Пилотируемая аэрофотосъёмка

Тот же закон GSD = p · H_ф / f, другая машина: тонны полезной нагрузки, сертифицированный АФА, экипаж, ИВП класса A/C, часы на разворотах. БВС из семестра 4 не отменяется — у него свой контур. Здесь — почему «поднять ту же камеру на Ан-2» не работает без авионики и без модели снимка.

1. Самолёт — не большой коптер

Полезная нагрузка позволяет: большую матрицу, длиннофокусный объектив (мельче GSD с той же H), лидар в том же вылете, оператора. Цена часа и метеоминимум — другие. Источник планирования: А04, СПб 2016, ориентиры РАФ-89 (цифры перекрытий сверять с ГОСТ Р 59328).

2. Покрутите те же ползунки на «самолёте»

Пример порядка: f = 152 мм, p = 6 мкм, H_ф = 1200 м → GSD ≈ 4,7 см. Тот же GSD на БВС: f = 24 мм, p = 3,8 мкм → H_ф ≈ 300 м. Разная атмосфера над этими столбами — оптика среды.

Смаз: δ_местн ≈ V · t. На 100 м/с и t = 1/1000 с сдвиг 10 см — уже два пикселя при GSD 5 см. Поэтому на самолёте FMC (forward motion compensation) — сдвиг ПЗС/затвора вдоль маршрута на время выдержки. На коптере при 12 м/с та же выдержка даёт 1,2 см. Формула с А04: сдвиг на снимке ≈ V · t · f / H.

3. Авионика съёмочного борта

Не «GPS в пульте». Типовой контур метрической АФС:

• ГНСС двухчастотный, иногда фазовый постпроцессинг / PPP — координаты центра проекции. Метка затвора (mid-exposure pulse) синхронизирует кадр с траекторией. Без метки — ЭВО «примерно», как на дешёвом БВС. Мост: А11.
• ИНС / IMU — углы крена, тангажа, рыскания между эпохами ГНСС. Частота сотни Гц. Для сканера без ИНС строки не собрать в снимок.
• Гиростабилизированная установка — держит оптическую ось к надиру, уменьшает ω и «ёлочку». ГОСТ Р 59328: порог ёлочки 7° с установкой vs 14° без.
• Навигационный комплекс маршрута — линия пути, угол сноса (wind correction / crab). Пилот или автопилот держит путевую, камера иногда юзируется отдельно (drift), чтобы стороны кадра были параллельны базису.
• FMC — компенсация поступательного смаза.
• Пульт оператора АФА — интервал, контроль перекрытия в полёте (накидной «на коленке»), брак кадра.

GNSS пульта БВС ≠ этот контур. «На самолёте тоже GPS» — верно и бесполезно, пока нет метки затвора и углов.

4. Заход с отворотом на следующий маршрут

Площадная съёмка — пачка параллельных маршрутов. Самолёт не разворачивается на месте. Типовая схема:

1. маршрут по линии пути, кадры с интервалом τ;
2. на конце — отворот (procedure turn / «груша» / стандартный разворот на 180° с выносом);
3. выход на соседний маршрут с противоположным курсом (челноком) или с тем же (реже, дольше).

Радиус разворота R ≈ V² / (g · tan γ), где γ — крен. На 100 м/с и крене 20° R порядка километра. Это непроизводительное время и топливо: чем короче маршрут, тем больше доля отворотов. Поэтому самолётом выгодно крыть большие прямоугольники, а двор института — БВС.

Фотограмметрические следствия:

• концы маршрутов: запас захвата за рамкой ТЗ, иначе после отворота дыра;
• на развороте крены большие — кадры часто брак по наклону (табл. Г.1 ГОСТ Р 59328), их не кладут в блок;
• снос ветра на выходе на линию — «ёлочка», курс камеры ≠ курс маршрута;
• челночная схема: соседние маршруты в противоположных курсах — удобно стыковать P_y, но солнечный азимут относительно крыла разный (BRDF крыш).

На БВС разворот маленький, но те же идеи: не снимать на развороте коптера, если крены вне допуска.

5. Кадровый АФА и сканерный снимок

По ГОСТ Р 51833-2001 кадровый снимок — все элементы одномоментно в пределах выдержки (центральный / электронный затвор). Классический АФА, Phase One, Vexcel UltraCam — кадр. Стереопара и коллинеарность Ф09 — про него.

Сканерный (щелевой, pushbroom) снимок: линейка ПЗС поперёк маршрута, строки пишутся во времени, пока борт летит. Каждая строка — свой центр проекции и свои углы. Это не «просто очень широкий кадр». Ориентирование — траектория + ИНС на каждую строку (или пачку строк). Leica ADS, космические MSI/OLI — родственники. Rolling shutter на БВС — ухудшенный родственник: геометрия «плывёт» внутри кадра (Ф03).

Стерео из двух сканерных полос строится, но это не учебная стереопара Ф07. В ТЗ писать тип сенсора явно.

6. Мультиспектральная аэросъёмка

Исторически: панхром + ИК-плёнка, спектрозональная, CIR (colour infrared: NIR→red, R→green, G→blue на отпечатке — растительность красная). Сейчас: несколько матриц с фильтрами или MS-массив на одной установке (например 4 канала R,G,B,NIR), иногда отдельный тепловой.

Зачем с самолёта, если есть Sentinel-2: GSD дециметры vs 10 м; съёмка «под задачу» в нужный день; совместная геометрия с панхромом того же вылета (паншарпенинг). Физика каналов — оптика среды, не эта пара. Здесь — что борт везёт несколько трактов с разным GSD и нужно совместное ориентирование.

Панхром обычно мельче (геометрия, отождествление), MS грубее (дешифрирование, индексы). Не считать NDVI по JPEG с Байера — это не NIR.

7. Дымка — решение вылетать или нет

Пилот и штурман смотрят не NDVI, а горизонтальную видимость и «молоко» у горизонта. Коротковолновый канал умрёт первым. Нормы фотографического качества ГОСТ Р 59328 (нет облаков на значимых объектах, соседние кадры близки по тону) — про это. Аддитивная L_path и T — формулы на лекции среды; здесь правило: лучше перенести вылет, чем «тянуть кривые» на всём блоке.

Время дня: низкое солнце → длинные тени и больше путь в атмосфере (закат рэлеевский). Слишком высоко → блики воды, горячая точка BRDF.

8. Вопросы

1. Почему на самолёте нужен FMC, а на коптере часто нет?
2. Что синхронизирует кадр с ГНСС?
3. Почему кадры на развороте не кладут в уравнивание?
4. Чем pushbroom отличается от кадрового снимка в смысле центра проекции?
5. Можно ли считать NDVI по RGB-дрону?
6. Свяжите дымку с T и L_path одним предложением.

Литература

• ГОСТ Р 59328-2021 — наклоны, ёлочка, фотокачество
• ГКИНП 02-036-02
• Планирование аэрофотосъёмочных работ. СПб., 2016
• РАФ-89
• Савиных, Кучко, Стеценко
• Чибуничев. Фотограмметрия — кадровый vs сканер
• Leica ADS100 — пример воздушного pushbroom
• Vexcel UltraCam — кадровый АФА
• Rolling shutter — мост к сканеру