Розглянуто методи геодезичного знімання під час будівництва і реконструкції споруд, виконано апробацію фотограмметричного методу знімання з використанням для створення геодезичного обґрунтування сучасних безвідбивних електронних тахеометрів.
Постановка проблеми. Будівництво й реконструкція сучасних будинків і споруд вимагають своєчасного та якісного геодезичного обслуговування. При цьому методи вимірів повинні бути точними й по можливості дистанційними. В умовах сучасного будівництва з постійним контролем якості будівельних робіт використовувані методи повинні бути максимально ефективними, тобто виконуватися в обмежений час. Основним показником якості є відповідність габаритів конструкції геометричним характеристикам об'єкта, що проектується. Контроль проводять на етапі виконавчого знімання. Отримана в результаті знімання модель може використовуватися як для контролю геометричних параметрів об'єкта, так і для розрахунку обсягів облицювального матеріалу й розмірів віконних блоків. У зонах, де ведеться активна підробка, таке знімання дозволяє створити „еталон” вихідного положення будинку на земній поверхні. Подальші знімання дозволять стежити за динамікою змін і вживати необхідні заходи для захисту. Значення виконавчого знімання підвищується у разі будівництва висотних будинків, які більше піддаються впливу підробки й до яких ставляться вищі вимоги за точністю геодезичних робіт. Аналіз останніх досліджень і публікацій. З найпоширеніших способів
Аналіз останніх досліджень і публікацій. З найпоширеніших способів проведення виконавчого знімання можна виділити: безпосередній вимір за допомогою рулетки й висків; тахеометричне знімання безвідбивним електронним тахеометром; стереофотограмметричне знімання; сканування з використанням тривимірного сканера та ін.
Перший вид знімання, маючи невисоку точність, є витратним за часом і засобами, тому що вимагає в польових умовах виміру кожної точки об'єкта. У багатьох випадках обов'язковою умовою є улаштування риштування для виконання цього виду знімання.
Наземне лазерне сканування, відносно просте у виконанні польових робіт, вимагає комп'ютерної обробки результатів для одержання цифрової моделі, що складається із хмар точок [1]. Ручне опрацюванняння й побудова моделі об'єкта вимагає значних затрат часу. Цілком автоматична побудова неможлива для складних об'єктів і вимагає дорогого програмного забезпечення.
Стереофотограмметричний спосіб є єдино можливою альтернативою для виконання таких робіт [2]. З одного боку, він дозволяє швидко виконувати польові роботи, а з іншого – побудова тривимірної моделі об'єкта здійснюється в камеральних умовах. За необхідності цифрова модель у будь-який момент часу може бути доповнена й обновлена.
Постановка завдання. Створення й апробація технології дистанційних вимірювань є важлива і актуальна задача. Стереофотограмметричний спосіб у даний момент є єдино можливою альтернативою для виконання таких робіт [2]. З одного боку, він дозволяє швидко виконувати польові роботи, з іншого – побудова тривимірної моделі об'єкта здійснюється в камеральних умовах. За необхідністю цифрова модель у будь-який момент часу може бути доповнена й оновлена.
Виклад основного матеріалу. Таку технологію геодезична фірма "Геоінжиніринг" і кафедра геоінформатики й геодезії Донецького національного технічного університету випробували на низці об'єктів.
Найскладнішим об'єктом була Успенська церква в с. Осинове Новопсковського району Луганської області, що є пам'ятником архітектури ХІХ ст. й належить до об'єктів культурної й духовної спадщини (№315). Церква потребує реставрації, але жодної обмірної архітектурної документації не збереглося. Тому було поставлене завдання створити тривимірну модель об'єкта й робочі креслення для проектування його реконструкції. Для виконання поставленого завдання використали цифрову п’ятимегапіксельну камеру Olympus-E20P. Камера була попередньо відкалібрована за допомогою плаского тестового полігону – для неї встановлені значення елементів внутрішнього орієнтування й параметри систематичних помилок [3; 4].
Першим етапом був комплекс робіт із побудови знімальної мережі, із точок якої створювалося знімальне обґрунтування для тахеометричного знімання. Опорна мережа створювалася як лінійно-кутова, де точки стояння не збігалися із закріпленими на місцевості металевими штирями з центрами. Це дало змогу створити навколо об'єкта знімання мережу жорстких пунктів, закріплених на місцевості, а станції розташовувати таким чином, щоб зручно було вимірювати опорні точки на стінах будівлі. Вимірювання виконували в onlіne-режимі за допомогою комплексу "Візир 3D" [5; 6], що добре зарекомендував себе під час виконання високоточних інженерно-геодезичних робіт. Для роботи використовували електронний тахеометр Sokkіa SET330 і керуючий комп'ютер із комплексом "Візир 3D".
На кожній станції, розташованій навколо об'єкта, вимірювали характерні й контурні точки для складання топографічного плану масштабу 1:500. З них же, одночасно з вимірюваннями мережі, виконувалося знімання характерних точок фасадів, які у свою чергу слугували опорними точками для фотограмметричного знімання. При цьому за попередньо виконаними цифровими знімками об'єкта створювався абрис для кожного фасаду. Усього було виміряно 437 точок на фасадах – від цоколя до хрестів – таким чином, щоб можна було окремо зорієнтувати кожну стереопару. Крім того, ці точки використовували для побудови тривимірної моделі, якщо виникали "мертві зони" під час оброблення фотограмметричних моделей.
Об'єкт, що знімався, був умовно розділений на вісім частин, кожна з яких покривалася чотирма стереопарами, розташованими за висотою стінки. Дальність фотографування при цьому не перевищувала 70,0 м. Частини об'єкта, що знімався, на яких розташована велика кількість дрібних деталей архітектури, були додатково сфотографовані з близької відстані. Фотографування виконувалося зі штатива методом конвергентного знімання з кутом конвергенції не більше ніж 60?. Знімки по кожній стіні були згруповані за окремими маршрутами, кожний з яких вимірювався самостійно. Після вимірювання стереопар за всіма маршрутами дані були об'єднані в єдиний блок для зрівноваження в програмі аналітичної фототріангуляції BlockMSG [7]. Схема процесу побудови моделі наведена на рис. 1.
Отримані на всіх стереопарах вимірювання поєднували в єдину тривимірну модель (див. рис.1), за якою з використанням даних тахеометричного знімання й додаткових вимірювань у “мертвих зонах” виконані креслення фасадів (рис. 2) і вид зверху.Усі польові вимірювання, включаючи закладку пунктів, вимірювання геодезичної опорної мережі й топографічне знімання, створення фотограмметричної опорної мережі й фотографування об'єкта, зайняли два дні для бригади із чотирьох осіб. Камеральну обробку фотограмметричних знімань виконували два інженери упродовж 20 днів.
Малюнок 1 – Технологія одержання тривимірної моделі.
Другим типовим об'єктом є 24-поверховий офісний будинок у центральній частині м. Донецька. Висота поверху будинку 3,3 метра. На будинку немає балконів, карнизів і навісів, які могли б створювати “мертві зони”. Метою роботи було виконавче знімання будинку для наступного проекту облицювання. Точність вимірів елементів конструкції не повинна бути нижчою за точність вимірів рулеткою, тобто не більше ніж 1 см.
Відповідно до технічного завдання в результаті знімальних робіт необхідно було одержати габарити будівлі в плані й відхилення фасадів від вертикальної площини. Це дозволило спростити технологію, виконавши знімання кожного фасаду у своїй системі координат.
Роботи з проведення виконавчого знімання проводили в такій послідовності:
1. Калібрування цифрової камери за допомогою тестового полігона;
2. Створення знімального обґрунтування;
3. Створення мережі опорних точок на поверхні об’єкта;
4. Фотограмметричні знімальні роботи;
5. Орієнтування знімків, створення моделей фасадів;
6. Вимір моделей.
Використовувана для знімання цифрова камера Canon Rebel Xs з об'єктивом Kіt EFS18- 55 ІS, з фіксованою фокусною відстанню 55 мм, досліджувалася на калібрувальному полігоні кафедри геоінформатики й геодезії Донецького національного технічного університету. Для зменшення впливу дисторсії знімання й, відповідно, калібрування вели з максимальною фокусною відстанню. Для того щоб не коригувати знімки за дисторсію, для обробки використовували не повну площу зображення, а лише 90% знімка від центра, де значення систематичних помилок, які спричинюють дисторсію, не перевищують допуску за точністю.
Знімальне обґрунтування забезпечували за допомогою тахеометра SET 330 в умовній системі координат. Знімальна мережа складалася з п’яти пунктів. З кожної точки знімальної мережі виконували знімання характерних точок об'єкта. За всією знімальною площиною було набрано 84 опорні точки. Знімки із метою орієнтування вимірювали на фотограм-метричній станції "Дельта". Виміри зрівноважували в програмному комплексі BlockMSG. Середні квадратичні помилки координат опорних точок знаходяться у межах 0,004 – 0,006 м. Стереофотограмметричний вимір фасадів виконували у модулі "Dіgіtals" ЦФС "Дельта". Точність точок контурів об'єкта становить 0,01 м, що відповідає точності технічного завдання.
Кінцевим результатом виконаних робіт є складання креслень за кожним фасадом: план габаритів будівлі, в якому показані всі проміри між елементами в площині фасаду, і план відхилень фасаду від вертикальної площини
План габаритів будинку містить розміри елементів останнього (віконні прорізи, бетонні плити, цегельна кладка), спроектовані на площину фасаду. За крайніми видатними точками фасаду ліворуч і праворуч проведені дві лінії й зазначені відстані від лінії до бетонної плити. Негативні значення вказують на поглиблення фасаду щодо умовної площини, позитивні – на виступ фасаду.
Висновки. Описана технологія показала високу ефективність для складних в архітектурному аспекті об'єктах, дозволяючи виконувати в обмежений час знімання та його обробки з високою точністю. Метод є цілком дистанційним і безпечним.
Бібліографічний список
1. Белоус Н. Лазерное 3D сканирование в дальних и варяжских пещерах
свято-успенской Киево-Печерской лавры / Белоус Н., Горб А., Ковтун В. // Сучасні
досягнення геодезичної науки і виробництва. – Львів, 2007. – Вип.1 (13). – С. 139-145.
2. Гельман Р.Н. Возможности использования обычных цифровых камер для
наземной стереосъемки / Р.Н. Гельман // Геодезия и картография. – 2000. – № 4. – С. 31 –
41.
3. Шоломицький А.А. Вимір стенда для калібрування цифрових камер за
допомогою електронного тахеометра / А.А. Шоломицький, А.А. Лунев // Вісник Житомирського державного технологічного університету. – 2008. – Вип. II (41). – С. 131-
135.
4. Лунев А.А. Выбор оптимальных параметров калибровки цифровой
камеры / А.А Лунев. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. –
2006. – Вип. 111, т. 2. – С. 30-37. – (Серія гірничо-геологчна).
5. Измерительный комплекс «Визир 3D» на предприятиях Украины
[Могильный С.Г., Шоломицкий А.А., Ревуцкий В.Н., Прига-ров В.А.] // Геодезический
контроль и выверка технологического оборудования. Геопрофиль. – 2009. – № 3 (6). – С. 12-
19.
6. Могильний С.Г. Трьохкоординатний вимірювальний комплекс «Визир 3D» /
Могильний С.Г., Шоломуцький А.А., Шморгун Є.І. // Наукові праці ДонНТУ. - Вип. 9(143).
– Донецьк : ДонНТУ, 2009. – С.13–25. – (Серія гірничо-геологічна).
7. Могильний С.Г. Зрівнювання мереж аналітичної фото- тріангуляції / С.Г.
Могильний // Вісник геодезії та картографії. – 2000. – №4. – С. 19-23.