Использование фотограмметрии в строительстве и архитектуре

Фотограмметрия, если её рассматривать в свете производства обмерных работ на объектах недвижимости, является важным инструментом для современной архитектуры и строительства. Она позволяет выполнить обмеры существующих сооружений, реконструкцию зданий, фиксацию исторических памятников, съемку интерьера и многое другое. Применение фотограмметрии в архитектуре и строительстве помогает значительно сократить время и затраты на обмерные работы, особенно при сложных сооружениях. Более того, фотограмметрия может быть единственным источником информации об исчезнувших или разрушенных исторических памятниках. В данной статье мы рассмотрим методы фотограмметрии и их применение в архитектуре и строительстве.

Наземную фототеодолитную съемку применяют

➡ при топографической съемке преимущественно горных открытых районов,
➡ маркшейдерской съемке открытых горных разработок (карьеров);
➡ контроле качества монтажа инженерных сооружений в процессе их строительства и эксплуатации;
➡ обмере зданий, сооружений и исторических памятников архитектуры;
➡ исследовании деформации инженерных сооружений и различного рода моделей изучаемых явлений;
➡ съемке ледников, склоновых процессов
и многих других нетопографических задач.

Возникновение фотограмметрии связано с применением фотографии в 50-х годах XX в. для съемки и составления чертежей сооружений.

Фотографирование объекта производится, как правило, с точек земной поверхности (фотостанций). В качестве съемочной камеры используется фототеодолит, который представляет собой сочетание фотографической камеры и теодолита (ориентирующего устройства). Поэтому наземную фототопографическую съемку часто называют фототеодолитной.

Снимок, полученный с помощью фотокамеры, является центральной проекцией фотографируемого объекта (местности).
В наземной фотограмметрии изучение объекта можно производить по измерениям одиночных снимков или по результатам измерений пар снимков - снимков с изображениями одного и того же участка объекта (местности), полученных с разных точек пространства.

Если по снимкам решается задача определения координат точек объекта, расположенного в плоскости, параллельной плоскости изображения, то съемку выполняют с одной фотостанции. Такую съемку называют фотограмметрической.

Если по снимкам необходимо определять пространственное положение точек объекта, то съемку выполняют с концов базиса. Эту съемку называют стереофотограмметрической.

Методами фотограмметрии можно выполнить:

➡ архитектурно-строительные обмеры существующих сооружений;
➡ архитектурные обмеры исторических сооружений по архивным снимкам;
➡ фиксацию зондажа исторических памятников;
➡ съемку памятников, скульптур, интерьеров;
➡ инвентаризационную съемку;
➡ археологические поиски архитектурных памятников;
➡ исследование моделей сооружений;
➡ автоматизацию изготовления макетов проектов;
➡ нанесение запроектированного сооружения на фотографии застройки;
➡ создание макетов, моделей скульптур и т.д.

Большую практическую ценность имеет применение фотограмметрии в архитектурно-строительных обмерах для реконструкции зданий. Обычно натурные методы выполнения обмеров требуют больших затрат времени и средств, особенно в тех случаях, когда для обмерных работ сложных сооружений необходимо возводить строительные леса.

Для архитектурных обмеров используют фотограмметрический и стереофотограмметрический методы. Одиночные снимки обрабатывают на фототрансформаторах или аналитическим способом с измерением снимков на стереокомпараторе. Стереопары снимков обрабатывают графомеханическим или аналитическим методами. В результате обработки снимков получают фотопланы, графические планы, цифровую модель всего здания или его фрагментов.
Часто единственным источником информации об исчезнувшем или разрушенном историческом памятнике служат архивные снимки с неизвестными элементами ориентирования. Их использование для архитектурных обмеров имеет важное практическое значение.

Производительность труда при обмерных работах с применением фотограмметрии, в отличии от принятых методах обмера зданий, возрастает в 10-15 раз, причем чем сложнее сооружение, тем больше выигрыш.

Метод фототрансформирования используют при съемке плоских зданий или зданий, состоящих из плоских элементов.
Из трансформированных снимков составляют фронтальные фотопланы. Фотопланы фасадов можно получить простым увеличением снимков, если углы между плоскостями снимка и сооружения не превосходят значений, определяемых по формуле

где δz - допустимая погрешность в положении точки на плане; х, z - расстояния между крайними точками сооружения на снимке; ĸ ̅ - коэффициент увеличения снимка.

Трансформирование наземных снимков сооружений имеет ряд особенностей по сравнению с аэроснимками:
1) повышаются требования к точности трансформирования;
2) уменьшается число опорных точек (трансформирование наземных снимков можно выполнить по двум и трем точкам, тогда как для аэроснимков необходимо иметь не менее четырех точек);
3) возможен переход от зоны к зоне по общей смежной грани сооружения, что в ряде случаев упрощает и уточняет их преобразование.

Трансформирование по двум опорным точкам (по одному контрольному отрезку) применяют в том случае, когда углы непараллельности снимка и плоскости сооружения не превышают значений, подсчитанных по формуле (72). Трансформирование по двум точкам заключается в масштабировании изображения по этим точкам, устранении нарушения формы (прямоугольника, квадрата) сооружения наклоном экрана и, если снимок в кассете недостаточно точно установлен, децентрациями снимка. Трансформирование считается законченным при получении на экране геометрических форм сооружения: равенство боковых граней, диагоналей сооружения и т.д.
Трансформирование снимков, полученных с наклонной оптической осью, выполняют по четырем опорным точкам по методике трансформирования аэроснимков.
Монтаж трансформированных снимков сооружений аналогичен монтажу аэроснимков.

Если фасад сооружения не плоский и некоторые детали отступают от общей плоскости сооружения, то трансформирование выполняют по зонам, как и при обработке аэроснимков.

Если фронтальные планы будут составляться на универсальных стереофотограмметрических приборах, съемку целесообразно выполнять с оптимальными параметрами.

При съемке сооружений к основным параметрам относятся: отстояния, базис съемки и фокусное расстояние фототеодолита. Отстояние Ymах определяется заданной точностью определения координат, габаритами сооружения, возможностью расположения базиса фотографирования.
С увеличением базиса при неизменном отстоянии возрастает точность определения координат точек, но уменьшается перекрывающаяся часть изображения сооружения в пределах стереопары, следовательно, затрудняется продвижение работ. Таким образом, при стереофотограмметрической съемке сооружений необходимо отыскать оптимальные значения продольного параллакса (или базиса) и отстояния, обеспечивающие заданную точность определения координат.

Согласно второй формуле (40)


где X ̅ - протяженность изображения сооружения, попадающего в зону перекрытия снимков;
x ̅ - соответствующая протяженность изображения сооружения на снимке; ℓ - размер кадра фотокамеры по оси х; р - продольный параллакс.

При заданной протяженности сооружения X ̅ оптимальное значение продольного параллакса ропт , при котором будет получена наибольшая точность определения отстояний, находят отысканием минимума ошибки my. Дифференцируя уравнение (73) и приравнивания первую производную нулю, получим



Таким образом, оптимальное значение р при съемке сооружения равно половине размера кадра фотокамеры по оси х, т.е. максимальному значению абсциссы на снимке. При выбранном ропт согласно (73) предельное отстояние, обеспечивающее получение заданной точности my при максимальном продвижении работ,


Максимальные отстояния должны соответствовать конструктивным возможностям приборов, на которых будут создавать фронтальные планы (см. табл.З). На основании уравнений (40), (74) и (75) базис съемки


Таким образом оптимальная длина базиса будет равна заданной протяженности сооружения по оси X.

При большой протяженности объекта выполнение оптимальных условий съемки возможно при последовательной съемке сооружения с 60-процентным перекрытием, когда правый снимок первой стереопары будет левым снимком второй стереопары и т.д.

Для фототеодолита Photheo 19/1318, имеющего ƒ =195 мм, x_max = 80мм, в соответствии с (76) B_опт = 0,4 Y_max. Отношение Y/B = К называют коэффициентом съемки. По снимкам зданий стереоэффект будет наблюдаться при К = 2,5, поскольку при съемке зданий на снимках обычно не возникают большие взаимные перспективные искажения, затрудняющие восприятие стереоэффекта.

При съемке высоких сооружений необходимо рассчитывать минимальное значение отстояния, при котором будет обеспечен захват здания по высоте:

где Z_max - высота сооружения относительно фотокамеры; z_max - максимальное значение высоты изображения сооружения на снимке.

Для увеличения высоты z на снимке съемку высоких сооружений выполняют при верхнем положении объектива фотокамеры Photheo 19/1318.

Точность составления фронтального плана аналитическим способом можно рассчитать по формулам (47) средних квадратических ошибок определения пространственных координат при нормальном виде съемки.

Источник:
В.И.ПАВЛОВ
ФОТОГРАММЕТРИЯ НАЗЕМНАЯ СТЕРЕОФОТОГРАММЕТРИЧЕСКАЯ СЪЕМКА
Допущено
Учебно-методическим объединением по геодезии и фотограмметрии в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности 120101 «Прикладная геодезия»
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2006
Изложены теоретические основы наземной стереофотограмметрической съемки и ее применение для создания топографических планов и решения инженерных задач. Описаны технические средства наземной съемки и измерения полученных снимков. Рассмотрены методы обработки наземных снимков. Приведены особенности производства наземной съемки при решении различных инженерных задач. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 120101 «Прикладная геодезия.» и 120303 «Городской кадастр».

#фотограмметрия #обмеры #реконструкциязданий #историческиепамятники #архитектура #строительство # фотограмметрическаясъемка # стереофотограмметрическаясъемка #обмерзданий #обмерныеработы

Распечатать