I.Преглед на фотограметричните методи за архивиране на паметници на културата и архитектурата

При тези методи се прилагат аналитичните зависимости, специфично подбрани за земната фотограметрия. Координатните системи, използвани при описание на връзките между образни и пространствени координати са показани на (фиг. I.2.1). Те са Sxyz -“образна” и SXYZ-“моделна”.

                                               (фиг. I.2.1)

Отчитайки направлението на осите им връзката между тях се дава с изразите:

            При известни направляващи косинуси могат да бъдат определени Ойлеровите ъгли по формули: 

При разглеждане на двойка снимки (фиг. I.2.5) за аналитичните зависимости можем да напишем:

                                               фиг. I.2.5

От формули (I.2.7) при построяване на модела относно левия център на проектиране за скаларния множител N можем да напишем:

            При конвергентен случай (фиг. I.2.10) могат да се приемат: началото на моделната координатна система в левия център на проектиране, оста Z по посока на надира, а ос SY по посока на главния снимачен лъч. Тогава за базисните компоненти важат връзките (I.2.11):

                                                                                                          фиг. I.2.10нормален случай (

            Прехода от моделната координатна система SXYZ към координатната система на местността може да се извърши по формули (I.2.18):

            Измерените хоризонтални паралакси също са натоварени със систематични грешки:

            Следователно за повечето задачи в архитектурната фотограметрия систематичните грешки към геометричния модел могат да се пренебрегнат тъй като имат слабо влияние върху точността на определяне на аналитичния модел.

            Аналитичните методи преди всичко се свързват с аналитичните методи за трансформиране, както и със създаването на аналитични устройства за трансформиране.  При метрични камери броя на необходимите точки за калибриране на снимката са три или четири. При не метрични камери е удачно да се използват поне осем контролни точки. На фигура I.2.24 е показан механизма на трансформирането по аналитичен начин.

                                                           фиг. I.2.24

            Става ясно, че корекцията, която трябва да се направи за дадена разглеждана точка от снимката в радиалното направление спрямо централната точка N^o може да се определи по формулите:         

            Ако с М(XM,YM,ZM) означим една от точките, които трансформираме върху фотоплана, а с m(x,z-f) същата точка върху снимката, то за връзката между координатите на двете точки и ЕВО (елементи на външното ориентиране) можем да напишем:           

проективна трансформация, които са в основата на аналитичното фототрансформиране:

            Във формули (I.2.28)  се съдържат осем неизвестни. Една опорна точка с известни координати позволява да се съставят две уравнения. При пет и повече опорни точки уравненията (I.2.28) могат да се използват като уравнения на измерванията и да се използва изравнение по МНМК за определяне на неизвестните трансформационни параметри.

За да се елиминира влиянието на разликата в проекционните отдалечения между точки от сложни фасади е необходимо при аналитичното трансформиране на се използва гъста мрежа от определени с трите си координати точки от фасадите, които да образуват цифров модел. Това създава възможности за въвеждане на мащабни корекции в различни зони от изображението. Налага се да се извършва трансформиране във фасадите по зони. Ако приемем означенията:

            Y_MIN - минимално проекционо отдалечение;

            Y_MAX - максимално проекционно отдалечение, то

            изменението на формираната повърхнина ще бъде в диапазона:   

                                                           фиг. I. 2.35

            Трансформирането с отчитане модела на повърхнината се извършва в следната последователност:

• изчисляване на координатите X,Z на центъра А на участъка за трансформиране в система на координати на местността OXZ (фиг. I.2.35)
• определяне за А отдалечението и Y от модела на повърхнината;
• по формули (I.2.36) определяне положението на образа a(x,z) и неговите координати от местността X,Y,Z при известни елементи на ориентиране X_s, Y_s, Z_s;
• определяне по формули (I.2.36) координатите x_p, z_p в координатна система o_pi_xi_z;

                                               фиг. I.2.37

• идентификация на участъка a от изходното изображение при отчитане на яркостта p на ортоизображението с участъка А по метода на билинейната или бикобичната интерполация;
• предварително трябва да са нанесени границите на работната част на участъка (линиите на среза).

            За определяне на границите на ортоизображението на работния участък трябва да се реши задача, обратна на разгледаната по-горе (фиг I..2.38) а именно:

                                               фиг. I.2.38

• намиране на пространствените координати X,Y,Z за точки по техни координати x,z от изображението, ЕВО и ЦМР;
• за точка A, която лежи на средната плоскост на изображението E. Ако приемем Y_A = Y_E ще получим формули(I.2.39);

• построяване и изравнение на фотограметрична мрежа (аналитична фототриангулация);
• определяне на ЕВО;
• построяване на ЦМР;
• формиране на границите на ортоизображенията;
• съгласуване на дължината на фасетката от ЦМР с геометричното разрешение на изображението;
• ортофототрансформиране на граничните точки;
• обратно трансформиране на всеки участък, вътрешен за района;
• фотометрична корекция на сформираното ортоизображение по границите на изображенията;
• оформяне на ортофотоплана.

            Създадени са аналитични фотограметрични апарати като съчетание между високоточно измерително устройство и изчислително устройство с помощта на  което се построява математически модел, отчитащ деформациите в изображението и  камерата, възможности за автоматизиране на процесите и визуализиране на резултатите в желана проекция.

Кулминация в аналитичната фотограметрична технология е системата SD2000, създадена от Leica Geosystems въз основа на колективния опит на фирмите Wild и Kern. По-късно тази аналитична система е усъвършенства в модел SD3000.

            Първият швейцарски аналитичен плотер Stereomat B8 e произведен от фирмата Wild и през 1964 г., но е пуснат в експлоатация само един прототип. Предназначен е за работа със стерео снимки и притежава автоматична корелация, разработена съвместно с американската фирма Raytheon.

                                                                       фиг. I.2.40

            Последният швейцарски аналитичен плотер SD3000 е произведен е пуснат в експлоатация през 1992 г. Предназначен е за всякакъв вид измервания на фотограметрични снимки и е свързан с персонален компютър.

                        фиг. I.2.41. Аналитичен плотер SD3000 (Leica Geosystems) 

Някои от по предимствата на SD2000 и SD3000 са:

• високата ергономия и  комфорта на оператора и на производителността; 
• улеснени движения и контрол; 
• висока геометрична точност -2μm на SD3000, 3μm на SD2000;
• висока скорост  на придвижване по модела - 60 мм в секунда;
• ярка и ясна оптика  (3-18)x индивидуално увеличение;
• висока резолюция и осветяване на марките при измерване;
• здрава конструкция и минимални изисквания за поддръжка;
• разпределена обработка в реално време, компютър, работещ с Mapping Leica Terminal (LMT);
• наличие на софтуер за операции на ниско ниво и хардуер за контрол на операции;
• втори компютър за софтуерни приложения - ориентация, триангулация, модел SPOT сензор, функция събиране, DTM измерване, измервания при близки разстояние, избор на операционни системи и широка гама от софтуер;
• ORIMA Leica Geosystems –софтуер за ориентация и триангулация: с непрекъсната графична обратна връзка,  насоки и контрол на качеството и самостоятелно калибриране както и настройващ пакет, включващ GPS данни. ORIMA осигурява бързо решаване на проблеми със свободни триангулации от две снимки и при  големи блокове;
• система за контрол на качеството и оптимално актуализиране на базата данни;
• PRO600 за функция събиране и редактиране съвместима с MicroStation и GeoGraphics™, избор на Terran Modeler ;
• MAAS-CR модул за ориентация на земни снимки;
• в реално време използване на библиотеки за свързване на трети софтуерни пакети (AMSA, ATLAS, CADMAP, DGN / CAPTURE, DWG/ CAPTURE, Kork, MAPce, Xmap и др.);
• висока производителност и ниска амортизация.

            Аналитичния плотер може да работи в автоматичен режим и режим на проследяване. По време на инициализация системата изтегля текущите елементи на ориентация и конфигурира входните устройства за предстоящата CAD операция. Управлението става с трибутонна мишка. Част от функциите са инсталирани на бутоните на мишката за по-бързо изпълнение.

Функционалните възможности на стереоплотера са:

• генериране на ASCII файлове за протоколи от проекта, модела, контролните точки и данните от аналитичният плотер;
• генериране на детайлен протокол за резултатите от ориентирането;
• динамично показване на данни за модела и координатите на контролните точки;
• проследяване на точки от модела;
• създаване на стандартни файлове за обмен на данни с други системи;
• файлове с данни за обмен с CAD системи.

            Напълно автоматизирани Аналитични плотери и картиращи системи са системите SD2000 и SD3000. Те представляват софтуерни и хардуерни решения за работа с изображения, които са свързани с ГИС и работят в графични среди (AutoCAD и Microstation). Процесите по измерване на тримерни данни при тях са автоматизирани.