Владимир Зайцев, Евгений Козин, Евгений Дудин, Андрей Григорьев,
ВИКА им. А.Ф. Можайского, Санкт-Петербург
Одной из основных задач в строительстве является выполнение архитектурно-строительных обмеров с целью реконструкции и реставрации зданий, а также в научно-исследовательских целях. Составление обмерных чертежей инженерных сооружений масштаба 1:200 — 1:5 — традиционная область применения короткобазисной фотограмметрии.
Обновление и создание чертежей традиционными методами фототеодолитной съемки связано со значительными затратами времени и средств. В то же время, технические возможности современной технологии фотограмметрических методов позволяют перейти от ведения архива съемок на бумажных и фотоносителях к электронно-цифровому виду. Реально можно сократить затраты и время, применив для создания и обновления планов и чертежей съемку неметрическими бытовыми мало- и среднеформатными пленочными или цифровыми камерами.
Достоинством такой технологии являются:
1. Доступность оборудования и простота обработки результатов съемки.
2. Возможность съемки в районах плотной застройки с использованием всего арсенала дискретной сменной оптики высокого качества.
3. Увеличение производительности работ, снижение требований к квалификации персонала.
4. Повышение наглядности и информационной емкости по сравнению с чертежным планом, создание цветных фотопланов.
В рамках учебных практических занятий была проведена работа по определению реальной возможности получения обмерных чертежей зданий масштаба 1:50 с использованием снимков, полученных 35-мм пленочной камерой. Для решения данной задачи применен программный продукт IMAGINE OrthoBASE, полученный по программе поддержки ВУЗов.
Объект съемки — один из корпусов академии, представитель фасадной архитектуры, характерной для исторической застройки г. Санкт-Петербурга. На поверхности здания имеются мелкие повреждения, обусловленные нарушением гидроизоляции.
Съемка производилась камерой Pentax MZ-5n и штатным объективом FA 50 мм (1.4), имеющим высокие резкостные характеристики при отсутствии дисторсии. Для получения максимально качественных снимков, объектив диафрагмировался до относительного отверстия 1:8, применялась мелкозернистая пленка минимальной чувствительности AGFAPAN APX 25.
На практике было установлено, что наклоны фотокамеры не влияют на точность обработки снимков в OrthoBASE. Однако оптимальными являются съемка по нормали, когда оптическая ось камеры устанавливается горизонтально и перпендикулярно базису, а базис параллелен плоскости фасада, а также равномерно-наклоненная съемка, когда оптические оси камеры в каждом пункте фотографирования наклоняются на один и тот же угол (используется при съемке высоких сооружений). Перечисленные варианты предпочтительны для интерпретации результатов, поскольку выступающие элементы здания (карнизы, балконы, колонны) на плане в этом случае имеют одинаковую перспективу.
Предварительный анализ района работ показал, что требуемая площадь фасада может быть покрыта двумя рядами (маршрутами) по 7 снимков в каждом при использовании равномерно-наклоненной съемки.
Работы проводились по следующей технологической схеме:
1. Фотосъемка с продольным перекрытием снимков 70% и поперечным 30 %. Для нижнего ряда наклон фотокамеры составил около 5° а для верхнего ряда 22° при разнице по высоте пунктов фотографирования порядка 1м.
2. Геодезическое определение опорных и контрольных точек. Снималось здание с большим количеством характерных объектов (окна, углы панелей, перекрытия), поэтому опорными точками служили эти детали, а маркировка точек не проводилась. В плоскости здания для задания координат была выбрана опорная система координат с началом в произвольной точке (ось Y по местной вертикали, Z перпендикулярна плоскости фасада и направлена в сторону съемки, X дополняет систему до правой). Для геодезических работ использовались теодолит, нивелирная рейка и рулетка.
3. Обработка фотоматериалов и сканирование негативов проводились на специализированном сканере с разрешением 5 мкм, и на слайд-сканере с разрешением 2400 точек/дюйм. При сканировании для удобства работы были оставлены номера кадров между перфорацией пленки, а файлам присваивались соответствующие имена.
4. Обработка и трансформирование снимков в IMAGINE OrthoBASE. Этапы обработки такие же, как при обработке результатов аэрофотосъемки (рис. 1).
Рис. 1. Этапы обработки снимков в OrthoBase.В работе не ставилась задача калибровки камеры, поэтому координаты главной точки снимка (x0,y0) и дисторсия объектива при задании модели приняты равными нулю. В отличие от метрических камер, которые впечатывают специальные ориентирующие метки (fiducials marks) для задания системы координат снимка, для 35-мм камеры в качестве меток использованы точки пересечения сторон кадра. Для определения их координат при помощи компаратора СК1818 по нескольким снимкам измерялись координаты нескольких точек вдоль каждой стороны кадра, а результаты усреднялись (рис. 2).
Рис. 2. Положение измеряемых точек на кадре 35-мм камеры.В качестве исходных данных вводились опорные точки в описанной выше правой системе координат (в наземной фотограмметрии обычно задается левая: ось Z направлена вверх, Y на камеру — такая возможность есть в OrthoBASE).
После автоматического определения связующих точек производилась триангуляция с использованием функции ”Advanced robust checking” для отбраковки точек с большой ошибкой. Снимки трансформировались на плоскость и из них вырезались (Subset) требуемые фрагменты, имеющие минимальные перспективные искажения (рис. 3).
Рис. 3. Пример трансформированных снимков.5. Яркостная коррекция и сшивка снимков в блок с помощью инструмента ERDAS Mosaicking tool, подготовка растрового изображения плана требуемого масштаба.
6. Оформление фронтального плана, нанесение сетки, масштаба, подписей, отрисовка векторной информации (выделение повреждений, места проведения работ и т.д.) в среде ArcMap (рис. 4).
Рис. 4. Вид фронтального плана в ArcMap.
В результате обработки снимков на опорных точках получена точность порядка 1-2 см. в масштабе оригинала. Точность фотограмметрических работ зависит от применяемых параметров съемки (отстояние Z, базис съемки, вид съемки, фокусное расстояние объектива, формат кадра), от точности измерения опорных точек и введения поправок за нарушение элементов внутреннего ориентирования. Совместное использование фотоплана, как метрически точного изображения, с элементами векторного плана значительно повышает информативность и возможности их использования.
Сама идея использования метрических и неметрических малоформатных камер в фотограмметрии не нова. В ряде стран они применяются даже для проведения аэрофотосъемки с малых летательных аппаратов. Кроме того, сейчас на мировом рынке представлено множество пакетов программного обеспечения, позволяющих обрабатывать результаты таких съемок. Проведенная работа показывает, что связка ERDAS IMAGINE — ArсGIS, являющаяся признанным средством разработки и обновления цифровых карт и планов, может обеспечить составление обмерных чертежей и выполнение архитектурно-строительных обмеров в соответствии с заданными требованиями к точности при минимальных полевых работах и экономических затратах. Внедрение геоинформационных методов позволяет автоматизировать эти задачи, что, в свою очередь, является стимулом для развития новых решений в области создания и использования цифровых технологий.
