Краснопевцев Б.В., профессор кафедры фотограмметрии

Московского государственного университета

геодезии и картографии (МИИГАиК)

май 2008 г.

ОСНОВНЫЕ СОБЫТИЯ В ИСТОРИИ ФОТОГРАММЕТРИИ в 19 и 20 веках

История фотограмметрии достаточно интересна, т.к. ее создавали ученые и любознательные люди, имеющие разные профессии и специальности и являющиеся гражданами разных стран. Информация об истории фотограмметрии разбросана по учебникам, книгам, статьям как печатным, так и в интернете. Автор, преподающий фотограмметрию в Московском государственном университете геодезии и картографии с 1962 г., собирал факты из истории развития фотограмметрии и аэрокосмической съемки в нашей стране и за рубежом и опубликовал их в журнале "Геодезия и картография", 1998 г., N 8, 11, 12 и 2000 г., N 5, 6, 7, а также в Ежегодном обзоре ГИС Ассоциации за 1998 г., вып. N 4. Кроме того, об истории создания съемочной и обрабатывающей фотограмметрической аппаратуры было напечатано в Информационном бюллетени ГИС-Ассоциации N 3, 4 и 5 в 2004 г. Настоящая дополненная подборка фактов, так же как и указанные выше публикации, оканчивается 90-ми годами 20 века, т.к. на этом рубеже произошли революционные события в фотограмметрии, связанные с переходом на компьютерные технологии и требующие времени для их оценки. История кафедры фотограмметрии МГУГиК (МИИГАиК), которой в 2005 г. исполнилось 80 лет, опубликована в журнале "Геодезия и картография", 2005, N 9, а также в интернете http://www.cpmsugc.chat.ru

Представленный материал состоит из следующих разделов: введения, изобретение фотографии, зарождение и становление фотограмметрии и воздушной съемки, создание съемочной и стереофотограмметрической аппаратуры до 20-х годов 20 века, развитие аэросъемки и фотограмметрии в нашей стране после 1917 г., участие отечественной фотограмметрии в картографировании планет Солнечной системы, заключение, использованная литература.

содержание

1. Изобретение фотографии

2. Зарождение и становление фотограмметрии и воздушной съёмки

3. Зарождение аэрофотосъёмки и аэрофотограмметрии в России

4. Создание съёмочной и стереофотограмметрической аппаратуры до 20-х годов 20 века

5. Развитие аэрофотосъёмки и фотограмметрии в нашей стране после 1917 г.

6. Участие отечественной фотограмметрии в картографировании планет Солнечной системы

7. Заключение

8. Использованная литература

Введение

В 1852 г. топограф, инженер-майор Корпуса инженеров французской армии Эмэ Лосседа (Aime Laussedat) первым в мире использовал фотокамеру для составления топографических планов местности. Этот год является годом рождения фотограмметрии, а Э.Лосседа - отцом фотограмметрии.

Слово "фотограмметрия" происходит от греческих слов photos (свет), gramma (запись) и metreo (измеряю), что в вольном переводе означает измерение изображения объекта, полученного фиксированием идущих от него световых лучей.

В настоящее время фотограмметрические методы применяют для измерения изображений объектов, полученных не только в оптическом диапазоне электромагнитного спектра, но и в радио- и рентгеновском диапазонах. Если измерялось объемное изображение объекта, то на основе греческого слова stereo (пространственный) такие измерения называют стереоскопическими или стереофотограмметрическими. Фотограмметрия неразрывно связана со съемкой исследуемых объектов. Для того чтобы получить максимальную информацию об объекте, нужно произвести его съемку так, чтобы фотограмметрическая обработка полученных изображений не только проходила без затруднений, но и была возможной. В связи с этим понятие "фотограмметрическая съемка" подразумевает не только фотограмметрическую обработку снимков, но и грамотное выполнение наземной, аэро- и космической фотосъемки.

Решаемые фотограмметрией задачи можно сформулировать следующим образом: определение по изображениям исследуемого объекта на момент съемки его формы, размеров, площади, объема, сечений и пространственного положения в заданной системе координат, а также изменения этих величин через заданный интервал времени. Преимущество фотограмметрических измерений состоит в том, что по изображениям объекта на момент съемки можно получить цифровую информацию такой густоты, которую практически невозможно достичь при непосредственных промерах. Кроме того, можно получить цифровую и графическую информацию об объекте, не вступая с ним в контакт, что является единственным вариантом получения такой информации, если объект недоступен для человека или находится в среде, опасной для его жизни. С учетом этого фотограмметрию используют в различных областях науки, техники и производства: архитектуре, строительстве, медицине, гидрографии, металловедении, ядерных исследованиях и т.д. В топографии и картографии путем фотограмметрической обработки изображений земной поверхности и поверхностей других небесных тел Солнечной системы создают карты всех видов и всего масштабного ряда. Эти картографические документы используются в геоинформационных системах и кадастре различных территорий и объектов.

150-летнию историю фотограмметрии можно условно разделить на три периода. В течение первого этапа происходило освоение фотограмметрической съемки применительно к различным областям деятельности человека. С учетом этого разрабатывались конструкции съемочной аппаратуры и обрабатывающих приборов, методики их использования, а также теоретические основы фотограмметрии. В этот период была освоена в общих чертах наземная фотограмметрическая съемка и зародилась аэрофотограмметрическая съемка, произошел переход к стереоскопическому измерению снимков. Окончанием этого периода можно считать 1918 г. - год окончания 1-й мировой войны, которая способствовала развитию наземной и аэрофотограмметрической съемок, прежде всего, в разведывательных целях.

Второй период характеризуется использованием аэрофотограмметрии для создания и обновления карт и планов на большие площади, населенные пункты, районы интенсивного строительства. Создавались автоматические аэрофотокамеры и оборудование, облегчающее стереофотограмметрическую обработку аэрофотоснимков. Создавались аэросъемочные самолеты, отрабатывалась методика самолетовождения с учетом фотограмметрических требований. В основе фотограмметрической обработки были положены измерения фотоснимков на аналоговых (оптико-механических) стереофотограмметрических приборах. Совершенствовалась наземная фотограмметрическая съемка, и расширялось ее использование в нетопографических целях. Во второй половине периода стала развиваться космическая фотограмметрическая съемка. В конце этого периода в фотограмметрии начали использовать электронно-вычислительную технику, персональные компьютеры, были созданы аналитические стереофотограмметрические приборы на замену аналоговым. Концом второго периода можно считать начало 90-х годов.

Третий период, начавшийся в 90-е годы 20 века, характеризуется переходом на компьютерные технологии, использованием цифровых методов при съемке объектов и обработке полученных снимков. В связи с этим появился термин "цифровая фотограмметрия", "цифровая съемочная камера", основным обрабатывающим прибором стала "цифровая фотограмметрическая система". Окончание этого периода пока предсказать трудно, т.к. это будет связано с новыми достижениями в области электронной и компьютерной техники.

Развитие фотограмметрии связано с развитием и совершенствованием многих наук и дисциплин. Среди них можно отметить перспективную и проективную геометрию, математику, фотографию, воздухоплавание, авиационную и космическую технику, геодезию, оптику, приборостроение, электротехнику, электронику, вычислительная технику, программирование. Однако, прежде всего,  появление фотограмметрии связано с открытием фотографии в конце 30-х гг. XIX в., которая нашла самое широкое применение в жизни и трудовой деятельности человека. В 1939 г. на Торжественном заседании АН СССР, посвященном столетию фотографии, академик С.И.Вавилов сравнил значение открытия фотографии с началом книгопечатания.

Многовековой период до появления фотограмметрии можно охарактеризовать как этап зарождения и совершенствования графических способов получения перспективных изображений объектов местности и преобразования их в план. Для этого использовалась камера-обскура (темная), являющаяся прообразом фотоаппарата. За 350 лет до н. э. Аристотель в своих трудах упоминал о свойстве оптических лучей строить изображение на поверхности, расположенной на их пути после того, как они прошли через небольшое отверстие. В 10-м веке н.э. арабский физик и математик Аль-Хайтам (Альхазен) указывал на линейность распространения света в камере-обскура. Камера-обскура представляла собой ящик, в передней стенке которого имелось небольшое отверстие (с развитием оптики на его месте стали устанавливать линзу, а позднее объектив), через которое на задней стенке строилось изображение объекта, находящегося перед камерой. Если на этой стенке укрепить лист бумаги и обвести карандашом спроектированное на бумагу изображение, то будет получен графический план объекта в перспективной проекции. Леонардо да Винчи (Leonardo da Vinci) с 1492 г. начал работать с перспективными проекциями и в 1500 г. описал устройство камеры-обскура. В 1540 г. немецкий астроном Э.Рейнгольд (E.Reinhold) использовал камеру-обскура для наблюдения солнечного затмения. Описание камеры-обскура было дано также венецианцем И.Барбаро в труде "La Practtica della Prospettiva", изданном в 1568 г. в Неаполе. В 1611 г. немецкий астроном и математик И.Кеплер (J.Kepler) в труде "Dioptrice" дал обоснование оптического устройства камеры-обскура. Художники использовали камеру-обскура для создания своих произведений.

На основании опыта работы с камерой-обскура был разработан ее вариант под названием камера-клара (светлая). Установленное за объективом поворачивающееся зеркало направляло оптические лучи либо вверх на матовое стекло, прикрытое сверху козырьком, либо вниз через отверстие в основании камеры на лист бумаги, находящийся на доске, укрепленной под камерой. В 1725 г. швейцарец М.А.Каппелер (M.A.Cappeler) нарисовал две панорамные картины "Перспективы" для составления карты горного массива Пилатус. При этом он впервые использовал принцип перспективных засечек, названных впоследствии фотограмметрическими. В 1759 г. немецкий математик И.Г.Ламберт (I.H.Lambert) опубликовал книгу "Perspectiva Liber" (Свободная перспектива), в которой, используя принцип пространственной засечки, изложил теоретические основы нахождения положения точки в пространстве по ее изображениям. В 1764 г. М.В.Ломоносов составил инструкцию по географическому изучению территории России, в которой указал на целесообразность использования камеры-обскура для получения перспективных рисунков местности. В 1791-1793 гг., используя теоретические разработки И.Г.Ламберта, французский гидрограф Ш.Ф.Ботан-Бопре (Ch.F.Beautemps-Beaupre) разработал способ создания карт по перспективным рисункам, полученным в камере-клара, и названный им "иконометрией" (от греческого слова eikon - изображение). Способ был основан на использовании прямых засечек. Используя этот способ, он провел съемки и составил планы территорий Вера Круз и Ван Дименсленда. Однако работа с этими камерами была трудоемкой, а точность и качество получаемого графического изображения были низкими. Поэтому требовалось найти способ быстрой, точной фиксации изображения и его длительного хранения.