Исследование и разработка общей теории и вариантов перспективно-конических проекций эллипсоида вращения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.24.03, кандидат технических наук Спиридонова, Юлия Николаевна

• Спиридонова, Юлия Николаевна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Спиридонова, Юлия Николаевна

Введение.

1. Обзор и анализ теории перспективных- конических проекций.

1.1. Общие сведения О! щерспективньщ проекциях различных классов.

1.2. Перспективно- конические проекции А.И. Петренко.

1.3. Перспективно- конические проекции А.В.Шапошникова.

1.4. Равноугольные, равновеликие и равнопромежуточные перспективно- конические проекции С.Ф. Кобыляцкого.

1.5. Перспективно- конические проекции В.В. Каврайского.

1.6. Перспективно - конические проекции Мердока.

Выводы.:.••:.

2. Исследование теории перспективно - конических проекций эллипсоида и разработка их вариантов.

2.1. Перспективно - конические проекции эллипсоида с негативным изображением.

2.1.1. Проекции на касательном конусе

2.1.2. Проекции на секущем конусе.

2.1.3. Проекции с произвольным положением точки зрения на касательном конусе.

2.1.4. Проекции с произвольным положением точки зрения на секущем конусе.;.

2.1.5. Проекции в косой ориентировке "двойного" отображения.

2.2. Перспективно - конические проекции эллипсоида с позитивным изображением.

2.2.1. Проекции на касательном конусе.

2.2.2. Проекции на секущем конусе.

2.2.3. Проекции с произвольным положением точки зрения на касательном конусе.

2.2.4. Проекции с произвольным положением точки зрения на секущем конусе.

2.2.5. Проекции в косой ориентировке "двойного" отображения.

2.3. Комбинация перспективно - конических проекций с негативным и позитивным изображением.

2.3.1. Комбинированная перспективно - коническая проекция шара на касательном и секущем конусе.

2.3.2. Комбинированная перспективно - коническая проекция эллипсоида на касательном и секущем конусе.

2.4. К теории получения перспективных проекций различных классов по единой методике.г.

2.4.1. Перспективно - цилиндрические проекции эллипсоида.

2.4.2. Перспективно - азимутальные проекции эллипсоида.

2.5. Получение перспективно - конических проекций в единой системе координат с использованием формул других авторов.

2.5.1. Приведение перспективно - конических проекций А.И. Петренко к единой системе координат.

2.5.2. Приведение перспективно - конических проекций Л&шахкшши]швжединой системе координат.

2.6. Перспективно - конические проекции эллипсоида вращения в косой ориентировке непосредственного отображения.

Выводы.

3. Исследование и анализ математических моделей сканерных снимков с конической разверткой.

3.1. Обзор математических моделей сканерных снимков с конической разверткой.

3.1.1. Оптические системы с коническим обзором пространства.

3.1.2. Оптические системы с коническим горизонтальным обзором пространства.

3.1.3. Системы координат снимков с конической разверткой.

3.1.4. Российский геостационарный метеорологический ИСЗ.

3.1.5. Координаты космического сканерного снимка.

3.1.6. Координатные соотношения изображения центральной проекции и сканерного снимка.

3.2. О математических моделях сканерных снимков с конической разверткой.

3.2.1. Определение координат точек сканерных снимков с конической вертикальной строчной разверткой.

3.2.2. Методика построения сканерных снимков с конической вертикальной строчной разверткой при заданных элементах ориентирования.

3.2.3. Перспективно - конические проекции эллипсоида в косой ориентировке непосредственного отображения.

3.2.4. Математическая модель сканерного снимка с конической разверткой.

3.3. Экспериментальные исследования перспективно - конических проекций, их сравнительный анализ.

3.3.1. Исследования перспективно - конических проекций эллипсоида.

3.3.2. Анализ и оценка искажений в перспективно - конических проекция эллипсоида.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка общей теории и вариантов перспективно-конических проекций эллипсоида вращения»

Математическая картография усилиями ведущих ученых мира за 2500 лет своего развития получила стройную теорию картографических проекций.

Разработана теория картографических проекций различных классов и различного характера искажений. Созданы теория и способы получения наилучших равноугольных проекций, получены некоторые математические модели космических снимков, выполнены исследования по разработке картографических проекций для картографирования поверхностей небесных тел, аппроксимируемых регулярными поверхностями, и частично поверхностей небесных тел более сложной формы, получены проекции для создания нетрадиционных картографических произведений, обладающих дополнительными функциональными возможностями.

Вместе с тем существует ряд фундаментальных проблем математической картографии, которые до сих пор не нашли полного решения. В начальной стадии находится разработка теории и способов получения наилучших равновеликих и произвольных по характеру искажений проекций; получения проекций для картографирования небесных тел сложной формы; разработка проекций, оптимально удовлетворяющих все требования к математической основе карт конкретного назначения и территориального охвата.

Необходимо совершенствование известных проекций для создания карт различного назначения и территориального охвата. Не создана общая теория перспективных проекций различных классов эллипсоида вращения, не завершена теория определения перспективных конических проекций. Имеются отдельные исследования по этой проблеме: Мердока, В.В. Каврайского, В.К. Христова, разработавших отдельные перспективно- конические проекции шара, Л.М. Бугаевского, рассмотревшего общую методику получения перспективных проекций шара способом визирования. Известны также исследования А.И. Петренко и его учеников A.B. Шапошникова, Е.М. Крохмаля,

С.Ф. Кобыляцкого, получивших перспективно- конические проекции, но только в местных системах координат и без разработки теории искажений этих проекций.

Не разработаны способы получения картографических проекций непосредственного отображения эллипсоида вращения на плоскость различных по характеру искажений в косой ориентировке, в результате чего возникает необходимость в целях обеспечения минимальных искажений определять проекции "двойного" отображения, что сопряжено с увеличением объемов вычислений и некоторыми другими неудобствами.

В связи с изучением космического пространства, получением материалов дистанционного зондирования Земли и других небесных тел приобретают все большее значение не только кадровые, но и сканерные космические снимки. Но до сих пор нет полного решения проблемы получения математических моделей сданерных космических снимков, в которых используются способы конической вертикальной и горизонтальной развертки.

Развитие науки и техники в настоящее время требует разработки более полной и разнообразной системы общегеографических, тематических и специальных карт и соответственно картографических проекций, обладающих более приспособленными к решаемым задачам свойствами. К числу проекций такой системы можно отнести проекции, имеющие заданные свойства, например, заданную кривизну геодезических линий, меридианов, параллелей и т. п. Особенно важно подчеркнуть необходимость разработки методики определения проекций с заданной кривизной параллелей, что имеет большое значение для правильного отображения относительного положения географических районов при создании ряда карт, например, школьных.

Эти требования вытекают из потребностей различных наук, в том числе связанных с разработкой разнообразных геоинформационных систем различного назначения, освоением космического пространства, развитием планетной картографии, углубленным изучением недр Земли, развитием и более широким применением картографических методов исследования в различных науках, например в мелиорации, в лесном хозяйстве, в сельском хозяйстве и т.п.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка общей теории перспективных проекций эллипсоида, служащая основой для получения перспективных проекций различных классов, а также детальная разработка теории перспективно - конических проекций эллипсоида вращения.

В соответствии с поставленной целью возникла необходимость решать следующие задачи:

- разработать общую теорию перспективных проекций эллипсоида;

- провести исследования и разработку теории перспективно- конических проекций эллипсоида вращения с негативным и позитивным изображением;

- получить варианты перспективно - конических проекций эллипсоида вращения с заданными свойствами;

- выполнить дополнительные исследования перспективно- конических проекций, разработанных другими учеными в местных системах координат и получить такие проекции в единой системе, принятой для конических проекций;

- выполнить исследования, направленные на создание математических моделей сканерных космических снимков, обеспечивающие их использование при решении практических задач и анализе полученных результатов;

- разработать теорию и методику получения проекций непосредственного отображения эллипсоида в косой ориентировке взамен использования проекций двойного отображения;

- разработать способы определения перспективно- азимутальных и перспективно- цилиндрических проекций на основе общей теории перспективных проекций эллипсоида.

Научная новизна и предмет защиты диссертационной работы состоит в следующем: 7 общей теории перспективных проекций; теории перспективных конических проекций эллипсоида вращения с негативным и позитивным изображением; вариантах перспективно- конических проекций эллипсоида вращения с заданными свойствами; перспективно- конических проекциях, разработанных в местных системах координат, и полученных в единой системе, принятой для конических проекций; исследованиях, направленных на создание математических моделей сканер-ных космических снимков; теории и методике получения проекций непосредственного отображения эллипсоида в косой ориентировке; способах определения перспективных азимутальных и цилиндрических проекций на основе общей теории перспективных проекций эллипсоида.

Заключение диссертации по теме «Картография», Спиридонова, Юлия Николаевна

Выводы.

В данной главе выполнен обзор различных систем, их свойств, особенностей. Особое внимание уделено рассмотрению сканерных систем с коническим вертикальным сканированием. Следует отметить, что в этих системах по сравнению с кадровыми космическими снимками и со сканерными снимками с однострочным линейным сканированием величины искажений значительно меньше. Если на краю изображения кадрового космического снимка и сканер-ного снимка с горизонтальным развертыванием искажения длин вдоль вертикалов достигают 100%, вдоль альмукантаратов 50%, искажения площадей 100%, наибольшие искажения углов 180°, то в изображениях, получаемых системами с коническим вертикальным сканированием, искажения всех видов примерно на порядок ниже, что свидетельствует о целесообразности особого внимания к разработке и использованию сканерных систем с вертикальным коническим сканированием.

Заключение.

Руководствуясь целью и задачами данной диссертационной работы, были получены следующие результаты:

- проведен обзор и анализ современных способов получения перспективных проекций разных классов;

- разработана общая теория перспективных проекций эллипсоида вращения;

- проведены исследования и разработка теории перспективно - конических проекций эллипсоида вращения с негативным и позитивным изображением на основе метода визирования;

- получены варианты перспективно - конических/проекций эллипсоида вращения на касательном и секущем конусе; с произвольным и фиксированным положением точки зрения; в нормальной и косой ориентировке;

- получены варианты перспективно - цилиндрических и перспективно -азимутальных проекций эллипсоида вращения с негативным и позитивным изображением на основе разработанной общей теории перспективных проекций;

- выполнены дополнительные исследования и получены перспективно -конические проекции в единой системе координат на основе перспективно - конических проекций А.И. Петренко и A.B. Шапошникова в местных системах координат;

- проведен обзор способов получения математических моделей сканерных космических снимков с конической разверткой и выполнены исследования, направленные на разработку их общих математических моделей;

- получены варианты перспективно - конических проекций, имеющие меньшую кривизну параллелей, чем в обычных конических проекциях,

131 что важно при создании карт, например школьных, где важна правильная передача относительного положения географических территорий; проведена оценка искажений в перспективно - конических проекциях эллипсоида вращения по критерию Конусовой.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Спиридонова, Юлия Николаевна, 1999 год

1. Аковецкий В.И. Нефотографическая радиосъемка. Итоги науки и техники. Геодезия и аэрофотосъемка, 1977, т. 12.

2. Аковецкий В.И. и др. Электронный способ трансформирования изображения. Труды ГИПРОДОРНИИ, 1974, вып.8

3. Аковецкий В.И. и др. Радиолокационная фотограмметрия. М., Недра, 1979.

4. Аковецкий В.И. и др. Геометрические особенности телевизионного изображения. Геодезия и аэрофотосъемка, 1973, №6.

5. Агапов C.B. Фотограмметрия сканерных снимков. М., Картгеоцентр - Геодезиздат, 1996.

6. Бугаевский J1.M., Портнов A.M., Теория одиночных космических снимков. М., Недра, 1984.

7. Бугаевский Л.М., Вахрамеева Л.А. Геодезия. Картографические проекции. М., Недра, 1992.

8. Бугаевский Л.М. Общая теория перспективных проекций небесных тел. Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1997, №1.

9. Бугаевский Л.М. Математическая картография. М., Златоуст, 1998.

10. Ю.Бэлью Л., Стулингер Э. Орбитальная станция «Скайлэб». М., Машиностроение, 1977.

11. Вахрамеева Л.А., Бугаевский Л.М., Казакова З.Л. Математическая картография. М., Недра, 1986.

12. Витковский В.В. Картография. С.-Пб, 1908.

13. ГонинГ.Б. Космическая фотосъемка для изучения природных ресурсов. Л., Недра, 1980.

14. Депутатова В.Н. Обобщенные формулы перспективных проекций. -Геодезия и аэрофотосъемка, 1969, №2.

15. Егорова О.И. Некоторые аспекты определения координат объектов по сканерным снимкам. Геодезия и аэрофотосъемка, 1979, №3.

16. Каврайский В.В. Избранные труды. Т.2 М., изд. Управления начальника гидрографической службы ВМФ, 1959.

17. Кобыляцкий С.Ф. Равноугольные и равнопромежуточные перспективно конические проекции. - Труды Харьковского сельскохозяйственного института, 1961, т.31.

18. Кобыляцкий С.Ф. Равновеликие перспективно конические и производные от них проекции. - Записки Харьковского сельскохозяйственного института, 1959, т.12.

19. Криксунов J1.3. Приборы точного видения. Киев, Техника, 1975.

20. Крохмаль Е.М. Связь перспективно цилиндрических и перспективно - плоскостных координат с геодезическими координатами. - Записки Харьковского сельскохозяйственного института, 1959, т.12.

21. Крохмаль Е.М. Связь перспективно конических координат с геодезическими координатами. - Записки Харьковского сельскохозяйственного института, 1959, т.12.

22. Крохмаль Е.М. Исследование искажений в маршрутной ортографиче-ской перспективно конической проекции. - Труды Харьковского сельскохозяйственного института, 1961, т.31.

23. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л., Машиностроение, 1983.

24. Павлов A.B. Оптико-электронные приборы. М., Энергия, 1974.

25. Петренко А.И. Перспективно конические координаты и проекции. -Изв. Ан Белорусской ССР, 1953, №4.

26. Российский геостационарный метеорологический ИСЗ. Справочник пользователя (под ред. Волкова A.M. и др.) Гидрометеоиздат, С.-Пб, 1996.

27. Спиридонова Ю.Н. Перспективно конические проекции шара с негативным изображением на касательном конусе. - Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1999, №1.

28. Спиридонова Ю.Н. Анализ и модификация перспективно конических проекций разработанных в прошлые годы. - Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1999, №1.

29. Шапошников A.B. К проблеме перспективно конических координат и проекций. - Труды Харьковского сельскохозяйственного института, 1961, т.31.

30. Шапошников A.B. Обоснование и анализ таблиц картографических сеток перспективно конических проекций. - Труды Харьковского сельскохозяйственного института, 1961, т.31.

31. Шапошников A.B. Перспективно конические проекции. Формулы и обозначения перспективно - конических координат и проекций. - Записки Харьковского сельскохозяйственного института, 1959, т. 12.

32. Шапошников A.B. Исследование стереографических перспективно -конических координат и проекций. Записки Харьковского сельскохозяйственного института, 1959, т. 12.

33. Шапошников A.B. Равноугольные перспективно конические проекции эллипсоида. - Сб. Научной конференции Харьковского сельскохозяйственного института. Тезисы докладов, 1966, вып. 7.

34. Христов В.К. Картни проекции. София, 1949.137