывод, что квадрат средней квадратической ошибки алгебраической суммы двух аргументов равен сумме квадратов средних квадратических ошибок слагаемых. Если mх=mу=m, то mz=± . Пусть , перепишем . Тогда можно записать: , но , поэтому . Если , то при n слагаемых , то есть квадрат средней квадратической ошибки суммы аргументов равен сумме квадратов средних квадратических ошибок слагаемых. Средняя квадратическая ошибка алгебраической суммы измеренных с одинаковой точностью величин в раз больше средней квадратической ошибки одного слагаемого. б) Функция вида (произведения). k – постоянное число безошибочное. х – измерено несколько раз с ошибками ∆х1, ∆х2,… ∆хn. z – будет вычислено несколько раз с ошибками ∆z1, ∆z2,…, ∆zn. отсюда Возведем равенства в квадрат, сложим и разделим на n или ; или , то есть средняя квадратическая ошибка произведения постоянного числа на аргумент равна произведению постоянного числа на среднюю квадратическую ошибку аргумента (измеряемой величины). в) Функция общего вида .
|